高压断路器在线监测设备浪涌抗扰度试验

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第3 3卷第 8期20 0 7年 8月

高

电

压

技

术

Vo . 3 1 3 No 8 .

H i h Vo t g g n e i g g la e En i e rn

Au . g

2 0 07

1 3 4

高压断路器在线监测设备浪涌抗扰度试验彭发东，成永红，孟永鹏，闫力，赵 磊

(西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室，西安 7 0 4 ) 1 0 9摘要：为了执行国家电磁兼容抗扰度试验等级选择要求规定在电力系统运行的在线监测设备必须通过浪涌 (冲

击 ) 3级抗干扰试验，照电磁兼容国家标准构建了试验环境，高压断路器在线检测设备进行了浪涌 (击 )第等按对冲 抗扰度试验。通过改进检测设备的电源部分结构，易受干扰部位增加压敏电阻、在瞬态电压抑制器 ( VS 2种电磁 T )兼容器件来抑制干扰；真和理论分析了 TVS的安装位置对干扰的影响。试验结果表明，进后的在线监测设备仿改

能有效抑制浪涌(冲击 )扰，过了第 3级浪涌 (击 )扰度试验。干通冲抗关键词：在线监测；浪涌；电磁干扰；电磁兼容；压敏电阻；瞬态电压抑制器中图分类号： M5 5 T 9文献标志码： A文章编号： 0 3 6 2 ( 0 7 0— 1 30 1 0— 5 0 2 0 ) 80 4— 3

Ex rm e a t dy o u g m m u iy o 。i o io i pe i nt lS u n S r e I n t f On lne M n t r ngDe ie o g la e Ci c i e k r v c f Hi h Vo t g r u tBr a ePENG— o Fa d ng,CH EN G ng h g,M ENG ng p ng, Yo— on Yo— e YAN, Li ZH AO i Le

( tt y L b r t r fElcrc l n ua i na d P we q im e t S aeKe a o a o y o e tia s lto n o rE up n, I

Xia io o g Unv riy,Xia 1 0 9’ n Ja t n ie st’ n 7 0 4,Chn ) i aAbt c: e e cino ee crma n t o a iit E s a t Th l t f h l to g ei

c mp t l y( MC) os r se o t e c bi ni i e mmu i x e i n v l e urs l o— nt e p r y me t e e rq i l n l e a l emo i r gd v e p rt g i e p w rs se O p s h e e 3a t s r e i a t n efr n ee p r i nt i e i so eai t o e y tmst a st eL v l ni ug ( n on c n n h一 - mp c )itr e c x ei e— me t n t i p p r h ni ug i a t n efr n ee p r n nt eo - n nt r g d vc f ih v l n .I s a e,t ea t h -s r e( mp c )itr e c x ei t h n l emo i i e i o g ot e me o i o n e h—a ecr u tb e k r wa o d c e i h x e i e t lc n i o s we e e t b i h d a c r i g t h t t g ic i r a e s c n u t d wh l t e e p r e m n a o d t n r s a l e c o d n O t e S a e EM C i s S a d r . Th t u t r fp we u p y o n t rn e i e wa mp o e y a d n tn a d e sr cu eo o r s p l fmo i i g d v c s i r v d b d ig EM C e i e f t l x d o d v c so me a ie o

v r tr( a i o MOV) n a s n otg u p e s r( VS t u p e s h tr rn e nt e l ew i s a yt s a dt n i t l e p rs o T ) Os p rs ei ef e c a hc wa s r e v a s t n e o h p c h e Ob n e f r d。a d t e e fc ft e p a e t d i g TVS wa n l z d。a h o r s p l s t e man ta s t e i t re e n h fe to h l c O a d n s a ay e st e p we u p y wa h i r n mi wa ft e i t re e c .I d i o y o h n e f r n e n a d t n。t e t e r tc l n i ltn n l s s we e a

s o d c e c o d n O a o e i h h o e i a a d smu a i g a ay e r lo c n u t d a c r i g t b v

meh d h e ut s o a。 h r v d o l emo i r g d vc o l s p rs h u g i a t n efr to .T e s l h w t t t ei o e ni nt i e i c ud u pe st es r e( r s h mp n o n e mp c )itr - ee c fe t ey a d e e t a l a s t el v l3 a t s r e i t re e c x e i n . n e ef c i l n v n u l p s h e e一 n i u g -n e f r n e e p rme t v y— Ke r s n l emo io;s r e y wo d:o -i n t r u g;EM I n;EMC;M OV;TVS

0引言

兼容 ( MC问题研究还不够深入，计时有一定的 E )设盲目性，往往存在过度设计或设计不足的问题，加增

高压断路器在线监测设备的电源端口是受电磁干扰最严重的地方[]电磁干扰包括开关操作、 1, 雷

了成本，延长了开发周期。在近年来的工程实践中由于以上因素制约，在很大程度上限制了高压断路器在线监测技术的发展。

击产生的暂态过电压和暂态过电流以及电网中故障或负荷突变引起的电压暂降、化[]变 3。这些干扰“经 2 0V交流电源线进入设备内部电路，起设备 2引工作不正常。因此对高压断路器在线监测设备进行雷击浪涌抗扰度试验并根据试验结果改进设备具有一

根据国家标准对 E MC抗扰度试验等级选择的一

般性指导要求[。在电力系统运行的在线监测设 1,。

备必须通过浪涌 (冲击 ) 3等级抗干扰试验。本文第

对变电站内的高压断路器在线监测设备进行了浪涌抗干扰试验研究，过改善检测设备电源，高了在通提线监测设备的抗干扰能力，到了国家标准要求。达1抗扰度试验

定的实际指导意义。

国内对提高高压断路器在线监测设备的抗干扰能力已有初步成果，主要分为对电磁干扰环境的研究和针对高压断路器在线监测设备的抗干扰性能研究[]由于高压断路器使用环境的多

样性和复杂 5。 性，的来说，总目前高压断路器在线监测设备的电磁基金资助项目：国家科技攻关项目(0 3 A9 1 8。 2 0 B 0 A1 )P oe t u p re y N t n l y T c n lge r jc p o td b a i a Ke e h oo i R&D P o rm S o s rg a(03 2 0 BA9 A 1 ) 01 8 .

如图 1试验中使用 E - AR, MC P TNE公司的 R干扰信号发生器 TR 0 0产生浪涌干扰信号。采 A2 0用泰克公司的 TD 3 5 B数字示波器进行信号采 S04集和存储。TD 3 5 B的采样频率为 5GHz带宽 S04 , 5 0MHz 0。受测设备为高压断路器在线监测设备。

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H i Vo t ge Eng ne rng gh la i ei

V o. . 1 33 No 8

试验中，格按 E严 MC国家标准对试验环境的描述来构建试验环境 L用尺寸为 2m×1 5m, 1: . 厚

度 06 .的铝板铺在试验台上做参考接地平面， mm并与大地相连；试验发生器置于参考接地平面一将侧；参考接地平面另一侧放置 2 m厚的泡沫塑在 0c

料，高压断路器在线监测设备放置其上。采用将T 20 RA 0 0产生的浪涌输出线接到高压断路器在线

监测设备的电源端口，加 5次正、极性浪涌干各负扰， ri个浪涌。通过+5V电源两端的电压每 a n一

波形对比定量分析设备受干扰情况，由在线监测并设备的液晶屏能否正常显示以及设备能否正常工作来定性分析设备是否处于正常工作状态。图 1浪涌 ( 冲击 )扰度试验系统抗Fi . Ex r m e a v c fs r e i m u t g1 pe i nt lde ie o u g m niyl 0. 9

文[2规定了浪涌的开路电压波形见图 2图 1]。中，波前时间 T—1 6 T= 1 2 1 O )b,峰 1 .7 . (±3 t半 s值时间 T—5 (±2 )b。图 2表明，涌干扰 2 01 O t s浪

删0. 5

属于先快速上升再缓慢下降的瞬态脉冲，涌干扰浪主要包含高能量的低频分量，能量的浪涌干扰由高 高压断路器设备的电源线传导耦合

到机箱内电路上。浪涌试验的试验等级见表 1] E。表 1浪涌试验开路电压试验等级 Ta .1 Le e ft e e e i e a ot g b v lo h xp rm nt lv la e kV

0. 30. 1

图 2浪涌开路电压波形Fi 2 Vo t g v￣ r u g g. la ewa e m ofs r e

等级

1

2

3

4

C8

2浪涌试验和干扰抑制措施 2 1改进电源结构对于扰的抑制效果 .

在第一级浪涌试验过程中出现放电和保险丝爆炸的现象，观察放电主要发生在保险丝支座与经P B板地线以及电源滤波器外壳之间。电源滤波 C器结构见图 31。当浪涌通过保险丝到达滤波器 4 rq -40 0

图 3电源线滤波器电路原理图 Fi. Prncpl h r ft e po r fle g3 i i e c a to h we itr

后，涌中的高频电压使滤波器中的 C、 C、 浪 6C、 8 L、L。回路中易产生谐振，成高电压，形因此会产生放电和保险丝爆炸的现象。 保险丝支座距离滤波器外壳很近，成了对滤形

>

20 0

出删

0.

/

.

波器外壳的放电，同时又产生了对 P B板地线的放 C电。因此重新布置电源板，去掉部分电路地的覆铜层，调节保险支座和滤波器的距离。经改进无放电

.

20 0

图 4

加压敏电阻后的电源线 L N干扰图广

现象。在这种改进情况下，备通过了第 1级浪涌设试验。由此可见，涌属于高能量的干扰，须将作浪必用在电源线上的浪涌能量在进入检测单元之前释

Fi. I e f r n e o N t OV g4 ntr e e c fL- wih M

过额定值后，电阻值便急剧下降，反应时间为 n级。 s 在电源线的火线和零线间加入压敏电阻， 4为加图

放，才能保证后端电路的安全。2 2压敏电阻的干扰抑制效果 .目前常用的浪涌抑制器件有氧化锌压敏电阻、 瞬态电压抑制器 ( VS等] T )。当加在压敏电阻两

入压敏电阻后的电源线 L N干扰图。 .由图 4可见，过增加压敏电阻，涌干扰得到通浪

衰减，压敏电阻将峰峰值 5 0V的浪涌

脉冲钳位到 03 0V,较好的干扰抑制效果。通过增加压敏电阻 0有

端的电压低于标称电压时，电阻几乎无穷大，其稍超

设备顺利通过第 2级试验。

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20 0 7年 8月 2 3 TVS的干扰抑制效果 .

高电压

技

术

第3 3卷第 8期

1 5 4

为了进一步抑制浪涌，高设备的抗干扰能力，提在+5V电源模块的输出端加入了 TVS1以进一 [,步减轻浪涌对后面数字电路模块的影响。 试验中发现应在电源的输出端最近地方增加

T。因干扰信号经导线的传输后变大， VS对距离电源较远的芯片形成大的干扰，以对离电源较远的所

敏感器件须单独增加保护措施。 对于敏感器件的保护，需考虑 TVS的接地还点。因 T VS导通后脉冲电流经地线回流，接地选如择不好会受地线阻抗的影响，扰会增加。试验中干将双向 T VS一个引脚固定接 A点 (点是在电路 A板上经电容滤波后的电源插座上 )另一引脚分别接，

图 5 T s接地点不同时对干扰抑制情况 VFi. Con r s fi t r e e e s ppr s in g5 ta to n e f r nc u e soa fe e te rh o nt fTVS tdifr n a t p i s o

+5V模块电源输出地与 A点就近地 2种情况， 加 5 0V浪涌干扰，波器探头测量 2种 T 0示 VS接地情况下 A点电压信号，研究 T以 VS接地方式不同时对干扰抑制的效果。A点处干扰信号见图 5。接地点在电源地，峰峰值为 2而接在 A其 3V,

点就近接地测到的干扰信号峰峰值为 2 7V。接 A 点地则 T VS自身的引线较长， B点就近地时引接线则很短，但地线的导线较长， 2地线长度相差且种不大，主要差别在于 TVS的引线是圆柱状， P B而 C上的导线是扁平，寸有所差别。接地点造成的差尺异与高频电路设计中的多点接地技术类似。多点接地就是用来消除因共地阻抗而引起的干扰问题。 TVS的地线阻抗须尽量小，双面板中， S要尽在 TV量接到接地覆铜面上或缩短地线的长度；多层板在中因有接地层，以 TV

S应就近接地。所 按照以上 2个原则增加 TVS管，到增加得 T VS管后+5V电源端波形见图 6 。由对比图发现，加 TV增 S后+5V电源端口的

图 6加 T S后+5V电源端波形对比 V前 Fi . Co r tofwa e r o we o r e g6 nta v￣ m fpo r s u c s e d wih TVS o o n t rn t

高压电器，0 3 3 () 4 -7 2 0,9 2:44 .CHANG a g, W ANG . An o -ie m eh nc lc n iin Gu n Yi n l c a ia o dto n

mo i rn eiefrhg otg i utbek r[] Hih nt igd v o ih v l ec c i ra es J . g o c a rVot g p rt,2 0 3 2 4— 7 la eAp a aus 0 3, 9( ): 44 .

[]刘全志，明义，秦红三， .高压断路器在线状态检测与诊断 2师等技术口]高电压技术，0 12 () 2—1 . 2 0,7 5 z93.L U a - h,S n - i I Qu nz i HI Mig y,QI n—a,e 1 On l e N Ho g s n ta. -n ic n ii n o d to mo io i g n d a no i f r i h o t g cr u t n t rn a d ig ss o h g v l a e ic i

b ek rJ] g l g n ier g 0 12 () 93 . ra e[' .HihVot eE gn ei,20,7 5:2-1 a n []周 3鹏 .变电站内弱电设备的浪涌抑制口] .高电压技术，0 4 20,

3 3 4 - 5 0( ): 3 4 .ZHOU n . S g n i nt r e e c f we k e e t iiy e u p Pe g ur e a t i e f r n e o a lc r t q i—— c

干扰幅值下降了 1 OV。通过改进，高压断路器在线监测设备在 1 V的浪涌冲击干扰下正常运行， k顺利通过第 3级浪涌抗扰度试验。3结语

me tnte rnf r u sain口] i i h t o me s r a s r b tt o .HihVotg n ier g l eE gn e— aig,2 0 3 ( ) 3 4 . n 0 4, 0 3:4— 5

[]周凌辉， 4王

少荣.强电磁干扰环境下测控系统的通信系统设计[] J.高电压技术，0 4 3 () 4—5 2 0,0 2:34 .ZHOU n h l W ANG h o r n . Commu ia i n y t m f Li - u。 S a -o g n c to s s e o

mes r—o to ytm i ev a uecnr1 se n hay EMIsro n ig[] Hih s uru dn J . g

按照 E MC国家标准 G/ 7 2 .- 9 9对高 B T 1 6 6 51 9

VotgeEn ie rn la gn eig,2 0 3 ( ) 4— 5 0 4, 0 2: 34 .

压断路器在线监测设备的电源端口进行了浪涌 (冲击)抗扰度试验，见，涌干扰具有能量高的特点，可浪

[]张文元， 5杨兰均，柴若愚.断路器机械故障在线监测中的电磁兼容研究口] .高电压技术，9 6 2 ( ) 33. 1 9,2 2:3—5Z HANG W e-u n ny a,YANG L nin a -,CHAIRu -u MC i u oy .E n

主要通过电源线传导干扰，使用压敏电阻和 T VS管可有效抑制浪涌干扰，终高压断路器在线监测设最备通过第 3级浪涌 (冲击 )扰度试验，足了实际抗满应用的要求。参考文献[]常广， 1王毅.高压断路器机械状态在线监测装置的研究[ 刀.

o— n ntr go c aia fi r f i utbek r J . nl emo i i fmeh ncl al eo r i ra e[] i on u cc Hih Vot g gn eig,1 9 2 ( )l3— 5 g la eEn ie rn 9 6, 2 2 3 3 .

[]陈 6

迁，国政，永刚， .高压开关设备就地监测装置的电徐关等

磁兼容设计和试验[] J .高压电器，0 3 3 ( )5—4 2 0,9 3:05 .CHEN Qin XU o z e g a, Gu -h n,GUAN n a g ta.E e Yo g g n,e 1 lct oma n tcc mp t l y d sg n e to i h v la e s t h r g e i o a i i e i n a d t s fh g o t g wi— bi t c

g a ns e mo i r g dvc[] Hih Votg p rts ero—i nt i eie J .

g l e Ap aau, t on a

(下转第 1 4页 ) 6

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14 6

Au .2 0 g 07

Hi h Vo t g En i e rn g la e gn ei g

V o . 3 No 8 13 .

够数量和可靠的样本还需要进一步的研究。参考文献E]李伟清， 1王绍禹.发电机故障检查分析及预防 E .北京：国 M] 中电力出版社，1 9 . 96

LI Zh— n,M A o g z o g Di g o i o u n t ur h r i ku H n— h n . a n ss f r t r o t n s o t

cruto oo n ig n tro gn rtr J . Hih Votg ici f trwidn si ub eeao[] r g l e aEn i e rn gn e ig,2 0 3 ( ):— 2,3 . 0 4, 0 1 313 8

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E3王维俭 . z电气主设备继电保护原理与应用 E . M3 2版 .北京：国 中电力出版社，0 2 20.

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ans fitrtr h r cci futntrognrtrr

tr J goi o e unsot iut al i ub-eeao oo[] s n—r Au o t n o e ti o rS se,1 9 t ma i fE1c r P we y tms 9 8,2 ( ):2 - . o c 26 1 23

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trt r h r-i utfutda n s fse m u bn e eao o o e u ns otcr i a ig o eo ta t rieg n rtrrt r c l

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曼■力市场方面的研究。雷工作。

n vl eetr eeo me t n e s[] E E Trn n oet d tcosdv lp n df l t tJ .IE a s y a id e oEn r y Co v rin,1 9 eg n eso 9 6,1 ( ):3 23 7 12 1—1 .

刘俊勇 1 6一，,士，授，导， 93男博教博从

事电气主设备的故障分析和电霞 17一，,教授，士生， 93女副博长期从事电力系统的教学和研究

[ 3DI inyn, 8 NG J—o g CHE npn .O—ieda n s o h r a N Yu—

ig nl i oi frso— n g st d fed ur fs c r n usg n r t rb s d o r iii ln u e il -t nso yn h o o e e a o a e n a tfca e—

rln t rs c] ItrainlC neec n P we ytm a ewok[ . nen t a o frn eo o rS se oTe h o o y P r h,Aus r la 0 0:1 7 - 6 8 c n lg . e t t ai,2 0 6 51 7.

党晓强

Pk n DANG a- i g Xioqa n

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收稿 E期 t

2 0-21 0 61-4

编辑

卫李静

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t f o—i e mon t r n e i e o i h v la e cr u t b e ke y o n ln i i g d v c f h g o t g ic i r a r o

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MO F - a g uj n,R i UAN in - n J gj,CHE Yu—i g a u N n pn .Ree rh sac

o h ug rtcintc nq e[] ntesrepoet eh iu J.HihV l g n ier o g ot eE gn e— aig.2 3 9 4 5 . n 00,2 ( )t 1

彭发东 1 8一，,士生，事在线监 94男硕从

测装置电磁兼容试验和干扰抑制技术研究，电力设备在线监测专用芯片及其平台的开发研究。E mal e g a o g SU x t. - i:p n fd n@ t . j ueu c d .n

[ 2/ 7 2. -9 9电磁兼容一试验和测量技术一浪涌 ( 1 3GB T 1 6 6 51 9冲击 )扰度试验[]北京；国标准出版社，0 2抗 s.中 2 0. [ 3振宇 .3 1]钱 c认证中的电磁兼容测试与对策 E .北京：子工 M]电业出版社， 04 20.

成永红彭发东

16一，,士，授，导， 95男博教博从

事电力设备在线监测，端条件极材料破坏机理，子模拟等研分究。

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山.高压断路器在线监测设备电磁兼容的试验研究[ . D3

西安：安交通大学，2 0:1 .西 06 5S IS a . Ex e i n a t d n e e to g e i o a i l H h n p rme t ls u y o l c r ma n tcc mp t i bi一

收稿 E期 t

2 0— 52 0 70—8

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蔡爱姣