變壓器雷電沖擊試驗是其出廠型式試驗的項目之一，用以考核變壓器絕緣及智能組件等設(shè)備對沖擊電壓的承受能力。雷電沖擊時，流入接地系統(tǒng)的暫態(tài)電流使地電位升高，傳導(dǎo)至二次電纜屏蔽層上，進而對二次設(shè)備造成電磁騷擾。傳統(tǒng)變電站的
二次設(shè)備位于保護小室內(nèi)，且與一次設(shè)備存在一定距離。隨著智能變電站不斷推廣，智能組件位于變壓器附近的智能組件柜內(nèi)，與一次設(shè)備的距離縮進使其易受暫態(tài)地電位升引起的電磁騷擾，因而在變壓器出廠型式試驗時，智能組件被要求與變壓器本體一起進行測試。來自生產(chǎn)部門的數(shù)據(jù)顯示，雷電沖擊試驗時，包括雷電全波和雷電截波沖擊，智能組件電源端口時常發(fā)生故障，因而迫切需要掌握地電位升對智能組件的電磁騷擾原理，以提出有效防護措施。
目前，國內(nèi)外對于變電站電磁兼容開展了大量
研究. 且己有相應(yīng)的國際導(dǎo)則和標(biāo)準(zhǔn)，但對于智能變電站的電磁兼容尚處于起步階段，文獻[15]研究了GIS智能變電站VFTO對二次電纜的影響，通過建立相關(guān)設(shè)備模型，計算了VFTO傳播經(jīng)過GIS外殼后引起的外殼地電位升，并研究了其對二次電纜造成的影響。文獻[16-17]分別對500kV和1100 kV GIS變電站智能組件端口所受VFTO引起的電磁騷擾特性進行研究。文獻[18]研制 了智能變電站地電位升測試系統(tǒng)，并基于此系統(tǒng)獲得了浪涌沖擊下接地網(wǎng)地電位升電壓波形。文獻[19-21]研究
了雷電沖擊下電流引起的空間磁場騷擾對智能組件的影響，并分析了雷電截波沖擊下智能組件端口損壞原因，但無法解釋其在雷電全波沖擊下的受損機理。總之，智能組件的抗電磁騷擾研究尚不完善。
文中針對試驗大廳現(xiàn)場設(shè)備接線情況，通過測量回路電流研究了地電位抬升原因。針對試驗大廳和實際變電站復(fù)雜測量環(huán)境,研制了一套可有效避免空間輻射干擾和線路傳導(dǎo)干擾的智能組件端口電壓測量系統(tǒng),在權(quán)威機構(gòu)對其屏蔽性能進行了檢測，
并在試驗大廳進行了驗證，基于此系統(tǒng)對雷電沖擊試驗下的智能組件電源端口騷擾電壓進行了測量,研究了其時域頻域特性。
1智能組件騷擾電壓測量系統(tǒng)研制
雷電沖擊試驗下的智能組件交、直流電源端口電壓及引線電流是研究電磁騷擾威脅的重要監(jiān)測量。而試驗大廳測量環(huán)境復(fù)雜: (1)Marx 發(fā)生器產(chǎn)生的沖擊電壓及匯流引線中流過的沖擊電流會造成
幾百kHz至1 MHz的電磁騷擾; (2)試驗過程中地電位升高會通過供電電源地線傳導(dǎo)至示波器造成傳導(dǎo)騷擾。針對復(fù)雜測量環(huán)境，本文研制了可準(zhǔn)確測量智能組件端口電壓的測量系統(tǒng)。
1.1 測量系統(tǒng)
測量系統(tǒng)示意圖如圖1所示，主要測量設(shè)備包括Tek P6015A高壓探頭、THDP0100差分探頭、Pearson10l大電流傳感器、泰克DPO3043示波器、屏蔽箱、12V鋰電池、逆變器、光電轉(zhuǎn)換器等。探頭位于智能組件柜內(nèi)，就地測量電源及騷擾端口電壓;探頭測量引線經(jīng)波紋管連接至屏蔽箱內(nèi)示波器，避免空間電磁騷擾;鋰電池和逆變器位于屏蔽箱內(nèi)，為示波器提供獨立220V交流電源，以避免傳導(dǎo)騷擾。示波器用于顯示并記錄數(shù)據(jù)。為避免空間電磁騷擾，采用光纖及光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)實現(xiàn)室內(nèi)終端對示波器的遠程控制。電流騷擾在高電位處就地采集并轉(zhuǎn)化為光信號，經(jīng)光纖傳至控制終端，為了防止測量系統(tǒng)受到電磁干擾，電流采集端采用全金屬屏蔽結(jié)構(gòu)，并在電纜上套有磁環(huán)，降低電纜屏蔽層的感應(yīng)電流，從而有效提高信噪比。測量系統(tǒng)主要設(shè)備具體參數(shù)如表1所示。
屏蔽箱如圖2所示，高90 cm，長60 cm，寬60 cm,箱體分為上下兩層，上下兩層間的隔板留有引線空洞。屏蔽箱底部設(shè)有直徑為6cm的測量引線螺紋管，另一端與智能組件柜緊密連接。為了提高箱體屏蔽效能，箱體與箱門的連接處為彈簧片式埡口，箱門采用壓把所關(guān)閉，可實現(xiàn)箱門與箱體的緊密電氣連接。
1.2測量系統(tǒng)性能
1.2.1 抑制傳導(dǎo)干擾
雷電沖擊試驗時地電位抬升的高電壓會通過供電電源地線傳導(dǎo)至示波器而造成電磁騷擾，本測量系統(tǒng)采用大容量鋰電池結(jié)合逆變器為示波器獨立供電，可有效避免傳導(dǎo)騷擾對測量結(jié)果的影響。
1.2.2抑制輻射干擾
沖擊電壓、沖擊電流及球隙放電會產(chǎn)生電磁騷擾，影響測量結(jié)果。本文針對空間電磁騷擾制作了如圖2所示的特定電磁屏蔽箱，并在電磁信息安全應(yīng)用技術(shù)工程實驗室進行了檢測，結(jié)果顯示其在各個頻點均有>60dB的良好屏蔽效能。
為了進一步驗證測量系統(tǒng)在試驗大廳屏蔽效果，在變壓器高壓繞組進行雷電全波和截波沖擊試驗時，將測量探頭正負端子短接，分別在試驗大廳空間和屏蔽箱內(nèi)測量其端口騷擾電壓。電壓波形分別如圖2及圖3所示，騷擾電壓峰值統(tǒng)計結(jié)果如表2所示。
由表2可知，雷電全波和截波沖擊下，試驗大廳中所測端口騷擾電壓分別為600V和1 016V,而屏蔽箱內(nèi)騷擾電壓僅為10V以內(nèi),進一步驗證了測量系統(tǒng)對空間電磁騷擾的良好屏蔽效果。
對不同220kV和500kV變壓器智能組件電源端口騷擾電壓進行了測量，選擇所測幅值最高的試驗進行說明。受試變壓器長7m,寬6m,為500 kV雙繞組單相變壓器，低壓繞組為雙層六螺旋結(jié)構(gòu)，共59匝，高壓繞組為對稱結(jié)構(gòu)，對于上半部分，前20餅為插入內(nèi)屏蔽四段屏結(jié)構(gòu)，后52餅為連續(xù)式結(jié)構(gòu)。地網(wǎng)邊長35 m,寬30 m,地網(wǎng)網(wǎng)格呈邊長5m的正方形，埋地深度為0.3 m，接地導(dǎo)體采用50mmx5 mm鍍鋅扁鋼，垂直接地極位于網(wǎng)格交點處，長10 m。接地引線通過63 mmx3.55mm的黃銅帶與地面結(jié)構(gòu)層鋼筋網(wǎng)做良好的焊接連接，工頻接地電阻<1 2。試驗接線如圖4所示，沖擊電壓發(fā)生器高壓端與變壓器待測繞組入波端連接，待測繞組末端與短接后的非測試?yán)@組連接，并與變壓器外殼、智能組件柜外殼、屏蔽箱外殼及沖擊電壓發(fā)生器低壓端一-同連接至接地引線后，共同接至主接地點。
2.2測量內(nèi)容
2.2.1回路電流
圖5為電流回路示意圖，其中，i為變壓器入波電流，gw為變壓器外殼電流，i為變壓器繞組末端電流，g為入地電流。由于整個試驗系統(tǒng)采用單點接地方式，根據(jù)基爾霍夫電流定律，流經(jīng)一個節(jié)點的全部電流之和為0，即入地電流ig為0,無法引起地電位升。這與智能組件電源端口出現(xiàn)的故障事實相悖。為了分析地電位抬升原因，對變壓器入波電流、繞組末端電流及外殼電流進行了測量。
2.2測量結(jié)果及分析
2.2.1地電位升對智能組件傳導(dǎo)干擾原因分析
1)試驗回路電流及地電位抬升原因以高壓繞組進行50%雷電全波試驗為例進行說明，電流時域波形如圖7所示。其中，黑色實線表示入波電流，該波形主要包含高頻容性分量和低頻感性分量兩部分，相比于感性分量峰值，容性分量
峰值很高，為1000A,該電流具有上述特點的主要.原因是由于變壓器高壓繞組與油箱及高低壓繞組及鐵芯之間存在縱向電容所致;虛線為變壓器繞組末端的回波電流，該電流同樣包含容性分量和感性分量，但該容性分量為流過變壓器餅間電容的電流，因此峰值較小，為220 A，其感性分量略小于入波電流中的感性分量;點畫線為變壓器外殼接地引線上流過的回波電流，其中容性分量為變壓器繞組的對地橫向電容電流，峰值為620A，感性分量為繞組與變壓器外殼回路中的繞組電流。
對比圖7中不同位置的電流可以看出，入波電流中的感性分量基本通過繞組和接地匯流引線返回至沖擊電壓發(fā)生器，但兩者的容性分量之和與入波容性電流相差近160 A，其原因是部分容性電流會經(jīng)變壓器外殼對地雜散電容和匯流銅排對地雜散電
容泄放入大地，沖擊試驗完整回路示意圖如圖8所示。因此，除現(xiàn)場接線外，設(shè)備外殼對接地網(wǎng)的雜散電容也是引起地電位抬升的關(guān)鍵因素,不能忽略。此外，接地引線上留有高頻大電流，匯流引線在高頻下呈現(xiàn)的感性阻抗致使與主接地點間存在較大電壓差。
2)地電位升對智能組件傳導(dǎo)干擾分析地電位抬升對傳導(dǎo)騷擾的耦合原理如圖9所示。，電流入地致使接地引線上產(chǎn)生地電位升UcGPR，其相當(dāng)于一個電壓源，通過接地引線和接地銅排作用于二次電纜屏蔽層.上，再通過屏蔽層與芯線間的耦合方式作用于火線和零線，上，然后經(jīng)電纜另一端的220V交流電源返回至遠端地，構(gòu)成完整回路。流經(jīng)屏蔽層的電流通過耦合方式作用于芯線上，進而對其產(chǎn)生騷擾電壓。
3結(jié)論
通過測量試驗回路電流，研究了地電位抬升原因:高頻容性電流流入地造成地網(wǎng)電位抬升;接地引線上流有高頻大電流，匯流引線在高頻下呈現(xiàn)的感性阻抗致使與主接地點間存在較大電壓差。
