一二次融合电信号智能量测设备在暂态强电磁干扰下的失效机理及主动防护技术

The research contents of this project belong to “The mechanism of intelligent power equipment’s failure and the method of suppressing electromagnetic interference” under the Smart Grid United Projects between NSFC and State Grid in 2018. This project focuses on the challenge how intelligent power equipment, of which the primary side and the secondary side are integrated, could withstand transient strong electromagnetic interference. To address this problem, the advantage of the damping effect, brought by the structure on the primary side, will be fully taken which is quite different from the traditional way that multiple protection devices are blindly set up on the secondary side. Under the condition of power system’s stability, electromagnetic interference coupling to the secondary side will be actively suppressed by optimizing sensing heads’ structure on the primary side. With the mechanism of intelligent power equipment’s failure studied, necessary protection devices will be installed, precisely and purposefully and the coordination of the protective measures on the primary and the secondary side will make suppression effect optimal. With the proposed idea and method, intelligent power equipment’s reliability in terms of electromagnetic compatibility will be greatly improved, breaking the constraint brought by the traditional multiple protection devices to the improvement of metering performance. An innovative active protection strategy for intelligent power equipment against transient strong electromagnetic interference will be formed, strongly supporting and promoting the development of smart grid.

本项目研究内容属于智能电网联合基金2018年度项目指南的重点支持项目“研究领域8：复杂电磁环境下电力智能设备失效机理及电磁干扰抑制方法”，聚焦于一二次融合电信号智能量测设备如何应对暂态强电磁干扰这一紧迫且极具挑战性的问题，改变单纯依靠所有二次端口加装多级防护的被动防护的传统思路，充分利用一次高压侧形态结构对暂态强电磁干扰的阻尼作用，在保证系统稳定性的前提下，优化设计一次高压侧形态结构，主动抑制一次高压侧耦合到二次的暂态强电磁干扰，而后在失效机理分析的基础上针对性的在二次增加精准防护，通过一二次协同实现暂态强电磁干扰防护的最优化配置。打破传统二次端口多级防护法对设备测量性能制约的同时，大幅提高了智能测量设备的电磁防护的可靠性，最终形成一套全新的一二次融合电信号智能量测设备应对暂态强电磁干扰的主动防护策略，为推动智能电网的发展提供技术支持。

项目聚焦于一二次融合电信号智能量测设备如何应对暂态强电磁骚扰这一紧迫且极具挑战性的问题，改变单纯依靠所有二次端口加装多级防护的被动防护的传统思路，充分利用一次高压侧形态结构对暂态强电磁干扰的阻尼作用，在保证系统稳定性的前提下，优化设计一次高压侧形态结构，主动抑制一次高压侧耦合到二次的暂态强电磁干扰。. 项目提出基于多频段场路结合分析法的VFTO仿真技术和基于hp有限元算法的GIS分布参数计算方法，实现了关注频段内，大型构件中超细小空间尺度的电磁耦合建模，厘清了暂态强电磁对智能量测设备的耦合机理。推证了二次侧端口骚扰电压脉冲幅值与断口间的击穿电压的线性单调函数关系，实现了设备敏感端口的关键特征量的量化提取。分析设备失效差异性表征，建立了智能量测设备在强电磁骚扰作用下的失效模型。提出基于高频暂态高感抗阻尼防护和基于趋肤效应的高低阻层叠频敏母线防护，两种主动防护技术。建立了与现场实际工况等效且关键特征参数可控的暂态模拟电磁骚扰试验方法，并验证了模型的正确性和主动防护技术的有效性。. 项目成果打破传统二次端口多级防护法对设备测量性能制约的同时，大幅提高了智能测量设备的电磁防护的可靠性，最终形成了一套全新的一二次融合电信号智能量测设备应对暂态强电磁干扰的主动防护策略。项目提出的智能量测设备失效机理，已应用到长春南变电站的电子式互感器改造工程。提出的高频暂态高感抗阻尼防护技术已应用到GIS电流电压组合互感器的产品设计中，并委托互感器制造商完成样机制造。项目所提暂态模拟电磁骚扰试验方法已应用于电力工业电力设备质量检验测试中心和陕西省电力科学研究院，为电力设备可靠性检测提供技术支持。