变电站开关暂态电磁场对二次电缆的耦合干扰分析

王志川 郑镇 梁丽君 苏琳 周军

(国网自贡供电公司，四川 自贡 643000)

变电站是一个电磁环境非常复杂的系统，不仅要考虑强电设备的绝缘和电磁兼容，弱电设备的电磁兼容问题也日益受到重视。在开关操作时，空间产生强瞬态电磁场，并通过电磁辐射耦合对保护和控制电缆终端产生干扰。

根据现场试验所测数据［1］，变电站的各类开关操作中，在隔离开关切合空载母线时空间电场有最大幅值和最高的上升速率，频带范围最高达到25 MHz，主频分布在1 MHz以内的范围，含有丰富的高频分量，传导和辐射干扰最为严重。因此在各类开关操作中，隔离开关切合空载母线操作激发的空间电场是最严重的暂态干扰源。针对该操作所产生的暂态电磁场进行计算并评估其对二次设备的影响，是整个变电站的暂态干扰研究中的重点。

本文基于变电站内隔离开关操作的等效电路模型，采用柱坐标系下的FDTD对母线产生的整个空间的电磁场进行计算，利用改进的Agrawal模型，分析了空间瞬态电磁场对二次电缆的耦合干扰。

1 空间电磁场计算

三维柱坐标系中的坐标变量有r、φ和z，当介质围绕Z轴旋转对称时，三维柱坐标系麦克斯韦方程可以变成二维柱坐标系下的偏微分方程，包括TE波和TM波。

研究柱坐标系中二维TM波，在非各向异性或者非色散媒介空间中，由Maxwell’s公式可知［2］:

式中:E—电场向量;H—磁场向量;μ—磁导率;ε—介电常数:δ—电导率。

在时间和空间进行差分离散，在柱坐标系中可推导出以下公式: