電力系統(tǒng)開關(guān)突波模式研究

朱永剛

摘要：電力系統(tǒng)的開關(guān)或斷路器操作時(shí)都會(huì)產(chǎn)生電壓及電流的突波，通稱為開關(guān)突波，突波大小決定于開關(guān)（或斷路器）操作的時(shí)機(jī)（投入或切離的時(shí)間）、開關(guān)操作時(shí)系統(tǒng)的狀態(tài)及相關(guān)的電路常數(shù)，通常電壓等級(jí)越高開關(guān)突波的強(qiáng)度越大。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；開關(guān)突波模式；干擾模式；接地系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TM76?；?；?；?；文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?；?；?；?；文章編號(hào)：1009-2374（2014）18-0017-02

1開關(guān)突波成因及干擾模式

1.1開關(guān)突波成因

開關(guān)突波產(chǎn)生的方式及類型有很多種，較常見且對(duì)于電力系統(tǒng)影響較大的有下列四種：（1）高壓開關(guān)動(dòng)作時(shí)所引起之突波；（2）各種負(fù)載設(shè)備在投入與切離所產(chǎn)生之電力電弧；（3）電力系統(tǒng)中電容器組開關(guān)動(dòng)作時(shí)所產(chǎn)生之開關(guān)突波；（4）斷路器再清除故障時(shí)開關(guān)動(dòng)作所引起之瞬時(shí)突波。在此本文將討論高壓開關(guān)動(dòng)作時(shí)所引起之突波。

1.2突波干擾模式

突波對(duì)于電力系統(tǒng)、電子系統(tǒng)、通信系統(tǒng)的干擾模式有三種型態(tài)，分別為橫向模干擾、常模干擾及共模干擾三種型態(tài)。

（1）橫向模干擾。輸電網(wǎng)絡(luò)、浮動(dòng)系統(tǒng)及未接地的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，因雷云閃絡(luò)、無線電傳輸器、汽車點(diǎn)火系統(tǒng)、電弧及其他類似的輻射干擾源，造成電磁場(chǎng)以橫向模式傳送至電力系統(tǒng)的輸電線上，稱之為橫向模干擾。大部分這類噪聲在變壓器繞線的輸入端即自行消失，由于不平衡的對(duì)地阻抗，一小部分的橫向干擾噪聲未消失，此噪聲通常重迭在AC正弦波上。此類干擾噪聲之輻射頻率約10kHz以上，因此僅對(duì)高頻的接收器有影響。

（2）常模干擾。配電系統(tǒng)中任何兩輸送電流線路的導(dǎo)體，出現(xiàn)了不該有的電位差稱之常模干擾。換句話說就是噪聲重迭在線電壓正弦波上稱之常模噪聲。其干擾形式有雷云閃絡(luò)突波，遠(yuǎn)方的開關(guān)突波侵入干擾變壓一次側(cè)，而以磁耦合方式耦合至二次側(cè)形成常模噪聲干擾；分支電路上負(fù)載的啟動(dòng)使用與關(guān)閉形成瞬間開關(guān)突波迭在AC線電壓上形成常模噪聲干擾；非線性或開關(guān)負(fù)載影響到電力系統(tǒng)的源阻抗造成總線的供電受干擾，這亦是另一種常模噪聲干擾。

（3）共模干擾。配電系統(tǒng)中任一輸送電流的線路導(dǎo)體與接地導(dǎo)體間，出現(xiàn)不該有電位差稱之共模干擾。另在三相Y接的供電系統(tǒng)中在中性點(diǎn)與地間有異常的電位差亦稱之為共模噪聲干擾。通常共模噪聲對(duì)靈敏度極高的設(shè)備影響較大。

2開關(guān)突波出現(xiàn)在接地系統(tǒng)的方式

開關(guān)突波的現(xiàn)象是一種瞬時(shí)的現(xiàn)象其瞬時(shí)頻率介于數(shù)kHz至數(shù)十kHz之間，且瞬時(shí)頻率與系統(tǒng)電容成反比，尤其在極少電容量之開關(guān)切換其瞬時(shí)頻率相對(duì)比較高，一般認(rèn)為開關(guān)突波僅與受開關(guān)操作的回路有關(guān)與接地系統(tǒng)無關(guān)，其實(shí)不然，因?yàn)榻拥叵到y(tǒng)是電力系統(tǒng)回路的一部分，開關(guān)突波電流與電壓，都可能透過直接傳導(dǎo)、感應(yīng)與耦合等方式出現(xiàn)在接地系統(tǒng)，如圖1所示：

圖1開關(guān)突波出現(xiàn)在接地系統(tǒng)之方式

檢討目前的電力系統(tǒng)開關(guān)突波以直接傳導(dǎo)方式出現(xiàn)在接地系統(tǒng)者并不多見，通常是以具多重接地者有機(jī)會(huì)發(fā)生，因其突波電流大多已經(jīng)過負(fù)載（或變壓器）的阻隔及系統(tǒng)接地線（如中性線）之分流，故實(shí)際流入接地系統(tǒng)者很少。至于透過感應(yīng)的方式是因有突波電流造成磁場(chǎng)交鏈到接地系統(tǒng)的導(dǎo)體，而在接地系統(tǒng)上產(chǎn)生感應(yīng)的突波電壓及突波電流，這種磁場(chǎng)感應(yīng)而來的突波電壓或電流通常很小，因突波電流含高頻成分其所產(chǎn)生之磁場(chǎng)容易被遮蔽，故發(fā)生障礙幾率亦小。故本文在此探討以對(duì)地電容耦合的方式所產(chǎn)生之開關(guān)突波對(duì)接地系統(tǒng)之影響。

經(jīng)由對(duì)地電容的耦合方式使開關(guān)突波電流注入系統(tǒng)的情況，在電力系統(tǒng)中隨處可見，因任何總線及輸電線對(duì)接地系統(tǒng)都有電容存在，當(dāng)開關(guān)投入瞬間對(duì)接地系統(tǒng)有充電電流，此外就理論上而言，電容瞬間是短路狀態(tài)（或可能反向充電），故瞬間總線或輸電線的電壓（甚至更大的電壓）可能出現(xiàn)在接地系統(tǒng)上，這些電壓基本上是GPR的型式，接地線因突波電流屬高頻成分，故亦會(huì)出現(xiàn)接地電位差GPD，這些現(xiàn)象將隨電壓等級(jí)越高越嚴(yán)重，有必要加以探討，故為本研究的重點(diǎn)。

3開關(guān)突波產(chǎn)生模式

開關(guān)突波模式分成開關(guān)突波產(chǎn)生的模式及注入接地系統(tǒng)的模式兩方面說明，前者將建立捷運(yùn)系統(tǒng)主變電站161kV系統(tǒng)的電路模型以分析開關(guān)動(dòng)作時(shí)突波電流，后者則針對(duì)GIS內(nèi)部開關(guān)操作時(shí)探討突波電流注入接地系統(tǒng)（接地網(wǎng)）的方式，并建立等效電路計(jì)算電流的變化。

電力系統(tǒng)的開關(guān)動(dòng)作時(shí)皆會(huì)產(chǎn)生電壓突波及電流突波，而其大小則與電壓等級(jí)、開關(guān)操作的方式及電路常數(shù)有關(guān)，本文利用開關(guān)操作的方式產(chǎn)生突波電流的模式，其模式以單極操作模式、三極操作模式及延時(shí)三極操作模式為代表，其中三極操作模式是針對(duì)三相開關(guān)同時(shí)操作的情形，延時(shí)三極操作模式則是探討實(shí)際情況下三相開關(guān)在操作時(shí)并不一定會(huì)同時(shí)投入的情形，而開關(guān)突波所產(chǎn)生的突波接地電流主要取決于線路常數(shù)（即對(duì)地電容）的不平衡。

圖2

當(dāng)161kV主變電站系統(tǒng)之架空線路、電纜及電纜連接站、GIS、主變壓器及其接地系統(tǒng)等之架構(gòu)，其系統(tǒng)是兼做其他用途的主變電站，若未兼做其他用途則復(fù)雜度較低。圖中各開關(guān)包括ABS、DS及斷路器（CB）其操作時(shí)皆有可能產(chǎn)生開關(guān)突波電流注入接地系統(tǒng)而在各處產(chǎn)生瞬時(shí)電壓，對(duì)相關(guān)設(shè)備及下游系統(tǒng)都有影響，系統(tǒng)主變電站之近似等效電路。在此本文所探討之接地系統(tǒng)主要為電纜連接站地網(wǎng)、GIS地網(wǎng)及主變壓器地網(wǎng)三地網(wǎng)，其地網(wǎng)互連及地網(wǎng)未互連時(shí)之特性。

圖中GIS內(nèi)的相導(dǎo)體對(duì)GIS外殼有分布電容存在，且PT（比壓器）高壓側(cè)中性點(diǎn)往往都接于GIS外殼，而低壓側(cè)中性點(diǎn)則連接至設(shè)備在接至接地總線，而避雷器（LA）之接地線是獨(dú)立不與GIS外殼連接，但共同接地至接地總線。符號(hào)說明：Ea，Eb，Ec三相平衡電源電壓Zs電源等效零序阻抗C1g，C2g，C3g分別為a，b，c相對(duì)地（接地網(wǎng)）等效電容；Ig注入接地網(wǎng)等效電流；Rg0電源端接地電阻；Rg1開關(guān)場(chǎng)接地電阻；電路參數(shù)依開關(guān)操作狀態(tài)而定，若是單極操作狀態(tài)，電源電壓En為相電壓Ea，Eb，或Ec，而Zs′及Cg可近似等于電源阻抗Zs及相對(duì)地電容C1g，C2g，或C3g，即En=Ea（或Eb，Ec）；Cg=C1g（或C2g，C3g）；Zs′=Zs；若是針對(duì)三極操作狀態(tài)En為中性浮接的電壓（殘余電壓），其大小可計(jì)算如下：

又因?qū)Φ厝菘勾笮〈笥陔娫醋杩筞s很多，則，，分別代入（2）

帶代入（1）可得：

（4）

由（4）式表示之En可視為與頻率無關(guān)，因C1g，C2g及C3g相互差別不大（一般不超過10%），則Za，Zb及Zc亦相差不大，三者皆以平均值取代則，其并聯(lián)等效阻抗

Zeq為：

（5）

式中C1g，C2g，及C3g亦可以三者平均值取代之，則（5）式可表示如下：

（6）

式中（7a）

（7b）

由于，RS與LS若不考慮集膚效應(yīng)則視為與頻率無關(guān)，C1g，C2g，與C3g亦與頻率無關(guān)，電路可適用于計(jì)算單極或三極操作的突波接地電流。

參考文獻(xiàn)

[1]?；席裕庚.預(yù)測(cè)控制[M].北京：國防工業(yè)出版社，?；1993.endprint

摘要：電力系統(tǒng)的開關(guān)或斷路器操作時(shí)都會(huì)產(chǎn)生電壓及電流的突波，通稱為開關(guān)突波，突波大小決定于開關(guān)（或斷路器）操作的時(shí)機(jī)（投入或切離的時(shí)間）、開關(guān)操作時(shí)系統(tǒng)的狀態(tài)及相關(guān)的電路常數(shù)，通常電壓等級(jí)越高開關(guān)突波的強(qiáng)度越大。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；開關(guān)突波模式；干擾模式；接地系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TM76?；?；?；?；文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?；?；?；?；文章編號(hào)：1009-2374（2014）18-0017-02

1開關(guān)突波成因及干擾模式

1.1開關(guān)突波成因

開關(guān)突波產(chǎn)生的方式及類型有很多種，較常見且對(duì)于電力系統(tǒng)影響較大的有下列四種：（1）高壓開關(guān)動(dòng)作時(shí)所引起之突波；（2）各種負(fù)載設(shè)備在投入與切離所產(chǎn)生之電力電弧；（3）電力系統(tǒng)中電容器組開關(guān)動(dòng)作時(shí)所產(chǎn)生之開關(guān)突波；（4）斷路器再清除故障時(shí)開關(guān)動(dòng)作所引起之瞬時(shí)突波。在此本文將討論高壓開關(guān)動(dòng)作時(shí)所引起之突波。

1.2突波干擾模式

突波對(duì)于電力系統(tǒng)、電子系統(tǒng)、通信系統(tǒng)的干擾模式有三種型態(tài)，分別為橫向模干擾、常模干擾及共模干擾三種型態(tài)。

（1）橫向模干擾。輸電網(wǎng)絡(luò)、浮動(dòng)系統(tǒng)及未接地的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，因雷云閃絡(luò)、無線電傳輸器、汽車點(diǎn)火系統(tǒng)、電弧及其他類似的輻射干擾源，造成電磁場(chǎng)以橫向模式傳送至電力系統(tǒng)的輸電線上，稱之為橫向模干擾。大部分這類噪聲在變壓器繞線的輸入端即自行消失，由于不平衡的對(duì)地阻抗，一小部分的橫向干擾噪聲未消失，此噪聲通常重迭在AC正弦波上。此類干擾噪聲之輻射頻率約10kHz以上，因此僅對(duì)高頻的接收器有影響。

（2）常模干擾。配電系統(tǒng)中任何兩輸送電流線路的導(dǎo)體，出現(xiàn)了不該有的電位差稱之常模干擾。換句話說就是噪聲重迭在線電壓正弦波上稱之常模噪聲。其干擾形式有雷云閃絡(luò)突波，遠(yuǎn)方的開關(guān)突波侵入干擾變壓一次側(cè)，而以磁耦合方式耦合至二次側(cè)形成常模噪聲干擾；分支電路上負(fù)載的啟動(dòng)使用與關(guān)閉形成瞬間開關(guān)突波迭在AC線電壓上形成常模噪聲干擾；非線性或開關(guān)負(fù)載影響到電力系統(tǒng)的源阻抗造成總線的供電受干擾，這亦是另一種常模噪聲干擾。

（3）共模干擾。配電系統(tǒng)中任一輸送電流的線路導(dǎo)體與接地導(dǎo)體間，出現(xiàn)不該有電位差稱之共模干擾。另在三相Y接的供電系統(tǒng)中在中性點(diǎn)與地間有異常的電位差亦稱之為共模噪聲干擾。通常共模噪聲對(duì)靈敏度極高的設(shè)備影響較大。

2開關(guān)突波出現(xiàn)在接地系統(tǒng)的方式

開關(guān)突波的現(xiàn)象是一種瞬時(shí)的現(xiàn)象其瞬時(shí)頻率介于數(shù)kHz至數(shù)十kHz之間，且瞬時(shí)頻率與系統(tǒng)電容成反比，尤其在極少電容量之開關(guān)切換其瞬時(shí)頻率相對(duì)比較高，一般認(rèn)為開關(guān)突波僅與受開關(guān)操作的回路有關(guān)與接地系統(tǒng)無關(guān)，其實(shí)不然，因?yàn)榻拥叵到y(tǒng)是電力系統(tǒng)回路的一部分，開關(guān)突波電流與電壓，都可能透過直接傳導(dǎo)、感應(yīng)與耦合等方式出現(xiàn)在接地系統(tǒng)，如圖1所示：

圖1開關(guān)突波出現(xiàn)在接地系統(tǒng)之方式

檢討目前的電力系統(tǒng)開關(guān)突波以直接傳導(dǎo)方式出現(xiàn)在接地系統(tǒng)者并不多見，通常是以具多重接地者有機(jī)會(huì)發(fā)生，因其突波電流大多已經(jīng)過負(fù)載（或變壓器）的阻隔及系統(tǒng)接地線（如中性線）之分流，故實(shí)際流入接地系統(tǒng)者很少。至于透過感應(yīng)的方式是因有突波電流造成磁場(chǎng)交鏈到接地系統(tǒng)的導(dǎo)體，而在接地系統(tǒng)上產(chǎn)生感應(yīng)的突波電壓及突波電流，這種磁場(chǎng)感應(yīng)而來的突波電壓或電流通常很小，因突波電流含高頻成分其所產(chǎn)生之磁場(chǎng)容易被遮蔽，故發(fā)生障礙幾率亦小。故本文在此探討以對(duì)地電容耦合的方式所產(chǎn)生之開關(guān)突波對(duì)接地系統(tǒng)之影響。

經(jīng)由對(duì)地電容的耦合方式使開關(guān)突波電流注入系統(tǒng)的情況，在電力系統(tǒng)中隨處可見，因任何總線及輸電線對(duì)接地系統(tǒng)都有電容存在，當(dāng)開關(guān)投入瞬間對(duì)接地系統(tǒng)有充電電流，此外就理論上而言，電容瞬間是短路狀態(tài)（或可能反向充電），故瞬間總線或輸電線的電壓（甚至更大的電壓）可能出現(xiàn)在接地系統(tǒng)上，這些電壓基本上是GPR的型式，接地線因突波電流屬高頻成分，故亦會(huì)出現(xiàn)接地電位差GPD，這些現(xiàn)象將隨電壓等級(jí)越高越嚴(yán)重，有必要加以探討，故為本研究的重點(diǎn)。

3開關(guān)突波產(chǎn)生模式

開關(guān)突波模式分成開關(guān)突波產(chǎn)生的模式及注入接地系統(tǒng)的模式兩方面說明，前者將建立捷運(yùn)系統(tǒng)主變電站161kV系統(tǒng)的電路模型以分析開關(guān)動(dòng)作時(shí)突波電流，后者則針對(duì)GIS內(nèi)部開關(guān)操作時(shí)探討突波電流注入接地系統(tǒng)（接地網(wǎng)）的方式，并建立等效電路計(jì)算電流的變化。

電力系統(tǒng)的開關(guān)動(dòng)作時(shí)皆會(huì)產(chǎn)生電壓突波及電流突波，而其大小則與電壓等級(jí)、開關(guān)操作的方式及電路常數(shù)有關(guān)，本文利用開關(guān)操作的方式產(chǎn)生突波電流的模式，其模式以單極操作模式、三極操作模式及延時(shí)三極操作模式為代表，其中三極操作模式是針對(duì)三相開關(guān)同時(shí)操作的情形，延時(shí)三極操作模式則是探討實(shí)際情況下三相開關(guān)在操作時(shí)并不一定會(huì)同時(shí)投入的情形，而開關(guān)突波所產(chǎn)生的突波接地電流主要取決于線路常數(shù)（即對(duì)地電容）的不平衡。

圖2

當(dāng)161kV主變電站系統(tǒng)之架空線路、電纜及電纜連接站、GIS、主變壓器及其接地系統(tǒng)等之架構(gòu)，其系統(tǒng)是兼做其他用途的主變電站，若未兼做其他用途則復(fù)雜度較低。圖中各開關(guān)包括ABS、DS及斷路器（CB）其操作時(shí)皆有可能產(chǎn)生開關(guān)突波電流注入接地系統(tǒng)而在各處產(chǎn)生瞬時(shí)電壓，對(duì)相關(guān)設(shè)備及下游系統(tǒng)都有影響，系統(tǒng)主變電站之近似等效電路。在此本文所探討之接地系統(tǒng)主要為電纜連接站地網(wǎng)、GIS地網(wǎng)及主變壓器地網(wǎng)三地網(wǎng)，其地網(wǎng)互連及地網(wǎng)未互連時(shí)之特性。

圖中GIS內(nèi)的相導(dǎo)體對(duì)GIS外殼有分布電容存在，且PT（比壓器）高壓側(cè)中性點(diǎn)往往都接于GIS外殼，而低壓側(cè)中性點(diǎn)則連接至設(shè)備在接至接地總線，而避雷器（LA）之接地線是獨(dú)立不與GIS外殼連接，但共同接地至接地總線。符號(hào)說明：Ea，Eb，Ec三相平衡電源電壓Zs電源等效零序阻抗C1g，C2g，C3g分別為a，b，c相對(duì)地（接地網(wǎng)）等效電容；Ig注入接地網(wǎng)等效電流；Rg0電源端接地電阻；Rg1開關(guān)場(chǎng)接地電阻；電路參數(shù)依開關(guān)操作狀態(tài)而定，若是單極操作狀態(tài)，電源電壓En為相電壓Ea，Eb，或Ec，而Zs′及Cg可近似等于電源阻抗Zs及相對(duì)地電容C1g，C2g，或C3g，即En=Ea（或Eb，Ec）；Cg=C1g（或C2g，C3g）；Zs′=Zs；若是針對(duì)三極操作狀態(tài)En為中性浮接的電壓（殘余電壓），其大小可計(jì)算如下：

又因?qū)Φ厝菘勾笮〈笥陔娫醋杩筞s很多，則，，分別代入（2）

帶代入（1）可得：

（4）

由（4）式表示之En可視為與頻率無關(guān)，因C1g，C2g及C3g相互差別不大（一般不超過10%），則Za，Zb及Zc亦相差不大，三者皆以平均值取代則，其并聯(lián)等效阻抗

Zeq為：

（5）

式中C1g，C2g，及C3g亦可以三者平均值取代之，則（5）式可表示如下：

（6）

式中（7a）

（7b）

由于，RS與LS若不考慮集膚效應(yīng)則視為與頻率無關(guān)，C1g，C2g，與C3g亦與頻率無關(guān)，電路可適用于計(jì)算單極或三極操作的突波接地電流。

參考文獻(xiàn)

[1]?；席裕庚.預(yù)測(cè)控制[M].北京：國防工業(yè)出版社，?；1993.endprint

摘要：電力系統(tǒng)的開關(guān)或斷路器操作時(shí)都會(huì)產(chǎn)生電壓及電流的突波，通稱為開關(guān)突波，突波大小決定于開關(guān)（或斷路器）操作的時(shí)機(jī)（投入或切離的時(shí)間）、開關(guān)操作時(shí)系統(tǒng)的狀態(tài)及相關(guān)的電路常數(shù)，通常電壓等級(jí)越高開關(guān)突波的強(qiáng)度越大。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；開關(guān)突波模式；干擾模式；接地系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TM76?；?；?；?；文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?；?；?；?；文章編號(hào)：1009-2374（2014）18-0017-02

1開關(guān)突波成因及干擾模式

1.1開關(guān)突波成因

開關(guān)突波產(chǎn)生的方式及類型有很多種，較常見且對(duì)于電力系統(tǒng)影響較大的有下列四種：（1）高壓開關(guān)動(dòng)作時(shí)所引起之突波；（2）各種負(fù)載設(shè)備在投入與切離所產(chǎn)生之電力電弧；（3）電力系統(tǒng)中電容器組開關(guān)動(dòng)作時(shí)所產(chǎn)生之開關(guān)突波；（4）斷路器再清除故障時(shí)開關(guān)動(dòng)作所引起之瞬時(shí)突波。在此本文將討論高壓開關(guān)動(dòng)作時(shí)所引起之突波。

1.2突波干擾模式

突波對(duì)于電力系統(tǒng)、電子系統(tǒng)、通信系統(tǒng)的干擾模式有三種型態(tài)，分別為橫向模干擾、常模干擾及共模干擾三種型態(tài)。

（1）橫向模干擾。輸電網(wǎng)絡(luò)、浮動(dòng)系統(tǒng)及未接地的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，因雷云閃絡(luò)、無線電傳輸器、汽車點(diǎn)火系統(tǒng)、電弧及其他類似的輻射干擾源，造成電磁場(chǎng)以橫向模式傳送至電力系統(tǒng)的輸電線上，稱之為橫向模干擾。大部分這類噪聲在變壓器繞線的輸入端即自行消失，由于不平衡的對(duì)地阻抗，一小部分的橫向干擾噪聲未消失，此噪聲通常重迭在AC正弦波上。此類干擾噪聲之輻射頻率約10kHz以上，因此僅對(duì)高頻的接收器有影響。

（2）常模干擾。配電系統(tǒng)中任何兩輸送電流線路的導(dǎo)體，出現(xiàn)了不該有的電位差稱之常模干擾。換句話說就是噪聲重迭在線電壓正弦波上稱之常模噪聲。其干擾形式有雷云閃絡(luò)突波，遠(yuǎn)方的開關(guān)突波侵入干擾變壓一次側(cè)，而以磁耦合方式耦合至二次側(cè)形成常模噪聲干擾；分支電路上負(fù)載的啟動(dòng)使用與關(guān)閉形成瞬間開關(guān)突波迭在AC線電壓上形成常模噪聲干擾；非線性或開關(guān)負(fù)載影響到電力系統(tǒng)的源阻抗造成總線的供電受干擾，這亦是另一種常模噪聲干擾。

（3）共模干擾。配電系統(tǒng)中任一輸送電流的線路導(dǎo)體與接地導(dǎo)體間，出現(xiàn)不該有電位差稱之共模干擾。另在三相Y接的供電系統(tǒng)中在中性點(diǎn)與地間有異常的電位差亦稱之為共模噪聲干擾。通常共模噪聲對(duì)靈敏度極高的設(shè)備影響較大。

2開關(guān)突波出現(xiàn)在接地系統(tǒng)的方式

開關(guān)突波的現(xiàn)象是一種瞬時(shí)的現(xiàn)象其瞬時(shí)頻率介于數(shù)kHz至數(shù)十kHz之間，且瞬時(shí)頻率與系統(tǒng)電容成反比，尤其在極少電容量之開關(guān)切換其瞬時(shí)頻率相對(duì)比較高，一般認(rèn)為開關(guān)突波僅與受開關(guān)操作的回路有關(guān)與接地系統(tǒng)無關(guān)，其實(shí)不然，因?yàn)榻拥叵到y(tǒng)是電力系統(tǒng)回路的一部分，開關(guān)突波電流與電壓，都可能透過直接傳導(dǎo)、感應(yīng)與耦合等方式出現(xiàn)在接地系統(tǒng)，如圖1所示：

圖1開關(guān)突波出現(xiàn)在接地系統(tǒng)之方式

檢討目前的電力系統(tǒng)開關(guān)突波以直接傳導(dǎo)方式出現(xiàn)在接地系統(tǒng)者并不多見，通常是以具多重接地者有機(jī)會(huì)發(fā)生，因其突波電流大多已經(jīng)過負(fù)載（或變壓器）的阻隔及系統(tǒng)接地線（如中性線）之分流，故實(shí)際流入接地系統(tǒng)者很少。至于透過感應(yīng)的方式是因有突波電流造成磁場(chǎng)交鏈到接地系統(tǒng)的導(dǎo)體，而在接地系統(tǒng)上產(chǎn)生感應(yīng)的突波電壓及突波電流，這種磁場(chǎng)感應(yīng)而來的突波電壓或電流通常很小，因突波電流含高頻成分其所產(chǎn)生之磁場(chǎng)容易被遮蔽，故發(fā)生障礙幾率亦小。故本文在此探討以對(duì)地電容耦合的方式所產(chǎn)生之開關(guān)突波對(duì)接地系統(tǒng)之影響。

經(jīng)由對(duì)地電容的耦合方式使開關(guān)突波電流注入系統(tǒng)的情況，在電力系統(tǒng)中隨處可見，因任何總線及輸電線對(duì)接地系統(tǒng)都有電容存在，當(dāng)開關(guān)投入瞬間對(duì)接地系統(tǒng)有充電電流，此外就理論上而言，電容瞬間是短路狀態(tài)（或可能反向充電），故瞬間總線或輸電線的電壓（甚至更大的電壓）可能出現(xiàn)在接地系統(tǒng)上，這些電壓基本上是GPR的型式，接地線因突波電流屬高頻成分，故亦會(huì)出現(xiàn)接地電位差GPD，這些現(xiàn)象將隨電壓等級(jí)越高越嚴(yán)重，有必要加以探討，故為本研究的重點(diǎn)。

3開關(guān)突波產(chǎn)生模式

開關(guān)突波模式分成開關(guān)突波產(chǎn)生的模式及注入接地系統(tǒng)的模式兩方面說明，前者將建立捷運(yùn)系統(tǒng)主變電站161kV系統(tǒng)的電路模型以分析開關(guān)動(dòng)作時(shí)突波電流，后者則針對(duì)GIS內(nèi)部開關(guān)操作時(shí)探討突波電流注入接地系統(tǒng)（接地網(wǎng)）的方式，并建立等效電路計(jì)算電流的變化。

電力系統(tǒng)的開關(guān)動(dòng)作時(shí)皆會(huì)產(chǎn)生電壓突波及電流突波，而其大小則與電壓等級(jí)、開關(guān)操作的方式及電路常數(shù)有關(guān)，本文利用開關(guān)操作的方式產(chǎn)生突波電流的模式，其模式以單極操作模式、三極操作模式及延時(shí)三極操作模式為代表，其中三極操作模式是針對(duì)三相開關(guān)同時(shí)操作的情形，延時(shí)三極操作模式則是探討實(shí)際情況下三相開關(guān)在操作時(shí)并不一定會(huì)同時(shí)投入的情形，而開關(guān)突波所產(chǎn)生的突波接地電流主要取決于線路常數(shù)（即對(duì)地電容）的不平衡。

圖2

當(dāng)161kV主變電站系統(tǒng)之架空線路、電纜及電纜連接站、GIS、主變壓器及其接地系統(tǒng)等之架構(gòu)，其系統(tǒng)是兼做其他用途的主變電站，若未兼做其他用途則復(fù)雜度較低。圖中各開關(guān)包括ABS、DS及斷路器（CB）其操作時(shí)皆有可能產(chǎn)生開關(guān)突波電流注入接地系統(tǒng)而在各處產(chǎn)生瞬時(shí)電壓，對(duì)相關(guān)設(shè)備及下游系統(tǒng)都有影響，系統(tǒng)主變電站之近似等效電路。在此本文所探討之接地系統(tǒng)主要為電纜連接站地網(wǎng)、GIS地網(wǎng)及主變壓器地網(wǎng)三地網(wǎng)，其地網(wǎng)互連及地網(wǎng)未互連時(shí)之特性。

圖中GIS內(nèi)的相導(dǎo)體對(duì)GIS外殼有分布電容存在，且PT（比壓器）高壓側(cè)中性點(diǎn)往往都接于GIS外殼，而低壓側(cè)中性點(diǎn)則連接至設(shè)備在接至接地總線，而避雷器（LA）之接地線是獨(dú)立不與GIS外殼連接，但共同接地至接地總線。符號(hào)說明：Ea，Eb，Ec三相平衡電源電壓Zs電源等效零序阻抗C1g，C2g，C3g分別為a，b，c相對(duì)地（接地網(wǎng)）等效電容；Ig注入接地網(wǎng)等效電流；Rg0電源端接地電阻；Rg1開關(guān)場(chǎng)接地電阻；電路參數(shù)依開關(guān)操作狀態(tài)而定，若是單極操作狀態(tài)，電源電壓En為相電壓Ea，Eb，或Ec，而Zs′及Cg可近似等于電源阻抗Zs及相對(duì)地電容C1g，C2g，或C3g，即En=Ea（或Eb，Ec）；Cg=C1g（或C2g，C3g）；Zs′=Zs；若是針對(duì)三極操作狀態(tài)En為中性浮接的電壓（殘余電壓），其大小可計(jì)算如下：

又因?qū)Φ厝菘勾笮〈笥陔娫醋杩筞s很多，則，，分別代入（2）

帶代入（1）可得：

（4）

由（4）式表示之En可視為與頻率無關(guān)，因C1g，C2g及C3g相互差別不大（一般不超過10%），則Za，Zb及Zc亦相差不大，三者皆以平均值取代則，其并聯(lián)等效阻抗

Zeq為：

（5）

式中C1g，C2g，及C3g亦可以三者平均值取代之，則（5）式可表示如下：

（6）

式中（7a）

（7b）

由于，RS與LS若不考慮集膚效應(yīng)則視為與頻率無關(guān)，C1g，C2g，與C3g亦與頻率無關(guān)，電路可適用于計(jì)算單極或三極操作的突波接地電流。

參考文獻(xiàn)

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