一种电磁干扰模拟装置

技术领域

本发明属于电磁干扰技术领域，特别涉及一种电磁干扰模拟装置。

背景技术

近年来，高压换流站因二次系统受到电磁干扰，引起一次系统故障的事件时有发生。其中，若二次设备存在问题，而在线监测设备没能发现或者监测的数据精度较低，未能引起技术人员足够重视，往往导致一次设备的小隐患发展成为一次设备的事故；一次设备未存在局部放电问题，而在线监测设备频发异常数据，误导技术人员进行不必要的停电检修，势必造成人力、物力、财力的浪费，也对电网运行的稳定性和可靠性造成了影响。

由于换流站复杂的电磁干扰环境，检测、监测电磁干扰的技术也遇到了技术发展瓶颈，漏报、误报普遍暴露，权威统计发现90％以上的报警为误报，究其根源在于当前状态检测装置的干扰识别能力和抗干扰水平，远不能适应变电站现场复杂的电磁环境。如何抑制这些复杂的、与局放信号有频带重叠的干扰信号并提高检测灵敏度，成为状态检测技术现场应用的瓶颈。因此，对状态检测产品的抗干扰能力及干扰识别能力的校验工作尤为重要。

目前，对于换流站暂态电磁干扰模拟骚扰源的研究，主要采用的是隔离开关模拟骚扰源，隔离开关模拟骚扰源是研究电子式互感器的抗扰度性能试验的一种方法，即利用真空断路器分、合球隙电弧来模拟隔离开关的技术，实现快速起弧、熄弧，精确控制燃弧，用以解决放电间隙电弧过程的控制方法问题，但是传统的隔离开关暂态电磁干扰源通道数目较少；另外，气体开关的绝缘恢复时间长，有可能在10ms内气体开关绝缘还没有完全恢复。

综上，亟需一种新的基于多脉冲天线辐射的电磁干扰模拟装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电磁干扰模拟装置，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明的装置具有脉冲电源电压、频率、极性可调的优点；采用触发源导通三电极开关的方式来产生脉冲信号的方式，可避免气体绝缘恢复时间短的缺点。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种电磁干扰模拟装置，包括：直流电源、三电极开关、等效电阻、放电电容、可调电感和触发源；

直流电源的正极与等效电阻的一端连接，等效电阻的另一端与放电电容的一端及三电极开关的阳极相连接；三电极开关的阴极与可调电感的一端相连接；

触发源的高压端与三电极开关的触发极相连接；

可调电感的另一端、放电电容的另一端均与直流电源的负极、触发源的接地端相连接。

本发明的进一步改进在于，所述三电极开关为单通道三电极开关。

本发明的进一步改进在于，所述三电极开关为多通道三电极开关。

本发明的进一步改进在于，还包括：高增益宽频对数周期天线；所述高增益宽频对数周期天线与三电极开关的阴极相连接。

本发明的进一步改进在于，所述高增益宽频对数周期天线的频率范围：30M～3000MHz；极化：线性；极化隔离：大于20dB；额定阻抗：50Ω；驻波：200MHz以上小于1.5，50～200MHz小于4，30～50MHz小于10；输入功率：200W；增益：10dB；RF连接器：N孔式。

本发明的进一步改进在于，还包括：GIS设备外壳接地电阻；所述GIS设备外壳接地电阻串接于可调电感与三电极开关之间。

本发明的进一步改进在于，直流电源为50kV直流电源；三电极开关为四通道三电极开关，单个通道工作频率50Hz；三电极开关的自击穿电压为70～80kV。

本发明的进一步改进在于，触发源为4路输出，分别用于触发4个三电极开关，每路脉冲重复频率50Hz，相邻通道之间触发脉冲输出延时为5ms。

本发明的进一步改进在于，所述触发源包括：Marx主电路、IGBT驱动电路和光耦输入电路；所述Marx主电路用于驱动IGBT驱动电路；IGBT驱动电路的触发方式采用隔离触发；光耦输入电路用于通过光耦对IGBT进行驱动。

本发明的进一步改进在于，所述Marx主电路设置有输入电压接口和输出端，输入电压接口与直流源相连接，输出端接IGBT驱动电路；所述Marx主电路由5个充放电回路组成。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过采用多信号注入方式产生暂态电磁干扰模拟骚扰源，具有脉冲电源电压、频率、极性可调的优点；采用触发源导通四通道电极开关的方式来产生脉冲信号的方式，可避免气体绝缘恢复时间短的缺点。

本发明通过三电极开关，通过高增益宽频对数周期天线发生模拟电磁干扰或者通过直接连接GIS设备，通过模拟电磁干扰来检测目标设备的电磁抗干扰性能。

本发明采用触发源控制单通道电极开关，加装高增益宽频对数周期天线用于信号的定向发射。

本发明通过多通道开关实现模拟电磁干扰源发生，利用多电极开关气体绝缘恢复时间短，同时脉冲电源电压、频率、极性可调脉冲的优点用于模拟换流站电磁干扰源。其中，气体开关的绝缘恢复时间在ms量级，采用4通道并联，单个通道工作频率50Hz。采用触发源控制，具有传统Marx电路所不具有的开关速度快，输出可调，脉冲上升沿或下降沿极短,可产生极强的脉冲电场冲击等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的一种基于多脉冲天线辐射的电磁干扰模拟装置的原理示意图；

图2是本发明实施例的又一种基于多脉冲天线辐射的电磁干扰模拟装置的原理示意图；

图3是本发明实施例中，Marx电路原理示意图；

图4是本发明实施例中，IGBT驱动电路原理示意图；

图5是本发明实施例中，光耦输入电路原理示意图；

图6是本发明实施例中，仿真电路示意图；

图7是本发明实施例中，不同电感值条件下的脉冲电流波形对比示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术效果及技术方案更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例。基于本发明公开的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，都应属于本发明保护的范围。

本发明针对换流站开关操作瞬态电磁干扰，开发了一套基于多信号注入方式模拟换流站暂态电磁干扰的模拟骚扰源，并提出基于该模拟骚扰源的试验方法；采用本发明装置对于开展对于换流站二次设备电磁干扰研究具有很大的帮助。

本发明实施例旨在实现通过三电极开关，通过高增益宽频对数周期天线发生模拟电磁干扰或者通过直接连接GIS设备，通过模拟电磁干扰来检测目标设备的电磁抗干扰性能。

请参阅图1，本发明实施例的一种基于多脉冲天线辐射的电磁干扰模拟装置，旨在实现单通道开关下通过触发源控制产生合适的电流波形，最终通过高增益宽频对数周期天线装置发生模拟电磁干扰；其中，电极开关工作频率为50Hz。

本发明实施例中，采用触发源控制，具有传统Marx电路所不具有的开关速度快，输出可调，脉冲上升沿或下降沿极短,可产生极强的脉冲电场冲击等优点。

本发明实施例的一种基于多脉冲天线辐射的电磁干扰模拟装置，包括：主电路、单通道电极开关、天线和触发源等。

其中，触发源包括：Marx主电路、大功率IGBT驱动电路、光耦输入信号、AC-DC电源模块等部分；

所述主电路中，由电压值为50kv直流电源供电，电容C1为放电电容，电阻R1为等效电阻，电感可根据实际需求，选择合适可调电感。

本发明实施例中，单通道电极开关具体采用单通道三电极开关，但不仅限于单通道，工作频率50Hz。

开关导通：负载上要求3000A的电流，电容充电电压50kV，因此三电极触发开关的自击穿电压按70-80kV设计。三电极开关触发电极埋在地电极内。触发极与触发源的高压端相连，阴极与触发源接地端相连。

本发明实施例中，所述触发源为1路输出，触发1个三电极开关，单路频率50Hz。高压直流电源通过12V直流电源供电，采用电位器调节电源输出电压。触发源中Marx主电路输入端连接到高压直流电源的输出端，Marx电路输出端接IGBT驱动电路，其触发采用隔离触发，其电压由AC220V-DC5V电源模块输入。光耦输入信号通过光耦对IGBT进行驱动，且每一个IGBT均采用这种驱动方式。隔离电源模块5V转15V，为TLP352供电。IGBT驱动电路通过5V电源供电。光耦输入电路接入AC220V输入端口，通过AC-DC模块得到2路12V直流电压。12V直流电压分为两路：一路作用是将12V转换为5V的电源为光耦提供电流，光耦输出侧输出15V高电平，采用电阻分压在R10两端得到5V高电平，有上升沿。另外一路作用是通过AC-DC模块，把12V电压降到5V，为74HC123供电。R10两端与74HC123的1B和GND连接，将上升沿输入74HC123。74HC123 15和16端口连接电位器，通过调节电位器电阻调节输出脉宽。将输出脉冲分成6路，5路分别接入图中5个IGBT的光耦输入端，一路检测触发信号。

请参阅图2，本发明实施例的又一种基于多脉冲天线辐射的电磁干扰模拟装置，旨在实现通过多通道开关实现模拟电磁干扰源发生，利用多电极开关气体绝缘恢复时间短，同时脉冲电源电压、频率、极性可调脉冲的优点用于模拟换流站电磁干扰源。其中气体开关的绝缘恢复时间在ms量级，采用4通道并联，单个通道工作频率50Hz。采用触发源控制，具有传统Marx电路所不具有的开关速度快，输出可调，脉冲上升沿或下降沿极短,可产生极强的脉冲电场冲击等优点。

本发明实施例的一种基于多脉冲天线辐射的电磁干扰模拟装置，包括：主电路、多通道电极开关、天线、触发源等。

触发源包括：Marx主电路、大功率IGBT驱动电路、光耦输入信号、AC-DC电源模块等部分；

所述主电路中，由电压值为50kv直流电源供电，电容C1为放电电容，电阻R1为等效电阻，电阻R2为实际GIS设备外壳接地电阻，电感可根据实际需要，选择合适可调电感。

所述的多通道三电极开关，在本发明具体实施例中采用的是四通道三电极开关，但不仅限于四通道，重复频率200Hz。采用4通道并联，单个通道工作频率50Hz。采用触发源控制，每个开关的导通。负载上要求3000A的电流，电容充电电压50kV，因此三电极触发开关的自击穿电压按70-80kV设计。三电极开关触发电极埋在地电极内，触发极与触发源的高压端相连，阴极与触发源接地端相连。

所述触发源为4路输出，分别触发4个三电极开关，每路脉冲重复频率50Hz，相邻通道之间触发脉冲输出延时为5ms。高压直流电源通过12V直流电源供电，采用电位器调节电源输出电压。触发源中Marx主电路输入端连接到高压直流电源的输出端，Marx电路输出端接IGBT驱动电路，其触发采用隔离触发，其电压由AC220V-DC5V电源模块输入。光耦输入信号通过光耦对IGBT进行驱动，且每一个IGBT均采用这种驱动方式。隔离电源模块5V转15V，为TLP352供电。IGBT驱动电路通过5V电源供电。光耦输入电路接入AC220V输入端口，通过AC-DC模块得到2路12V直流电压。12V直流电压分为两路：一路作用是将12V转换为5V的电源为光耦提供电流，光耦输出侧输出15V高电平，采用电阻分压在R10两端得到5V高电平，有上升沿。另外一路作用是通过AC-DC模块，把12V电压降到5V，为74HC123供电。R10两端与74HC123的1B和GND连接，将上升沿输入74HC123。74HC123 15和16端口连接电位器，通过调节电位器电阻调节输出脉宽。将输出脉冲分成6路，5路分别接入图2中5个IGBT的光耦输入端，一路检测触发信号。

本发明通过采用多信号注入方式产生暂态电磁干扰模拟骚扰源，具有脉冲电源电压、频率、极性可调的优点。进一步的采用触发源导通四通道电极开关的方式来产生脉冲信号的方式，避免了气体绝缘恢复时间短的缺点。通过本项目的研究，充分掌握高压直流换流站电磁干扰的特征信息，进一步提出科学合理的二次设备抗扰度要求，有针对性的采取抑制电磁干扰产生与传播的措施，为换流站的电磁兼容设计、改造、安全稳定运行提供技术支撑。

本发明实施例的单通道空间电磁干扰模拟装置，工作频率为50HZ。其中，由50kV直流电源供电，装置采用触发源控制单通道电极开关，装置加装高增益宽频对数周期天线用于信号的定向发射。

本发明实施例的四通道空间电磁干扰模拟装置，工作频率为200HZ。其中，由50kV直流电源供电，装置采用触发源控制四通单通道三电极开关，装置可直接连接受干扰设备。

本发明实施例的电极开关触发电极埋在地电极内，触发极与触发源的高压端相连，阴极与触发源接地端相连。

本发明实施例的高增益宽频对数周期天线，用于信号的定向发射，具体参数如下：

频率范围：30M-3000MHz、极化：线性、极化隔离：＞20dB、额定阻抗：50Ω、驻波：200MHz以上小于1.5，50-200MHz小于4，30-50MHz小于10、输入功率：200W(高增益)、增益：10dB、RF连接器：N孔式。

请参阅图3，本发明实施例的触发源中，Marx电路详细电路图如图3所示，P1为Marx电路的输入电压接口，其输入电压接口与高压直流源相连接。该电路是由5个充放电回路组成，该电路中采用10个型号为STTH1210DY的二极管，10个1uF的电容，1个型号为AXIAL-1.5的10Ω电阻，5个型号为IRG4PH50UDPBF的IGBT元件。

请参阅图4，本发明实施例中，触发源中的IGBT驱动电路详细电路图如图4所示，IGBT驱动电路由Marx电路驱动。IGBT触发采用隔离触发，其中H1输入5V电压，其电压由AC220V-DC5V电源模块输入。H2为光耦输入信号,U1型号为TLF352(F)的光耦，H2通过U1对IGBT进行驱动，且每一个IGBT均采用这种驱动方式。U6为隔离电源模块5V转15V，给TLP352供电。H1输入5V电压，有AC220V-DC5V4电源模块获得。

请参阅图5，本发明实施例中，触发源光耦输入电路详细电路图如图5所示，型号为WJ2EDGVC-5.08-2P的P8为AC220V输入端口。通过型号为HE12P24LRN的AC-DC模块得到2路12V直流电压。12V直流电压分为上下两路。

上电路采用一块型号为HE12P24LRN的AC-DC模块，U6型号为SRT1630A的保险丝，R12型号为NTC热敏电阻元件，R11型号为14D471K的压敏电阻,U7型号为NFM41PC155B1E3L的滤波器，D3型号为SMBU20A的稳压二极管，U10型号BO515S-1W作为VCC，U11作用12V转换为5V的电源模块，U9型号为TLP350(F)的光耦元件。

上面一路12V通过两个470Ω的电阻与微动开关SW1串联，给光耦提供电流。7805将12V电压转换成5V，给B0515供电，B0515输出15V电压作为光耦的VCC。当微动开关闭合后，光耦输出侧6端口输出15V高电平，采用电阻分压在R10两端得到5V高电平，有上升沿。

下电路采用一块型号为HE12P24LRN的AC-DC模块，U12型号为SRT1630A的保险丝，R12型号为NTC热敏电阻元件，R13型号为14D471K的压敏电阻,U8型号为NFM41PC155B1E3L的滤波器，D4型号为SMBU20A的稳压二极管，U13作用12V转换为5V的电源模块，U14型号为CD74HC123的CMOS振荡器,P7/9型号均为Header-Male-2.54的连接器。

下电路12V通过7805，把12V电压降到5V，给74HC123供电。R10两端与74HC123的1B和GND连接，将上升沿输入74HC123。74HC123 15和16端口连接电位器，通过调节电位器电阻调节输出脉宽。将输出脉冲分成6路，5路分别接入图2中5个IGBT的光耦输入端，一路检测触发信号。

本发明实施例的一种空间电磁干扰模拟装置具体仿真操作模拟方法包括以下内容：

对空间电磁干扰模拟装置的脉冲电流波形进行仿真，仿真电路图如图6所示：

电路图中C1为放电电容，U1为开关，模拟单个三电极开关。R1为等效电阻，L1为等效电感。计算了电容1uF，充电电压50kV，电阻R1分别为5Ω，电感L1分别为0.05mH，0.1mH，0.5mH和1mH时的电流波形，脉冲电流波形图如图7所示。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。