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一二次融合智能开关电磁兼容关键技术及未来发展趋势

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本文围绕一二次融合智能开关电磁兼容关键技术及未来发展趋势展开，介绍了研究背景、关键技术、研究进展以及结论与展望。

个人及团队简介

• 主讲人
  ：路文超，西安理工大学电气工程学院讲师、博士（后），主研方向为开关设备和互感器的暂态建模/试验、复杂电磁干扰信号分析、受扰效应评估与防护，是陕西省“秦创原”电磁抗扰技术研发与应用“科学家+工程师”队伍成员及陕西省智慧能源与先进电工装备国际创新团队成员，参与国家自然科学基金项目2项、省级纵向项目4项，发表论文26篇，授权专利10项。
• 研究室负责人
  ：段建东，西安理工大学教授、电气工程学院副院长，IEEE低压直流系统技术常务理事、陕西省电源学会副理事长等，获陕西省科技进步奖二等奖1项等多项省部级奖项。
• 合作团队
  ：国网陕西电力“电力智能传感技术攻关团队”，其实验室主任成林为正高级工程师、国网陕西省公司首席专家等，享受国务院特殊津贴。

研究背景

• 政策与行业趋势
  ：国家能源局2023-2027规划推动能源重点领域大规模设备更新和技术改造，支撑建设新型能源体系，适度超前建设电网，电力系统装备智能化、模块化发展成为大势所趋。
• 一二次融合开关特点
  ：具有结构紧凑、一二次电气间距小，测量单元采用先进传感器，功能融合、设备种类多（温湿度、气体等）等特点。
• 电磁干扰问题严峻
  ：2010年投运以来，某110kV及以上电压等级一二次融合电子式电流互感器共发生故障155台·次，电子式电压互感器共发生故障51台·次，绝缘和电磁干扰是主要故障原因，各类情景下一二次融合开关受电磁干扰故障率平均约33%，且电磁兼容标准发展滞后，存在“新开关套老标准”的情况。
• 研究现状挑战
  ：存在干扰情景难复现、特征不明，干扰复杂度难描述、相关标准缺失，干扰信号难分析、特征提取困难，受扰效应与干扰特征难关联等问题。

关键技术

• 一二次融合智能开关设备电磁干扰试验方法
  ：外场试验研究价值突显，目前国内外较为成熟的是隔离开关分合容性负载等效试验方法，但该方法针对电子式互感器，不完全适用于一二次融合设备，且缺乏完善测量指导、对辐射干扰关注少。
• 一二次融合开关电磁干扰下失效评估技术
  ：是研究的关键技术之一，旨在解决一二次融合开关在电磁干扰下的失效评估问题。

研究进展

• 一二次融合开关设备电磁干扰试验平台搭建及测量
  ：试验目标是以接近实际工程应用的干扰试验方法，模块化设计平台各部分，探究不同干扰源下骚扰信号特征。雷电冲击干扰模拟试验中，试验电源模拟电压为1.2/50μs波形，在T10%-90%、THPW半波、max上均接近回击统计几何平均值，二次侧辐射干扰水平基本与负载电容值呈正相关。
• 一二次融合开关设备电磁干扰精细化仿真计算
  ：构建辐射干扰计算模型，采用FITD的麦克斯韦方程离散化方法，电源模型中隔离开关分合干扰采用理想工频电压源，雷电流干扰采用Helider模型模拟雷击源，母线采用分布参数J-Marti模型建模，一二次融合配电开关源侧到开关部位线路长度为5m，一二次融合GIS源侧和负载按户外真型试验场长度设置。
• 一二次融合开关设备电磁干扰信号复杂度评估指标
  ：传统评估指标存在主观性强、各指标相互独立、未针对受扰对象合理设计等缺陷，为此提出干扰因子（Interference factor），考虑能量幅值、频率、客观混乱度，引入指数项避免评估区间间断，不存在指标冗余，并基于辐射场理论和电感耦合理论拓展出两种干扰因子形式。
• 一二次融合开关设备电磁干扰失效评估技术研究
  ：采用物理信息神经网络（PINN）进行数值计算，迭代求解偏微分方程，通过定义损失函数（Loss=MSEPDE+MSEIc+MSEBc）输出训练结果，还对二次电缆结构进行简化建模，依据变电站电压监测告警与否确定失效效应，开展了2D-GPR效应分布等相关研究。

结论与展望

• 结论
  ：提出了模拟一二次融合设备的等效试验+测量方法，可还原真实工况下的电压、电流、电磁场特征，具有电磁干扰等效性；创造了一种复杂度评价指标，涵盖设备失效主要原因，采用机器学习方法设计构造，深度挖掘复杂度和干扰信号间强关联因素，形成评价方法；鉴于缺乏具体失效案例数据，利用统计学推论方法，建立了无失效数据的一二次融合设备失效评估或失效概率预测模型。
• 展望
  ：一二次融合开关遭受电磁干扰的实际信号仍属未知，需解决如何测量、如何开展等效试验或捕捉实际干扰信号的问题；在评估诊断方向火热的背景下，需确保受扰评估的准确度和可信度。