关键词:
巨型水电机组励磁功率柜
RFID测温标签
传导电磁干扰
辐射电磁干扰
受扰分析
摘要:
随着2020年我国双碳目标的提出,以清洁能源为主的新一代电力系统的单机容量及装机规模正不断上升,由此使得电力设备的状态监测成为重中之重。其中,电力设备的运行温度及其变化是反映其运行状态是否正常的重要标志。基于射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)的温度传感技术是目前电力设备在线测温方式中最为灵活、便利和有效的方法之一,也是当前学术研究和工程应用的热点。本文以乌东德水电站7#机组励磁功率柜内晶闸管温度监测为例,开展了以下研究工作:
首先,本文采用平面矩形贴片方案,以平面微带线作为天线馈电,用铜作为天线辐射的导体材料,选择1.6mm厚的双面覆铜的FR4板作为介质基板,设计了一款基于短路短截线结构的RFID抗金属测温标签天线;在乌东德水电站7#机组的励磁功率柜中展开了RFID抗金属测温标签的现场应用测试,功率柜在小功率运行期间,测温标签工作正常,在大功率运行期间,测温标签出现数据丢失现象,由此初步判断RFID测温标签在励磁功率柜内受到了严重的电磁干扰。
其次,本文详细分析了励磁功率柜的电气结构及其主电路,并通过7#机组发电机参数对主电路进行MATLAB/Simulink仿真,得到了晶闸管的电压和电流特性曲线;针对励磁功率柜在大功率运行工况下,RFID测温标签因受电磁干扰导致失效的问题,在三维电磁场仿真软件(Computer Simulation Technology Studio Suite,CST Studio Suite)中构建了励磁功率柜的电磁仿真模型,并以晶闸管的典型电流工况为依据对电磁仿真模型进行了激励源设置,采用时域有限差分法,进行了励磁功率柜晶闸管组件的电磁特性仿真分析,得到了功率柜在大功率运行工况下其内部散热器的电磁场分布特征。
最后,本文通过理论计算得到RFID测温标签-散热器寄生电容,通过仿真计算得到散热器与进线排寄生电容;根据所得寄生参数建立了励磁功率柜主电路电磁干扰仿真模型,分析了励磁功率柜主电路产生的传导干扰和辐射干扰的路径,证实励磁功率柜在大功率运行期间内部产生了电磁干扰;结合RFID测温标签天线模型和励磁功率柜主电路的电磁干扰仿真模型,建立了RFID测温标签的电磁受扰仿真模型,分析了其受扰时天线性能参数的变化特征,明确了励磁功率柜在大功率运行期间RFID测温标签失效机理。
本文经过理论分析和仿真验证,发现励磁功率柜内存在传导电磁干扰和辐射电磁干扰,其中传导电磁干扰的影响比辐射电磁干扰更为显著。尤其是传导电磁干扰可对励磁功率柜内的RFID测温标签造成严重的影响,使其工作性能明显下降;而辐射电磁干扰对RFID测温标签的影响则相对较小。下一步本文将开展电磁干扰的实际测试工作,收集电磁干扰实测数据,对励磁功率柜的电磁干扰仿真模型进行修正,并针对性地研究大功率电力电子设备内RFID测温标签的抗干扰设计和方法。