电子式电流互感器(ECT)采集卡在智能电网中应用广泛，具有诸多优点。 但是，随着电网和国产化智能电子设备的不断完善，气体绝缘开关柜（GIS）变电站运行条件下的电磁环境越来越复杂。由于电磁环境复杂，将危及ECT采集卡的可靠性和安全性。为了解决这些问题，本文研究了ECT采集卡的电磁扰动机理。研究了不同接地方式对ECT采集卡电磁干扰的影响。基于IEC61000-4-4搭建了一个平台，研究人员测量了不同接地方式下ECT采集卡的电磁干扰（EMI）。  结果表明，ECT采集系统的接地阻抗越低，内部EMI越大。

 相关论文以题为“     Electromagnetic Disturbed Mechanism of Electronic Current Transformer Acquisition Card under High Frequency Electromagnetic Interference    ”与2020年08月12发表在《     Electronics    》上。

 与传统的空气绝缘开关设备（AIS）变电站相比，气体绝缘开关设备（GIS）变电站具有占用空间少、运行安全、维护方便等诸多优点。 为了提高GIS变电站的智能化水平，智能电子设备（IED）在GIS变电站中得到了广泛的应用。电子变压器是IED的一部分，它是GIS变电站中最关键的计量装置。  随着国家电网公司大力发展智能GIS变电站的建设，电子式变压器由于体积小、重量轻、绝缘结构简单、成本低、测量精度高、频率响应范围宽等优点，在智能电网中得到了广泛的应用。

 国际电工委员会(IEC)早在2002年就制定了相应的标准，明确了电子变压器的技术规范。 根据IEC 60044-7和IEC 60044-8的规定，电子变压器可分为电子电压互感器（EVT）和电子电流互感器（ECT）。ECT与EVT最大的区别在于高压（HV）侧传感器。以ECT为例：某变电站ECT的信号采集系统如图1所示。

 图1.变电站电子式电流互感器（ECT）的信号采集系统。

如图1所示，在信号采集系统中，高压电源是ECT采集卡的电源。低功率源为合并单元带来能量。光激光器为光纤提供光信号。合并单元（MU）的功能是接收和处理数据。MU可以将光信号转换为模拟信号，最后将测得的HV总线信号传输给上位机。

在ECT的实际应用中，雷击等自然干扰源会对低压IED产生影响。另外，GIS变电站中断路器（CB）的接通或关断瞬变会引起工作过电压，波头陡峭，其中含有突变频率的电磁能量。这种电磁干扰(EMI)在电力行业又称为极快瞬态过电压(VFTO)。如图1所示，ECT采集卡在HV侧靠近HV母线的地方。GIS变电站中的VFTO或雷击等电磁干扰(EMI)问题正成为影响ECT可靠性的重要因素。为了减少这些EMI的影响，需要进一步提高ECT或IED的稳定性和可靠性。

 基于IEC 61000-4-4的EFT/B测试平台

为了保证IED的电磁可靠性，IEC起草了61000-4系列标准来定义电磁抗扰度规定。这些标准是在国际电力行业的基础上，考虑到低压IED在恶劣的电磁环境中的工作条件，从而验证IED对EMI的敏感阈值。ECT采集卡的抗扰度测试是根据IEC61000-4系列标准设计的。

 ECT采集卡通常定位在电网的高压侧，而传导的EMI始终是招致ECT正常工作的源头。 所以，有必要对影响ECT采集卡输出波形的EMI的耦合机制进行研究。正如前辈学者研究的那样，当CB的运行使其工作状态发生变化时，会出现一些电磁能量振荡。这种现象是开关动作产生的一系列高压、高频窄脉冲。在GIS变电站中，二次侧的IED经常受到这种瞬态干扰。电气快速瞬变/突发（EFT/B）是一组模拟此类现象的干扰波形。IEC 61000-4-4中规定的EFT/B的传统波形如图2所示。

 图2. IEC 61000-4-4规定的电快速瞬变/突发(EFT/B)的传统波形：(a)EFT/B的单脉冲；(b)一组EFT/B；(c)EFT/B的持续时间和周期。

如图2b,c所示，EFT/B的重复频率为5kHz或100kHz，相应的脉冲间隔为200μs或10μs。一组EFT/B的持续时间为15ms或0.75ms，不管是5kHz还是100kHz的周期都是300ms。

当EFT/B发生器的输出波形接在50Ω的负载上时，EFT/B的单波形如图2a所示。为了保证ECT采集卡不被损坏，选择低能级EFT/B作为EMI源。EFT/B测试的主要目的是进行ECT采集卡的电磁抗干扰能力。ECT采集卡的功能框图和端口定义如图3所示。

 图3.ECT采集卡的功能框图及端口定义。

如图3所示，信号输入端口的两个节点分别用n1和n2表示。n1和n2节点的上位信号是图1中被测线圈的输出，为1.5 V正弦波。ECT的印刷电路板(PCB)内的模拟地AGND通过共模(CM)扼流圈与n2节点相连，AGND通过Y电容与外壳相连。交流口由220 V供电，其中包含L线和N线，并由PE线接地。整个PCB由开关模式电源（SMPS）供电。光输出口通过光纤输出ECT采集卡与上位机的通信信号。

根据IEC61000-4-4规定的测试程序和测试方案，研究人员搭建了一个EFT/B测试平台，如图4所示。

 图4.EFT/B的测试设置。

如图4所示，研究人员在测试中使用的EFT/B发生器的型号为EMTEST-EFT-500N8。1.5 V正弦波信号通过去耦网络流入被测设备（EUT）。此外，EFT/B干扰通过耦合钳注入EUT。

 结论

 本文研究了不同接地方式对ECT采集卡EMI的影响。 根据ECT采集卡的EMI故障现象，在实验室条件下进行了高频瞬态干扰测试。基于IEC61000-4-4的平台，对不同接地方式的ECT采集卡的电磁干扰（EMI）进行了测量。结果表明，降低ECT采集系统的阻抗会增加内部EMI。在不损坏采集卡的前提下，对高频EFT/B耦合机制进行了分析。在临界电路和有限元分析的基础上，研究人员提取了采集卡PCB的寄生参数。在此基础上，他们建立了ADC高频EMI耦合模型。