電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)裝置的抗干擾措施

薛志謀

[摘要]分析微機(jī)繼電保護(hù)裝置在工作環(huán)境中受到雷擊、電磁、接地等各種對(duì)其干擾的原因，并提出提高微機(jī)保護(hù)裝置抗干擾能力的幾項(xiàng)有效措施。

[關(guān)鍵詞]電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)干擾有效措施

中圖分類號(hào)：TN7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671—7597(2009)0620014-01

一、微機(jī)繼電保護(hù)裝置受工作環(huán)境的電磁干擾

(一)雷電沖擊。一般說來，雷擊不會(huì)直接作用于二次回路，而是由兩個(gè)渠道間接對(duì)其產(chǎn)生干擾：1，雷擊在高壓線路上產(chǎn)生暫態(tài)過電壓以大氣行波的方式向變電站傳播，然后經(jīng)cT、PT等傳遞到二次回路。2，雷擊在變電站的接地元件上時(shí)，接地網(wǎng)將注入暫態(tài)電流，使地電位發(fā)生變化。流過兩端接地電纜外皮的電流將增加。

(二)系統(tǒng)短路故障。當(dāng)大電流接地系統(tǒng)發(fā)生接地短路時(shí)，短路電流經(jīng)接地點(diǎn)流入接地網(wǎng)，使接地點(diǎn)乃至整個(gè)接地網(wǎng)的電位升高。如果二次回路和接地網(wǎng)的接地點(diǎn)與大電流入地點(diǎn)的距離比較近，這些接地點(diǎn)的電位也會(huì)升高，在二次回路中就會(huì)產(chǎn)生共模干擾電壓。

(三)開關(guān)操作。變電站開關(guān)操作的設(shè)各元件均為電容電感儲(chǔ)能元件。電容上的電荷量、電感的磁鏈均不能發(fā)生突變，在開關(guān)操作使其狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生暫態(tài)過電壓。這些暫態(tài)過電壓表現(xiàn)為一個(gè)衰減振蕩的過程，然后這一衰減振蕩波通過cT、PT等直接耦合到二次回路當(dāng)中去。這樣，在二次回路當(dāng)中可出現(xiàn)大量的、快速衰減的、振蕩的脈沖。

高壓開關(guān)操作時(shí)，電弧的熄滅和重燃引起一系列高頻振蕩，這一振蕩也會(huì)通過cT、PT直接耦合到二次設(shè)備上。同時(shí)，振蕩頻率足夠高時(shí)還會(huì)發(fā)射電磁波，形成輻射脈沖電磁場(chǎng)。

(四)高壓線路產(chǎn)生的工頻電磁場(chǎng)。在變電站中，高壓載流導(dǎo)線和運(yùn)行中的電力設(shè)備會(huì)產(chǎn)生工頻電磁場(chǎng)。特別當(dāng)有短路故障時(shí)其短路電流會(huì)在附近產(chǎn)生很強(qiáng)的工頻磁場(chǎng)。

(五)輻射電磁場(chǎng)。輻射電磁場(chǎng)的干擾，主要來自于變電站內(nèi)工作人員用的無線電通信工具如對(duì)講機(jī)等。另外，高壓導(dǎo)線表面及絕緣子金具尖端部分的電暈放電、接觸不良產(chǎn)生的火花放電以及臟污絕緣子表面的局部放電都會(huì)產(chǎn)生電磁輻射，形成輻射干擾源。

二、微機(jī)繼電保護(hù)裝置抗干擾的措施

電磁干擾主要是通過微機(jī)繼電保護(hù)裝置的各個(gè)端口，以共模的形式進(jìn)入微機(jī)保護(hù)裝置的內(nèi)部，如果裝置內(nèi)部的某回路或元件的對(duì)地分布參數(shù)不對(duì)稱，共模干擾將轉(zhuǎn)化為異模的形式。并進(jìn)而形成對(duì)該回路或器件的干擾。在干擾的傳播過程中，其主要的表現(xiàn)方式為傳導(dǎo)干擾方式。屏蔽、接地、濾波是抑制電磁干擾的三種基本方法，此外，在二次回路的設(shè)計(jì)方面，對(duì)抑制電磁干擾也是不可忽視的。下面就從這三個(gè)方面分別討論微機(jī)繼電保護(hù)裝置的抗干擾措施：

(一)微機(jī)繼電保護(hù)裝置的屏蔽

微機(jī)保護(hù)的裝置內(nèi)部，通常的屏蔽指的就是電磁感應(yīng)屏蔽和靜電屏蔽。為了進(jìn)一步考察電磁干擾在進(jìn)入裝置的內(nèi)部之后，需要采取電磁屏蔽和靜電屏蔽的環(huán)節(jié)，我們不妨考察一下電磁干擾在裝置內(nèi)部的傳播途徑。(如圖1)

1從電源端口進(jìn)入的傳導(dǎo)干擾，快速瞬變干擾從220／110電源進(jìn)入到微機(jī)保護(hù)背裝置的電源插件，然后進(jìn)一步通過直流弱電回路向其它的插件進(jìn)行傳播。

2從輸入激勵(lì)量端口、輸入端口、輸出端口、通訊端口進(jìn)入的傳導(dǎo)干擾。微機(jī)保護(hù)裝置的輸入激勵(lì)量端口指的是交流模擬量輸入端；輸入端口則指微機(jī)保護(hù)裝置的開關(guān)量輸入：輸出端口則指開關(guān)量輸出端；通訊端口則指裝置所用的通信網(wǎng)絡(luò)端口和與Pc機(jī)進(jìn)行通信的端口。電磁干擾可以從輸入激勵(lì)量、輸入、輸出、通訊的任一端口以傳導(dǎo)的形式進(jìn)入到裝置內(nèi)部，然后再繼續(xù)傳播。

當(dāng)電磁干擾為高頻干擾時(shí)，還將向周圍的設(shè)備通過電容耦合的方式進(jìn)行干擾。這就需要采取電磁感應(yīng)屏蔽和靜電屏蔽的措施。

通常微機(jī)保護(hù)裝置內(nèi)部的cT、PT的原邊和副邊線圈之間需要采取屏蔽措施；開關(guān)電源的原邊和副邊線圈之間需要采取屏蔽措施。特別是對(duì)那些數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用逐次逼近A／D的保護(hù)裝置，由于A／D對(duì)快速瞬變干擾很敏感，應(yīng)采取CT、PT的原邊和副邊線圈之間加裝屏蔽層良好接地兩項(xiàng)措施。

進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的線路通常也應(yīng)該耍采用蔽屏措施。屏蔽體應(yīng)該采用兩點(diǎn)接地。

(二)微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)裝置的接地

1安全接地

安全接地指的是當(dāng)用電設(shè)備的絕緣物質(zhì)層的絕緣水平下降，導(dǎo)致設(shè)備的金屬外殼等導(dǎo)電部分出現(xiàn)較高的對(duì)地電壓。當(dāng)人觸及這些部位時(shí)，會(huì)發(fā)生觸電危險(xiǎn)。所以，需要設(shè)法降低設(shè)備外殼上的對(duì)地電位。微機(jī)繼電保護(hù)裝置外殼的接地起到了抑制電磁干擾和安全接地的雙重作用。

2屏蔽接地

屏蔽接地可以有效地抑制靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)干擾。目前，微機(jī)保護(hù)裝置屏蔽接地廣泛采用的方式是：裝置內(nèi)部需要屏蔽接地的屏蔽層、屏蔽體通過接地線連接到裝置的外殼。然后再將裝置的外殼通過低阻抗的接地線接到變電站的主接地網(wǎng)。

3工作接地

信號(hào)回路和工作地的連接稱為工作接地，接地的方式通常有單點(diǎn)接地多點(diǎn)接地。采用多層板的微機(jī)保護(hù)裝置中，基本采用了多點(diǎn)接地。因?yàn)橛袑Ｓ玫慕拥貙?，地線很寬。接地效果還是很理想的。工作地和大地的連接一般有三種方式：分別為浮地方式、直接接地方式和電容接地方式。

(1)浮地方式。采用浮地方式的優(yōu)點(diǎn)是：一般可以使浮地系統(tǒng)對(duì)地的電阻很大，對(duì)地的分布電容很小，這樣就可以使系統(tǒng)不受大地電流的影響，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，但是，浮地方式的有效性取決實(shí)際的懸浮程度。實(shí)踐證明，較大的電子設(shè)備系統(tǒng)因?yàn)橛休^大的對(duì)地分布電容有時(shí)很難實(shí)現(xiàn)真正的懸浮。

(2)直接接地方式。直接接地通常指電源的零線直接與大地相連，對(duì)微機(jī)保護(hù)裝置而言，指的是將直流5v、15V、24V系統(tǒng)的零線和變電站的接地網(wǎng)相連。采用這種接地方式，當(dāng)變電站的接地網(wǎng)上沒有干擾電流流動(dòng)時(shí)，保護(hù)裝置的直流電源系統(tǒng)的零線不會(huì)向被供電的設(shè)各傳播干擾，也不會(huì)向途經(jīng)的設(shè)備或回路耦合干擾。

但是，如果變電站的接地網(wǎng)上電位升高時(shí)，直流電源系統(tǒng)的零線上的電位也將升高。然后進(jìn)一步將此干擾電壓傳播到被供電的設(shè)備或耦合到此電源零線途經(jīng)的設(shè)備或回路上。

(3)電容接地方式。電容接地方式指的是經(jīng)過電容器將工作地和大地相連，其目的是要為高頻干擾提供對(duì)地的通道，而在低頻時(shí)。仍然保持浮地。電容接地方式主要用于工作地和大地問存在直流或低頻電位差的情況，所用的電容器應(yīng)具有良好的高頻特性和耐壓性能。

(三)微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)裝置的濾波

傳導(dǎo)干擾是不可能完全消除的，設(shè)置濾波器的目的在于盡量將干擾衰減到某一個(gè)要求的技術(shù)水平。試驗(yàn)證明，微機(jī)保護(hù)裝置的端口部位如能設(shè)置低通濾波器，則效果將很明顯，這對(duì)增強(qiáng)硬件的抗干擾能力是一個(gè)極為有利的舉措。

(四)微機(jī)繼電保護(hù)二次回路的抗干擾措施

采用微機(jī)繼電保護(hù)時(shí)，為防止保護(hù)裝置因干擾誤動(dòng)作。除保護(hù)裝置本身必須采取有效的抗干擾措施外。還應(yīng)當(dāng)對(duì)外部二次回路的設(shè)計(jì)采取必要的抗干擾措施。具體措施就是：

1降低干擾源和干擾對(duì)象之間的耦合電容和電感。

2降低屏蔽層的阻抗值。

3降低二次回路附近的電氣值。