微機(jī)繼電保護(hù)裝置抑制干擾措施分析

邱立新

（大慶市兒童公園管理處，黑龍江 大慶 163000）

1 引言

可靠性是對(duì)繼電繼電保護(hù)裝置的基本要求之一，它和很多因素有關(guān)，例如保護(hù)的原理、工藝和運(yùn)行維護(hù)水平等。而對(duì)于微機(jī)繼電保護(hù)來說，則體現(xiàn)在兩個(gè)方面:一是微機(jī)繼電保護(hù)的抗干擾問題；二是裝置內(nèi)部元件出現(xiàn)損壞時(shí)的對(duì)策。在絕大多數(shù)情況下，元件損壞時(shí)都能被自動(dòng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，并且發(fā)出警報(bào)，不會(huì)引起保護(hù)誤動(dòng)，因此，提高微機(jī)保繼電護(hù)裝置可靠性的重點(diǎn)在抗干擾上。

2 微機(jī)繼電保護(hù)裝置的接地

2.1 接地的概念及目的

接地是指在系統(tǒng)的某個(gè)選定點(diǎn)與某個(gè)電平基準(zhǔn)面(即接地面)之間建立導(dǎo)電的通路。理想的基準(zhǔn)面應(yīng)是一個(gè)零電位和零阻抗的物理實(shí)體，其上各點(diǎn)之間不應(yīng)存在電位差，它可以作為系統(tǒng)中所有信號(hào)電平的參考點(diǎn)。顯然，這種基準(zhǔn)面實(shí)際上是不存在的。因?yàn)榧词故请娮杪蕿榱愕某瑢?dǎo)體，其表面兩點(diǎn)之間的跨越時(shí)間延遲也會(huì)呈現(xiàn)某種電抗效應(yīng)。所以，所謂理想的基準(zhǔn)面只是近似而已。通常，假如只要某個(gè)面上的電位與系統(tǒng)中任何點(diǎn)的電位相比均可忽略不計(jì)，則它就可選為電位基準(zhǔn)面了。例如，電子設(shè)備往往以金屬底座、機(jī)殼、屏蔽罩或較粗的銅線、銅帶等作為此基準(zhǔn)面。

接地系統(tǒng)的接地有效性，取決于它在多大程度上減小了接地系統(tǒng)的電位差和地電流。接地系統(tǒng)接地不好，這些電位差和地電流就可能耦合到系統(tǒng)、分系統(tǒng)或設(shè)備中去，從而降低屏蔽和濾波的有效性并產(chǎn)生電磁干擾問題。良好的基準(zhǔn)面不一定要和大地具有相同的電位。在某些情況下，也不需要一定與大地相連通?；鶞?zhǔn)面與大地相連接往往出于下述三種原因：

為了防止雷擊危及系統(tǒng)和人體，防止電荷積累引起火花放電，以及防止高電壓與外殼相接引起的危險(xiǎn)。即所謂的安全接地。

為使整個(gè)系統(tǒng)有一個(gè)公共的零電位基準(zhǔn)面，并給高頻干擾電壓提供低阻抗通路，達(dá)到系統(tǒng)穩(wěn)定工作的目的；即所謂的工作接地。

為使系統(tǒng)的屏蔽體接地，取得良好的電磁屏蔽效果，達(dá)到抑制電磁干擾的目的；即所謂的屏蔽接地。

2.2 接地在微機(jī)繼電保護(hù)裝置中的應(yīng)用

安全接地。安全接地指的是當(dāng)用電設(shè)備的絕緣物質(zhì)層受到系統(tǒng)各種過電壓的作用，溫度升高引起的絕緣老化以及外部的機(jī)械作用引起的損傷都有可能使得設(shè)備的絕緣水平大幅下降，最終導(dǎo)致設(shè)備的金屬外殼、操作手柄等導(dǎo)電部分出現(xiàn)較高的對(duì)地電壓。因此當(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。通常采用接地或接零的方法，即將設(shè)備的外殼接在大地或電源零線(電源零線返回到變壓器的中性點(diǎn)，此點(diǎn)接大地)。同時(shí)，設(shè)備的外殼接地，還可以起到靜電屏蔽、降低電磁感應(yīng)噪聲的作用，如果設(shè)備的外殼含有高導(dǎo)磁率的材料，還可以通過材料的分磁作用來實(shí)現(xiàn)低頻磁場(chǎng)的屏蔽。

工作接地?？刂葡到y(tǒng)中的基準(zhǔn)電位是回路工作的參考電位，基準(zhǔn)電位的連線稱為工作地，通常是控制回路直流電源的零線。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，且如果同一回路的兩條線距離比較近，外部引起的共模騷擾在兩條線上的表現(xiàn)應(yīng)該很接近，即如果兩條線的對(duì)地分布參數(shù)基本對(duì)稱，則同一回路上的差模騷擾將很小，從而系統(tǒng)被影響的情況將有所緩和。但是，浮地方式的有效性取決于實(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。所以，采用浮地供電的系統(tǒng)的布置一定要在設(shè)計(jì)的時(shí)候精心安排。

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)繼電保護(hù)裝置而言，指的是將直源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，至少可以保證:當(dāng)變電站的接地網(wǎng)上沒有騷擾電流流動(dòng)時(shí)，保護(hù)裝置的直流電源系統(tǒng)的零線是“干凈”的，它不會(huì)向被供電的設(shè)備傳播騷擾，也不會(huì)向途經(jīng)的設(shè)備或回路耦合騷擾。

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)騷擾，目前，微機(jī)繼電保護(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接地銅排上，最后連接到變電站的主接地網(wǎng)上。

3 微機(jī)繼電保護(hù)裝置的屏蔽

3.1 屏蔽的定義及分類

屏蔽是利用屏蔽體來阻擋或衰減電磁能量傳輸?shù)囊环N技術(shù)。其目的有兩個(gè)，一是防止外來的輻射干擾進(jìn)入某一區(qū)域，二是抑制某一區(qū)域內(nèi)部輻射的電磁能量泄漏出該區(qū)域。屏蔽的作用是通過一個(gè)將上述區(qū)域封閉起來的殼體即屏蔽體來實(shí)現(xiàn)的。屏蔽體有板式、網(wǎng)狀式和金屬編織帶式等，其材料可以是導(dǎo)電、導(dǎo)磁、介質(zhì)體，也可以是非金屬吸收填料。按屏蔽原理分類，屏蔽可分為靜電屏蔽、磁屏蔽和電磁屏蔽。

3.2 微機(jī)繼電保護(hù)裝置的屏蔽

當(dāng)裝置安裝于主控制室內(nèi)時(shí)，由于距離開關(guān)場(chǎng)比較遠(yuǎn)，加上房間設(shè)計(jì)通常都采用“法拉第籠”的結(jié)構(gòu)，從電磁騷擾比較嚴(yán)重的開關(guān)場(chǎng)地發(fā)出的騷擾，無論是表現(xiàn)為靜電的形式，還是電磁波的形式，在經(jīng)過很長(zhǎng)的距離到達(dá)主控樓的繼電器室后，首先要經(jīng)過一個(gè)“法拉第”式的屏蔽體，經(jīng)過衰減后到達(dá)繼電器屏，繼電器屏的外殼也是一個(gè)屏蔽體，再次衰減后到達(dá)微機(jī)繼電保護(hù)裝置的機(jī)箱。由于微機(jī)繼電保護(hù)裝置機(jī)箱也是一個(gè)屏蔽體，它對(duì)電磁騷擾將起再次屏蔽的作用，可以斷定，如果主控制室的屏蔽體和繼電器屏的外殼這兩層屏蔽良好，到達(dá)微機(jī)繼電保護(hù)裝置的電磁騷擾將變得很小，再經(jīng)過微機(jī)繼電保護(hù)裝置機(jī)箱的屏蔽作用，直接耦合到微機(jī)繼電保護(hù)裝置內(nèi)部設(shè)備上的騷擾將可以忽略。當(dāng)微機(jī)繼電保護(hù)裝置下放到開關(guān)場(chǎng)，如不采取有力的措施，微機(jī)繼電保護(hù)裝置將直接承受來自開關(guān)場(chǎng)的騷擾，環(huán)境將變得很惡劣，因此，在我國(guó)比較早的采用保護(hù)下放方案的500kV南昌變電站內(nèi)，考慮了在保護(hù)裝置外部建屏蔽小室的方案，要求能將外部的騷擾按每10倍頻程40dB衰減，理想的情況要求到達(dá)60dB。這樣，直接進(jìn)入到裝置內(nèi)部的騷擾將變得很小，且為了避免地電流在接地網(wǎng)上流動(dòng)帶來裝置兩點(diǎn)間的電位升高，要求裝置采用一點(diǎn)接地。與裝置在主控制室內(nèi)的情形類似，經(jīng)過屏蔽的作用，電磁騷擾在裝置的內(nèi)部將主要表現(xiàn)傳導(dǎo)騷擾。然后應(yīng)再通過其它的措施對(duì)傳導(dǎo)騷擾進(jìn)行抑制。

4 微機(jī)繼電保護(hù)裝置的濾波

4.1 濾波的概念

如果說屏蔽主要是為了防護(hù)輻射干擾，那么，濾波則主要是為了防護(hù)傳導(dǎo)干擾。濾波器能允許有用信號(hào)的頻率分量通過，同時(shí)又阻止其它干擾頻率分量通過，因此，對(duì)于抑制干擾而言，它具有其它技術(shù)難以起到的作用。對(duì)微機(jī)繼電保護(hù)裝置而言，由于干擾較強(qiáng)的快速瞬變騷擾進(jìn)入到裝置后主要表現(xiàn)為傳導(dǎo)騷擾，所以應(yīng)首先考慮使用性能優(yōu)良的濾波器來消除。

4.2 微機(jī)繼電保護(hù)裝置的濾波

傳導(dǎo)騷擾是不可能完全消除的。設(shè)置濾波器的目的在于盡量將騷擾衰減到某一個(gè)要求的技術(shù)水平，如對(duì)于外部騷擾而言，不得導(dǎo)致裝置工作故障。在主要表現(xiàn)特征為電場(chǎng)的各類電磁騷擾中，快速瞬變騷擾是比較嚴(yán)重的一類，其頻率成分最高可考慮到400MHz，在有條件的場(chǎng)合應(yīng)盡可能地采用低通濾波器，實(shí)際的使用當(dāng)中，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，低通濾波器的截止頻率可以放寬到10MHz。目前被廣泛使用的EMI吸收磁環(huán)，就是針對(duì)幾MHz以上的頻率成分發(fā)揮作用的。

5 結(jié)束語

接地、屏蔽和濾波這三種抑制電磁干擾的主要方法，在電路和系統(tǒng)設(shè)計(jì)中各有其獨(dú)特的作用，但有時(shí)又是相互關(guān)聯(lián)的。例如，設(shè)備接地良好，便可降低對(duì)屏蔽和濾波的要求。而良好的屏蔽，又可降低對(duì)濾波的要求。另外，這三大技術(shù)還與其它一些技術(shù)相聯(lián)系，例如，接地與搭接、屏蔽與結(jié)構(gòu)、濾波與限幅等。

[1]路宏敏.工程電磁兼容.西安電子科技大學(xué)出版社.西安.2003

[2]湖北省電磁兼容學(xué)會(huì).電磁兼容性原理及應(yīng)用.國(guó)防工業(yè)出版社.北京.1996