微機(jī)繼電保護(hù)的電磁兼容問題分析

唐 偉

江蘇省靖江市供電公司，江蘇靖江 214533

微機(jī)繼電保護(hù)的電磁兼容問題分析

唐 偉

江蘇省靖江市供電公司，江蘇靖江 214533

目前，以微電子設(shè)備為主要構(gòu)成器件的微機(jī)繼電保護(hù)裝置被廣泛地應(yīng)用于電力系統(tǒng)各電壓等級(jí)的變電站、發(fā)電廠中。微機(jī)繼電保護(hù)裝置的可靠性對(duì)電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定的運(yùn)行極其重要。本文針對(duì)這種情況下微機(jī)繼電保護(hù)的電磁兼容問題進(jìn)行了討論。

微機(jī)繼電保護(hù)；電磁兼容；仿真

1 電磁干擾及兼容的基本概念

1.1 電磁干擾

電磁干擾則是指任何能中斷、阻礙、降低或限制通信電子設(shè)備有效性能的電磁能量。嚴(yán)格地說，噪聲和干擾的含義是不同的，干擾指的范圍更寬了，但仍含有噪聲的原來含義。

1.2 電磁兼容性

電磁兼容性是指電氣、電子設(shè)備或系統(tǒng)在預(yù)期的電磁環(huán)境中，按設(shè)計(jì)要求正常工作的能力。它是電氣、電子設(shè)備或系統(tǒng)的一種重要的技術(shù)性能。按上述定義，電磁兼容性包含以下兩方面的含義：

1）設(shè)備或系統(tǒng)應(yīng)具有抵抗給定電磁干擾的能力，并且有一定的安全余量；

2）設(shè)備或系統(tǒng)不產(chǎn)生超過規(guī)定限度的電磁干擾。

2 微機(jī)繼電保護(hù)裝置工作環(huán)境中的主要干擾源及傳播方式

2.1 變電站中電磁騷擾的種類和來源

在變電站當(dāng)中，電磁騷擾的起因和傳播途徑主要如下：

1）雷擊線路、構(gòu)架和控制樓。當(dāng)雷擊在變電站的戶外線路或構(gòu)架或控制樓時(shí)，一般會(huì)有大電流注入接地網(wǎng)，二次電纜的屏蔽層在不同的地方接地時(shí)，就會(huì)因地網(wǎng)電阻的存在而產(chǎn)生流過屏蔽層的瞬態(tài)電流，從而在二次電纜的芯線上感應(yīng)出騷擾電壓；

2）系統(tǒng)短路故障。故障時(shí)，和雷擊的情形類似，將會(huì)有很大的電流注入接地網(wǎng)，從而引起二次電纜中的騷擾電壓。

2.2 變電站中電磁騷擾的特性描述

2.2.1 雷電沖擊

雷電沖擊一般分為直擊雷和大氣行波引起的過電壓，直擊雷的標(biāo)準(zhǔn)波形為1.2/50μs，雷擊線路引起的大氣行波的傳播則由于線路的衰減一般常用的標(biāo)準(zhǔn)波形為4/10μs。雷電流峰值是個(gè)隨機(jī)值，最大可達(dá)200 kA。在電力系統(tǒng)當(dāng)中，一般按照5kA，10kA，20kA進(jìn)行絕緣配合，一般說來，雷擊不會(huì)直接作用于二次回路，而是在高壓線路上產(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，CVT等傳遞到二次回路。

2.2.2 系統(tǒng)短路故障

系統(tǒng)短路時(shí)，大電流經(jīng)接地點(diǎn)入泄接地網(wǎng)，使接地點(diǎn)乃至整個(gè)接地網(wǎng)的電位升高。統(tǒng)計(jì)表明，變電站內(nèi)高壓母線的單相接地時(shí)，在二次電纜的芯線上產(chǎn)生的騷擾電壓比較嚴(yán)重，騷擾電壓的峰值可達(dá)到幾十伏到近萬伏，最大為12.3kV，暫態(tài)電壓的頻率約幾千赫茲到幾百千赫。

3 利用MA T L A B對(duì)高壓回路中合閘操作引起的暫態(tài)現(xiàn)象建模和仿真

3.1 單個(gè)阻尼振蕩波的仿真

仿真單個(gè)阻尼振蕩波的Simulink模型如圖1所示。

圖1 仿真單個(gè)阻尼振蕩波的Simulink模型

在開始仿真之前，先要調(diào)整好各模塊的參數(shù)：直流電壓源模塊和Series RLC Branch 1模塊及Series RLC Branch模塊按上述參數(shù)設(shè)置，要將理想開關(guān)模塊的初始狀態(tài)設(shè)為Open，以接受來自Step模塊的開關(guān)信號(hào)動(dòng)作閉合，將示波器模塊參數(shù)設(shè)置中的Limit points data to last前的對(duì)號(hào)去掉，或設(shè)置得足夠大，以接受仿真過程中的全部信息。

3.2 合閘操作過程引起的阻尼振蕩波群的仿真

仿真合閘操作過程引起的阻尼振蕩波群的Simulink模型如圖2所示。

圖2 仿真合閘操作過程和阻尼振蕩波群的Simulink模型

在圖2中，用一個(gè)受控正弦電壓源來模擬系統(tǒng)側(cè)電源（用圖中的Sine Wave模塊和Controlled Voltage Source模塊合成模擬），用Ideal Switch 模塊來模擬理想開關(guān)，Series RLC Branch模塊、Series RLC branch 1模塊和Teminator模塊，用Current Measurement模塊來測(cè)量流過隔離開關(guān)的電流大小并將測(cè)得的電流信息送入示波器顯示波形，用Voltage Measurement模塊來測(cè)量電容兩端的電壓大小，將測(cè)得的電壓信息送入示波器顯示波形，并送入sum模塊；sum模塊將電源電壓與Voltage Measurement模塊測(cè)得的電壓作差，并將結(jié)果送入Abs模塊取絕對(duì)值；擊穿電壓特性曲線近似用一條斜線表示，即用Ramp模塊來模擬預(yù)設(shè)擊穿電壓特性，合閘時(shí)斜率為負(fù)，刀閘合的速度越快，則斜率的絕對(duì)值越大；Abs模塊與Ramp模塊輸出的結(jié)果送入Rational Operator模塊，將Rational Operator模塊的關(guān)系參數(shù)設(shè)為(>=)；這樣就可以時(shí)刻比較開關(guān)兩端電壓和預(yù)設(shè)擊穿電壓(時(shí)變)的大小，一旦超過擊穿電壓，就控制開關(guān)導(dǎo)通；并設(shè)保持器保持0.001s(充分考慮振蕩時(shí)間裕度)，保持器用圖中的Unit Delay模塊來實(shí)現(xiàn)。

4 微機(jī)繼電保護(hù)裝置的屏蔽

在微機(jī)繼電保護(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。

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。

5 結(jié)論

微機(jī)繼電保護(hù)裝置工作于變電站中，所受的電磁干擾是很嚴(yán)重的。要提高保護(hù)動(dòng)作的準(zhǔn)確性，首先要提高裝置的電磁兼容性。本文得出接地、屏蔽和濾波是電子設(shè)備和系統(tǒng)通用的電磁兼容性設(shè)計(jì)技術(shù)，被廣泛地使用在微機(jī)繼電保護(hù)裝置中，以抑制電磁干擾，只有正確的使用這些技術(shù)才能達(dá)到理想的抑制干擾的效果，同時(shí)也得出微機(jī)繼電保護(hù)裝置一般被安裝在變電站內(nèi)，變電站是復(fù)雜電磁環(huán)境的代表，絕大多數(shù)的電磁干擾現(xiàn)象在變電站中均有發(fā)生。

[1] 路宏敏.工程電磁兼容.西安電子科技大學(xué)出版社，2003.

[2] 秦曉輝.微機(jī)保護(hù)電磁兼容研究及變電站內(nèi)電磁干擾的傳播途徑[D].碩士學(xué)位論文，2003.

TM7

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1674-6708（2010）18-0049-02