電力二次系統(tǒng)接地及抗干擾方法研究

摘要:電力二次系統(tǒng)工作性能的穩(wěn)定可靠對(duì)于整個(gè)電力系統(tǒng)具有重要作用，因此，本論文主要對(duì)電力二次系統(tǒng)的接地及其抗干擾等問題進(jìn)行了分析研究，首先簡單介紹了常用的接地種類，結(jié)合電力二次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析了可行的接地方法，在此基礎(chǔ)上，重點(diǎn)探討了電力二次系統(tǒng)的抗干擾問題，指出了電力二次系統(tǒng)常見的干擾源以及形成干擾的原因，并給出了若干具體的電力二次系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)方法，對(duì)于進(jìn)一步提高電力二次系統(tǒng)性能的可靠性和穩(wěn)定性，保障電力二次系統(tǒng)的安全可靠工作具有一定借鑒意義。

關(guān)鍵詞:電力工程;二次系統(tǒng);接地系統(tǒng);抗干擾

1引言

我國電力事業(yè)發(fā)展迅速，電力系統(tǒng)容量越來越大。隨著繼電保護(hù)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，系統(tǒng)中微機(jī)型繼電保護(hù)已應(yīng)用的極為廣泛。為了工作和安全的需要，電力系統(tǒng)及其電氣設(shè)備的某些部分與大地相連接，這就是接地。電力系統(tǒng)的接地是必須的，也是必要的。

本論文主要針對(duì)電力二次系統(tǒng)的接地方法展開探討分析，并對(duì)其中的抗干擾設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，以期從中找到可靠有效的電力二次系統(tǒng)的接地設(shè)計(jì)與抗干擾設(shè)計(jì)方法，并以此和廣大同行分享。

2電力二次系統(tǒng)接地分析

2.1 常用的接地種類

接地的種類主要有以下凡種:

(1) 工作接地:工作接地是為系統(tǒng)正常工作而設(shè)置的接地。如為了降低電力設(shè)備的絕緣水平，在110kV及以上電力系統(tǒng)中采用中性點(diǎn)接地的運(yùn)行方式，在兩線一地的雙極高壓直流輸電中也需將其中性點(diǎn)接地。

(2) 防雷接地:為了避免雷電的危害，避雷針、避雷線和避雷器等防雷設(shè)備都必須配以相應(yīng)的接地裝置以便將雷電流引入大地。

(3) 安全接地:為了保證人身的安全，將電氣設(shè)備外殼設(shè)置的接地。

2.2 電力二次系統(tǒng)接地方法

具體來說，二次系統(tǒng)的接地問題，也就是二次裝置和二次回路及二次電纜屏蔽層的接地，主要分為以下幾種情況:

(1) 保護(hù)系統(tǒng)和信號(hào)系統(tǒng)的接地

繼電保護(hù)裝置的工作環(huán)境中干擾是嚴(yán)重的，這些干擾的特點(diǎn)是頻率高，幅度大，因而可以順利通過各種分布電容的耦合;另一方面這些干擾持續(xù)時(shí)間短。繼電保護(hù)的可靠性要求體現(xiàn)在兩個(gè)方面:不誤動(dòng)和不拒動(dòng)。

對(duì)于微機(jī)型保護(hù)裝置，由于其工作是在時(shí)鐘節(jié)拍的嚴(yán)格控制下高速同步進(jìn)行的，這些干擾一旦闖入，輕則引起動(dòng)作延遲，重則導(dǎo)致程序中止或出錯(cuò)，甚至元件損壞，所以抗干擾是微機(jī)保護(hù)的一個(gè)重要內(nèi)容，除了在軟硬件設(shè)計(jì)中進(jìn)行抗干擾外，降低干擾是最直接和最根本的抗干擾方法，而接地是降低干擾最有效的措施，所以微機(jī)保護(hù)的接地是極其重要的。保護(hù)系統(tǒng)的接地方式有三種:懸浮接地，單點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地。

(2) 二次回路的接地

二次回路的接地主要是互感器回路的接地。電力系統(tǒng)中互感器主要作用是將大電流變成小電流或?qū)⒏唠妷鹤兂傻碗妷阂员阌跍y量，同時(shí)利用互感器將二次回路與一次高壓電路隔開，以保證二次回路、儀器和人身的安全。

(3) 二次電纜屏蔽層的接地

現(xiàn)階段，電力系統(tǒng)及測控領(lǐng)域所用的控制電纜和信號(hào)電纜均采用屏蔽電纜，其首要因素是屏蔽電纜具有良好的抗干擾性能，這對(duì)于廣泛應(yīng)用的微機(jī)系統(tǒng)和電子設(shè)備尤為重要。這些屏蔽線，有用于低頻設(shè)備的單芯、兩芯及多芯屏蔽線，雙絞屏蔽線和用于高頻設(shè)備的同軸電纜等。由于其使用環(huán)境、條件及信號(hào)的不同，因此在實(shí)施屏蔽時(shí)的接地方式也不同。

3電力二次系統(tǒng)抗干擾探討

3.1 電力二次系統(tǒng)的常見干擾源

干擾源大致可分為以下幾類:

(1) 電磁耦合干擾:電力系統(tǒng)一次設(shè)備和二次之間凡乎都是通過電磁耦合進(jìn)行工作的，同時(shí)，電場效應(yīng)和磁場效應(yīng)也無處不在，因此，一次設(shè)備本身的高壓電場可通過電容耦合到二次設(shè)備;大電流產(chǎn)生的磁場也可通過電感耦合到二次設(shè)備。

(2) 射頻干擾:由于天線效應(yīng)，大型變壓器、大型發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)、高壓導(dǎo)線等都會(huì)發(fā)射出工頻和諧波頻率的電磁輻射。

(3) 雷電干擾:雷電流平均20kA，最高可達(dá)200kA，其發(fā)生時(shí)間處于μs級(jí)，雷電流對(duì)二次的影響主要是在二次電纜上的干擾。雷電流經(jīng)避雷器入地，使得地網(wǎng)上的電位分布極不均勻，另外引起地電位升高，將對(duì)屏蔽層接地的電纜上產(chǎn)生干擾。

(4) 操作引起的干擾:一次系統(tǒng)中的開關(guān)操作，斷路器、隔離開關(guān)的操作會(huì)引起電氣回路狀態(tài)變化，特別是隔離開關(guān)動(dòng)作時(shí)，沒有滅弧裝置，產(chǎn)生多次電弧重燃引起的電磁能量振蕩。一般認(rèn)為開關(guān)操作是引起干擾和過電壓的重要原因。

其他的干擾源，如短路電流、二次回路操作、局部放電及電力二次系統(tǒng)內(nèi)部的電子元器件等等，都會(huì)產(chǎn)生干擾。

3.2 電力二次系統(tǒng)形成干擾的原因分析

電力系統(tǒng)的二次系統(tǒng)是由二次電纜和二次設(shè)備組成的。電力系統(tǒng)二次設(shè)備的種類和型號(hào)很多，所處的運(yùn)行環(huán)境異常復(fù)雜。二次回路干擾形成的主要原因有下列凡種:

(1) 雷電流注入接地網(wǎng)所造成的干擾;

(2) 工頻短路電流注入接地網(wǎng)所造成的干擾;

(3) 一次、二次設(shè)備的操作引起的干擾。

(4) 強(qiáng)電場環(huán)境下，由于電磁場作用引起的干擾。

這些干擾可能對(duì)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生影響，輕則引起二次系統(tǒng)及設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性，重則會(huì)導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)作，造成停電，甚至?xí)纬筛蟮氖鹿省?/p>

3.3 電力二次系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)電力二次系統(tǒng)時(shí)，在硬件上采用一些抗干擾措施，可以有效抑制干擾信號(hào)的侵入，提高裝置的抗干擾能力。主要措施如下:

(1) 隔離

為了抑制共模干擾，保護(hù)裝置中與外界連接的線路如模擬量、輸入輸出開關(guān)量、數(shù)字量和電源線等，經(jīng)由光電隔離或隔離變壓器隔離后再進(jìn)入裝置內(nèi)部。其中光電隔離主要通過光電耦合器將外部開關(guān)量信號(hào)及開關(guān)量輸出和內(nèi)部電氣回路進(jìn)行隔離，隔離變壓器主要通過專用變壓器將一、二次側(cè)的交流回路隔離。

(2) 屏蔽

屏蔽的實(shí)質(zhì)是通過具有良好導(dǎo)電性的金屬所構(gòu)成的全封閉殼體來隔離和衰減電磁干擾，如微機(jī)保護(hù)的殼體，將核心數(shù)字部件、A/D轉(zhuǎn)換器等器件裝在內(nèi)屏蔽殼體內(nèi)。常見的屏蔽方式有抑制寄生電容耦合干擾的電場屏蔽(如電壓、電流變換器一、二次側(cè)繞組之間隔離)和防止電磁耦合及感性耦合的磁場屏蔽等。

(3) 濾波、退耦與旁路

抑制橫模干擾的主要方法是采用濾波和退耦電路。交流信號(hào)輸入通道都有前置模擬低通濾波器，兼有抗干擾的作用。交直流信號(hào)輸入通道兩個(gè)端子間應(yīng)裝上0.01-0.047pF的退耦電容，為高頻橫模干擾信號(hào)提供旁路。從抗干擾角度考慮，RC濾波器比LC濾波器好，因?yàn)镽C濾波器是耗散式濾波器，把噪聲能量變成熱能耗散掉了，而LC濾波器則會(huì)產(chǎn)生附加的磁場干擾，所以電感要加屏蔽罩。在電源系統(tǒng)中，對(duì)每個(gè)電路或每個(gè)組件都要采用退耦電路供電。

4結(jié)語

電力系統(tǒng)的二次回路數(shù)量多，系統(tǒng)復(fù)雜，所處的工作環(huán)境亦復(fù)雜多樣。系統(tǒng)的各種繼電保護(hù)裝置、動(dòng)裝置和各種監(jiān)控系統(tǒng)隨著微機(jī)產(chǎn)品的大量應(yīng)用，對(duì)工作環(huán)境條件的要求也越來越嚴(yán)格，發(fā)電廠和變電站中的各種干擾是影響這些系統(tǒng)正常運(yùn)行的主要因素。接地一方面是保證電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的必須條件，同時(shí)也是抗干擾的一項(xiàng)重要措施。在二次系統(tǒng)中，屏蔽電纜屏蔽層的接地、盤柜的接地、二次交流回路的接地、微機(jī)系統(tǒng)的接地等是非常重要而又復(fù)雜的工作，因此有必要對(duì)其做進(jìn)一步的總結(jié)和研究。

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