變電站繼電保護(hù)抗干擾探究

王穎

摘 要:變電站中的電磁環(huán)境非常惡劣,繼電保護(hù)裝置的電磁兼容水平及安全、可靠性能是電力系統(tǒng)能夠穩(wěn)定進(jìn)行的關(guān)鍵因素。本文主要論述了變電站中的電磁干擾原理、干擾方式以及傳播方式,通過案例與抗干擾理論知識的相結(jié)合,對繼電保護(hù)裝置的必要性以及抗干擾性能進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞:變電站繼電保護(hù)抗干擾探究

中圖分類號:TM774 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)07(c)-0095-01

變電站中的干擾主要指電磁干擾,電磁干擾的形成因素有三個(gè)方面:一是要有電磁干擾源,二是要有敏感設(shè)備對干擾能量進(jìn)行接收,三是要有媒質(zhì)將干擾能量與敏感設(shè)備相溝通。電磁干擾源種類多樣,而且傳播方式也不相同,具體內(nèi)容如下。

1 電磁干擾源及傳播方式

1.1 典型干擾源

雷擊、系統(tǒng)的短路、輻射干擾以及靜電放電都是比較典型的干擾源。雷電是大氣層中最猛烈、最頻繁的電磁干擾源。雷電所產(chǎn)生的電流會(huì)在空間輻射電磁場,使地面金屬導(dǎo)體接收強(qiáng)大的電壓。導(dǎo)致系統(tǒng)中的電源線或信號線產(chǎn)生高壓脈沖,可能造成變電站內(nèi)一次設(shè)備的絕緣損壞,或者通過一系列的傳播影響到二次設(shè)備的正確工作。系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí),可能導(dǎo)致大電流泄入接地網(wǎng),引起接地網(wǎng)和接地點(diǎn)的整體電位升高。若二次回路、接地網(wǎng)接地點(diǎn)以及大電流的入地點(diǎn)距離較近,電位也會(huì)隨之升高,從而使二次回路中產(chǎn)生干擾電壓。

變電站中的輻射干擾主要是由工作人員通信工具引起的,同時(shí)站內(nèi)的一些設(shè)備所產(chǎn)生的局部放電也會(huì)帶來輻射干擾。例如火花放電、點(diǎn)暈放電和沿面閃絡(luò)產(chǎn)生的輻射,對變電站的干擾都是不容忽視的;靜電充電是指兩種不同介電常數(shù)的絕緣材料摩擦?xí)r,會(huì)引起其中一種材料的充電情形。若被沖過電的材料與其它導(dǎo)電物體相接觸,就會(huì)引起電荷的移動(dòng),產(chǎn)生強(qiáng)烈的電弧,可能導(dǎo)致電路元件發(fā)生故障。

1.2 干擾源的傳播方式及作用形式

電磁干擾源的傳播方式主要有兩種:傳導(dǎo)干擾、輻射干擾。傳導(dǎo)干擾就是通過電容、電阻和電感元件進(jìn)行傳遞的干擾。輻射干擾是以電磁波形式進(jìn)行傳遞的干擾。通常是傳導(dǎo)方式或輻射方式起關(guān)鍵作用,但有時(shí)兩者同時(shí)起作用。電磁干擾在敏感設(shè)備回路或裝置端口的作用形式包括共模干擾和差模干擾。共模干擾是指能夠引起回路的對地電位發(fā)生改變的干擾,或者指從干擾源到敏感設(shè)備的回路上的兩條線都以參考地作為返回通道的干擾。共模干擾可以是直流也可以使交流。差模干擾主要指干擾往返在同一回路的兩線之間。

2 繼電保護(hù)抗干擾分析

電磁干擾主要通過繼電保護(hù)裝置的端口以共模干擾的形式進(jìn)入保護(hù)裝置內(nèi)部,若裝置中某回路元件的分布參數(shù)發(fā)生不對稱的情況,共模干擾就會(huì)轉(zhuǎn)化為差模干擾的形式,進(jìn)而形成對器件或回路的干擾,在干擾傳播中,主要以傳導(dǎo)干擾的方式作為主要表現(xiàn)方式。這里將結(jié)合案例對這一觀點(diǎn)進(jìn)行闡述。

2.1 有關(guān)案例

案例一:某變電站為220kV,其旁路開關(guān)在代路時(shí)采用無壓方式重合閘的方式,但是多次重合都不成功。通過對繼電保護(hù)裝置進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)此變電站是高層布置,而且各個(gè)旁路母線刀閘和機(jī)構(gòu)箱都處于高處構(gòu)架上,開關(guān)間隔也沒有專用的電壓抽取設(shè)備。案例二:某變電站為330kV,系統(tǒng)母線因檢查修理而隔離開關(guān),但在母線由運(yùn)行轉(zhuǎn)為檢修時(shí),隔離開關(guān)產(chǎn)生強(qiáng)烈電磁干擾,使同串相鄰開關(guān)的死區(qū)保護(hù)發(fā)生誤動(dòng)。而值班人員拉開隔離開關(guān)時(shí),其它開關(guān)出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象。而且在開關(guān)跳閘過程中系統(tǒng)并沒有出現(xiàn)短路故障。斷路器有保護(hù)動(dòng)作發(fā)生,線路中的保護(hù)裝置沒有任何信號,系統(tǒng)其他設(shè)備也沒有異常的反映。

2.2 抗干擾性能分析

當(dāng)線路的間隔需用代路操作時(shí),與之對應(yīng)的別路母線開關(guān)閉合,其它的間隔開關(guān)全部斷開。通過代路間隔的電壓抽取裝置抽取的電壓經(jīng)過其它間隔開關(guān)時(shí)的節(jié)點(diǎn)切換和母線的電壓比較,為線路操作和重合閘提供使用。對保護(hù)裝置進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn),所有的線路在間隔未代路時(shí)旁路母線的開關(guān)全處于拉開狀態(tài),保護(hù)裝置中的輔助電壓切換電壓高于電壓的定值,就會(huì)造成重合閘的失敗。同時(shí),若母線經(jīng)輔助節(jié)點(diǎn)切換后產(chǎn)生的輔助節(jié)點(diǎn)處于同一電纜中,就會(huì)引起線路周圍磁通量的變化,對其它線路產(chǎn)生電磁干擾,引起保護(hù)裝置不能正常的工作運(yùn)行。這時(shí),就需要使用保護(hù)屏上的代路控制開關(guān)接點(diǎn)進(jìn)行電壓的同期切換,取代旁路母線的隔離開關(guān)切換方式,避免多條線路的平行排列,就能有效的避免電磁干擾現(xiàn)象的發(fā)生,保障繼電保護(hù)裝置的正常運(yùn)行。

帶電空載在閉合隔離開關(guān)時(shí),會(huì)使用瞬態(tài)的波形記錄儀器在CT端記錄、顯示干擾電流的電壓波形以及斷路器的保護(hù)情況。測試結(jié)果表明,當(dāng)系統(tǒng)和CT回路情況正常時(shí),電閘的開關(guān)保護(hù)會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng),從測量儀上可以明顯的顯示出高頻的干擾電壓及電流。所以在拉開刀閘時(shí)所產(chǎn)生的電磁干擾電壓是導(dǎo)致裝置保護(hù)的主要因素。

變電站對保護(hù)屏采用了屏蔽電纜,且屏蔽層的兩端采取接地措施,如果CT回路接地正確,干擾源的傳遞途徑就不可能是電容耦合。這時(shí),變電站中的干擾源主要是傳導(dǎo)耦合引起,也就是說刀閘在拉合過程中空載短線會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢。感應(yīng)電勢會(huì)經(jīng)過電流互感器傳到CT回路中,對保護(hù)裝置造成一定的影響。當(dāng)開關(guān)回路發(fā)生短接后就會(huì)降低干擾程度,這主要是因?yàn)殡姶鸥蓴_是由CT傳導(dǎo)過來的。從干擾原理來說,這種形式的干擾屬于差模形式的干擾,同時(shí)電纜屏蔽無法有效的抵抗這種干擾。需要采用一定的接地措施和屏蔽措施,加強(qiáng)保護(hù)裝置的抗干擾能力,這樣才能有效抑制刀閘拉合時(shí)產(chǎn)生的干擾。將保護(hù)裝置變?yōu)楦咚倜}沖干擾的繼電器保護(hù)裝置后,就能避免隔離刀閘引起保護(hù)誤動(dòng)現(xiàn)象的發(fā)生。

2.3 變電站采取措施

變電站采取的措施主要包括設(shè)備的防范措施以及施工防范措施。施工防范措施是指將保護(hù)室的地板結(jié)構(gòu)和墻中的加強(qiáng)筋并聯(lián)在一起和地網(wǎng)連接,制造出一個(gè)可以放置整個(gè)系統(tǒng)的低阻抗平面。避雷針需用導(dǎo)體與地網(wǎng)連接,上面的金屬構(gòu)件要和鋼筋混凝土中的鋼筋相連,形成一個(gè)有效的抗干擾系統(tǒng)。

設(shè)備防范措施是指要盡量減少電壓、電流互感器以及避雷器等裝置的接地阻抗,構(gòu)建一個(gè)低電阻的接地網(wǎng)來改變變電站內(nèi)的地面電位差。而高頻耦合電容器和電容式互感器要盡量降低底座高度,用多股導(dǎo)線為接地引線來提高接地網(wǎng)密度。二次回路中的兩根線要避免產(chǎn)生差模電壓,所以多把兩根線用在同一電纜中,同時(shí)二次電纜的敷設(shè)要緊靠著地下引線。對于進(jìn)入繼電保護(hù)裝置的電壓、電流要用帶有屏蔽層的電纜進(jìn)行控制,而且屏蔽層的兩端要采取接地措施,接地地點(diǎn)要原理一次設(shè)備接地點(diǎn)。需注意的是,不同等級的強(qiáng)、弱電回路不能同時(shí)使用一根電纜。

3 結(jié)語

本文主要分析變電站中的各種電磁干擾原理、干擾方式以及電磁干擾的傳播方式和作用形式。通過對相關(guān)案例的詳細(xì)分析,論述保護(hù)裝置的抗干擾能力的必要性。分析了繼電保護(hù)裝置中的抗干擾措施以及措施的優(yōu)點(diǎn)不足,并提出變電站也需要采用一定的防范措施來降低電磁干擾的出現(xiàn)。

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