淺談電氣二次回路的干擾與抗干擾

摘要：近年來，電力二次系統(tǒng)中微機(jī)型繼電保護(hù)裝置的應(yīng)用越來越廣泛。隨著通信、微機(jī)自動化及變電設(shè)備制造等各種技術(shù)的日益發(fā)展，國內(nèi)常規(guī)的幾家繼電保護(hù)自動化裝置和監(jiān)控設(shè)備生產(chǎn)商，其產(chǎn)品也在不斷地更新?lián)Q代。電力二次系統(tǒng)的自動化程度得到了非常大的提高，變電站的管理和控制也正往數(shù)字化、智能化、集控化乃至無人值班化的方向發(fā)展。因此，為了更好地保障電力系統(tǒng)供電的安全性，就必須對電氣二次回路的抗干擾加以重視，將軟件、硬件以及施工改造實(shí)施方案等各個(gè)方面有效地配合起來，使微機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾能力得到提高，使它們能夠?yàn)殡娋W(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行提供長期而健康的服務(wù)。

關(guān)鍵詞：二次回路；抗干擾；操作回路

中圖分類號：TM64 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）26-0089-03

1 主要干擾源

高頻干擾、50Hz工頻干擾、雷電引起的干擾、電纜分布電容引起的干擾、控制回路產(chǎn)生的干擾、系統(tǒng)數(shù)字電路引起的干擾、高能輻射設(shè)備引起的干擾等，以上這些是目前能對微機(jī)保護(hù)產(chǎn)生干擾的主要干擾源。

1.1 高頻干擾

當(dāng)帶電母線的高壓隔離開關(guān)切合時(shí)，會產(chǎn)生重燃過程。重燃過程每秒有多次，而每次重燃又都會產(chǎn)生電流波和電壓波。這些電流波和電壓波前沿都很陡，它們傳向母線并通過各種具有電容性的設(shè)備注入到地網(wǎng)。這些進(jìn)行波在每一個(gè)有斷口的地方都會產(chǎn)生反射，從而引起高頻振蕩。高頻振蕩的頻率范圍一般在0.05～1 MHz， 最高的甚至可以達(dá)到5 MHz。這些高頻振蕩有可能會與二次回路產(chǎn)生耦合，引起感應(yīng)干擾電壓。

1.2 50 Hz工頻干擾

因?yàn)樽冸娬纠锏慕拥鼐W(wǎng)并不是完完全全的等電位面，所以在接地網(wǎng)的不同點(diǎn)之間會出現(xiàn)一定的電位差。當(dāng)注入到接地網(wǎng)中的電流比較大時(shí)，各點(diǎn)之間的電位差就有可能比較大。如果一個(gè)回路在變電站里的不同地方同時(shí)接地，地網(wǎng)中的電位差就會被引入到這個(gè)連通回路中， 引起原本不該有的干擾。在某些特定的情況下，地網(wǎng)中的這個(gè)電位差還有可能被引入到微機(jī)繼電保護(hù)裝置的檢測回路中，或者因?yàn)榉至鲗?dǎo)致保護(hù)裝置拒動或誤動。對于這種干擾，我們稱之為50 Hz工頻干擾。

1.3 雷電引起的干擾

發(fā)生雷擊時(shí)，由于電磁耦合，有可能在地與導(dǎo)線間感應(yīng)出干擾電壓。雷雨天氣，如果雷電直接擊到戶外的線路或桿塔，會有很大的雷擊電流流入到接地網(wǎng)中。由于接地網(wǎng)是存在電阻的，所以雷擊電流注入地網(wǎng)時(shí)在二次電纜的屏蔽層中會有暫態(tài)電流產(chǎn)生，這個(gè)暫態(tài)電流又會使電纜的芯線產(chǎn)生感應(yīng)干擾電壓。另外，在外線路上感應(yīng)產(chǎn)生的過電壓也有可能通過測量互感器引入到二次回路中，造成干擾。雷電干擾的頻率一般在幾kHz 到幾百M(fèi)Hz之間。

1.4 電纜對地分布電容引起的干擾

對于規(guī)模比較大的開關(guān)站和變電站，各個(gè)開關(guān)都是有獨(dú)立的小室，小室呈分散式布置在開關(guān)場地中。各個(gè)小室之間的距離會比較遠(yuǎn)，連接各小室之間的電纜會很長，所以電纜對地的分布電容也會比較大。在一些比較惡劣的情況下，如交直流混接或直流接地等故障時(shí)，由于受電纜的對地分布電容影響，有可能造成斷路器操作裝置的中間繼電器回路誤動，從而引起斷路器誤動。這些年，因?yàn)槭荛L電纜對地分布電容影響從而引起斷路器誤動的事故時(shí)有發(fā)生。

1.5 控制回路產(chǎn)生的干擾

在斷開接觸器或繼電器線圈的時(shí)候，有可能產(chǎn)生帶干擾的寬頻譜，它的頻率可以達(dá)到50 MHz。

1.6 系統(tǒng)數(shù)字電路引起的干擾

1.7 高能輻射設(shè)備引起的干擾

對講機(jī)、移動電話等一類的通訊工具在使用時(shí)，可能會對微機(jī)保護(hù)裝置產(chǎn)生干擾。

2 抗干擾措施

抗干擾最基本的理念就是：防止干擾源進(jìn)入二次弱電系統(tǒng)。一方面，可以通過對二次回路的改造，增加各種隔離屏蔽措施，起到切斷干擾源傳播途徑的作用；另一方面，改進(jìn)微機(jī)保護(hù)裝置的硬件，增強(qiáng)它的抗干擾能力。針對上面說到的干擾源，一般的抗干擾措施有以下幾種。

2.1 二次線路上的抗干擾措施

①電纜敷設(shè)時(shí)，對自然屏蔽物的屏蔽作用要充分利用。必要時(shí)，可以為保護(hù)用的二次電纜設(shè)置專用的平行屏蔽線。

②電纜應(yīng)該采用屏蔽電纜或鎧裝電纜，其屏蔽層應(yīng)由銅、鋁等電阻率低的材料制成，且在控制室與開關(guān)場兩端都要可靠接地，只有這樣才能有效地消除干擾。

③電壓互感器以及套管設(shè)備等應(yīng)該盡量采用電容式的，以避免高頻干擾。

④在二次系統(tǒng)各通道出入口處裝設(shè)避雷器，以防止雷擊時(shí)的電壓干擾。

⑤接地措施要充分完善，各接地點(diǎn)之間應(yīng)該可靠地互聯(lián)，使接地網(wǎng)形成一個(gè)封閉的整體，這樣才能有效地抗電磁干擾。

⑥對于給保護(hù)裝置提供逆變電源的直流電源，應(yīng)該經(jīng)過抗干擾處理。

2.2 保護(hù)裝置上的抗干擾措施

①微機(jī)保護(hù)裝置的外殼必須可靠接地，可以通過試驗(yàn)進(jìn)行確認(rèn)。

②變電站中應(yīng)該將所有同一電壓等級的電壓互感器的中性線引到主控室中，在主控室的同一個(gè)微機(jī)保護(hù)屏上可靠接地，然后再從這個(gè)屏給其他各需要的屏配出二次電壓的中性線。這樣設(shè)計(jì)，當(dāng)有較大的接地電流流入接地網(wǎng)時(shí)，不會在不同的接地點(diǎn)間產(chǎn)生大的電位差，從而有效地避免造成保護(hù)誤動。

③所有電流、電壓、逆變電源等所用的隔離變壓器的一、二次繞組之間必須有屏蔽層，屏蔽層應(yīng)該是良好的而且有可靠接地措施。

④保護(hù)裝置的模擬量輸入通道、開入通道、開出通道，都要求加隔離光隔。

⑤CPU插件采用總線不出芯片的設(shè)計(jì)，裝置背板布線應(yīng)該有抗干擾設(shè)計(jì)。

⑥引入到保源護(hù)裝置的供電要有濾波和防雷措施。

2.3 操作回路中的抗干擾措施

以上所述的各種措施，基本能防御常見的大部分干擾，但對于由長電纜分布電容引起的干擾，作用卻甚微。

我們先看看二次控制系統(tǒng)中保護(hù)控制部分及操作部分的關(guān)聯(lián)回路簡化圖1。

要避免由長電纜對地分布電容引起的中間繼電器回路誤動，最明顯而有效的方法是減小ZJ回路的輸入阻抗。當(dāng)ZJ回路的輸入阻抗減小到一定值，在發(fā)生直流系統(tǒng)接地故障或交流量混入直流系統(tǒng)故障時(shí)，由于阻抗的減小，在ZJ繼電器上的電壓降落會小于它的起動電壓，從而有效避免發(fā)生誤動。我們可以通過并聯(lián)電阻支路來降低ZJ回路的輸入阻抗。然而，單純的并聯(lián)電阻支路就能解決問題嗎？并聯(lián)電阻支路雖然能夠達(dá)到提高抗干擾能力的目的，但是在正常工作的情況下卻大大地提高了ZJ回路的穩(wěn)態(tài)工作電流，使回路的功率大大增加，在散熱上造成新的問題。

本著既能降低回路的輸入阻抗又不增加回路功率的原則，專家們提出了一種有效的抗干擾措施，就是在二次回路中引入抗干擾繼電器的設(shè)計(jì)方案，如圖2所示。

抗干擾繼電器的回路原理如圖3所示。

抗干擾繼電器的特性和原理分析：初始狀態(tài)，繼電器J1的動斷觸點(diǎn)J1-1處于閉合，中間繼電器J1和電阻R2并聯(lián)。為了能更好地降低回路的總輸入阻抗，電阻R2要選擇阻值較低的電阻，這樣整個(gè)回路的等效輸入阻抗就會很低。由于此時(shí)電阻R2這個(gè)并聯(lián)支路的存在，使得繼電器J1的瞬態(tài)起動功率很大。而且在繼電器J1起動的瞬間，電阻R2還能夠起到分流作用。當(dāng)整個(gè)回路接入到工作電壓上時(shí)，繼電器J1首先起動，它的動閉觸點(diǎn)J1-2導(dǎo)通，起動繼電器J2，繼電器J2的動閉觸點(diǎn)J2-1、J2-2緊跟著導(dǎo)通；同時(shí)由于繼電器J1的動斷觸點(diǎn)J1-1打開，把用于分流的大功率支路R2斷開，使整個(gè)回路的穩(wěn)態(tài)工作電流大大地降低，所以回路在穩(wěn)態(tài)工作時(shí)的功耗非常低，僅為J1、J2兩條回路的功率之和。電容C1與電阻R1串聯(lián)后再與繼電器J2并聯(lián)，是用以構(gòu)成延時(shí)起動回路，使繼電器J2延時(shí)動作，延時(shí)起動的時(shí)間通過調(diào)整C1的電容值來實(shí)現(xiàn)。這個(gè)設(shè)計(jì)能夠有效地抵抗瞬態(tài)的高頻干擾，大大地提高了中間繼電器回路的抗干擾能力。此抗干擾繼電器的設(shè)計(jì)具有抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)態(tài)工作狀態(tài)下的功耗低、安裝使用方便等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效地解決之前由長電纜對地分布電容所引起的誤動問題。

此抗干擾繼電器能夠非常方便地安裝到保護(hù)屏柜的導(dǎo)軌上，工程中使用時(shí)將從其他保護(hù)小室引過來的電纜先接到此抗干擾繼電器上，然后通過它的動閉觸點(diǎn)去重動斷路器操作裝置的中間繼電器回路。因?yàn)榇死^電器具有非常好的抗干擾能力，所以二次操作回路中一旦接入此繼電器就能有效地避免由分布電容所引起的斷路器誤動問題。

3 結(jié) 語

本文通過對目前電氣二次系統(tǒng)常見的干擾源和抗干擾方法進(jìn)行了簡單的分析，旨在對目前電力系統(tǒng)二次回路的干擾與抗干擾有個(gè)較為深入的認(rèn)識。隨著國家電力事業(yè)的發(fā)展和變電站建設(shè)的越來越智能化，二次回路可能也將面臨越來越多的干擾源，當(dāng)然抗干擾技術(shù)也將隨之而進(jìn)步。

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