變電站常見干擾及繼電保護(hù)保障措施分析

卓燕平 鐘步隆

摘 要：由于變電站高強(qiáng)度電磁環(huán)境，常常影響變電站內(nèi)的各類電子裝置的正常工作，特別是可能干擾變電站繼電保護(hù)裝置的信號(hào)，導(dǎo)致誤動(dòng)作，影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。因此有必要對(duì)變電站的各類干擾進(jìn)行分析，從而采取相關(guān)措施，來有效保證變電站內(nèi)繼電保護(hù)裝置的正常運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：變電站；干擾；抗干擾；微機(jī)保護(hù)

中圖分類號(hào)：TM77 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2013）20-0079-02

變電站內(nèi)的各類干擾，由于其頻率高、幅度大等特點(diǎn)極大地影響微機(jī)保護(hù)裝置的正確動(dòng)作，因此有必要針對(duì)各類干擾提出保證電力繼電保護(hù)裝置正常工作的抗干擾措施，本文基于保證微機(jī)型繼電保護(hù)裝置和自動(dòng)裝置安全可靠運(yùn)行目的，結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)及查閱相關(guān)資料，提出變電站抗干擾措施和繼電保護(hù)抗干擾措施，可為相關(guān)工作者提供參考和借鑒。

1 電力系統(tǒng)中常見的幾種干擾

1.1 高頻干擾

變電站的一次設(shè)備包括斷路器、隔離刀閘等，在工作時(shí)都會(huì)產(chǎn)生高頻干擾，從而對(duì)變電站二次回路帶來影響。在變電站內(nèi)進(jìn)行一些常規(guī)操作，如斷路器合閘送電、帶電操作隔離刀閘等，都會(huì)產(chǎn)生較大的高頻干擾。如圖1所示為帶電操作隔離刀閘向不帶電的母線充電的情況。

如圖1所示，電源側(cè)電壓為US，純電容側(cè)電壓為UL，此時(shí)，可以將母線等效純電容性負(fù)荷，在隔離開關(guān)逐漸合閘的過程中，觸點(diǎn)間的電場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)增大，并發(fā)生拉弧情況。在實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)操作中，一般隔離刀閘閉合的速度較慢，所以，當(dāng)電源側(cè)的工頻電壓達(dá)到最大時(shí)，會(huì)出現(xiàn)第一次拉弧。此后電路中的電流會(huì)經(jīng)過接通的觸點(diǎn)來對(duì)電容充電。電容電壓充滿后充電回路自動(dòng)斷開，當(dāng)系統(tǒng)充電到通過零電位時(shí)，US與UL之間電壓逐漸變大，最后倒換極性并大于擊穿電壓，導(dǎo)致了開關(guān)的第二次擊穿，并重復(fù)對(duì)電容的充電過程，如此循環(huán)往復(fù)，在閃絡(luò)和拉弧的過程中，會(huì)產(chǎn)生高頻干擾，隨著合閘的過程不斷進(jìn)行，高頻干擾會(huì)逐漸降低。

帶電操作隔離刀閘帶來的高頻干擾主要體現(xiàn)在拉弧的初始階段，約為200～300次/s，這種拉弧將帶來較陡的沿著母線傳播的電流與電壓波，最終通過母線上連接的電容設(shè)備進(jìn)入地網(wǎng)，并通過行波的反射產(chǎn)生頻率為50 kHz～5 MHz的高頻振蕩，并與二次回路發(fā)生耦合，形成強(qiáng)烈的電磁干擾。

1.2 電磁干擾

電磁干擾主要是由各類電力電子元件所產(chǎn)生的，如手機(jī)、移動(dòng)電話等，通過電磁感應(yīng)在設(shè)備周圍形成高頻信號(hào)，通過各種半導(dǎo)體回路成為一個(gè)信號(hào)源，再經(jīng)過整流后，可能造成裝置的邏輯處理回路出現(xiàn)問題，比如邏輯電位偏移、邏輯混亂等。例如，在距離保護(hù)二次回路裝置如收發(fā)信機(jī)、故障錄波裝置等較近的地方使用移動(dòng)通信設(shè)備，可能會(huì)造成收發(fā)信機(jī)誤發(fā)信，故障錄波裝置誤啟動(dòng)等?？梢?，電磁干擾對(duì)繼電保護(hù)裝置的影響是不可小覷的。

1.3 工頻干擾

工頻干擾多發(fā)生在站內(nèi)的接地故障中，由于系統(tǒng)電壓降低和故障電流增大，從變電站的接地網(wǎng)中流過的電流較大，由于接地網(wǎng)具有接地電阻，所以當(dāng)變電站發(fā)生接地故障時(shí)，地網(wǎng)中的電位會(huì)比大地電位高，帶來工頻干擾。

1.4 直流電源干擾

直流電源干擾也是電力系統(tǒng)中比較常見的一種干擾，主要體現(xiàn)在以下兩點(diǎn)：首先是直流回路故障、直流電源短時(shí)中斷等情況，此時(shí)，由于系統(tǒng)中存在各種電容設(shè)備，直流恢復(fù)的時(shí)間經(jīng)過各類放電回路，會(huì)有一個(gè)電壓逐步恢復(fù)的過程，這個(gè)時(shí)間的長(zhǎng)短與回路中的電容大小有密切關(guān)系，這個(gè)直流電源的恢復(fù)過程可能會(huì)導(dǎo)致各類繼電保護(hù)設(shè)備的邏輯回路受到干擾，或誤發(fā)信號(hào)、誤動(dòng)作等。其次是外部干擾因素帶來的直流回路串?dāng)_，導(dǎo)致直流回路電源中出現(xiàn)交流成分，從而給保護(hù)裝置帶來影響，由于繼電保護(hù)裝置的控制和信號(hào)回路多由電纜引入變電站，所以，直流電源的串?dāng)_也可能帶來繼電保護(hù)裝置的誤動(dòng)作。

1.5 靜電放電干擾

在秋冬等氣候干燥的季節(jié)，會(huì)出現(xiàn)較大的靜電放電干擾，此時(shí)，變電站工作人員等可能接觸繼電保護(hù)裝置的各個(gè)環(huán)節(jié)，可能因?yàn)槟Σ疗痣?、靜電干擾等情況，將身上的電荷攜帶并在觸碰各類繼電保護(hù)設(shè)備時(shí)產(chǎn)生放電，情況嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致一些精密元器件的損壞。

1.6 雷擊干擾

夏秋季節(jié)雷擊干擾最為常見，雷擊由于產(chǎn)生的過電壓和雷電波會(huì)不斷經(jīng)過變電站母線等途徑四處傳播，所以，對(duì)變電站一次和二次設(shè)備都會(huì)產(chǎn)生較大影響。雷電波的影響主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面，首先是經(jīng)過電磁耦合后，產(chǎn)生干擾電波，從而對(duì)屏蔽電纜等帶來影響。其次是雷擊的時(shí)候產(chǎn)生過電流，經(jīng)過變電站中的避雷器進(jìn)入地網(wǎng)時(shí)，由于地網(wǎng)具有較大的電阻，導(dǎo)致大地暫態(tài)地電位升高，帶來雷擊干擾。

2 變電站抗干擾措施研究

基于變電站各類干擾可能給繼電保護(hù)裝置帶來的影響和干擾，為了保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，提升繼電保護(hù)抗干擾能力，降低周圍環(huán)境可能給保護(hù)帶來的干擾，可以采取各類抗干擾措施，一方面，從保護(hù)裝置自身的抗干擾措施出發(fā)，另一方面，提升變電站內(nèi)抗干擾水平。

2.1 變電站內(nèi)抗干擾措施研究

2.1.1 使用屏蔽電纜

由于在隔離開關(guān)操作過程中產(chǎn)生的干擾電壓很大，當(dāng)使用無屏蔽的塑料電纜時(shí)，其干擾電壓可達(dá)幾千伏；當(dāng)使用屏蔽電纜時(shí)，對(duì)干擾電壓的抑制效果很好，其干擾電壓的幅值被抑制到5%以下。

因此，二次電纜應(yīng)使用屏蔽電纜且屏蔽層在開關(guān)場(chǎng)和繼保室兩端同時(shí)可靠接地，是一種效果較好的變電站內(nèi)抗干擾措施。目前，我國(guó)各類繼電保護(hù)規(guī)程都嚴(yán)格規(guī)定，變電站內(nèi)必須進(jìn)行靜電屏蔽，并在屏蔽電纜上再并行接入一根粗的接地導(dǎo)線，使得屏蔽層兩端電位差相同，提升抗干擾能力。高頻保護(hù)的高頻電纜應(yīng)并行敷設(shè)約100 mm2的粗導(dǎo)線，放置在電纜架上，并在與耦合電容的分叉處焊接。在實(shí)際工作時(shí)注意，高頻電纜與粗導(dǎo)線應(yīng)盡量連接緊密，取得最佳屏蔽效果，此外，還應(yīng)在高頻電纜芯的接線回路中竄入一個(gè)小容量電容，保護(hù)用電纜敷設(shè)路徑應(yīng)盡可能離開高壓母線及高頻暫態(tài)電流入地點(diǎn)，如避雷器和避雷針的接地點(diǎn)。

2.1.2 互感器二次回路一點(diǎn)接地

《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》中就明確規(guī)定：電流互感器的二次回路應(yīng)有一個(gè)接地點(diǎn)，電壓互感器二次回路只允許有一處接地，接地點(diǎn)宜設(shè)在控制室內(nèi)，并應(yīng)牢固焊接在接地母線上?！独^電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》的依據(jù)為：一方面保證人身和設(shè)備安全，另一方面由于互感器中具有分布電容，一點(diǎn)接地可以防止一次回路的高電壓串入二次回路。

2.1.3 不同用途、電壓等級(jí)、性質(zhì)電纜不可混用，強(qiáng)電和弱

電不共用一根電纜

電纜根據(jù)用途、電壓等級(jí)、性質(zhì)的不同，不應(yīng)該混用在一個(gè)電纜內(nèi)，以防止交直流之間的電磁耦合和竄擾，以及同一電纜中，由于芯線絕緣破壞而帶來的干擾。

應(yīng)盡可能使同一回路的電纜芯安排在一根電纜內(nèi)，盡量避免同一回路的“+”“-”極電纜芯或電流、電壓互感器二次回路中的ABCN四芯不在同一電纜內(nèi)。這是降低感應(yīng)電壓最為有效的措施，并且對(duì)任何頻率的干擾電壓都是有效的。

2.1.4 其它抗干擾措施

此外，變電站中還有其它很多抗干擾措施，比如：采取各類措施來降低避雷器、互感器等一次設(shè)備的接地阻抗；建設(shè)低阻抗的接地網(wǎng)，以降低各類干擾帶來的暫態(tài)電位差等。

2.2 繼電保護(hù)裝置自身的軟、硬件抗干擾措施

2.2.1 硬件方面的抗干擾措施

①隔離和屏蔽。微機(jī)保護(hù)裝置的箱殼用鐵質(zhì)材料做成，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電場(chǎng)和磁場(chǎng)的屏蔽；開入量經(jīng)光電隔離引入，開出量經(jīng)過光電隔離輸出。

②合理處理接地。通過采用微機(jī)保護(hù)裝置金屬外殼接大地，以及保護(hù)裝置內(nèi)部小變流器、變壓器原副邊線之間的屏蔽層應(yīng)與大地相連措施減少干擾可能進(jìn)入裝置弱電系統(tǒng)的途徑。

③采用多CPU結(jié)構(gòu)。保護(hù)裝置采用了多CPU結(jié)構(gòu)，每個(gè)CPU負(fù)責(zé)一種或幾種保護(hù)功能，互相獨(dú)立，其中一個(gè)CPU插件損壞不會(huì)影響其他CPU的正常工作。

④適當(dāng)提高元件的動(dòng)作電壓、功率。對(duì)于二次電纜敷設(shè)較長(zhǎng)的二次回路，由于電纜的分布電容不能忽略，常在系統(tǒng)出現(xiàn)較大擾動(dòng)時(shí)誤動(dòng)，可適當(dāng)提高保護(hù)元件的動(dòng)作電壓、功率的方法來防止保護(hù)誤動(dòng)作。

⑤保護(hù)裝置的濾波。在保護(hù)裝置接口部位安裝低通濾波器，能增強(qiáng)裝置的抗干擾能力，主要通過濾波器將騷擾衰減至某一要求水平。

2.2.2 軟件上采取的抗干擾措施

當(dāng)硬件出現(xiàn)了問題，可通過軟件來把關(guān)。

①對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查。微機(jī)保護(hù)裝置中的RAM中存放著保護(hù)所需的運(yùn)算數(shù)據(jù)， 保護(hù)裝置為模擬信號(hào)的兩個(gè)通道的數(shù)據(jù)采樣一致才認(rèn)為有效，否則取用以后的數(shù)據(jù)。

②開入回路檢查。在微機(jī)保護(hù)巡檢過程中，將采集到的開入量與上電時(shí)的狀態(tài)比較，確認(rèn)常開與常閉狀態(tài)的開入量正確，并儲(chǔ)存這些開入量。

③跳閘指令的跳閘入口合理輸出。微機(jī)保護(hù)發(fā)出跳閘命令不是由一條指令實(shí)現(xiàn)，而是分成多條指令，同時(shí)把校核放在兩條跳閘指令之間，以確保安全。微機(jī)保護(hù)標(biāo)志位確認(rèn)狀態(tài)正確，再發(fā)跳令，微機(jī)保護(hù)可以通過這種方法來提高出口回路的抗干擾能力。

3 結(jié) 語(yǔ)

從文章的分析可以看出，變電站受干擾的因素眾多，情況眾多，必須采取具有綜合性抗干擾的措施，特別是針對(duì)微機(jī)保護(hù)裝置，要采用具有針對(duì)性的措施，以保證變電站整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。筆者所提出的方法可以提供參考作用，在實(shí)踐過程中，還需結(jié)合變電站實(shí)際情況采取可行性的措施。

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