微機繼電保護(hù)交流回路抑制瞬變騷擾的措施探討

【摘要】交流回路受到電磁輻射和傳導(dǎo)的騷擾，表現(xiàn)為共模騷擾和差模騷擾兩種形式，大多數(shù)危機控制器可能會暫時降低或者喪失功能，甚至造成元器件功率過大而被燒毀，本文將在了解瞬變騷擾對交流端口影響的基礎(chǔ)上，提出微機繼電保護(hù)交流回路抑制瞬變騷擾的措施。

【關(guān)鍵詞】微機繼電保護(hù)；交流回路；瞬變騷擾

1.瞬變騷擾對交流回路的影響

將瞬變脈沖群騷擾加快速度施加在測控和低壓保護(hù)裝置之上，并通過示波器監(jiān)測弱電系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的波形，可看出瞬變騷擾對交流回路產(chǎn)生的影響，如下：

（1）對弱電電源系統(tǒng)的影響

通過將不同級數(shù)的瞬變騷擾施加在交流電壓的端口之上，并借助監(jiān)視模板觀察系統(tǒng)波形，分析瞬變騷擾對弱電系統(tǒng)的影響，監(jiān)視發(fā)現(xiàn)微機繼電保護(hù)裝置受到正極性瞬變騷擾和反極性瞬變騷擾的影響程度不同，其中5V、+/-12V、24V電源表現(xiàn)出極性，而5V、12V、24V在反極性的瞬變騷擾之下，表現(xiàn)出明顯的“瞬態(tài)跌落”。

（2）對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的影響

交流電壓在瞬變騷擾的影響下，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的變流器輸出、模擬濾波器輸出、變壓器輸出等，均有不同的干擾反映，將30V電壓輸入到A相電壓回路后，并分別施加三級和四級的瞬變干擾，發(fā)現(xiàn)三級瞬變干擾下，直流電源和交流電壓端口的A/D器具和CLK信號波形一開始表現(xiàn)出大幅度的上下波動，隨后逐漸趨于平穩(wěn)狀態(tài)；在四級瞬變干擾下，并且沒有加入任何交流量的時候，直流電源和交流電壓端口的A相電壓一開始表現(xiàn)出極大幅度的上下波動，隨后依然處于不穩(wěn)定波動狀態(tài)，但幅度相對降低很多；在三級瞬變干擾，并且加入30V電壓之后，直流電源和交流電壓端口的A相電壓大幅度波動，但是密度相對較低，并且隨后降低波動幅度后，密度依然保持相對穩(wěn)定。

由上可見，交流回路在瞬變干擾的影響下，需要采取措施保護(hù)弱電電源和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其中微機繼電保護(hù)應(yīng)用得當(dāng)，能夠有效抑制瞬變騷擾，減少事故隱患。

2.交流回路瞬變騷擾的抑制措施

出于對瞬變騷擾影響因素的考慮，我們需要了解瞬變騷擾傳輸?shù)耐緩?，并減少輔助變壓器等的耦合電容，以及增加共模騷擾回路的阻抗等，具體的抑制措施如下：

（1）瞬變騷擾傳輸途徑分析

高頻瞬變通過交流回路后，形成的干擾途徑可用如下高頻模型表示，如圖1所示：

圖1 高頻瞬變經(jīng)交流回路的干擾途徑

從圖1中，我們看出共模瞬變的脈沖群，從電壓端口流入，然后經(jīng)過變壓器原方雜散電容、變壓器副方雜散電容、輔助變流器之后，然后藕合后形成模擬回路，再通過雜散電容滲入大地中。以上的模型，說明了高頻瞬變經(jīng)交流回路的干擾途徑不能夠使用逐次逼近式的A/D，否則數(shù)字和模擬的系統(tǒng)地會出現(xiàn)連接問題，尤其是經(jīng)過數(shù)字系統(tǒng)的干擾，會直接降低數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)轉(zhuǎn)換的精度和系統(tǒng)運作的正確性。

（2）減少藕合電容

變壓器原來方繞組和副方繞組之間的藕合電容，使得變流器和變壓器的裝置內(nèi)部，在短時間內(nèi)受到瞬變脈沖的干擾，譬如目前被廣泛使用的帶屏蔽層變壓器的干擾模型，如圖2所示：

圖2 帶屏蔽層變壓器干擾模型

圖2中，C1和C2表示分布電容，該電容存在于變壓器原、副方繞組與屏蔽層之間；Z2表示裝置對地阻抗；e1和e2表示共模干擾電壓；Zc1和Zc2表示對應(yīng)阻抗；Ze表示屏蔽層接地阻抗。結(jié)合模型，變壓器原方和副方共模干擾電壓e2可用下式表示：

上式中，我們可以將高階無窮小分量省略，將公式簡化成：

并且我們能夠從公式當(dāng)中，判斷出變壓器的副方干擾電壓，與對應(yīng)阻抗、裝置對地阻抗、屏蔽層接地阻抗有關(guān)。據(jù)筆者了解，變壓器的能量傳輸不會受到屏蔽層的不良影響，但在一定程度讓會影響原方繞組和副方繞組之間的耦合電容，其中變流器分布電容比較小，對應(yīng)阻抗比較大，而變壓器的分布電容比較大，對應(yīng)阻抗比較小，可見瞬變騷擾通過輔助變壓器，微機保護(hù)裝置受到的影響會相對比較小。除此之外，減少原方繞組和副方繞組對屏蔽層的耦合電容，還可以將繞組沿輔助變壓器鐵心的兩邊位置繞制，將耦合電容控制在最小狀態(tài)，至于雙層的屏蔽層，可以設(shè)置在輔助變壓器的原方繞組和副方繞組之間，并分別將原方繞組的屏蔽層和副方繞組的屏蔽層連接到大地與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的弱電池。

通過之上的分析，確定微機繼電保護(hù)裝置選用輔助變流器和輔助變壓器，并且不施加任何大小的電壓和電流，在保護(hù)裝置啟動之后，裝置通訊系統(tǒng)就會顯示交流回路狀態(tài)，這樣就能夠大大提高裝置抑制瞬變干擾的程度。與此同時，在保持對應(yīng)阻抗和裝置對地阻抗恒定的狀態(tài)下，減少屏蔽層的接地阻抗，同樣能夠有效抑制共模干擾。

（3）增加共模騷擾回路阻抗

針對電快速瞬變脈沖群的干擾情況，可以采用EMI吸收磁環(huán)的方式，對干擾進(jìn)行抑制。關(guān)于磁環(huán)的成分，包括鐵氧化物、鈷、鋅和稀土元素等，產(chǎn)生磁導(dǎo)率用表示，屬于復(fù)數(shù)。以上公式中，表示處于彈性狀態(tài)的磁導(dǎo)率，可以形成瞬變脈沖群感性的阻抗，而表示處于粘性狀態(tài)的磁導(dǎo)率，可以形成瞬變脈沖群阻性的負(fù)載，而且在干擾頻率增強之后，磁導(dǎo)率會隨著增加。利用EMI吸收磁環(huán)的方式抑制電快速瞬變，主要就是利用的特性，在低頻段時候，就會表現(xiàn)出極低的感性阻抗值，而且不會對數(shù)據(jù)線或者信號線的任何信號傳輸造成任何不良影響，而在高頻段，以10MHz作為起始點，避免阻抗無限增大，的感性阻抗能量也會保持很小的狀態(tài)，以致騷擾的能量能夠以熱能的形勢，被磁環(huán)吸收或者擴散。這一點我們可以從鐵氧體磁環(huán)的射頻阻抗走勢看出，從圖上分析，可發(fā)現(xiàn)磁環(huán)的電阻在10MHZ之后，分量會逐漸增大，而快速瞬變脈沖群的干擾主要頻率是40-100MHZ，對這些干擾進(jìn)行阻抗的最有效方法，是將鐵氧體串接在電流輸入線上，以便將干擾的能力全部轉(zhuǎn)化成為熱量散發(fā)出去。

（4）應(yīng)用軟件編程技術(shù)

瞬變騷擾的抑制，需要借助軟件編程技術(shù)的力量，尤其是針對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的波形監(jiān)控，需要借助轉(zhuǎn)換器軟件采集瞬變干擾數(shù)據(jù)，譬如轉(zhuǎn)換時間，可在中斷服務(wù)程序啟動之后，控制瞬變干擾的時間間隔，并在程序當(dāng)中編入電流預(yù)警值，這樣在啟動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)之后，就能夠準(zhǔn)確提供電流、電流等樣值，關(guān)于中斷服務(wù)程序的流程圖，是利用中斷服務(wù)程序讀取出電流和電壓采樣值，然后將采樣值和預(yù)警值進(jìn)行對比分析，如果電流采樣值大于預(yù)警值，則表示需要啟動采樣系統(tǒng)和轉(zhuǎn)換，必要時延時作業(yè)，然后讀取出電流和電壓的采樣值，而如果采樣值小于預(yù)警值，則可直接讀取電流和電壓采樣值，最后啟動采樣和轉(zhuǎn)換，完成后中斷返回。

3.結(jié)束語

綜上所述，微機繼電保護(hù)將瞬變脈沖群騷擾加快速度施加在測控和低壓保護(hù)裝置之上，并通過示波器監(jiān)測弱電系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的波形，可以看出瞬變騷擾對交流回路產(chǎn)生的影響，因此出于對瞬變騷擾影響因素的考慮，我們需要了解瞬變騷擾傳輸?shù)耐緩?，并減少輔助變壓器等的耦合電容，以及增加共模騷擾回路的阻抗等，通過采取措施保護(hù)弱電電源和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，消除交流回路受到瞬變的干擾，其中微機繼電保護(hù)應(yīng)用得當(dāng)，能夠有效抑制瞬變騷擾，減少事故隱患。

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作者簡介：殷勤（1981-），女，電力工程師，主要從事繼電保護(hù)、二次保護(hù)等工作。