對變電站二次設(shè)備抗干擾問題的研究

師玉東++童永強(qiáng)++石廣森++毛榮

摘 要：隨著電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)中的二次設(shè)備面臨越來越惡劣的電磁環(huán)境，受電磁的干擾越來越嚴(yán)重，必須采取相應(yīng)的措施增強(qiáng)二次設(shè)備的抗干擾能力，減弱干擾對繼電保護(hù)及自動裝置的影響，從而滿足電力系統(tǒng)對其在穩(wěn)定性和可靠性方面的要求，保障電網(wǎng)的安全運行。

關(guān)鍵詞：變電站 二次設(shè)備 電磁環(huán)境 抗干擾

中圖分類號：TM411.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（a）0108-02

電力系統(tǒng)是一個巨大的電磁網(wǎng)，其一、二次設(shè)備就是在該環(huán)境下工作，電力設(shè)備特別是二次設(shè)備必受電磁干擾。隨著微電子技術(shù)在電力系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，由于本身耐受電磁干擾的能力較弱，使得由其組成的二次系統(tǒng)更容易受電磁干擾，造成繼電保護(hù)及安全自動裝置的誤動、拒動、數(shù)據(jù)混亂甚至死機(jī)等現(xiàn)象，使得裝置不能正常工作，對電網(wǎng)的安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。因此，研究分析二次設(shè)備的抗干擾是迫切需要的。

1 主要干擾源及其傳播途徑

為了減弱電磁干擾對二次設(shè)備的影響，就需要對各種干擾源及其傳播途徑進(jìn)行分析探討，從而提出有針對性的改進(jìn)措施。

1.1 隔離開關(guān)操作引起的干擾

隔離開關(guān)在帶電分合時，會對變電站內(nèi)的二次回路及二次設(shè)備產(chǎn)生一定的干擾。而且由于其本身特性原因空氣去游離能力差，在初始階段將產(chǎn)生頻率很高的再點弧過程。每次都將產(chǎn)生很陡的電流和電壓波，造成系統(tǒng)操作過電壓和高頻振蕩，進(jìn)而以母線為軸產(chǎn)生輻射電磁場，影響二次設(shè)備的安全運行。另外，在電流、電壓波注入變電站接地網(wǎng)時，會由于高頻行波的反射而產(chǎn)生各種高頻振蕩，這些振蕩與二次回路耦合會產(chǎn)生強(qiáng)烈的干擾，使干擾信號由二次電纜進(jìn)入保護(hù)裝置[1]。

1.2 雷擊干擾

雷擊干擾的途徑和方式多種多樣，并與電纜走向、設(shè)備布置、接地網(wǎng)狀況等有很大的關(guān)系[2]。當(dāng)變電站一次設(shè)備遭受雷擊時，雷電流會沿高壓母線傳播，并產(chǎn)生高頻行波，經(jīng)避雷器流入大地。在此過程中，雷電流會通過電磁耦合，在二次線與大地之間產(chǎn)生干擾電波；同時，由于二次電纜屏蔽層會產(chǎn)生電流，進(jìn)而會在二次電纜芯上感應(yīng)出電動勢，從而對二次設(shè)備造成干擾。

雷擊的另一影響是雷電流從線路入侵后流入大地而產(chǎn)生的暫態(tài)地電位升高。由于變電站地網(wǎng)接地阻抗的存在，使雷擊時變電站內(nèi)的暫態(tài)地電位和地網(wǎng)不同點的電位差感應(yīng)出電流，干擾被二次回路而影響繼電保護(hù)及自動裝置的正常運行[3]。

1.3 變電所的局部放電干擾

變電所的局部放電干擾主要有兩種：一是線路及金具；二是污穢絕緣子表面電暈放電，其形成的電流脈沖會通過電磁波的形式對周圍設(shè)備產(chǎn)生干擾。干擾的強(qiáng)弱程度取決于導(dǎo)線的截面、設(shè)備表面情況、氣候條件和所處位置等。

在干燥的狀態(tài)下，沿絕緣子串的電壓分布是不均勻的，而且隨著電壓等級的提高，這種不均勻性愈加嚴(yán)重。在承受電壓較高的絕緣子上，可能產(chǎn)生局部的沿面放電，不但腐蝕了絕緣子，也產(chǎn)生了輻射干擾。在潮濕的氣候條件下，沿污穢絕緣子表面流過比較大的泄漏電流。因表面的污穢沉積不均勻，在污穢層比較薄的區(qū)域呈現(xiàn)電阻，因發(fā)熱而形成干燥帶，形成不穩(wěn)定的局部火花或電弧。這種局部放電產(chǎn)生的輻射干擾中常常含有頻率很高的分量。

1.4 接地故障產(chǎn)生的工頻干擾

在大電流接地系統(tǒng)中，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相或兩相接地短路故障時，會產(chǎn)生很大電流很大的故障分量，此電流流經(jīng)接地體時便會產(chǎn)生電壓降，使變電所各點之間產(chǎn)生地電位差。當(dāng)同一回路在變電所不同地點多點接地時，各接地點之間的地電位差就會在二次電纜的屏蔽層中產(chǎn)生電流，通過電磁耦合作用在二次電纜芯中感應(yīng)出電流，從而對保護(hù)裝置造成干擾，影響設(shè)備的正常運行，甚至?xí)龤щ娎|，釀成事故。通常我們將其稱為50 Hz的工頻干擾。

1.5 直流電源干擾

對于直流電源的干擾主要有兩個方面：一是直流回路操作產(chǎn)生的暫態(tài)干擾，當(dāng)斷路器分、合閘線圈等電感元件在接通或斷開電源時，由于電感本身特性儲存的能量釋放，將會在線圈兩端可能產(chǎn)生與電感元件工作電壓、工作電流、電感量大小及回路參數(shù)有關(guān)的過電壓，該電壓將在其余二次回路中激起高頻干擾電壓，足以使保護(hù)裝置起動甚至誤動。二是交流分量竄入直流回路中，由于交流回路的交變磁場的存在，會對直流回路的控制、信號等弱電回路產(chǎn)生比較嚴(yán)重的干擾，對系統(tǒng)的穩(wěn)定造成很大的破壞。

1.6 靜電放電的干擾

繼電保護(hù)工作現(xiàn)場的靜電放電干擾主要是由于身體與化纖衣服、設(shè)備外殼、工器具等物體的磨擦而感應(yīng)出來的。此時當(dāng)檢修人員帶靜電摸觸保護(hù)插件或因高壓靜電而放電時，將使保護(hù)裝置等微電子設(shè)備內(nèi)部邏輯回路發(fā)生畸變，從而造成邏輯功能紊亂，嚴(yán)重時會誤發(fā)信號、誤跳閘，甚至燒毀插件。

1.7 其他干擾

變電站的其他干擾主要有手機(jī)、高頻載波機(jī)、大功率對講機(jī)等產(chǎn)生的輻射干擾，還有電子設(shè)備的電子線路產(chǎn)生的各種雜音干擾等。

以上干擾主要是變電所存在各種干擾源依靠靜電耦合、電磁耦合和地電位差等傳播途徑進(jìn)入保護(hù)裝置的，使微機(jī)保護(hù)不能正確動作，對電網(wǎng)的安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅[4]。

2 抗干擾的措施

2.1 二次回路的抗干擾措施

2.1.1 采用屏蔽電纜并將屏蔽層可靠與地網(wǎng)連接

試驗表明，采用屏蔽電纜并將屏蔽層在電纜兩端同時接地能將干擾電壓降低 95%以上，是一種非常有效的抗干擾措施，而采用屏蔽電纜的抗干擾效果與使用的材料、制作工藝、接地方式等有關(guān)。但是不能采用備用芯兩頭同時接地的做法，因為開關(guān)場各處的地電位存在差異，若用備用芯兩端接地不可避免地會有電流流過，就會在工作線芯中感應(yīng)出電勢，干擾保護(hù)。

2.1.2 構(gòu)造等電位面

在控制室內(nèi)各保護(hù)屏柜下部及二次電纜室內(nèi)敷設(shè)相應(yīng)規(guī)格的專用銅排直接相連構(gòu)成等電位接地母線，再利用多股軟線使其首末可靠連接成環(huán)網(wǎng)，使各套微機(jī)保護(hù)及其自動裝置都置于同一個等電位平臺上。為了防止地電位差對二次回路和設(shè)備產(chǎn)生干擾，可以利用多股導(dǎo)線使該等電位面和變電所接地網(wǎng)一點起來，以消弱干擾信號。endprint

2.1.3 電流、電壓互感器二次回路一點接地

為了保證人員、設(shè)備、電網(wǎng)的安全，同時提高抗干擾能力，二次電流、電壓回路應(yīng)有且只有一個接地點，可以防止因為互感器一、二次線圈間的分布電容和二次回路的對地電容導(dǎo)致一次高壓引入二次回路。電流互感器的二次回路可在配電裝置附近經(jīng)端子排接地，對于有幾組電流互感器連接在一起的保護(hù)裝置，則應(yīng)在保護(hù)屏經(jīng)端子排接地；電壓互感器二次回路接地點宜設(shè)在控制室內(nèi)[5]。

2.1.4 二次回路合理布線

根據(jù)繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)程要求，對于二次回路的布線要遵循以下原則：交、直流回路及強(qiáng)電、弱電回路不可混用同一根電纜，盡可能將它們分開排放，可防止相互干擾。二次電纜與一次電纜應(yīng)分層分區(qū)敷設(shè)。二次電纜鋪設(shè)走廊應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離高壓母線、變壓器中性點及避雷器、避雷器等設(shè)備，并盡量不要與高壓線平行。

2.2 繼電保護(hù)及自動裝置的抗干擾措施

2.2.1 保護(hù)裝置箱體接地

保護(hù)裝置的箱體接地是有效防止電磁干擾的重要手段之一。如果裝置外殼接地良好時，可以抑制外部干擾對微機(jī)保護(hù)裝置的影響，同時又能防止該微電子設(shè)備對相鄰設(shè)備產(chǎn)生干擾；但是如果外殼接觸不良或者沒有接地時，會把干擾引入設(shè)備中，嚴(yán)重時造成裝置功能紊亂，不能正常工作。

2.2.2 經(jīng)抗干擾電容接地

在二次回路的交流量、直流量等流入保護(hù)裝置前布置抗干擾電容，可起到屏蔽作用，能有效抑制靜電耦合產(chǎn)生的干擾。采用容量適當(dāng)?shù)目垢蓴_電容不但可以防止靜電感應(yīng)的干擾，對無線電干擾及二次回路產(chǎn)生的高頻干擾也有很好的抑制作用；經(jīng)干擾處理引入裝置后的進(jìn)線應(yīng)遠(yuǎn)離直流操作回路的導(dǎo)線和高頻輸入輸出的導(dǎo)線，更不能捆扎在一起[6]。

2.2.3 開關(guān)量輸入、輸出的隔離措施

隔離措施有光電耦合和繼電器觸點隔離兩種方法，普遍采用光電耦合隔離的辦法。開入量應(yīng)經(jīng)光電隔離引入，開出量只能以空觸點或光耦輸出。

2.2.4 軟件狗

軟件狗實際上是一個軟件監(jiān)視系統(tǒng)，當(dāng)保護(hù)裝置的CPU系統(tǒng)由于某些原因偏離正常程序設(shè)計的軌道，或進(jìn)入某個死循環(huán)時，由軟件狗經(jīng)事先設(shè)定的延時將CPU系統(tǒng)軟件強(qiáng)行復(fù)位，重新拉入正常允許的軌道[7]。

3 結(jié)語

隨著微電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，二次設(shè)備的抗干擾問題越來越突出，為了減弱干擾對繼電保護(hù)及自動裝置的影響，需要我們更加深入的分析研究。當(dāng)然二次設(shè)備的抗干擾技術(shù)仍是一個比較復(fù)雜的問題，本文所提到的方法只是其中一部分，在實際工作中，只有布置更加完善的措施才能真正的把電磁干擾控制在適當(dāng)?shù)姆秶?/p>

參考文獻(xiàn)

[1] 鄭華.淺談變電所存在的干擾及提高繼電保護(hù)安全運行的措施[J].廣東科技，2008（22）：160-162.

[2] 貝宇，楊鑫，王巨豐.雷擊對電力系統(tǒng)二次設(shè)備的干擾及預(yù)防措施[J].廣西電力，2005，28（4）：52-54.

[3] 孫開宇，倪卓越.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)干擾原因及其防護(hù)對策研究[J].機(jī)電信息，2012（12）：32-33.

[4] 李偉明.繼電保護(hù)二次回路抗干擾措施淺析[J].價值工程，2010，29（36）：96.

[5] 王瑞紅.談變配電站微機(jī)自動化保護(hù)裝置抗干擾措施[J].黑龍江科技信息，2007（5）：29-30.

[6] 鄭華.淺談變電所存在的干擾及提高繼電保護(hù)安全運行的措施[J].廣東科技， 2008（22）：160-162.

[7] 路向軍，崔淑萍.變電站綜自系統(tǒng)抗干擾措施之探討[J].電力學(xué)報，2007，22（3）：403-405.endprint