淺談變電站繼電保護(hù)裝置抗電磁干擾問題

劉 峰 楊 超 馬曉卉（沈陽(yáng)電業(yè)局電氣安裝公司，遼寧 沈陽(yáng) 110026）

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淺談變電站繼電保護(hù)裝置抗電磁干擾問題

劉 峰 楊 超 馬曉卉
（沈陽(yáng)電業(yè)局電氣安裝公司，遼寧 沈陽(yáng) 110026）

摘 要：變電站二次系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，二次回路的安全與否關(guān)系到電力系統(tǒng)是否安全地運(yùn)行，探討二次回路抗干擾問題的目的是為了保障電力系統(tǒng)安全運(yùn)行。本文論述了電磁干擾的來(lái)源，對(duì)繼電保護(hù)裝置的影響和耦合的渠道，針對(duì)各種干擾源分析了原理及抑制措施。

關(guān)鍵詞：變電站；繼電保護(hù)；電磁干擾；抑制措施

1 變電站繼電保護(hù)裝置的電磁干擾源

變電站繼電保護(hù)裝置的電磁干擾源包括內(nèi)部干擾和外部干擾。

內(nèi)部干擾是由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、元件布局和生產(chǎn)工藝等決定，主要有雜散電感和電容的結(jié)合引起的不同信號(hào)感應(yīng)、長(zhǎng)距離傳輸造成電磁波的反射、多點(diǎn)接地造成的電位差干擾、寄生振蕩和尖峰信號(hào)引起的干擾等。

外部干擾是由使用條件和外部環(huán)境因素所決定的，主要有其他物體和設(shè)備輻射的電磁波產(chǎn)生的強(qiáng)電場(chǎng)或強(qiáng)磁場(chǎng)，如直流電源的中斷與恢復(fù)、步話機(jī)輻射、雷擊、隔離開關(guān)操作、中壓開關(guān)柜操作等。

2 電磁干擾對(duì)繼電保護(hù)裝置的影響

微機(jī)型繼電保護(hù)裝置與常規(guī)保護(hù)相比具有結(jié)構(gòu)先進(jìn)、安裝簡(jiǎn)單、維護(hù)方便以及保護(hù)可靠等優(yōu)點(diǎn)。但是如果運(yùn)行環(huán)境差，抗干擾措施不當(dāng)，則很容易受到外界環(huán)境的干擾，組成其自動(dòng)控制系統(tǒng)的模擬電路在干擾作用下往往使開關(guān)電路誤翻轉(zhuǎn)，數(shù)字電路受干擾作用往往造成數(shù)據(jù)或地址傳送錯(cuò)誤。干擾對(duì)微機(jī)保護(hù)裝置的影響主要是造成計(jì)算或邏輯錯(cuò)誤、程序運(yùn)行錯(cuò)誤和元件損壞三個(gè)方面。

3 電磁干擾的耦合渠道

變電站中，電磁干擾的耦合渠道如圖1所示。

圖1電磁干擾的耦合渠道

圖2兩個(gè)電流回路經(jīng)共同阻抗Z的直接電耦合

3.1 直接耦合

直接耦合或金屬性耦合是經(jīng)常出現(xiàn)的，如果兩個(gè)電流回路具有共同的阻抗Z（可以是簡(jiǎn)單的一段導(dǎo)線，一個(gè)耦合阻抗或一個(gè)兩端網(wǎng)絡(luò)），就會(huì)產(chǎn)生直接耦合。如圖2所示，回路I（干擾者）中的電流在共有阻抗Z中產(chǎn)生一個(gè)電壓降，疊加在回路Ⅱ（被干擾系統(tǒng)）的有用信號(hào)上。在這個(gè)簡(jiǎn)單的等值回路中，阻抗Z上引起的干擾可以是共用引線、共用地線等。顯然，當(dāng)兩個(gè)回路的功率比相差不大時(shí)，回路Ⅱ的電流也在回路I中造成干擾。

圖3電耦合例圖

圖4磁耦合例圖

3.2 電耦合

處于不同電位的兩個(gè)電流回路之間會(huì)發(fā)生電的或電容的耦合，如圖3所示。圖中，在220V的引線和回路Ⅱ的引線之間存在一個(gè)電場(chǎng)，其影響可以用圖3 （b）的等值回路通過雜散電容C1和C2來(lái)描述。工頻電壓經(jīng)雜散電容提供了交流電流（位移電流），再經(jīng)共有的接地回到電源中性線內(nèi)。經(jīng)C1的電流在回路Ⅱ的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的ZS和ZE上產(chǎn)生電壓降，此電壓降作為干擾電壓疊加在有用信號(hào)上。電路模型中的電耦合以電容器為耦合阻抗，稱為電耦合。

3.3 磁耦合

在兩個(gè)或多個(gè)環(huán)路之間，當(dāng)一個(gè)回路有電流時(shí)，會(huì)對(duì)另一個(gè)回路發(fā)生磁感應(yīng)的耦合，稱為磁耦合。磁耦合是一個(gè)電路產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)另一回路產(chǎn)生的電感性耦合，它是由于干擾源與被干擾對(duì)象之間的互感所引起的，主要由干擾源的電流所決定。若二次回路的走線不合理，例如同一個(gè)回路中的一根導(dǎo)線利用了一根電纜中的一芯，而其回程導(dǎo)線卻利用了另一根電纜的一芯時(shí)，由于這兩根芯線間的距離很大，在它們之間將包圍很大的磁通，從而會(huì)在同一回路的兩根導(dǎo)線間產(chǎn)生很大的差模干擾電壓。

3.4 輻射耦合

架空輸電線輻射出電磁場(chǎng)、廣播電視發(fā)射臺(tái)、雷達(dá)等大功率電子設(shè)備以及高頻感應(yīng)加熱設(shè)備、高頻焊接等工業(yè)設(shè)備都可以通過電磁波輻射，干擾附近的電子設(shè)備，造成干擾信號(hào)。

4 變電站抗干擾措施

4.1 電磁場(chǎng)的屏蔽

對(duì)變電站二次設(shè)備而言，特別是微機(jī)型保護(hù)裝置，采用屏蔽的目的有兩個(gè)：一是限制內(nèi)部的輻射電磁能越出某一區(qū)域；二是防止外來(lái)的輻射進(jìn)入基本區(qū)域。根據(jù)《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置反事故措施要點(diǎn)》規(guī)定，集成電路及微機(jī)保護(hù)屏宜采用柜式結(jié)構(gòu)，保護(hù)本身必須可靠接地。

4.2 繼電保護(hù)室及控制室的屏蔽

為了使二次設(shè)備正常運(yùn)行，一方面要求在一次干擾源上降低干擾水平，盡可能降低一次設(shè)備的接地阻抗，降低因注入高頻電流產(chǎn)生的暫態(tài)電位升，并構(gòu)成一個(gè)具有低阻抗的接地網(wǎng)，以盡可能降低變電站內(nèi)的地電位差，從而降低對(duì)二次回路及設(shè)備的干擾；另一方面，在變電站的設(shè)計(jì)和建設(shè)中應(yīng)采取相應(yīng)措施，使得傳到這些二次設(shè)備上的干擾水平降低到它們可以接受的水平。

繼電保護(hù)室或控制室實(shí)現(xiàn)屏蔽主要措施有兩條，一是將所有房體結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)筋和鋼結(jié)構(gòu)等全部焊接聯(lián)通，這樣可以取得20dB的屏蔽效果。二是對(duì)控制室包括地板在內(nèi)裝一夾層，實(shí)現(xiàn)連續(xù)的金屬屏蔽。在施工過程中必須保證屏蔽金屬板（網(wǎng)）間的相互聯(lián)通。

上述兩種措施的綜合作用，可以取得的屏蔽效果約為60dB。

一般情況下，為了應(yīng)對(duì)接近變電站的雷擊，實(shí)現(xiàn)二次設(shè)備的防護(hù)，控制室上的避雷針必須用多根周邊導(dǎo)體與地網(wǎng)相連。金屬結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土的加強(qiáng)筋必須聯(lián)通，上端與避雷針相連，下部與地網(wǎng)相連，以形成有效的網(wǎng)絡(luò)法拉第籠。

4.3 網(wǎng)控室及變電站等電位面的構(gòu)建

一般微機(jī)保護(hù)裝置都集中在主控制室，為了實(shí)現(xiàn)可靠通信，必須將聯(lián)網(wǎng)的中央計(jì)算機(jī)和各套微機(jī)保護(hù)及微機(jī)控制裝置都置于同一等電位面上。構(gòu)建方法是把所有保護(hù)和控制屏的100mm2銅排連成一體，一點(diǎn)接地。

電纜溝上層放置并聯(lián)接地導(dǎo)線，等于在變電站相互連通的電纜溝上層形成一樹枝狀的并聯(lián)接地網(wǎng)。它緊靠控制低壓電纜（控制低壓電纜應(yīng)放在其下層），與控制室地網(wǎng)一點(diǎn)連接。

結(jié)語(yǔ)

深入開展變電站二次設(shè)備抗干擾是保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的一項(xiàng)十分重要的工作，研究二次設(shè)備抗干擾措施具有現(xiàn)實(shí)意義。本文針對(duì)保護(hù)裝置實(shí)際運(yùn)行存在的電磁干擾源，提出了一些措施，對(duì)有效提高變電站二次設(shè)備的可靠性具有指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

［1］宋繼成.220kV～500kV變電站電氣接線設(shè)計(jì)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2014.

［2］白忠敏.現(xiàn)代電力工程直流系統(tǒng)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2003.

中圖分類號(hào)：TM77

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