變電站繼電保護裝置抗電磁干擾問題的研究

鄧兵華，何騰芳，戴 亦，陳 媛

（國網(wǎng)湖南省電力有限公司水電分公司，湖南 長沙 410000）

1 電磁干擾的影響

1.1 電磁干擾對變電站二次系統(tǒng)的影響

目前，隨著電力工程發(fā)展需求的提高，它的應用技術不斷更新。變電站繼電保護裝置的主要應用形式是微機型繼電保護裝置[1]。與傳統(tǒng)繼電保護相比，它具備結構先進、安裝簡單、維護方便及保護可靠的特點。實踐過程中，微機型繼電保護裝置對運行環(huán)境的要求較為苛刻。一旦繼電保護抗干擾措施利用不當，將導致整體運行環(huán)境的惡化，從而影響繼電保護裝置的正常運行。具體而言，電磁干擾對變電站二次系統(tǒng)的影響表現(xiàn)在三個方面。第一，電磁干擾影響變電站二次系統(tǒng)的組成和控制系統(tǒng)，造成模擬電路的開關電路誤翻轉，影響電力系統(tǒng)電力資源的正常傳輸；第二，數(shù)字電路是當前電力工程的重要技術支持，在電磁干擾下，數(shù)字電路運行會出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸錯誤、地址轉接錯誤等危害；第三，電磁干擾損壞變電站二次系統(tǒng)電氣元件，從而造成計算或邏輯錯誤，阻礙程序系統(tǒng)的正常運行。實踐過程中，為有效避免這些問題的影響，電力工作人員須在分析電磁干擾源的基礎上，合理規(guī)范繼電保護裝置，進而提升繼電保護質量。

1.2 繼電保護裝置電磁干擾源

1.2.1 內部干擾源

內部干擾源是繼電保護裝置電磁干擾的主要因素。電力系統(tǒng)運行結構、電氣元件布局方式及電力資源生產工藝等都影響繼電保護裝置，形成了電力系統(tǒng)內部電磁干擾。生活實踐中，一旦雜散電感和電容的結合匹配度降低，將造成不同的信號感應；長距離傳輸將形成電磁波反射[2]；多點接地則將引發(fā)電位差干擾。

1.2.2 外部干擾源

繼電保護裝置應用過程中，外部環(huán)境影響其使用條件，形成外部干擾。在雷擊、開關隔離、中壓開關柜操作、直流電源斷電及恢復過程中，變電站周圍將形成較強的電場和磁場，從而導致強電磁波信號的產生，影響繼電保護裝置的正常運行。

2 變電站繼電保護裝置電磁干擾的耦合途徑

變電站繼電保護裝置應用過程中，在降低電磁干擾影響的基礎上，需提升電力系統(tǒng)質量。電力工作人員須科學分析電磁干擾的耦合渠道，并針對性地予以防治。

2.1 繼電保護裝置電磁干擾的直接耦合

直接耦合是繼電保護裝置電磁干擾最常見的耦和途徑[3]。一旦兩個電流回路的阻抗相同，繼電保護裝置將發(fā)生直接耦合形成電磁干擾。通常，引發(fā)直接耦合的阻抗具有多樣性和常見性特點，一段導線、一個梁端網(wǎng)絡等都可成為耦合的阻抗。如圖1所示，電路Ⅰ、Ⅱ中，阻抗Z通用于兩個電流回路內部。一旦兩個電流回路的功率差值較小，則電路Ⅰ、Ⅱ中的電流信號將形成干擾，導致其電池干擾的Z阻抗共同引線或是共同地線，而電壓降的疊加造成了繼電保護裝置電磁干擾的直接形成。

2.2 繼電保護裝置電磁干擾的電耦合

電力工程建設中，點耦合常發(fā)生于不同電位的兩個電流回路間。如圖2所示，220 V的引線和回路Ⅱ之間存在一個微型電場。繼電保護裝置應用過程中，工頻電壓在雜散電容的支撐下，實現(xiàn)了位移電流的產生，然后在接地裝置的應用下，實現(xiàn)了位移電流向中性線的轉移。當經過C1線段時，位移電流會在回路Ⅱ的發(fā)射機和接收機中產生電壓降。當該電壓降與有用電路信號重疊時，以電容器為耦合阻抗的電耦合在電路模型中形成，造成繼電保護裝置電磁干擾的電耦合。

圖1 電流回路Ⅰ、Ⅱ共同阻抗直接耦合

圖2 繼電保護裝置的電耦合

2.3 繼電保護裝置電磁干擾的磁耦合

繼電保護裝置磁耦合基于干擾源之間的互感產生。具體而言，一旦存在兩個或多個電路環(huán)路，則當某一回路存在電流時，將對其余的電回路形成耦合感應，從而產生磁耦合[4]。當電路磁場對另一回路產生互感作用時，干擾源的電流是造成磁耦合發(fā)生的主要原因。譬如，在同一電回路中，若某導線的芯線與回程導線的芯線應用不一，將因芯線的距離差距產生較大磁場，并在兩根導線之間形成差模干擾電壓，促使繼電保護裝置發(fā)生電磁干擾的磁耦合。

2.4 繼電保護裝置電磁干擾的輻射耦合

敷設耦合是變電站繼電保護裝置電磁干擾耦合的重要途徑。在電磁場形式下，電磁脈沖能量和接收器進行耦合，形成電磁干擾。社會實際過程中，影響繼電保護裝置抗干擾能力的輻射耦合具有多樣性。譬如，架空輸電線輻射出電磁場、廣播電視發(fā)射臺和雷達等大功率電子設備等會造成輻射耦合現(xiàn)象的發(fā)生，干擾電子設備和信號的同時，降低變電站繼電保護裝置的應用質量。

3 變電站繼電保護裝置抗電磁干擾策略應用

當前，實現(xiàn)電力資源的高質量應用已成為電力工程建設的重要目標。電力工作人員提升繼電保護裝置抗電磁干擾能力，必須注重三種策略的具體應用。

3.1 實現(xiàn)電磁場的有效屏蔽

作為一種物理場，電磁場對變電站繼電保護裝置的應用具有重大影響。實踐過程中，確保變電站二次設備電磁場的屏蔽具有以下價值：第一，變電站繼電保護裝置內部具有一定的敷設電磁能，在磁場屏蔽作用下降低對外界的影響；第二，在電磁場屏蔽支撐下，有效隔離外來輻射，避免影響變電站基本區(qū)域。變電站繼電保護過程中，微機保護是其控制的重點。對于集成電路和微機的保護屏應采用柜式結構，保護裝置本身必須接地，實現(xiàn)變電站二次設備的規(guī)范、合理應用。

3.2 合理控制繼電保護室的建設

電力系統(tǒng)繼電保護裝置抗電磁干擾建設中，繼電保護室和控制室的建設對于提升抗電磁干擾能力具有重大影響。因此，電力工作者應具體把控三方面內容。第一，進行一次干擾源的規(guī)范控制，降低接地阻抗，實現(xiàn)電磁干擾水平的有效控制；接地網(wǎng)絡建設中，合理控制暫態(tài)電位升，降低變電站內地電位差，有效管理二次回路和設備干擾因素。第二，進行二次設備的質量建設，如合理應用電氣元件材料、實現(xiàn)變電站布局優(yōu)化及創(chuàng)新電力資源生產方式等，有效提升變電站二次設備的抗干擾能力，承擔傳遞到設備上的干擾信號。第三，實現(xiàn)繼電保護室和控制室的屏蔽。一方面，建設人員應進行保護室房體結構加強筋和鋼結構的焊接聯(lián)通，增強屏蔽效果；另一方面，設置控制室地板夾層，實現(xiàn)連續(xù)金屬的有效拼比。此外，為增強保護能力，人們在控制室設置了避雷針，確保其通過多根周邊導體與地網(wǎng)相連。同時，系統(tǒng)連接金屬結構與鋼筋混凝土的加強筋，有效建立網(wǎng)絡法拉第籠，提升變電站繼電保護裝置的抗干擾能力。

3.3 實現(xiàn)變電站控制電位面建設

現(xiàn)代電力工程建設中，電位面建設是提升變電站繼電保護裝置抗電磁干擾能力的重要方式[5]。主控制室是微機保護裝置的主要存放地點，此時若將聯(lián)網(wǎng)的中央計算機、微機保護及微機控制裝置建立在同一電位面，則可提升通信可靠性和抗電磁干擾能力。電位面建設過程中，電力工作人員首先將保護和控制屏的銅排連成一體，并進行一點接地處理，其次并聯(lián)電纜溝接地導線，確保接地網(wǎng)的高效建立，最后連接控制室地網(wǎng)，提升變電站保護裝置抗電磁干擾能力。

4 結 論

變電站繼電保護裝置抗電磁干擾控制是確保電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定、提升電力系統(tǒng)應用質量的有效措施。電力工作人員只有充分認識電磁干擾對變電站二次設備的影響，在分析電磁干擾來源和耦合路徑的基礎上進行較高質量的技術防治，才能提升變電站繼電保護裝置抗電磁干擾能力、變電站二次系統(tǒng)運行質量以及人們的生活質量。