關(guān)于變電站保護(hù)二次電纜屏蔽層接地方式的探究

董義昊

摘要：?變電站二次電纜屏蔽層在電力系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中發(fā)揮著非常重要的作用，在應(yīng)用過(guò)程中，其可以十分有效的提高變電站電磁的兼容性，二次電纜屏蔽層在設(shè)置的過(guò)程中還是存在著非常激烈的爭(zhēng)議，有人認(rèn)為應(yīng)采取一端接地的形式，而還有人認(rèn)為應(yīng)該采用兩端接地的方式。經(jīng)過(guò)從抗干擾和防止過(guò)電壓現(xiàn)象的角度來(lái)分析屏蔽層的作用和功能，認(rèn)為屏蔽層當(dāng)中的過(guò)電流現(xiàn)象通常是因?yàn)槠涫艿搅穗姶鸥袘?yīng)的影響，所以兩端接地的過(guò)程中非常有效的提高了其對(duì)外界干擾磁場(chǎng)的抵御能力。在采取了一系列有效的措施之后采用兩點(diǎn)接地的方式可以十分有效的屏蔽電磁的干擾，同時(shí)也可以減少設(shè)備損壞現(xiàn)象的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：?變電站;二次電纜;?屏蔽層;?干擾;?接地

引言：一般情況下，變電站會(huì)運(yùn)用帶有屏蔽層的二次電纜向測(cè)控裝置中引入相關(guān)的保護(hù)信號(hào)，然而，現(xiàn)場(chǎng)中的電磁干擾會(huì)利用耦合方式變異電纜中的各種信號(hào)來(lái)源，會(huì)導(dǎo)致控制以及測(cè)量數(shù)據(jù)產(chǎn)生一定誤差，如果電磁干擾特別嚴(yán)重，那么會(huì)導(dǎo)致二次保護(hù)裝置的誤動(dòng)或損壞。目前，在變電站中有著非常嚴(yán)重的電磁干擾，所以應(yīng)對(duì)二次電纜進(jìn)行有效的抗干擾保護(hù)接地。

若要提高二次電纜抵制干擾電磁的能力，重要的前提和基礎(chǔ)就是要對(duì)屏蔽層的作用有一個(gè)相對(duì)比較客觀和正確的認(rèn)識(shí)，同時(shí)在這一過(guò)程中還要選擇合理的接地方式。如果選擇了錯(cuò)誤的接地方式，就有可能會(huì)嚴(yán)重的影響到屏蔽的效果，有些時(shí)候甚至還不如不放屏蔽層的效果好，在選擇接地方式的時(shí)候，一定要對(duì)多種因素進(jìn)行綜合的考量，這樣才能保證接地方式的科學(xué)性和合理性。

1.變電站的主要干擾

1.1主要干擾源

變電站本身是一個(gè)強(qiáng)大的電磁干擾源，在正常和故障情況下都易產(chǎn)生各種電磁干擾。干擾源大致可分為以下幾類：

1.1.1一次設(shè)備本身的高壓電場(chǎng)可通過(guò)電容耦合到二次設(shè)備;大電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)可通過(guò)電感耦合到二次設(shè)備;由于天線效應(yīng)，大型發(fā)電機(jī)、變壓器、導(dǎo)線都會(huì)發(fā)射出工頻和諧波頻率電磁輻射。

1.1.2雷電，雷電流平均20kA，最高值200kA，發(fā)生時(shí)間在μs級(jí)。雷電流對(duì)二次電纜的干擾作用表現(xiàn)在兩個(gè)方面：雷電流經(jīng)避雷器入地，使得地網(wǎng)上的電位分布極不均勻，另外引起地電位升高，這時(shí)將對(duì)屏蔽層接在地網(wǎng)上的二次電纜產(chǎn)生干擾;一部分幅值較低的雷電流進(jìn)入開(kāi)關(guān)站后，將在二次電纜上產(chǎn)生感應(yīng)分量，或直接經(jīng)過(guò)各電壓等級(jí)的避雷器進(jìn)入二次系統(tǒng)的電源系統(tǒng)，另外雷擊發(fā)變電站附近物體，也將在二次電纜上產(chǎn)生感應(yīng)干擾。

1.1.3一次系統(tǒng)中的開(kāi)關(guān)操作，斷路器、隔離開(kāi)關(guān)的動(dòng)作會(huì)引起電氣回路狀態(tài)變化，特別是隔離開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)，沒(méi)有滅弧裝置，往往要產(chǎn)生多次電弧重燃放電現(xiàn)象，每次重燃都會(huì)在回路中引起電磁能量振蕩，一般認(rèn)為開(kāi)關(guān)操作是引起干擾和過(guò)電壓的重要原因。

1.1.4短路電流，短路產(chǎn)生的大電流通過(guò)耦合對(duì)二次設(shè)備造成干擾，且短路入地電流會(huì)引起地電位升高，形成地電位差。

1.1.5二次回路，如繼電器回路，當(dāng)斷開(kāi)直流回路電感線圈時(shí)，會(huì)產(chǎn)生高頻過(guò)電壓，每次開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)閃絡(luò)都要在回路中產(chǎn)生一次波過(guò)程，一連串的暫態(tài)過(guò)程直接影響同一電源上的回路，同時(shí)通過(guò)電磁耦合到其它回路。

1.1.6局部放電，高壓導(dǎo)線表面及絕緣子金具尖端部位的電暈放電，接觸不良產(chǎn)生的火花放電以及污穢絕緣子表面的局部電火花等都會(huì)產(chǎn)生電磁輻射，形成輻射干擾源。

1.1.7步話機(jī)和通信設(shè)備，變電站的通信設(shè)備、高頻載波機(jī)、對(duì)講機(jī)也會(huì)產(chǎn)生不可忽視的輻射干擾。

通過(guò)以上分析可見(jiàn)，變電站中的電磁干擾不僅強(qiáng)度大，而且頻譜范圍極寬，可以從幾十Hz到數(shù)百M(fèi)Hz，這給電磁防護(hù)帶來(lái)很大困難。

2.屏蔽層的抗干擾作用

在變電站中，二次電纜屏蔽層屬于對(duì)電磁干擾進(jìn)行防護(hù)的一個(gè)基本性方式，可以有效防止信號(hào)所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)干擾外界，而且還能有效避免外界當(dāng)中的電磁場(chǎng)在一定程度上干擾信號(hào)線。目前的信號(hào)以及控制電纜大部分運(yùn)用的屏蔽層基本都是銅絲的編織層

2.1輻射

電磁屏蔽主要的工作原理是利用電磁波在屏蔽界面上所反射的能量消耗和屏蔽層在運(yùn)行過(guò)程中吸收消耗來(lái)使得電場(chǎng)的能量得到降低和控制，在屏蔽效果方面和接地方式基本上不存在直接的關(guān)系。電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率的乘積數(shù)值和材料的屏蔽效果呈正相關(guān)的關(guān)系，比較常見(jiàn)的材料有銅和鋁等材料，屏蔽電纜層通常情況下都會(huì)選擇金屬編織物作為重要的組成物質(zhì)，所以也決定了其表面是存在著很多縫隙的，這樣一來(lái)也就使得屏蔽的效果受到了一些不利的影響，一般情況下，單層材料的屏蔽層屏蔽能力大約為?50?分貝，而雙層材料的屏蔽層在屏蔽效果上會(huì)更好一些，大概會(huì)比單層的材料多屏蔽?30分貝的干擾。在這種屏蔽層當(dāng)中，應(yīng)用的主要材料為銅，所以在屏蔽效果上也無(wú)法很好的得到保障。

2.2公共阻抗耦合

地網(wǎng)電流主要有3種：工頻短路時(shí)流過(guò)地網(wǎng)的工頻電流;侵入地網(wǎng)的雷電沖擊電流;高頻電流通過(guò)接地電容（如電容式電壓互感器，補(bǔ)償電容）流入地網(wǎng)。地網(wǎng)電流對(duì)二次電纜的干擾表現(xiàn)在：地網(wǎng)電流對(duì)二次電纜有感應(yīng)電勢(shì)，這不屬于公共阻抗耦合形式;如屏蔽層兩端接地，由于地網(wǎng)電流的影響，整個(gè)地網(wǎng)電位分布不平衡，將有噪聲電流流過(guò)二次電纜的屏蔽層，此電流將在芯線中感應(yīng)出共模電壓，由于感應(yīng)出的共模干擾的微小差異和信號(hào)回路阻抗的不同，此共模電壓會(huì)轉(zhuǎn)換為差模電壓對(duì)二次回路產(chǎn)生干擾，屏蔽層單點(diǎn)接地就不存在這個(gè)問(wèn)題。

2.3電容性耦合

屏蔽層如果不進(jìn)行接地根本就不能屏蔽電場(chǎng)的干擾，兩種接地方式有著相同的屏蔽電場(chǎng)的效果。假如屏蔽層有著數(shù)值為零的接地電阻并且有著完全的覆蓋率，那么芯線上根本就不存在感應(yīng)電壓

3.關(guān)于接地方式的思考

經(jīng)過(guò)一系列的研究可知，屏蔽層一點(diǎn)接地和二?點(diǎn)接地存在著不同的優(yōu)勢(shì)和弊端，一點(diǎn)接地的不足主要體現(xiàn)在：如果出現(xiàn)了故障，屏蔽層可能會(huì)出現(xiàn)很大的電流，這樣就會(huì)對(duì)屏蔽層造成非常嚴(yán)重的損壞現(xiàn)象，在電力系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，地網(wǎng)是不可能存在完全等電位的情況的。兩點(diǎn)接地在運(yùn)行的過(guò)程中會(huì)存在著非常明顯的電位差，在這樣的情況下就可能使得屏蔽層當(dāng)中會(huì)出現(xiàn)比較明顯的干擾電流，而如果使用一點(diǎn)接地的形式就不會(huì)出現(xiàn)這樣的問(wèn)題。

所以在電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，如果要選擇兩點(diǎn)接地的方式，就必須要具備一個(gè)功能性非常好的接地網(wǎng)。在實(shí)踐的過(guò)程中是需要采用電纜溝鋪的方式，同時(shí)還要對(duì)導(dǎo)體進(jìn)行并聯(lián)處理。這也是兩點(diǎn)接地當(dāng)中所必須的一項(xiàng)措施，并聯(lián)的分流導(dǎo)體在運(yùn)行的過(guò)程中就可以充當(dāng)屏蔽層，從而發(fā)揮屏蔽干擾電流的作用。其在運(yùn)行過(guò)程中主要的作用是對(duì)地電位進(jìn)行均衡的調(diào)整，對(duì)地網(wǎng)電流進(jìn)行分散處理，同時(shí)還能在這一過(guò)程中減少過(guò)電壓現(xiàn)象的出現(xiàn)。相關(guān)的研究顯示使用了并聯(lián)形式的接地導(dǎo)體之后可以減少至少一半的感應(yīng)電壓。

但是在這一過(guò)程中需要注意的是，對(duì)于那些傳輸極其敏感信號(hào)的電纜來(lái)說(shuō)，一點(diǎn)接地和兩點(diǎn)接地可能都無(wú)法很好的滿足其實(shí)際的需要，所以在這樣的情況下就需要使用雙層屏蔽電纜，在內(nèi)層屏蔽中使用一點(diǎn)接地的形式，而在外層屏蔽中使用兩點(diǎn)接地的形式，這樣一來(lái)就使得外層的噪聲電流對(duì)內(nèi)屏蔽層不會(huì)產(chǎn)生非常嚴(yán)重的負(fù)面影響。如果是那些干擾十分嚴(yán)重的地區(qū)就應(yīng)該采取光纖的形式。

4.結(jié)束語(yǔ)

變電站運(yùn)行的過(guò)程中，二次電纜屏蔽層發(fā)揮著十分重要的作用，其能夠有效的提高電力生產(chǎn)的質(zhì)量，同時(shí)還能在這一過(guò)程中減少外部不利因素對(duì)電纜運(yùn)行的負(fù)面影響，但是對(duì)于電纜屏蔽層接地方式的選擇還有待研究，一點(diǎn)接地和二點(diǎn)接地所體現(xiàn)出的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)是不同的，所以要根據(jù)實(shí)際的條件選擇合適的接地方式。

參考文獻(xiàn)

[1]梁俊熙，汪萬(wàn)偉，張永康.10kV?電纜屏蔽層接地不當(dāng)導(dǎo)致的故障分析[J].科技視界，2012（30）.

[2]齊磊，崔翔.變電站開(kāi)關(guān)操作對(duì)屏蔽電纜電磁干擾的預(yù)測(cè)[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2007，12（9）：121-123.

[3]陶蓉，李景祿，李志娟.雷擊變電站地網(wǎng)引起的地電位干擾及防護(hù)措施研究【J].現(xiàn)代地質(zhì)，2008，?2-4?（1）?：?-45--4ti.

[4]曹帥.淺談電纜屏蔽層接地[J].科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2011（31）.