微机继电保护装置抑制干扰措施分析

2010-01-01邱立新

中国新技术新产品 2010年9期

邱立新

（大庆市儿童公园管理处，黑龙江大庆 163000）

1 引言

可靠性是对继电继电保护装置的基本要求之一，它和很多因素有关，例如保护的原理、工艺和运行维护水平等。而对于微机继电保护来说，则体现在两个方面:一是微机继电保护的抗干扰问题；二是装置内部元件出现损坏时的对策。在绝大多数情况下，元件损坏时都能被自动检测发现，并且发出警报，不会引起保护误动，因此，提高微机保继电护装置可靠性的重点在抗干扰上。

2 微机继电保护装置的接地

2.1 接地的概念及目的

接地是指在系统的某个选定点与某个电平基准面(即接地面)之间建立导电的通路。理想的基准面应是一个零电位和零阻抗的物理实体，其上各点之间不应存在电位差，它可以作为系统中所有信号电平的参考点。显然，这种基准面实际上是不存在的。因为即使是电阻率为零的超导体，其表面两点之间的跨越时间延迟也会呈现某种电抗效应。所以，所谓理想的基准面只是近似而已。通常，假如只要某个面上的电位与系统中任何点的电位相比均可忽略不计，则它就可选为电位基准面了。例如，电子设备往往以金属底座、机壳、屏蔽罩或较粗的铜线、铜带等作为此基准面。

接地系统的接地有效性，取决于它在多大程度上减小了接地系统的电位差和地电流。接地系统接地不好，这些电位差和地电流就可能耦合到系统、分系统或设备中去，从而降低屏蔽和滤波的有效性并产生电磁干扰问题。良好的基准面不一定要和大地具有相同的电位。在某些情况下，也不需要一定与大地相连通。基准面与大地相连接往往出于下述三种原因：

为了防止雷击危及系统和人体，防止电荷积累引起火花放电，以及防止高电压与外壳相接引起的危险。即所谓的安全接地。

为使整个系统有一个公共的零电位基准面，并给高频干扰电压提供低阻抗通路，达到系统稳定工作的目的；即所谓的工作接地。

为使系统的屏蔽体接地，取得良好的电磁屏蔽效果，达到抑制电磁干扰的目的；即所谓的屏蔽接地。

2.2 接地在微机继电保护装置中的应用

安全接地。安全接地指的是当用电设备的绝缘物质层受到系统各种过电压的作用，温度升高引起的绝缘老化以及外部的机械作用引起的损伤都有可能使得设备的绝缘水平大幅下降，最终导致设备的金属外壳、操作手柄等导电部分出现较高的对地电压。因此当人触及这些部位时，会发生触电危险。所以，需要设法降低设备外壳上的对地电位。通常采用接地或接零的方法，即将设备的外壳接在大地或电源零线(电源零线返回到变压器的中性点，此点接大地)。同时，设备的外壳接地，还可以起到静电屏蔽、降低电磁感应噪声的作用，如果设备的外壳含有高导磁率的材料，还可以通过材料的分磁作用来实现低频磁场的屏蔽。

工作接地。控制系统中的基准电位是回路工作的参考电位，基准电位的连线称为工作地，通常是控制回路直流电源的零线。工作地和大地的连接一般有三种方式:分别为浮地方式、直接接地方式和电容接地方式。

①浮地方式

采用浮地方式的优点是:一般可以使浮地系统对地的电阻很大，对地的分布电容很小，这样就可以使系统不受大地电流的影响，提高了系统的抗干扰能力，且如果同一回路的两条线距离比较近，外部引起的共模骚扰在两条线上的表现应该很接近，即如果两条线的对地分布参数基本对称，则同一回路上的差模骚扰将很小，从而系统被影响的情况将有所缓和。但是，浮地方式的有效性取决于实际的悬浮程度。实践证明，较大的电子设备系统因为有较大的对地分布电容，有时很难实现真正的悬浮。所以，采用浮地供电的系统的布置一定要在设计的时候精心安排。

②直接接地方式

直接接地通常指电源的零线直接与大地相连，对微机继电保护装置而言，指的是将直源5V，±15V，24V系统的零线和变电站的接地网相连。采用这种接地方式，至少可以保证:当变电站的接地网上没有骚扰电流流动时，保护装置的直流电源系统的零线是“干净”的，它不会向被供电的设备传播骚扰，也不会向途经的设备或回路耦合骚扰。

屏蔽接地。屏蔽接地可以有效地抑制静电感应和电磁感应骚扰，目前，微机继电保护装置屏蔽接地广泛采用的方式是:装置内部需要屏蔽接地的屏蔽层、屏蔽体通过接地线连接到装置的外壳，然后再将装置的外壳通过低阻抗的接地线接到变电站的接地铜排上，最后连接到变电站的主接地网上。

3 微机继电保护装置的屏蔽

3.1 屏蔽的定义及分类

屏蔽是利用屏蔽体来阻挡或衰减电磁能量传输的一种技术。其目的有两个，一是防止外来的辐射干扰进入某一区域，二是抑制某一区域内部辐射的电磁能量泄漏出该区域。屏蔽的作用是通过一个将上述区域封闭起来的壳体即屏蔽体来实现的。屏蔽体有板式、网状式和金属编织带式等，其材料可以是导电、导磁、介质体，也可以是非金属吸收填料。按屏蔽原理分类，屏蔽可分为静电屏蔽、磁屏蔽和电磁屏蔽。

3.2 微机继电保护装置的屏蔽

当装置安装于主控制室内时，由于距离开关场比较远，加上房间设计通常都采用“法拉第笼”的结构，从电磁骚扰比较严重的开关场地发出的骚扰，无论是表现为静电的形式，还是电磁波的形式，在经过很长的距离到达主控楼的继电器室后，首先要经过一个“法拉第”式的屏蔽体，经过衰减后到达继电器屏，继电器屏的外壳也是一个屏蔽体，再次衰减后到达微机继电保护装置的机箱。由于微机继电保护装置机箱也是一个屏蔽体，它对电磁骚扰将起再次屏蔽的作用，可以断定，如果主控制室的屏蔽体和继电器屏的外壳这两层屏蔽良好，到达微机继电保护装置的电磁骚扰将变得很小，再经过微机继电保护装置机箱的屏蔽作用，直接耦合到微机继电保护装置内部设备上的骚扰将可以忽略。当微机继电保护装置下放到开关场，如不采取有力的措施，微机继电保护装置将直接承受来自开关场的骚扰，环境将变得很恶劣，因此，在我国比较早的采用保护下放方案的500kV南昌变电站内，考虑了在保护装置外部建屏蔽小室的方案，要求能将外部的骚扰按每10倍频程40dB衰减，理想的情况要求到达60dB。这样，直接进入到装置内部的骚扰将变得很小，且为了避免地电流在接地网上流动带来装置两点间的电位升高，要求装置采用一点接地。与装置在主控制室内的情形类似，经过屏蔽的作用，电磁骚扰在装置的内部将主要表现传导骚扰。然后应再通过其它的措施对传导骚扰进行抑制。

4 微机继电保护装置的滤波

4.1 滤波的概念

如果说屏蔽主要是为了防护辐射干扰，那么，滤波则主要是为了防护传导干扰。滤波器能允许有用信号的频率分量通过，同时又阻止其它干扰频率分量通过，因此，对于抑制干扰而言，它具有其它技术难以起到的作用。对微机继电保护装置而言，由于干扰较强的快速瞬变骚扰进入到装置后主要表现为传导骚扰，所以应首先考虑使用性能优良的滤波器来消除。

4.2 微机继电保护装置的滤波

传导骚扰是不可能完全消除的。设置滤波器的目的在于尽量将骚扰衰减到某一个要求的技术水平，如对于外部骚扰而言，不得导致装置工作故障。在主要表现特征为电场的各类电磁骚扰中，快速瞬变骚扰是比较严重的一类，其频率成分最高可考虑到400MHz，在有条件的场合应尽可能地采用低通滤波器，实际的使用当中，根据经验，低通滤波器的截止频率可以放宽到10MHz。目前被广泛使用的EMI吸收磁环，就是针对几MHz以上的频率成分发挥作用的。