综合自动化变电站微机保护抗干扰研究

2011-08-15谢夕勇

科学之友 2011年8期

谢夕勇

（十一冶建设集团有限责任公司，广西柳州 545007）

1 引言

变电站综合自动化系统是利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信息处理技术等实现对变电站二次设备（包括微机保护、控制、测量、信号、故障录波、自动装置及远动装置等）的功能进行重新组合、优化设计，对变电站全部设备的运行情况执行监视、测量、控制和协调的一种综合性的自动化系统。通过变电站综合自动化系统内各设备间相互交换信息，数据共享，完成变电站运行监视和控制任务。另一方面，对电力系统本身而言，正常运行时，其生产和传输电能的方式就是靠电磁转换。[1]换言之，电力系统就是一个巨大的电磁网，电力系统一、二次设备就是在这个环境下工作，从而这一电磁网不可避免地会对电力设备特别是二次设备产生电磁干扰。为此，必须开展变电站综合自动化保护抗干扰性能的研究，以期能够从中找到合理可靠的变电站综合自动化抗干扰措施和方法，并以此和广大同行分享。

2 变电站干扰源分析

同一电力系统中的各种电气设备，由于运行方式的改变、故障、开关操作等引起的电磁振荡会波及很多电气设备，使其工作性能受到影响甚至遭到破坏。电力系统电磁干扰主要表现在一次与一次设备之间、一次和二次设备之间、二次和二次设备之间，包括工频、谐波、冲击和高频振荡。

变电站和发电厂本身是一个强大的电磁干扰源，在正常和故障情况下都会产生各种电磁干扰。干扰源大致可分为以下几类：[2]

2.1 电磁藕合干扰

电力系统一次和二次设备之间几乎都是通过电磁祸合进行工作的，同时，电场效应和磁场效应也无处不在，因此，一次设备本身的高压电场可通过电容藕合到二次设备；大电流产生的磁场也可通过电感祸合到二次设备。

2.2 射频干扰

由于天线效应，大型变压器、大型发电机和电动机、高压导线等都会发射出工频和谐波频率的电磁辐射。

2.3 雷电干扰

雷电流平均20 kA，最高可达200 kA，其发生时间处于此级，雷电流对二次的影响主要是在二次电缆上的干扰。雷电流经避雷器入地，使得地网上的电位分布极不均匀，另外引起地电位升高，将对屏蔽层接地的电缆上产生干扰。

2.4 操作引起的干扰

次系统中的开关操作，断路器、隔离开关的操作会引起电气回路状态变化，特别是隔离开关动作时，没有灭弧装置，产生多次电弧重燃引起的电磁能量振荡。一般认为开关操作是引起干扰和过电压的重要原因。

2.5 短路电流

短路产生的大电流通过祸合对二次设备造成干扰，且短路入地电流会引起地电位升高，形成地电位差。

2.6 二次回路操作干扰

如继电器回路，当断开直流回路电感线圈时会产生高频过电压，每次开关触点都要在回路中产生一次波过程，一连串的暂态过程直接影响着同一电源下的回路，同时通过电磁祸合到其他回路。

2.7 局部放电

高压导线表面及绝缘子金具尖端部位的电晕放电，接触不良产生的火花放电以及污秽绝缘子表面的局部火花等都会产生电磁辐射，形成辐射干扰源。

3 变电站综合自动化微机保护抗干扰措施探讨

3.1 微机保护抗干扰措施分析

微机保护装置应具有一定的耐受电磁干扰的能力，同时这些装置本身也不应对周围电子装置产生不允许的电磁干扰。设计微机保护装置时不仅要求装置有较高的性能，同时要求抑制电子线路的相互干扰，尤其是高频数字、模拟混合电路，即所谓良好的电磁兼容性。

分析干扰首先应从干扰的三要素着手：噪声源、对噪声敏感的接收电路及接收电路之间的藕合通道，并采取相应措施。

3.1.1 消除和抑制噪声源

消除噪声源是积极主动的措施。继电器、接触器、断路器等电接触点在通断时电火花是较强的干扰源，采取消弧措施可以抑制这种干扰源，例如，在触点并联消弧电容及续流回路的方法。接插件接触不良或电路接头松脱、虚焊等也是一种造成干扰的原因。找到了原因就应设法消除。实际上往往有些干扰对某些装置是有用的信号，所以在考虑防护措施时，不能简单的只考虑一个方面单纯地只去消除干扰源。

3.1.2 破坏干扰通道

对于以“路”的形式入侵的干扰，可采取提高绝缘性能的方法抑制泄漏电流的干扰途径。采用隔离变压器、光电隔离器等方法切断和隔离环路干扰途径；采用滤波、选频、屏蔽等方法将干扰信号引开；对一些数字信号则可采用整形、限幅等信号处理的方法切断干扰途径；改变接地形式以消除共阻抗祸合的干扰途径等。

对于以“场”的形式入侵的干扰，一般采取各种屏蔽措施。但要注意的是“场”的干扰一旦影响了测量装置之后，必然又以“路”的形式传导开来，所以除了只考虑屏蔽层措施抑制“场”的干扰之外，往往还必须兼用抑制“路”的干扰的某些措施。

3.1.3 消弱接受电路对噪声干扰的敏感性

高输入阻抗的电路比低输入阻抗的电路受噪声干扰的影响要大；布局松散的电子装置比结构紧凑的更易受外来噪声干扰；模拟电路比数字电路的抗干扰能力差。这些都说明对于被干扰的对象来说，有干扰的敏感性问题。[3]在电路中采用选频措施就是消弱电路对全频带噪声源的敏感性；电路中采用负反馈也是削弱电子装置敏感性的措施。任何一台电子装置都应对有用信号具备足够的敏感性而对噪声则有不敏感的特性。

3.2 微机自动保护抗干扰设计中应注意的问题

（1）对用于微机保护电压、电流和信号接点的引入线，应采用屏蔽电缆，屏蔽层在开关站与控制室同时接地，不允许用电缆芯两端同时接地的方法作为抗干扰措施。利用电缆的屏蔽作用减缓电磁干扰，在控制室内电缆屏蔽层宜在保护柜上接于柜内的接地铜排；开关场电缆屏蔽层应与高压设备有一定距离的端子箱接地。互感器每相二次回路经屏蔽电缆从高压箱体引至端子箱，该电缆屏蔽层在高压箱体和端子箱两端接地。对于双层屏蔽电缆，内屏蔽应一端接地，外屏蔽应两端接地；电缆屏蔽层最好不要接在保护柜（柜）上的接地铜排上。

（2）传送音频信号应采用屏蔽双绞线，其屏蔽层在两端接地；传送数字信号的保护与通信设备间的距离大于50 m时，应采用光缆；对于低频、低电平模拟信号的电缆，如热电偶用电缆，屏蔽层必须在最不平衡端或电路本身接地处一点接地。

（3）交流回路与直流回路不使用同一根电缆，可防止交直流间的相互干扰。强电回路与弱电回路不使用同一根电缆，屏内连线不捆扎在一起，可防止强电回路对弱电回路的干扰。

（4）不采用电缆备用芯两端同时接地方法作为抗干扰措施。因为这样做，当接地的电缆芯两端地电位不同时，会在接地的电缆芯中产生电流，对不接地的电流芯产生干扰。