对变电站二次设备抗干扰问题的研究

2014-12-01师玉东童永强石广森毛荣

科技资讯 2014年25期

师玉东++童永强++石广森++毛荣

摘要：随着电力系统的快速发展，电力系统中的二次设备面临越来越恶劣的电磁环境，受电磁的干扰越来越严重，必须采取相应的措施增强二次设备的抗干扰能力，减弱干扰对继电保护及自动装置的影响，从而满足电力系统对其在稳定性和可靠性方面的要求，保障电网的安全运行。

关键词：变电站二次设备电磁环境抗干扰

中图分类号：TM411.5 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）09（a）0108-02

电力系统是一个巨大的电磁网，其一、二次设备就是在该环境下工作，电力设备特别是二次设备必受电磁干扰。随着微电子技术在电力系统的广泛应用，由于本身耐受电磁干扰的能力较弱，使得由其组成的二次系统更容易受电磁干扰，造成继电保护及安全自动装置的误动、拒动、数据混乱甚至死机等现象，使得装置不能正常工作，对电网的安全构成严重威胁。因此，研究分析二次设备的抗干扰是迫切需要的。

1 主要干扰源及其传播途径

为了减弱电磁干扰对二次设备的影响，就需要对各种干扰源及其传播途径进行分析探讨，从而提出有针对性的改进措施。

1.1 隔离开关操作引起的干扰

隔离开关在带电分合时，会对变电站内的二次回路及二次设备产生一定的干扰。而且由于其本身特性原因空气去游离能力差，在初始阶段将产生频率很高的再点弧过程。每次都将产生很陡的电流和电压波，造成系统操作过电压和高频振荡，进而以母线为轴产生辐射电磁场，影响二次设备的安全运行。另外，在电流、电压波注入变电站接地网时，会由于高频行波的反射而产生各种高频振荡，这些振荡与二次回路耦合会产生强烈的干扰，使干扰信号由二次电缆进入保护装置[1]。

1.2 雷击干扰

雷击干扰的途径和方式多种多样，并与电缆走向、设备布置、接地网状况等有很大的关系[2]。当变电站一次设备遭受雷击时，雷电流会沿高压母线传播，并产生高频行波，经避雷器流入大地。在此过程中，雷电流会通过电磁耦合，在二次线与大地之间产生干扰电波；同时，由于二次电缆屏蔽层会产生电流，进而会在二次电缆芯上感应出电动势，从而对二次设备造成干扰。

雷击的另一影响是雷电流从线路入侵后流入大地而产生的暂态地电位升高。由于变电站地网接地阻抗的存在，使雷击时变电站内的暂态地电位和地网不同点的电位差感应出电流，干扰被二次回路而影响继电保护及自动装置的正常运行[3]。

1.3 变电所的局部放电干扰

变电所的局部放电干扰主要有两种：一是线路及金具；二是污秽绝缘子表面电晕放电，其形成的电流脉冲会通过电磁波的形式对周围设备产生干扰。干扰的强弱程度取决于导线的截面、设备表面情况、气候条件和所处位置等。

在干燥的状态下，沿绝缘子串的电压分布是不均匀的，而且随着电压等级的提高，这种不均匀性愈加严重。在承受电压较高的绝缘子上，可能产生局部的沿面放电，不但腐蚀了绝缘子，也产生了辐射干扰。在潮湿的气候条件下，沿污秽绝缘子表面流过比较大的泄漏电流。因表面的污秽沉积不均匀，在污秽层比较薄的区域呈现电阻，因发热而形成干燥带，形成不稳定的局部火花或电弧。这种局部放电产生的辐射干扰中常常含有频率很高的分量。

1.4 接地故障产生的工频干扰

在大电流接地系统中，当系统发生单相或两相接地短路故障时，会产生很大电流很大的故障分量，此电流流经接地体时便会产生电压降，使变电所各点之间产生地电位差。当同一回路在变电所不同地点多点接地时，各接地点之间的地电位差就会在二次电缆的屏蔽层中产生电流，通过电磁耦合作用在二次电缆芯中感应出电流，从而对保护装置造成干扰，影响设备的正常运行，甚至会烧毁电缆，酿成事故。通常我们将其称为50 Hz的工频干扰。

1.5 直流电源干扰

对于直流电源的干扰主要有两个方面：一是直流回路操作产生的暂态干扰，当断路器分、合闸线圈等电感元件在接通或断开电源时，由于电感本身特性储存的能量释放，将会在线圈两端可能产生与电感元件工作电压、工作电流、电感量大小及回路参数有关的过电压，该电压将在其余二次回路中激起高频干扰电压，足以使保护装置起动甚至误动。二是交流分量窜入直流回路中，由于交流回路的交变磁场的存在，会对直流回路的控制、信号等弱电回路产生比较严重的干扰，对系统的稳定造成很大的破坏。

1.6 静电放电的干扰

继电保护工作现场的静电放电干扰主要是由于身体与化纤衣服、设备外壳、工器具等物体的磨擦而感应出来的。此时当检修人员带静电摸触保护插件或因高压静电而放电时，将使保护装置等微电子设备内部逻辑回路发生畸变，从而造成逻辑功能紊乱，严重时会误发信号、误跳闸，甚至烧毁插件。

1.7 其他干扰

变电站的其他干扰主要有手机、高频载波机、大功率对讲机等产生的辐射干扰，还有电子设备的电子线路产生的各种杂音干扰等。

以上干扰主要是变电所存在各种干扰源依靠静电耦合、电磁耦合和地电位差等传播途径进入保护装置的，使微机保护不能正确动作，对电网的安全构成严重威胁[4]。

2 抗干扰的措施

2.1 二次回路的抗干扰措施

2.1.1 采用屏蔽电缆并将屏蔽层可靠与地网连接

试验表明，采用屏蔽电缆并将屏蔽层在电缆两端同时接地能将干扰电压降低 95%以上，是一种非常有效的抗干扰措施，而采用屏蔽电缆的抗干扰效果与使用的材料、制作工艺、接地方式等有关。但是不能采用备用芯两头同时接地的做法，因为开关场各处的地电位存在差异，若用备用芯两端接地不可避免地会有电流流过，就会在工作线芯中感应出电势，干扰保护。

2.1.2 构造等电位面

在控制室内各保护屏柜下部及二次电缆室内敷设相应规格的专用铜排直接相连构成等电位接地母线，再利用多股软线使其首末可靠连接成环网，使各套微机保护及其自动装置都置于同一个等电位平台上。为了防止地电位差对二次回路和设备产生干扰，可以利用多股导线使该等电位面和变电所接地网一点起来，以消弱干扰信号。endprint

2.1.3 电流、电压互感器二次回路一点接地

为了保证人员、设备、电网的安全，同时提高抗干扰能力，二次电流、电压回路应有且只有一个接地点，可以防止因为互感器一、二次线圈间的分布电容和二次回路的对地电容导致一次高压引入二次回路。电流互感器的二次回路可在配电装置附近经端子排接地，对于有几组电流互感器连接在一起的保护装置，则应在保护屏经端子排接地；电压互感器二次回路接地点宜设在控制室内[5]。

2.1.4 二次回路合理布线

根据继电保护技术规程要求，对于二次回路的布线要遵循以下原则：交、直流回路及强电、弱电回路不可混用同一根电缆，尽可能将它们分开排放，可防止相互干扰。二次电缆与一次电缆应分层分区敷设。二次电缆铺设走廊应尽可能远离高压母线、变压器中性点及避雷器、避雷器等设备，并尽量不要与高压线平行。

2.2 继电保护及自动装置的抗干扰措施

2.2.1 保护装置箱体接地

保护装置的箱体接地是有效防止电磁干扰的重要手段之一。如果装置外壳接地良好时，可以抑制外部干扰对微机保护装置的影响，同时又能防止该微电子设备对相邻设备产生干扰；但是如果外壳接触不良或者没有接地时，会把干扰引入设备中，严重时造成装置功能紊乱，不能正常工作。

2.2.2 经抗干扰电容接地

在二次回路的交流量、直流量等流入保护装置前布置抗干扰电容，可起到屏蔽作用，能有效抑制静电耦合产生的干扰。采用容量适当的抗干扰电容不但可以防止静电感应的干扰，对无线电干扰及二次回路产生的高频干扰也有很好的抑制作用；经干扰处理引入装置后的进线应远离直流操作回路的导线和高频输入输出的导线，更不能捆扎在一起[6]。

2.2.3 开关量输入、输出的隔离措施

隔离措施有光电耦合和继电器触点隔离两种方法，普遍采用光电耦合隔离的办法。开入量应经光电隔离引入，开出量只能以空触点或光耦输出。

2.2.4 软件狗

软件狗实际上是一个软件监视系统，当保护装置的CPU系统由于某些原因偏离正常程序设计的轨道，或进入某个死循环时，由软件狗经事先设定的延时将CPU系统软件强行复位，重新拉入正常允许的轨道[7]。

3 结语

随着微电子技术在电力系统中的广泛应用，二次设备的抗干扰问题越来越突出，为了减弱干扰对继电保护及自动装置的影响，需要我们更加深入的分析研究。当然二次设备的抗干扰技术仍是一个比较复杂的问题，本文所提到的方法只是其中一部分，在实际工作中，只有布置更加完善的措施才能真正的把电磁干扰控制在适当的范围。

参考文献

[1] 郑华.浅谈变电所存在的干扰及提高继电保护安全运行的措施[J].广东科技，2008（22）：160-162.

[2] 贝宇，杨鑫，王巨丰.雷击对电力系统二次设备的干扰及预防措施[J].广西电力，2005，28（4）：52-54.

[3] 孙开宇，倪卓越.电力系统继电保护干扰原因及其防护对策研究[J].机电信息，2012（12）：32-33.

[4] 李伟明.继电保护二次回路抗干扰措施浅析[J].价值工程，2010，29（36）：96.

[5] 王瑞红.谈变配电站微机自动化保护装置抗干扰措施[J].黑龙江科技信息，2007（5）：29-30.