试析变电站二次干扰的途径及其对电力系统的影响

朱海程 朱建超

（国网南阳供电公司，河南 南阳473009）

0 引言

母线、变压器、断路器、隔离开关、电容器等一次设备和互感器的二次绕组、测量监视装置、继电保护元件、自动装置等二次设备组成了变电站，由二次设备互相连接，构成对一次设备进行监测、控制、调节和保护的电气回路称为二次回路，它对一次回路中各参数和各元件的工作状况起着控制、保护、调节、测量和监视作用。当二次回路受到干扰、出现问题时，不但会造成监控系统数据紊乱、死机，还会引起继电保护装置拒动和误动，破坏二次回路的绝缘，损坏设备中的电子元件，从而影响电网的安全运行。

1 变电站二次干扰的途径

变电站二次回路受到的干扰主要来自3个方面：一次设备对二次回路的干扰、二次回路本身相互存在的干扰、雷电波及无线电通信信号的干扰。

1.1 一次设备对二次回路的干扰

变电站的一次设备在正常运行情况下，如果没有操作，系统的电气量是对称的，对二次回路的干扰很小，但一次系统发生故障或异常以及运行方式发生变化时，对二次回路将产生一定的干扰，主要表现在以下方面：

（1）在通过开关或刀闸进行操作（特别是刀闸，由于其没有灭弧装置）的暂态过程中，在拉合高压隔离开关操作时会产生强烈的电弧及火花放电现象，放电过程强度大、频谱广，对二次回路的干扰比较严重，甚至会烧毁高频收发信机等高频通道设备。

（2）会产生各种形式的短路故障。

（3）雷电对一次设备的放电，将会在高压母线上产生高频行波。

上述几个方面会在一次系统中产生干扰电压，其将通过以下途径进入二次回路：

（1）通过电磁感应传入二次回路，从而对二次回路产生干扰。因为带电导体周围都存在感应磁场，两个带电导体相互之间存在互感，因此一次设备和二次回路之间存在电磁耦合，例如一次系统的母线与二次回路的电缆之间，电流／电压互感器一次、二次绕组之间，当一次系统的回路出现变化时，在二次侧就会有电磁感应现象，从而干扰二次回路的正确性。

（2）通过静电耦合对二次回路产生干扰。在变电站里一次设备与二次设备之间有静电耦合，这是因为输电导线及电缆间以及其他电气设备之间都存在大小不等的分布电容，例如一次母线对二次电缆间的静电耦合及互感器一、二次绕组间都存在静电耦合，电压幅值很高的一次系统就会对二次回路产生很大的干扰。

（3）变电站接地网中的电位差对二次回路产生干扰。为了减少接地网中存在的电位差对工作人员及一次设备的安全威胁，在变电站建设时就建立了相对完善的接地网，并装设接地体，但是接地体本身也存在很小的电阻与电感，所以在变电站的接地网中不可能做到完全的等电位。当有雷电引起避雷器动作或一次系统发生接地短路时，都会有很大的雷电流或短路电流经过接地体的阻抗注入变电站的接地网，雷电流或短路电流再通过接地网分散进入大地时便会产生电压降，这样接地网中电流注入点的电位就与和其他地方存在电位差，从而会对二次回路产生干扰。这种干扰可能会使计算机监控系统失灵，并且当较大的接地网电流通过电缆或其外皮时，甚至会将电缆烧毁。

1.2 二次回路自身产生的干扰

二次回路中有各种电子元器件，例如继电器和接触器，当这些元件的接点动作去开断电感元件时，由于切断的是电感电流，就会产生很大的暂态干扰电压，有的甚至能达到数千伏，其足以使继电保护装置产生误动，因此要采取相应的抗干扰措施。

1.3 无线电通讯设备对二次回路的干扰

无线电通讯设备的发射功率较大，当在继电保护装置附近使用时，其会在继电保护装置的二次回路产生干扰电压，这种无线电干扰会影响保护的正确动作。

另外，变电站里的380V／220V交流系统也会在直流回路中产生干扰。

2 干扰信号的分类

要对二次回路的干扰采取防范措施，避免这些干扰对保护及监控系统的影响，就要对这些干扰进行分类。根据不同的分类标准，干扰信号可以进行以下划分：

（1）按干扰的来源划分，可以分为内部干扰与外部干扰。内部干扰是指干扰来源于二次设备装置内部，它主要包括长线传输造成电磁波的反射，杂散电感和电容的结合引起的不同感应信号，多点接地造成的电位差等几个方面；外部干扰是指干扰主要来自于二次回路中装置的外部，它主要包括电源的工频干扰，其他设备辐射的电磁波而产生的强电场或强磁场等，这些干扰通过装置的电源线、地线、所有的输入／输出线引入。

（2）按信号源组成的等值电路划分，可以分为共模干扰和差模干扰。共模干扰是发生在回路中一点与接地点之间的干扰，它会引起对地电位发生变化。差模干扰主要是由于长线路传输时的互感以及线路上分布电容的影响等，发生在两条回路导线之间的干扰，其串联于信号源之中，传递途径与装置有用的信号的传递途径相同。

（3）按干扰信号的频率划分，可以分为高频干扰与低频干扰。高频干扰的频率很高，比如雷电冲击波中包括频谱含量丰富的快速瞬变干扰及振荡等；低频干扰包括工频与其谐波以及频率在几千赫兹的振荡或者无线电信号。

3 二次干扰对电力系统的影响

变电站的各种干扰都会产生暂态干扰电压，通过静电耦合、电磁耦合或直接传导等途径进入二次回路，其频率可达几百至几千千赫，峰值高达几百伏至几千伏，甚至几十千伏，其对系统的影响主要表现在以下几个方面：

（1）使二次回路中继电保护装置的一些元件产生电压或电流，从而引起元件动作，使继电保护装置发生不正确动作，造成误动或拒动现象。

（2）使控制系统数据产生紊乱，可能造成计算机监控系统死机。

（3）使二次回路绝缘遭到破坏，甚至造成回路中电子元器件的损坏。

（4）严重情况下，可能影响变电站的正常运行，从而进一步影响到电网的正常安全运行。

从实际情况来看，二次回路中一点对接地点之间的共模干扰和高频干扰对系统来说，容易损坏电子元器件；低频干扰或两回路之间的差模干扰则常引起继电保护装置的不正确动作。

4 结语

变电站的干扰信号来自各个方面，其会对系统中的保护及其他二次设备产生严重影响，因此，在变电站施工建设和运行维护过程中，一定要采取措施来限制干扰信号，从而保证电力系统的正常运行。