继电保护跳闸继电器交流干扰的影响探讨

黄秉开

摘要：现在化工业中，变电设施日益完善的功能，带来日益复杂的回路。二次回路抗干扰功能的重要性尤其突出。其中，跳闸继电器的作业在继保二次回路的最后一道控制关口，继电器的抗干扰要求被放在了最首要的地位。基于此，本文就继电保护跳闸继电器交流干扰的影响进行分析讨论。

关键字：跳闸继电器;二次回路;抗干扰;交流干扰

一、前言

南方电网《500kV线路保护和辅助保护技术规范》7.4.6.8规定出口继电器TJR、TJQ、TJF、STJ、SHJ的启动电压不宜低于直流额定电压的55%，且不高于额定电压的70%，启动功率不小于5W。《南方电网电力系统继电保护反事故措施汇编（2014年）》4.2.12规定跳闸出口继电器的起动电压在直流额定电压的55%-70%之间。对于动作功率较大的中间继电器（例如5W以上），如为快速动作的需要，则允许动作电压略低于50%，此时必须保证继电器线圈的接线端子由足够的绝缘强度。由变压器、电抗器瓦斯保护动作的中间继电器，因连线长，电缆电容大，为避免电源正极接地误动作，应采用较大启动功率的中间继电器（不小于5W），但不要求快速动作。交流干扰是变电站内二次回路中最常见的干扰，然而其中交流干扰的影响因素有哪些，值得我们去探讨。

二、现场回路的交流干扰模型

交流从负极窜入的模型研究、仿真及试验、以负极串入交流为例。

2.1电路模型

如图1所示为交流信号UAC窜入直流电源负极的电路模型，其中：直流系统直流电源等效为电压源UDC，窜入交流信号等效为电压源UAC，正极母线对地绝缘等效为电阻R1，负极母线对地绝缘等效为电阻R2，正极对地分布电容C1，负极对地分布电容C2，R为保护回路限流电阻，Lj为继电器线圈的等效电感，Rj为继电器线圈等效内阻，C3为保护回路分布电容。分析继电器线圈两端电压Uj。

2.2  Uj的分析

由于电路中有两个独立电压源作用，计算时采用电路叠加原理，在直流电源UDC作用时计算，在交流电源作用时计算，然后将和进行叠加得到得到继电器两端的电压。

直流电源单独作用时，直流电压作用Uj为。

交流作用电路直流电压UDC短路，交流电压UAC直接作用在保护回路两端时，最终根据叠加原理可得到：。

2.3 Uj與各元件的关系

2.3.1 Uj与C3的关系

并根据试验结果绘制Uj与C3的关系曲线，其中1号试验的Uj的时间电压曲线。根据曲线可以看出Uj与C3成正比关系，即C3越大，在发生交流窜扰时，继电器越容易误动。同时由于C3与继电器线圈Lj、Rj及限流电阻R是串联分压的关系，当C3的值大到一定程度后曲线较为平缓，因为此时等效电阻比线圈电阻来说已经足够小，串扰电压全部落在线圈电压上，c3再大已经不能对Uj产生影响。从实际试验继电器来看，在几十到几百纳法区间Uj上的分压变化较为明显。根据实测的电缆电容值也在几十到几百纳法之间，表明在实际的变电站发生直流系统负极交流窜扰时电缆电容对是否引起保护误动是一个重要因素。

2.3.2 Uj与Vac的关系

根据试验结果绘制Uj与Uac的关系曲线，其中5号试验的Uj的时间电压曲线如图2-12所示。根据曲线可以看出：Uj与Uac成正比关系，即发生交流窜入时，窜入的交流信号幅值越大，发生继电器误动的可能越大。因此在直流系统发生交流负极交流窜扰时，为避免窜入交流电压幅值太大，需要尽量提高直流系统与交流源之间的绝缘，及避免直流系统与交流源之间存在电容及电感性连接。对于一些交直流共用的设备，在设计的时候需要尽量避免采用较大的对地电容。

2.3.2 Uj与R的关系

并根据试验结果绘制Uj与R的关系曲线，其中4号试验的Uj的时间电压曲线。根据曲线可以看出：Uj与R成反比关系，即发生交流窜入时，限流电阻R越大，发生继电器误动的可能越小。因为对于某个具体的继电器其线圈電阻是Rj及线圈电感Lj均为固定值，我们试验只能模拟限流电阻R的变化，说明R越大，对比Rj的分压变小，继电器越不容易误动，反之，Rj如果对比R增大的话，Uj就会增大，就会更加容易误动，Rj越大意味着U2/Rj动作功率越小，越容易误动，所以为了防止误动要提高继电器的动作功率。

三、电网故障事件分析

3.1电网事件简介

2018年12月27日，某供电局500kVXX变电站#2主变变高5061开关三相分闸，站内保护均未动作，后台有#1直流系统接地告警，事件未造成负荷损失（事件发生时为晴天，站内无操作）。

经现场检查，未发现5061开关本体异常。

该开关为瑞典ABB公司生产，型号为HPL550B2，操作箱为南瑞继保生产，型号：CZX-22R1，均为2005年1月投运。

3.2事件原因调查

220kVXX乙线新更换的2613C0地刀机构箱通电时，由于厂家内部配线错误，直流回路BP1与交流回路D3并接，在2613C0地刀交流电串入直流系统正极，交流系统是一个接地的电源系统，通过直流系统的对地电容构成回路，造成#2主变变高5061第一组三相出口跳闸线圈励磁进而开关三相跳闸。

XX站220kV继保室通信接口屏上的电源防雷器1FLQ负极与地击穿短接，造成直流系统接地告警。

3.3原因分析

利用本文研究的交流窜入直流系统电路模型及数学模型可对实际变电站直流系统参数及保护回路的继电器参数近似测量后，得出如下分析：

交流窜入继电器线圈的数学模型计算结果Uj为一直流分量叠加一个交流分量的形式，所以软件在处理时使用直流叠加交流峰值的方式进行计算。

由实测值得出，继电器启动功率过低，当干扰瞬时值达到启动功率时，继电器容易误动。

四、交流窜扰总结

交流窜入直流系统故障发生时各个直流系统参数对继电器动作的影响。可以总结出以下内容：

（1）尽量减小继电器控制电缆的分布电容，如缩短控制电缆的距离或者选择分布电容更小的电缆代替现有的控制电缆。

（2）提高继电器的动作功率可减小交流窜入时继电器误动风险。

（3）合理选择绝缘监测装置的桥电阻及提高直流系统绝缘状态可减小交流窜扰引起保护误动风险。

（4）减小直流系统的系统电容可降低交流窜扰引起保护误动风险。

（5）提高各交流源与直流系统之间的绝缘值，对于必须同时使用交流、直流电源的设备，在设计时需要注意交流与直流电源之间需要进行隔离处理，同时两个电源间不能有电容的连接。

参考文献：

【1】聂航，钟齐勇，董青.一起500kV线路保护操作箱跳闸异常分析与处理[J].通信电源技术，2018，35（07）.

【2】杨威.变电所继电保护电磁干扰问题分析及解决方案[J].通信电源技术，2019，36（10）.