綜合自動(dòng)化變電站微機(jī)保護(hù)抗干擾研究

謝夕勇

（十一冶建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，廣西 柳州 545007）

1 引言

變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和信息處理技術(shù)等實(shí)現(xiàn)對變電站二次設(shè)備（包括微機(jī)保護(hù)、控制、測量、信號、故障錄波、自動(dòng)裝置及遠(yuǎn)動(dòng)裝置等）的功能進(jìn)行重新組合、優(yōu)化設(shè)計(jì)，對變電站全部設(shè)備的運(yùn)行情況執(zhí)行監(jiān)視、測量、控制和協(xié)調(diào)的一種綜合性的自動(dòng)化系統(tǒng)。通過變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備間相互交換信息，數(shù)據(jù)共享，完成變電站運(yùn)行監(jiān)視和控制任務(wù)。另一方面，對電力系統(tǒng)本身而言，正常運(yùn)行時(shí)，其生產(chǎn)和傳輸電能的方式就是靠電磁轉(zhuǎn)換。[1]換言之，電力系統(tǒng)就是一個(gè)巨大的電磁網(wǎng)，電力系統(tǒng)一、二次設(shè)備就是在這個(gè)環(huán)境下工作，從而這一電磁網(wǎng)不可避免地會(huì)對電力設(shè)備特別是二次設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾。為此，必須開展變電站綜合自動(dòng)化保護(hù)抗干擾性能的研究，以期能夠從中找到合理可靠的變電站綜合自動(dòng)化抗干擾措施和方法，并以此和廣大同行分享。

2 變電站干擾源分析

同一電力系統(tǒng)中的各種電氣設(shè)備，由于運(yùn)行方式的改變、故障、開關(guān)操作等引起的電磁振蕩會(huì)波及很多電氣設(shè)備，使其工作性能受到影響甚至遭到破壞。電力系統(tǒng)電磁干擾主要表現(xiàn)在一次與一次設(shè)備之間、一次和二次設(shè)備之間、二次和二次設(shè)備之間，包括工頻、諧波、沖擊和高頻振蕩。

變電站和發(fā)電廠本身是一個(gè)強(qiáng)大的電磁干擾源，在正常和故障情況下都會(huì)產(chǎn)生各種電磁干擾。干擾源大致可分為以下幾類：[2]

2.1 電磁藕合干擾

電力系統(tǒng)一次和二次設(shè)備之間幾乎都是通過電磁禍合進(jìn)行工作的，同時(shí)，電場效應(yīng)和磁場效應(yīng)也無處不在，因此，一次設(shè)備本身的高壓電場可通過電容藕合到二次設(shè)備；大電流產(chǎn)生的磁場也可通過電感禍合到二次設(shè)備。

2.2 射頻干擾

由于天線效應(yīng)，大型變壓器、大型發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)、高壓導(dǎo)線等都會(huì)發(fā)射出工頻和諧波頻率的電磁輻射。

2.3 雷電干擾

雷電流平均20 kA，最高可達(dá)200 kA，其發(fā)生時(shí)間處于此級，雷電流對二次的影響主要是在二次電纜上的干擾。雷電流經(jīng)避雷器入地，使得地網(wǎng)上的電位分布極不均勻，另外引起地電位升高，將對屏蔽層接地的電纜上產(chǎn)生干擾。

2.4 操作引起的干擾

次系統(tǒng)中的開關(guān)操作，斷路器、隔離開關(guān)的操作會(huì)引起電氣回路狀態(tài)變化，特別是隔離開關(guān)動(dòng)作時(shí)，沒有滅弧裝置，產(chǎn)生多次電弧重燃引起的電磁能量振蕩。一般認(rèn)為開關(guān)操作是引起干擾和過電壓的重要原因。

2.5 短路電流

短路產(chǎn)生的大電流通過禍合對二次設(shè)備造成干擾，且短路入地電流會(huì)引起地電位升高，形成地電位差。

2.6 二次回路操作干擾

如繼電器回路，當(dāng)斷開直流回路電感線圈時(shí)會(huì)產(chǎn)生高頻過電壓，每次開關(guān)觸點(diǎn)都要在回路中產(chǎn)生一次波過程，一連串的暫態(tài)過程直接影響著同一電源下的回路，同時(shí)通過電磁禍合到其他回路。

2.7 局部放電

高壓導(dǎo)線表面及絕緣子金具尖端部位的電暈放電，接觸不良產(chǎn)生的火花放電以及污穢絕緣子表面的局部火花等都會(huì)產(chǎn)生電磁輻射，形成輻射干擾源。

3 變電站綜合自動(dòng)化微機(jī)保護(hù)抗干擾措施探討

3.1 微機(jī)保護(hù)抗干擾措施分析

微機(jī)保護(hù)裝置應(yīng)具有一定的耐受電磁干擾的能力，同時(shí)這些裝置本身也不應(yīng)對周圍電子裝置產(chǎn)生不允許的電磁干擾。設(shè)計(jì)微機(jī)保護(hù)裝置時(shí)不僅要求裝置有較高的性能，同時(shí)要求抑制電子線路的相互干擾，尤其是高頻數(shù)字、模擬混合電路，即所謂良好的電磁兼容性。

分析干擾首先應(yīng)從干擾的三要素著手：噪聲源、對噪聲敏感的接收電路及接收電路之間的藕合通道，并采取相應(yīng)措施。

3.1.1 消除和抑制噪聲源

消除噪聲源是積極主動(dòng)的措施。繼電器、接觸器、斷路器等電接觸點(diǎn)在通斷時(shí)電火花是較強(qiáng)的干擾源，采取消弧措施可以抑制這種干擾源，例如，在觸點(diǎn)并聯(lián)消弧電容及續(xù)流回路的方法。接插件接觸不良或電路接頭松脫、虛焊等也是一種造成干擾的原因。找到了原因就應(yīng)設(shè)法消除。實(shí)際上往往有些干擾對某些裝置是有用的信號，所以在考慮防護(hù)措施時(shí)，不能簡單的只考慮一個(gè)方面單純地只去消除干擾源。

3.1.2 破壞干擾通道

對于以“路”的形式入侵的干擾，可采取提高絕緣性能的方法抑制泄漏電流的干擾途徑。采用隔離變壓器、光電隔離器等方法切斷和隔離環(huán)路干擾途徑；采用濾波、選頻、屏蔽等方法將干擾信號引開；對一些數(shù)字信號則可采用整形、限幅等信號處理的方法切斷干擾途徑；改變接地形式以消除共阻抗禍合的干擾途徑等。

對于以“場”的形式入侵的干擾，一般采取各種屏蔽措施。但要注意的是“場”的干擾一旦影響了測量裝置之后，必然又以“路”的形式傳導(dǎo)開來，所以除了只考慮屏蔽層措施抑制“場”的干擾之外，往往還必須兼用抑制“路”的干擾的某些措施。

3.1.3 消弱接受電路對噪聲干擾的敏感性

高輸入阻抗的電路比低輸入阻抗的電路受噪聲干擾的影響要大；布局松散的電子裝置比結(jié)構(gòu)緊湊的更易受外來噪聲干擾；模擬電路比數(shù)字電路的抗干擾能力差。這些都說明對于被干擾的對象來說，有干擾的敏感性問題。[3]在電路中采用選頻措施就是消弱電路對全頻帶噪聲源的敏感性；電路中采用負(fù)反饋也是削弱電子裝置敏感性的措施。任何一臺電子裝置都應(yīng)對有用信號具備足夠的敏感性而對噪聲則有不敏感的特性。

3.2 微機(jī)自動(dòng)保護(hù)抗干擾設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題

（1）對用于微機(jī)保護(hù)電壓、電流和信號接點(diǎn)的引入線，應(yīng)采用屏蔽電纜，屏蔽層在開關(guān)站與控制室同時(shí)接地，不允許用電纜芯兩端同時(shí)接地的方法作為抗干擾措施。利用電纜的屏蔽作用減緩電磁干擾，在控制室內(nèi)電纜屏蔽層宜在保護(hù)柜上接于柜內(nèi)的接地銅排；開關(guān)場電纜屏蔽層應(yīng)與高壓設(shè)備有一定距離的端子箱接地?；ジ衅髅肯喽位芈方?jīng)屏蔽電纜從高壓箱體引至端子箱，該電纜屏蔽層在高壓箱體和端子箱兩端接地。對于雙層屏蔽電纜，內(nèi)屏蔽應(yīng)一端接地，外屏蔽應(yīng)兩端接地；電纜屏蔽層最好不要接在保護(hù)柜（柜）上的接地銅排上。

（2）傳送音頻信號應(yīng)采用屏蔽雙絞線，其屏蔽層在兩端接地；傳送數(shù)字信號的保護(hù)與通信設(shè)備間的距離大于50 m時(shí)，應(yīng)采用光纜；對于低頻、低電平模擬信號的電纜，如熱電偶用電纜，屏蔽層必須在最不平衡端或電路本身接地處一點(diǎn)接地。

（3）交流回路與直流回路不使用同一根電纜，可防止交直流間的相互干擾。強(qiáng)電回路與弱電回路不使用同一根電纜，屏內(nèi)連線不捆扎在一起，可防止強(qiáng)電回路對弱電回路的干擾。

（4）不采用電纜備用芯兩端同時(shí)接地方法作為抗干擾措施。因?yàn)檫@樣做，當(dāng)接地的電纜芯兩端地電位不同時(shí)，會(huì)在接地的電纜芯中產(chǎn)生電流，對不接地的電流芯產(chǎn)生干擾。

4 結(jié)束語

微機(jī)保護(hù)裝置工作于變電站中，所受的電磁干擾是很嚴(yán)重的。要提高保護(hù)動(dòng)作的準(zhǔn)確性，首先要提高裝置的電磁兼容性。文章通過對微機(jī)保護(hù)裝置中干擾源的分析，詳細(xì)探討了變電站綜合自動(dòng)化微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)中的抗干擾措施的應(yīng)用，對于進(jìn)一步提高微機(jī)保護(hù)的自動(dòng)化水平和可靠性具有較好的指導(dǎo)意義。

1 王洪新、賀景亮.電力系統(tǒng)電磁兼容[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2004

2 余敏、張斌.微機(jī)保護(hù)裝置的抗干擾[J].湖北電力，2008（2）：19～20

3 李貴山、楊建平、黃曉峰.電磁干擾（EMI）和射頻干擾（RFI）及其抑制措施研究[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2002（4）：36～40