通過實(shí)例看倒閘操作產(chǎn)生的電磁干擾對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的影響

尤衛(wèi)華

摘要：本文討論了電網(wǎng)高壓設(shè)備在倒閘操作時(shí)產(chǎn)生的電磁干擾問題，并通過實(shí)際案例介紹了晶體管型保護(hù)裝置的抗電磁干擾應(yīng)用，同時(shí)提出了相應(yīng)的解決方案。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng)倒閘操作電磁干擾應(yīng)用案例

變電站的開關(guān)操作都會(huì)產(chǎn)生大量電磁暫態(tài)干擾，變電站的類型、電壓，以及變電站開關(guān)的切換速度和類型等因素，決定著電磁暫態(tài)干擾的波形變化、幅值和次數(shù)，其特點(diǎn)是：與斷路器相比，隔離開關(guān)切換所產(chǎn)生的暫態(tài)干擾的次數(shù)、幅值都比較大。其原因在于斷路器的切換速度大于隔離開關(guān)的切換速度，斷路器設(shè)置了很好的滅弧和限制振蕩的措施。

暫態(tài)的相對(duì)幅值的變化一般都很大，而且從分閘到最后或剛開始合閘時(shí)為幅值變化的最大值。如果僅僅一次開關(guān)操作就引起較大的暫態(tài)干擾，這說明干擾量較大。切換暫態(tài)的主頻率，其變化頻率一般在幾百kHz到幾百M(fèi)Hz之間。變化頻率與變電站電壓等級(jí)往往成反比，其原因是電壓等級(jí)較高的變電站一般尺寸都比較大，波的傳播時(shí)間也長(zhǎng)。耦合的效果隨變化頻率的增高而越發(fā)明顯，某些由微處理器組成的設(shè)備，其敏感度還可能隨著脈沖重復(fù)頻率的增高而更加敏感。

一般來講，變電站電壓等級(jí)越高，暫態(tài)電磁干擾的幅值就越高，反之，電壓等級(jí)越低，暫態(tài)電磁干擾幅值就越低，變電站電壓等級(jí)越高，其引起的最大暫態(tài)電磁干擾的峰值就越高。因?yàn)檫^渡時(shí)，高壓導(dǎo)線上發(fā)生的最大暫態(tài)幅值主要取決于其沖擊阻抗及瞬時(shí)最大相對(duì)的系統(tǒng)電壓，而二次回路中的電磁干擾既起源于暫態(tài)高壓導(dǎo)線電流、電壓，其相對(duì)幅值與變電站電壓等級(jí)成正比。綜上所述，變電站中針對(duì)開關(guān)操作引起的暫態(tài)電磁干擾常采取以下防護(hù)措施：

①雖然調(diào)快開關(guān)切換的速度不一定能夠降低最大暫態(tài)的幅值，但其可能會(huì)有效減少電磁干擾量。

②一般來講，二次電纜屏蔽層只在一端接地或根本不接地，都會(huì)造成部件損壞。一端接地的目的是防止電纜屏蔽層產(chǎn)生過多的環(huán)流，但在開關(guān)操作過程中若采取這種接地方式，屏蔽層上會(huì)產(chǎn)生較大的感應(yīng)電壓，而采取兩端接地的方式，相對(duì)而言，感應(yīng)電壓就不會(huì)太大。

③改善電纜屏蔽。較好的屏蔽能夠有效降低傳遞阻抗和傳遞阻抗耦合。同時(shí)，屏蔽層的接地方式也需要做一些改進(jìn)。屏蔽層接地時(shí)，盡量使用屏蔽層的同軸端，或縮短與導(dǎo)線平行的引線，以免引線耦合。

④除了電纜屏蔽，還應(yīng)該采用抗沖擊保護(hù)設(shè)備，尤其是能與高壓導(dǎo)線傳導(dǎo)耦合的TV、TAV二次側(cè)設(shè)備。

⑤要提升設(shè)備自身的抗干擾性能，就必須最大限度的減少設(shè)備拾取的干擾信號(hào)，使設(shè)備恢復(fù)正常運(yùn)行。一般抗干擾的方法包括硬件抗干擾及軟件抗干擾。

⑥我們一般通過以下方式來提升硬件抗干擾性能：

a布線時(shí)，不應(yīng)設(shè)置過多的回路環(huán)，以防感應(yīng)干擾過高。

b地線、電源線不宜過細(xì)，平時(shí)注意減小壓降和耦合干擾。

c不宜懸空放置單片機(jī)閑置的I/O口，可接電源或接地，實(shí)時(shí)監(jiān)控單片機(jī)的電源，可使整個(gè)電路的抗干擾性能大大提升。

d如果速度已達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，則需降低單片機(jī)的晶振，并采用低速數(shù)字電路。

e選用優(yōu)質(zhì)、符合運(yùn)行要求的元器件。

⑦軟件抗干擾指的是在設(shè)計(jì)軟件時(shí)，有目的的運(yùn)用相應(yīng)的措施，避免CPU的運(yùn)算結(jié)果、開關(guān)指令受到竄入微機(jī)保護(hù)及控制裝置內(nèi)部的干擾信號(hào)的影響。

變電站綜合自動(dòng)化目前在國(guó)外已得到了較普遍的應(yīng)用。由于電網(wǎng)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)子系統(tǒng)都為低電平的弱電系統(tǒng)，高壓設(shè)備在倒閘操作時(shí)電弧的熄滅和重燃，斷路器合跳時(shí)發(fā)生的電磁干擾，由隔離開關(guān)切合空短線及空母線導(dǎo)致的高頻振蕩會(huì)產(chǎn)生大量電磁波，這些電磁波會(huì)利用電流互感器、電壓互感器與相鄰的二次回路發(fā)生耦合，由此產(chǎn)生干擾電壓會(huì)傳輸至繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置的二次回路上；因?yàn)榇蟛糠指蓴_電磁波均為脈沖式干擾，而且可能造成繼電保護(hù)、綜自設(shè)備的電子及數(shù)字電路運(yùn)行失常。如石家莊市某用戶于2002年新建的10KV配電室投入運(yùn)營(yíng)后，在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)發(fā)生了3次送母聯(lián)開關(guān)，跳1＃主變開關(guān)的現(xiàn)象，且每次掉牌都沒有任何預(yù)警。每次都檢查電纜開關(guān)柜、電纜和變壓器，但并未發(fā)現(xiàn)接地、短路等問題，但每次掉牌時(shí)都和開關(guān)存在一定的聯(lián)系，因此，可確定跳閘不是由短路引起的。

該用戶變電站采用JGL型靜態(tài)繼電器作為1＃主變，這種繼電器是由集成電路組成的電磁性GL繼電器的替代品。CT二次電流通過I/V電源變換器為繼電器提供工作電源，繼電器是直流24V的中間繼電器，中間繼電器的接點(diǎn)直接與控制回路上的跳閘回路相連接，同時(shí)，這個(gè)用戶變電站采用的是直流電磁開關(guān)柜，所以經(jīng)分析后將跳閘的原因初步判定為，是在合閘操作過程中，對(duì)交系統(tǒng)和直流系統(tǒng)對(duì)該用戶造成了干擾而致使保護(hù)動(dòng)作失誤。

一般情況下，用戶配電室內(nèi)的彈簧儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)在合閘時(shí)只會(huì)產(chǎn)生幾安培的沖擊電流，不會(huì)過多影響直流系統(tǒng)的運(yùn)行，而電磁機(jī)構(gòu)在合閘時(shí)則會(huì)產(chǎn)生幾十安培或上百安培沖擊電流，就會(huì)干擾直流系統(tǒng)的正常運(yùn)行，而且也會(huì)影響由集成電路組成的裝置的運(yùn)行，進(jìn)而出現(xiàn)誤跳閘的現(xiàn)象。

根據(jù)上述理論分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：在開關(guān)操作的過程中，1＃變JGL出口中間繼電器線圈兩端存在9－11V的直流電壓，而且與出口繼電器的動(dòng)作值相當(dāng)接近，若干擾電壓大于繼電器的動(dòng)作值，就可能引發(fā)1＃變開關(guān)的誤動(dòng)作。

此外，還要考慮一個(gè)問題：對(duì)于同一變電站的2＃變，和1＃主變采取同樣的接線方式，其保護(hù)裝置卻不存在誤動(dòng)作現(xiàn)象。當(dāng)2＃變JGL出口繼電器線圈兩端感應(yīng)出的電壓時(shí)，這個(gè)電壓還不到6V，與1＃主變的感應(yīng)電壓相比要低很多，而且也大大縮短了干擾電壓的持續(xù)時(shí)間。實(shí)驗(yàn)表明，1＃變壓器開關(guān)柜中的JGL繼電器與2＃變壓器的繼電器相比，抗干擾能力明顯較低。

根據(jù)上述分析，建議這個(gè)用戶按照以下方案對(duì)配電室作某些改進(jìn)：

①更換1＃變壓器開關(guān)柜中的JGL繼電器。更換后實(shí)測(cè)了沖擊試驗(yàn)時(shí)出口繼電器線圈兩端感應(yīng)出的電壓，測(cè)得電壓值不超過6V的為合格。

②在變壓器開關(guān)柜的跳閘回路中增加一個(gè)跳閘出口中間繼電器，通過此中間繼電器的固有動(dòng)作時(shí)間來躲過干擾電壓持續(xù)的時(shí)間。

實(shí)踐證明，該用戶按照上述方案，對(duì)變電站配電室進(jìn)行改進(jìn)后，有效避免了保護(hù)裝置誤動(dòng)作等情況的發(fā)生。

隨著配網(wǎng)自動(dòng)化水平的提高，電氣設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)的電磁干擾問題就日漸顯現(xiàn)，這就要求配網(wǎng)自動(dòng)化在設(shè)計(jì)、制造、施工、調(diào)試以及后來的運(yùn)行過程中，要把防電磁干擾做為保證配網(wǎng)運(yùn)行的重要課題，以提高電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。