綜述110kV變電站二次回路抗干擾及預(yù)防措施

1、綜述110kV變電站二次回路抗干擾及預(yù)防措施吳引航摘要:隨著微機技術(shù)的日臻完善，微機保護裝置在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛。本文根據(jù)筆者多年的工作經(jīng)驗，著重分析了110kV變電站二次回路干擾的來源及傳播途徑及其危害性，得出增強繼電保護抗干擾能力的措施。關(guān)鍵詞:二次回路抗干擾措施隨著微機技術(shù)的日臻完善，微機保護裝置在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛。雖然微機保護裝置在動作速度、動作正確性以及運行可靠性和易用性等方面取得了令人矚目的成績，但是，目前110kV及以下電力系統(tǒng)中運行的一些微機保護裝置只注意了裝置硬件回路和軟件的抗干擾措施，而對輻射磁場等的干擾，微機保護裝置本身卻存在著結(jié)構(gòu)方面的不足。由于短路接

2、地故障、一、二次回路操作、雷擊以及高能輻射等原因，在變電站的二次回路上將產(chǎn)生電磁干擾，干擾電壓可通過交流電壓及電流測量回路、控制回路、信號回路或直接高能輻射等多種途徑竄入設(shè)備中，使二次回路上的微機保護裝置經(jīng)常發(fā)生誤動、誤發(fā)信號、錯誤指示斷路器位置等情況，為此筆者就變電站二次回路存在的干擾以及應(yīng)采取的抗干擾措施談些看法。1變電站二次回路的干擾源變電站二次回路的干擾是指出現(xiàn)在二次回路上能產(chǎn)生不良作用的電信號，對繼電保護裝置的正常工作產(chǎn)生影響。處于同一電力系統(tǒng)中的電氣設(shè)備,由于運行方式的改變、故障、開關(guān)操作等引起的電磁振蕩會波及很多電氣設(shè)備,使其工作性能受到影響甚至遭到破壞。從另一層面來講,變電站本

3、身是一個強大的電磁干擾源,無論是在正?；蚴枪收锨闆r下,都會產(chǎn)生各種電磁干擾。二次回路的干擾源大致可分為以下幾類:1.1交變磁場干擾變電站里的變壓器、有大電流通過的電纜、電抗器和電容等的周圍都有極強的交變磁場。在交變磁場中的二次設(shè)備，包括導(dǎo)線、網(wǎng)絡(luò)通訊回路都會受到它感應(yīng)，這些感應(yīng)形成干擾電壓進而導(dǎo)致二次設(shè)備運行異常。1.2.電網(wǎng)故障干擾電流接地系統(tǒng)發(fā)生單項接地時，變電站的接地電網(wǎng)中會流過故障電流。由于變電站地網(wǎng)的接地阻抗、設(shè)備接地線和地網(wǎng)均存在一定的阻抗，當(dāng)故障電流流過時將會產(chǎn)生壓降，造成變電站各點地電位有明顯差別，從而在兩端接地的電纜芯及多點接地的電纜屏蔽層中產(chǎn)生電流，對二次回路形成干擾。1.

4、3電容耦合干擾由于一次設(shè)備載流體對二次回路間存在電容，因此一次設(shè)備對二次電纜產(chǎn)生電容干擾。另外，在變電站內(nèi)存在導(dǎo)線之間的相互耦合以及電源線與系統(tǒng)的耦合，這種電場耦合或磁場耦合也是干擾二次設(shè)備工作的原因之一。1.5自然干擾指大自然現(xiàn)象所引起的干擾以及來自宇宙的電磁波輻射干擾，如雷電、大氣低層電場的變化等不可消除的干擾，其中雷電干擾最為嚴(yán)重。雷電不僅會造成二次電源模塊的損壞，還會燒毀通訊口和輸入模塊。1.6靜電干擾工作人員接觸繼電保護裝置時，身上的靜電將會對保護裝置的元件產(chǎn)生破壞作用，造成裝置不能正常工作。1.7直流回路干擾當(dāng)操作控制回路的110V、220V電源時，會造成直流回路中電感線圈放電，產(chǎn)

5、生高頻暫態(tài)電壓，直接影響同一電源上的回路，同時也會通過電磁耦合對其他回路形成干擾。2二次回路中電磁干擾的途徑變電站二次回路的電磁干擾途徑通?？煞譃殡妶鲴詈稀⒋艌鲴詈?、電磁輻射、公共阻抗耦合四種。（1）電場耦合(電容耦合)在變電站中,電子設(shè)備之間分布著像補償電容、耦合電容、電容式電壓互感器等之類的電容元件,電場耦合是通過干擾源與二次回路之間的耦合電容,將干擾信號加到二次回路中來實現(xiàn)的。其耦合回路如圖1所示。圖1電場耦合方式圖2磁場耦合方式（2）磁場耦合(電感耦合)當(dāng)載流導(dǎo)體在其周圍空間中產(chǎn)生交變的磁場時,則會在其周圍的閉合電路中產(chǎn)生感應(yīng)電勢。磁場耦合產(chǎn)生的干擾電壓是由于干擾源與二次回路之間存在互

6、感而引起的,耦合回路如圖2所示。（3）電磁輻射干擾電磁輻射干擾是指強電系統(tǒng)產(chǎn)生的高頻電磁輻射干擾。通過電磁波形式,干擾能量傳播到弱電系統(tǒng)中從而產(chǎn)生干擾,隨弱電系統(tǒng)電纜接方式的不同而形成共模或差模干擾。（4）公共阻抗耦合這是噪聲源和信號源具有公共阻抗時的傳導(dǎo)耦合,如雷擊電流和短路電流流入地網(wǎng),盡管接地網(wǎng)電阻很小,但畢竟不為零,這將使地電位升高,且接地網(wǎng)上不同點將出現(xiàn)地電位差。接在地網(wǎng)不同點的設(shè)備地電壓將不同,為了防止公共阻抗耦合,應(yīng)使耦合阻抗(接地網(wǎng)阻抗)趨于零,則地電位差也將趨干零,干擾電壓將消失。由于地網(wǎng)電流的擴散性,遠離電流入地點處的電流較小,地電位差也較小。實際上干擾源對二次回路的耦合是

7、非常復(fù)雜的,通常同一干擾源會以幾種干擾途徑對二次回路產(chǎn)生干擾。3二次回路的抗干擾措施要將二次回路的干擾影響降到最低限度,除了要裝置內(nèi)部硬件采取抗干擾外,現(xiàn)場二次回路采取抗干擾措施顯得更為重要?？垢蓴_主要從三個方面入手:一是控制干擾源;二是降低干擾源與敏感設(shè)備的耦合程度;三是提高設(shè)備抗干擾能力。3.1一般二次回路抗干擾措施(1) 自然干擾源對變電站二次回路及設(shè)備的影響往往是較大的，特別是雷電干擾。以我局110kV龍旺站為例，在沒有安裝二次設(shè)備防雷器之前，曾發(fā)生過監(jiān)控計算機及電話遭受雷擊損壞的情況。在安裝二次設(shè)備防雷器之后，較好的杜絕的此類情況的發(fā)生。從整個網(wǎng)區(qū)應(yīng)用防雷器的情況看，效果也是比較好的

8、，大大減少了二次設(shè)備遭雷擊損壞的概率。(2) 對于由開關(guān)場引入保護裝置的交流電流、電壓回路,信號回路,直流控制回路等電纜全部采用屏蔽電纜,如KVVP2-22、KYJVP、KXQ20等型號電纜。屏蔽層應(yīng)采用電阻系數(shù)小的銅、鋁等材料制成,而以前普遍使用的KVV等型號的鋼帶電纜均無屏蔽作用。(3) 屏蔽電纜的屏蔽層兩端應(yīng)可靠接地。在做電纜頭之前,用1.52.5mm2的單股銅芯線在電纜兩端的屏蔽層上緊緊纏繞10圈以上,并進行固定,然后再做電纜頭,用熱縮管封緊,將單股銅芯線的另一端可靠接地。保護屏處可接于屏底的接地小銅排上,開關(guān)機構(gòu)處接于可靠的接地點上。(3) 對于模擬量輸入回路的抗干擾,嚴(yán)格執(zhí)行反措要

9、求。對電壓互感器二次繞組(星形),三次繞組(開口三角形)的N相嚴(yán)格分開,由開關(guān)場引入控制室,在保護柜上由一點接地。對于幾臺同一電壓等級電壓互感器的N相分別引入控制室,并接到同一零相電壓小母線經(jīng)一點接地。對電流互感器的二次回路應(yīng)有一個接地點,并在配電裝置附近經(jīng)端子排接地。對于有幾組電流互感器連接在一起的保護裝置,分別引入保護柜。在保護柜上經(jīng)端子排一點接地。(4) 高壓電纜不與控制電纜敷設(shè)在同一管道或同一溝道內(nèi),至少不得在同一電纜架上。(5) 低電平信息回路與電力回路,不采用公共的回程導(dǎo)線。由主控室敷設(shè)到開關(guān)場的回路,不得在開關(guān)處從裝置的一個部件利用另一電纜的回程導(dǎo)線接到另一部件而形成回路。所有供

10、電及回程導(dǎo)線置于同一電纜中,避免由于環(huán)路布置形成的極大磁鏈產(chǎn)生很大的電磁感應(yīng)。強電的饋線采取單獨走線而不是與信號線混綁在一起;強信號線與弱信號線盡量避免平行走線,在有條件的地方努力成正交走線。（6）有交流電流、電壓、直流電源等進線必須先接到抗干擾電容(該電容另一端接地)上，然后由電容的同一端子引出到繼電保護回路中。這樣可以過濾高頻干擾成分，以免高頻干擾信號直接進入到二次回路干擾保護裝置。如圖3所示。圖 3 抗干擾電容接線3.2微機保護二次回路抗干擾措施從微機保護的裝置硬件抗干擾的角度出發(fā),可以有以下幾點措施來抗干擾:隔離:為了抑制共模干擾,保護裝置中與外界連接的線路如模擬量、輸入輸出開關(guān)量、數(shù)

11、字量和電源線等,經(jīng)由光電隔離或隔離變壓器隔離后再進入裝置內(nèi)部。其中光電隔離主要通過光電耦合器將外部開關(guān)量信號及開關(guān)量輸出和內(nèi)部電氣回路進行隔離,隔離變壓器主要通過專用變壓器將數(shù)次的交流回路進行隔離。屏蔽:通過具有良好導(dǎo)電性能的金屬構(gòu)成的全封閉殼體來進行隔離和衰減電磁干擾,如微機保護的殼體,是將核心數(shù)字部件、A/D轉(zhuǎn)換器等易受干擾的器件封閉在屏蔽殼體之內(nèi)。常見的屏蔽方式有抑制寄生電容耦合干擾的電場屏蔽(如電壓、電流變換器一、二次側(cè)繞組之間隔離)和防止電磁耦合及感性耦合的磁場屏蔽等。接地:采用正確合理的接地方式是抑制干擾的主要方法。接地的處理要求可包括兩個方面,一是裝置外殼的接地要求,二是設(shè)置裝置

12、內(nèi)部的各種地要求。在微機保護系統(tǒng)中,信號接地是要通過將裝置中的兩點或多點接地點用低阻抗導(dǎo)體連在一起,為內(nèi)部電路提供電位基準(zhǔn),盡量減少共模干擾和外磁場的干擾。濾波、退耦與旁路抑制橫模干擾的主要方法是采用濾波和退耦電路。交流信號的輸入通道都配備有抗干擾的作用的前置模擬低通濾波器。從抗干擾的角度來考慮,RC濾波器優(yōu)于LC濾波器,因為RC濾波器是耗散式濾波器,把噪聲能量變成熱能耗散掉了,而LC濾波器則會產(chǎn)生附加的磁場干擾,所以不得不附加屏蔽罩來抗干擾。在電源系統(tǒng)中,對每個電路或每個組件都要采用退耦電路供電。4結(jié)語隨著微機技術(shù)的日臻完善，微機保護裝置在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛，極大地提高了電網(wǎng)的自動化水平。高壓變電站、發(fā)電廠普遍存在著高強度電磁干擾，微機型保護裝置的微電子元件所能承受的外界電磁干擾水平又較低。當(dāng)外界干擾超過他們所承受能力時，裝置將發(fā)生誤動等故障，對變電站