電網運行正常時,在不發生單相接地故障的情況下,一般不存在干擾的問題。電網中性點采用不同的接地方式,若運行中發生單相接地故障時,其對通訊系統造成干擾的程度就有明顯的區別,所以強電對通訊系統造成的干擾與電網中性點接地方式有著密切的關系。
電網中性點采用經消弧線圈接地(諧振接地),運行中若發生單相接地故障時,即是利用消弧線圈的電感電流對接地電容電流進行補償,可使流過接地點電流大大減小,故此諧振接地對抑制干擾具有優越性。
1 電網中性點的接地方式
電網中性點的接地方式,按運行發生單相接地故障時,流過接地點電流的大小分為:小電流接地系統和大電流接地系統兩大類。小電流接地系統以中性點經消弧線圈接地(諧振接地)為代表,包括中性點不接地方式。
電網運行中若發生單相接地故障,其較大的接地電流是通過電磁耦合,靜電耦合,地中電流傳導等方式對通訊系統造成干擾,其干擾程度是隨接地電流的大小而變化的。電網中性點采用不同的接地方式,其發生單相接地時流過的接地點電流大小是不一樣的,故對通訊系統所造成的干擾與影響也有區別。
電網中性點采用不接地方式運行時,若發生單相接地故障,其流過接地點電流僅為電網對地電容電流,其值很小,故對通訊系統產生的干擾與影響也很小。
但在中性點不接地電網中,由于供電線路擴展與延伸及電纜供電的增多,導致電網對地分布電容的增大。電網運行中若發生單相接地故障時,其接地電容電流也隨之增大,當接地電流增大到一定值時就不能自動熄弧。而接地電容電流又沒有大到足以使電弧穩定燃燒程度,于是形成熄弧與重燃的不穩定狀態,這將在健全相與故障之間產生弧光放電接地過電壓,對線路與設備絕緣的薄弱點造成威脅。
為此,電網中性點應采用經消弧線圈接地(諧振接地)方式運行,在發生單相接地故障時,即是利用消弧線圈的電感電流對接地電容電流進行補償以降低殘流值,從而使流過接地點的電流大大減小,則可減少對通訊系統造成干擾與影響。
大電流接地系統包括中性點直接接地和中性點經低電阻接地。
在大電流接地系統的電網中,若發生單相接地故障,近似于發生單相接地短路,流過接地點的電流很大。在大電流接地系統的電網中,其對通訊系統的干擾是以電磁耦合和地中電流傳導為主,故而這么大的接地電流必將通過地中電流傳導對通訊系統造成干擾。若電力線路與通訊線路平行走向時,由于電磁耦合產生的感應電壓也會對通訊系統造成干擾與影響。
此外,在大電接地系統的電網中,若發生單相接地故障,其流過接地點的電流是很大的,不僅電磁干擾后果比較嚴重,而且還會給人身和設備安全造成威脅。
2 干擾信號的耦合途徑
2.1 靜電耦合
靜電耦合系指兩條線路的工作回路,因耦合電容的存在,將會把干擾信號傳送給對方而造成干擾。若耦合電容越大,線路電流頻率越高,則給對方造成的干擾也就越嚴重。
2.2 電磁耦合
電磁耦合系指兩條線路之間存在互感,某線路受相鄰線路的互感耦合而傳送干擾信號。互感值越大,線路電流頻率越高,則給對方線路造成的干擾也就越嚴重。
2.3 公共阻抗耦合
公共阻抗耦合系指兩條線路的電流經過一個公共阻抗時,將在每條線路中出現公共阻抗耦合。常見的有:公共電源耦合和公共地線耦合。公共電源耦合將改變每一條線路參數,影響線路的正常工作;公共地線耦合系指兩個回路經導線連接,僅用一個接地點,若在接地點產生干擾信號,將改變對地電壓。
3 強電對通訊系統造成干擾的危害
隨著現代科學技術的發展,有線通訊和無線通訊形成密集的信息網絡。與此同時,在電力網不斷擴展與延伸,變電站大量增加,架空線路和電力電纜密布的情況下,地上、地下構成了復雜的供電網絡。這樣,與社會經濟、人民生活密切相關的強電與弱電,即形成兩大網絡。由于電網擴大,通道擁擠,強弱電干擾的矛盾日益突出。從當今電磁環境和強弱干擾的情況看,電力網是矛盾的主要方面。
強電對通訊系統造成干擾的危害表現為:當電力線路與通訊線路平行走向時,由于電磁耦合而產生的感應電壓,將會對通訊線路造成干擾和影響;或是電力線路導線斷線后直接與通訊線路接觸而造成的干擾;或是電網運行中由于中性點位移電壓升高,通過電磁耦合和地中電流傳導,對通訊系統造成干擾。
強電對通訊系統造成干擾的后果是:輕者影響通訊質量,如電話回路出現雜音、信號失真或誤碼率增多等;重者則危及通訊設備和人身安全,通訊設備絕緣擊穿,機房著火,人員傷亡及導航信號指示錯誤或拒動,導致事故的發生。
4 諧振接地具有抑制干擾的優越性
理論分析和實踐表明,補償電網單相接地電容電流是防止強電對通訊系統造成干擾,實現電磁兼容有效而經濟的措施。
諧振接地即電網中性點經消弧線圈接地的運行方式,其電網的零序阻抗接近于無限大。電網運行中若發生單相接地故障時,流經接地點殘余電流甚小,并能消除接地點電弧,因而使電磁耦合和地中電流傳導的影響均受到有效的抑制。在諧振接地的電網中,強電對通訊系統的干擾以靜電耦合為主,由于中性點經消弧線圈接地,則消弧線圈的電感電流能對接地電容電流進行補償,大大減小流經接地點電流,消除接地點電弧。故此能較好地與線路密集、覆蓋面廣的信息網絡實現電磁兼容,有效地抑制強電對通訊系統造成干擾與影響。
從保護電磁環境考慮,電網運用小電流接地系統,這對提高供電可靠性,保護人身和設備安全,減少維護工作量和運行費用等方面具有一定的優越性。此外,小電流接地系統的電網,一般裝設有絕緣監察裝置,在發生單相接地故障時,接于公共母線的電壓互感器,其二次開口三角處兩端出現零序電壓。當此電壓超過整定值時,繼電器動作并報出信號,便于運行人員及時處理,這將使強電對通訊系統造成的干擾與影響大大減少。
與此同時,諧振接地還在抑制音頻干擾、工頻干擾、接觸干擾、縱向電勢危害等方面也具有較好作用。
(1)音頻干擾系指在音頻范圍內的干擾信號對通訊系統的影響。由于諧振接地電網,具有零序阻抗接近無限大的特點,凡是等于工頻3的整數倍音頻信號皆無法通過,故音頻干擾信號全部被阻斷,所以能較好地抑制音頻干擾。
(2)工頻干擾系指發生單相接地故障時,中性點位移電壓通過電容耦合,對通訊系統造成干擾。諧振接地的電網,其電容耦合效應低微,故對干擾信號的傳送要比電磁耦合微弱得多。諧振接地電網運行正常時,其中性點位移電壓很小,即是發生單相金屬性接地故障時,中性點位移電壓升高到相電壓,其對通訊系統的影響也是很小的。
現代的配網系統,已采用微機接地保護及自動選線裝置,故能很快檢測出單相接地故障,并能自動跳開故障線路,則對通訊系統造成干擾與影響就更少了。
(3)接觸干擾系指電力線路導線斷線后,直接與通訊線路接觸而造成的干擾。諧振接地的電網,對三相對地電容的不平衡狀況非常敏感,若電力線路導線斷線后與通訊線路接觸,使故障相對地電容增大,中性點迅速位移。類似于電網發生單相接地故障,其流過接地點電流很小,故對通訊系統造成的干擾與影響也不大,共享諧振接地的優點。
(4)縱向電勢系指電網發生單相接地故障時,在通訊線路上感應的縱向電勢。縱向電勢的大小與零序電流及兩線路之間的互感成正比,由于諧振接地能改變單相接地時零序電流的分布,故能顯著地降低縱向電勢的危害。