電力系統微機繼電保護裝置的抗干擾措施

薛志謀

[摘要]分析微機繼電保護裝置在工作環境中受到雷擊、電磁、接地等各種對其干擾的原因，并提出提高微機保護裝置抗干擾能力的幾項有效措施。

[關鍵詞]電力系統微機繼電保護干擾有效措施

中圖分類號：TN7文獻標識碼：A文章編號：1671—7597(2009)0620014-01

一、微機繼電保護裝置受工作環境的電磁干擾

(一)雷電沖擊。一般說來，雷擊不會直接作用于二次回路，而是由兩個渠道間接對其產生干擾：1，雷擊在高壓線路上產生暫態過電壓以大氣行波的方式向變電站傳播，然后經cT、PT等傳遞到二次回路。2，雷擊在變電站的接地元件上時，接地網將注入暫態電流，使地電位發生變化。流過兩端接地電纜外皮的電流將增加。

(二)系統短路故障。當大電流接地系統發生接地短路時，短路電流經接地點流入接地網，使接地點乃至整個接地網的電位升高。如果二次回路和接地網的接地點與大電流入地點的距離比較近，這些接地點的電位也會升高，在二次回路中就會產生共模干擾電壓。

(三)開關操作。變電站開關操作的設各元件均為電容電感儲能元件。電容上的電荷量、電感的磁鏈均不能發生突變，在開關操作使其狀態發生變化時，會產生暫態過電壓。這些暫態過電壓表現為一個衰減振蕩的過程，然后這一衰減振蕩波通過cT、PT等直接耦合到二次回路當中去。這樣，在二次回路當中可出現大量的、快速衰減的、振蕩的脈沖。

高壓開關操作時，電弧的熄滅和重燃引起一系列高頻振蕩，這一振蕩也會通過cT、PT直接耦合到二次設備上。同時，振蕩頻率足夠高時還會發射電磁波，形成輻射脈沖電磁場。

(四)高壓線路產生的工頻電磁場。在變電站中，高壓載流導線和運行中的電力設備會產生工頻電磁場。特別當有短路故障時其短路電流會在附近產生很強的工頻磁場。

(五)輻射電磁場。輻射電磁場的干擾，主要來自于變電站內工作人員用的無線電通信工具如對講機等。另外，高壓導線表面及絕緣子金具尖端部分的電暈放電、接觸不良產生的火花放電以及臟污絕緣子表面的局部放電都會產生電磁輻射，形成輻射干擾源。

二、微機繼電保護裝置抗干擾的措施

電磁干擾主要是通過微機繼電保護裝置的各個端口，以共模的形式進入微機保護裝置的內部，如果裝置內部的某回路或元件的對地分布參數不對稱，共模干擾將轉化為異模的形式。并進而形成對該回路或器件的干擾。在干擾的傳播過程中，其主要的表現方式為傳導干擾方式。屏蔽、接地、濾波是抑制電磁干擾的三種基本方法，此外，在二次回路的設計方面，對抑制電磁干擾也是不可忽視的。下面就從這三個方面分別討論微機繼電保護裝置的抗干擾措施：

(一)微機繼電保護裝置的屏蔽

微機保護的裝置內部，通常的屏蔽指的就是電磁感應屏蔽和靜電屏蔽。為了進一步考察電磁干擾在進入裝置的內部之后，需要采取電磁屏蔽和靜電屏蔽的環節，我們不妨考察一下電磁干擾在裝置內部的傳播途徑。(如圖1)

1從電源端口進入的傳導干擾，快速瞬變干擾從220／110電源進入到微機保護背裝置的電源插件，然后進一步通過直流弱電回路向其它的插件進行傳播。

2從輸入激勵量端口、輸入端口、輸出端口、通訊端口進入的傳導干擾。微機保護裝置的輸入激勵量端口指的是交流模擬量輸入端；輸入端口則指微機保護裝置的開關量輸入：輸出端口則指開關量輸出端；通訊端口則指裝置所用的通信網絡端口和與Pc機進行通信的端口。電磁干擾可以從輸入激勵量、輸入、輸出、通訊的任一端口以傳導的形式進入到裝置內部，然后再繼續傳播。

當電磁干擾為高頻干擾時，還將向周圍的設備通過電容耦合的方式進行干擾。這就需要采取電磁感應屏蔽和靜電屏蔽的措施。

通常微機保護裝置內部的cT、PT的原邊和副邊線圈之間需要采取屏蔽措施；開關電源的原邊和副邊線圈之間需要采取屏蔽措施。特別是對那些數據采集系統采用逐次逼近A／D的保護裝置，由于A／D對快速瞬變干擾很敏感，應采取CT、PT的原邊和副邊線圈之間加裝屏蔽層良好接地兩項措施。

進行數據通信的線路通常也應該耍采用蔽屏措施。屏蔽體應該采用兩點接地。

(二)微機保護系統裝置的接地

1安全接地

安全接地指的是當用電設備的絕緣物質層的絕緣水平下降，導致設備的金屬外殼等導電部分出現較高的對地電壓。當人觸及這些部位時，會發生觸電危險。所以，需要設法降低設備外殼上的對地電位。微機繼電保護裝置外殼的接地起到了抑制電磁干擾和安全接地的雙重作用。

2屏蔽接地

屏蔽接地可以有效地抑制靜電感應和電磁感應干擾。目前，微機保護裝置屏蔽接地廣泛采用的方式是：裝置內部需要屏蔽接地的屏蔽層、屏蔽體通過接地線連接到裝置的外殼。然后再將裝置的外殼通過低阻抗的接地線接到變電站的主接地網。

3工作接地

信號回路和工作地的連接稱為工作接地，接地的方式通常有單點接地多點接地。采用多層板的微機保護裝置中，基本采用了多點接地。因為有專用的接地層，地線很寬。接地效果還是很理想的。工作地和大地的連接一般有三種方式：分別為浮地方式、直接接地方式和電容接地方式。

(1)浮地方式。采用浮地方式的優點是：一般可以使浮地系統對地的電阻很大，對地的分布電容很小，這樣就可以使系統不受大地電流的影響，提高了系統的抗干擾能力，但是，浮地方式的有效性取決實際的懸浮程度。實踐證明，較大的電子設備系統因為有較大的對地分布電容有時很難實現真正的懸浮。

(2)直接接地方式。直接接地通常指電源的零線直接與大地相連，對微機保護裝置而言，指的是將直流5v、15V、24V系統的零線和變電站的接地網相連。采用這種接地方式，當變電站的接地網上沒有干擾電流流動時，保護裝置的直流電源系統的零線不會向被供電的設各傳播干擾，也不會向途經的設備或回路耦合干擾。

但是，如果變電站的接地網上電位升高時，直流電源系統的零線上的電位也將升高。然后進一步將此干擾電壓傳播到被供電的設備或耦合到此電源零線途經的設備或回路上。

(3)電容接地方式。電容接地方式指的是經過電容器將工作地和大地相連，其目的是要為高頻干擾提供對地的通道，而在低頻時。仍然保持浮地。電容接地方式主要用于工作地和大地問存在直流或低頻電位差的情況，所用的電容器應具有良好的高頻特性和耐壓性能。

(三)微機保護系統裝置的濾波

傳導干擾是不可能完全消除的，設置濾波器的目的在于盡量將干擾衰減到某一個要求的技術水平。試驗證明，微機保護裝置的端口部位如能設置低通濾波器，則效果將很明顯，這對增強硬件的抗干擾能力是一個極為有利的舉措。

(四)微機繼電保護二次回路的抗干擾措施

采用微機繼電保護時，為防止保護裝置因干擾誤動作。除保護裝置本身必須采取有效的抗干擾措施外。還應當對外部二次回路的設計采取必要的抗干擾措施。具體措施就是：

1降低干擾源和干擾對象之間的耦合電容和電感。

2降低屏蔽層的阻抗值。

3降低二次回路附近的電氣值。