微機繼電保護裝置抑制干擾措施分析

邱立新

（大慶市兒童公園管理處，黑龍江 大慶 163000）

1 引言

可靠性是對繼電繼電保護裝置的基本要求之一，它和很多因素有關，例如保護的原理、工藝和運行維護水平等。而對于微機繼電保護來說，則體現在兩個方面:一是微機繼電保護的抗干擾問題；二是裝置內部元件出現損壞時的對策。在絕大多數情況下，元件損壞時都能被自動檢測發現，并且發出警報，不會引起保護誤動，因此，提高微機保繼電護裝置可靠性的重點在抗干擾上。

2 微機繼電保護裝置的接地

2.1 接地的概念及目的

接地是指在系統的某個選定點與某個電平基準面(即接地面)之間建立導電的通路。理想的基準面應是一個零電位和零阻抗的物理實體，其上各點之間不應存在電位差，它可以作為系統中所有信號電平的參考點。顯然，這種基準面實際上是不存在的。因為即使是電阻率為零的超導體，其表面兩點之間的跨越時間延遲也會呈現某種電抗效應。所以，所謂理想的基準面只是近似而已。通常，假如只要某個面上的電位與系統中任何點的電位相比均可忽略不計，則它就可選為電位基準面了。例如，電子設備往往以金屬底座、機殼、屏蔽罩或較粗的銅線、銅帶等作為此基準面。

接地系統的接地有效性，取決于它在多大程度上減小了接地系統的電位差和地電流。接地系統接地不好，這些電位差和地電流就可能耦合到系統、分系統或設備中去，從而降低屏蔽和濾波的有效性并產生電磁干擾問題。良好的基準面不一定要和大地具有相同的電位。在某些情況下，也不需要一定與大地相連通。基準面與大地相連接往往出于下述三種原因：

為了防止雷擊危及系統和人體，防止電荷積累引起火花放電，以及防止高電壓與外殼相接引起的危險。即所謂的安全接地。

為使整個系統有一個公共的零電位基準面，并給高頻干擾電壓提供低阻抗通路，達到系統穩定工作的目的；即所謂的工作接地。

為使系統的屏蔽體接地，取得良好的電磁屏蔽效果，達到抑制電磁干擾的目的；即所謂的屏蔽接地。

2.2 接地在微機繼電保護裝置中的應用

安全接地。安全接地指的是當用電設備的絕緣物質層受到系統各種過電壓的作用，溫度升高引起的絕緣老化以及外部的機械作用引起的損傷都有可能使得設備的絕緣水平大幅下降，最終導致設備的金屬外殼、操作手柄等導電部分出現較高的對地電壓。因此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。通常采用接地或接零的方法，即將設備的外殼接在大地或電源零線(電源零線返回到變壓器的中性點，此點接大地)。同時，設備的外殼接地，還可以起到靜電屏蔽、降低電磁感應噪聲的作用，如果設備的外殼含有高導磁率的材料，還可以通過材料的分磁作用來實現低頻磁場的屏蔽。

工作接地。控制系統中的基準電位是回路工作的參考電位，基準電位的連線稱為工作地，通常是控制回路直流電源的零線。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，且如果同一回路的兩條線距離比較近，外部引起的共模騷擾在兩條線上的表現應該很接近，即如果兩條線的對地分布參數基本對稱，則同一回路上的差模騷擾將很小，從而系統被影響的情況將有所緩和。但是，浮地方式的有效性取決于實際的懸浮程度。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。所以，采用浮地供電的系統的布置一定要在設計的時候精心安排。

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，對微機繼電保護裝置而言，指的是將直源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，至少可以保證:當變電站的接地網上沒有騷擾電流流動時，保護裝置的直流電源系統的零線是“干凈”的，它不會向被供電的設備傳播騷擾，也不會向途經的設備或回路耦合騷擾。

屏蔽接地。屏蔽接地可以有效地抑制靜電感應和電磁感應騷擾，目前，微機繼電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接地銅排上，最后連接到變電站的主接地網上。

3 微機繼電保護裝置的屏蔽

3.1 屏蔽的定義及分類

屏蔽是利用屏蔽體來阻擋或衰減電磁能量傳輸的一種技術。其目的有兩個，一是防止外來的輻射干擾進入某一區域，二是抑制某一區域內部輻射的電磁能量泄漏出該區域。屏蔽的作用是通過一個將上述區域封閉起來的殼體即屏蔽體來實現的。屏蔽體有板式、網狀式和金屬編織帶式等，其材料可以是導電、導磁、介質體，也可以是非金屬吸收填料。按屏蔽原理分類，屏蔽可分為靜電屏蔽、磁屏蔽和電磁屏蔽。

3.2 微機繼電保護裝置的屏蔽

當裝置安裝于主控制室內時，由于距離開關場比較遠，加上房間設計通常都采用“法拉第籠”的結構，從電磁騷擾比較嚴重的開關場地發出的騷擾，無論是表現為靜電的形式，還是電磁波的形式，在經過很長的距離到達主控樓的繼電器室后，首先要經過一個“法拉第”式的屏蔽體，經過衰減后到達繼電器屏，繼電器屏的外殼也是一個屏蔽體，再次衰減后到達微機繼電保護裝置的機箱。由于微機繼電保護裝置機箱也是一個屏蔽體，它對電磁騷擾將起再次屏蔽的作用，可以斷定，如果主控制室的屏蔽體和繼電器屏的外殼這兩層屏蔽良好，到達微機繼電保護裝置的電磁騷擾將變得很小，再經過微機繼電保護裝置機箱的屏蔽作用，直接耦合到微機繼電保護裝置內部設備上的騷擾將可以忽略。當微機繼電保護裝置下放到開關場，如不采取有力的措施，微機繼電保護裝置將直接承受來自開關場的騷擾，環境將變得很惡劣，因此，在我國比較早的采用保護下放方案的500kV南昌變電站內，考慮了在保護裝置外部建屏蔽小室的方案，要求能將外部的騷擾按每10倍頻程40dB衰減，理想的情況要求到達60dB。這樣，直接進入到裝置內部的騷擾將變得很小，且為了避免地電流在接地網上流動帶來裝置兩點間的電位升高，要求裝置采用一點接地。與裝置在主控制室內的情形類似，經過屏蔽的作用，電磁騷擾在裝置的內部將主要表現傳導騷擾。然后應再通過其它的措施對傳導騷擾進行抑制。

4 微機繼電保護裝置的濾波

4.1 濾波的概念

如果說屏蔽主要是為了防護輻射干擾，那么，濾波則主要是為了防護傳導干擾。濾波器能允許有用信號的頻率分量通過，同時又阻止其它干擾頻率分量通過，因此，對于抑制干擾而言，它具有其它技術難以起到的作用。對微機繼電保護裝置而言，由于干擾較強的快速瞬變騷擾進入到裝置后主要表現為傳導騷擾，所以應首先考慮使用性能優良的濾波器來消除。

4.2 微機繼電保護裝置的濾波

傳導騷擾是不可能完全消除的。設置濾波器的目的在于盡量將騷擾衰減到某一個要求的技術水平，如對于外部騷擾而言，不得導致裝置工作故障。在主要表現特征為電場的各類電磁騷擾中，快速瞬變騷擾是比較嚴重的一類，其頻率成分最高可考慮到400MHz，在有條件的場合應盡可能地采用低通濾波器，實際的使用當中，根據經驗，低通濾波器的截止頻率可以放寬到10MHz。目前被廣泛使用的EMI吸收磁環，就是針對幾MHz以上的頻率成分發揮作用的。

5 結束語

接地、屏蔽和濾波這三種抑制電磁干擾的主要方法，在電路和系統設計中各有其獨特的作用，但有時又是相互關聯的。例如，設備接地良好，便可降低對屏蔽和濾波的要求。而良好的屏蔽，又可降低對濾波的要求。另外，這三大技術還與其它一些技術相聯系，例如，接地與搭接、屏蔽與結構、濾波與限幅等。

[1]路宏敏.工程電磁兼容.西安電子科技大學出版社.西安.2003

[2]湖北省電磁兼容學會.電磁兼容性原理及應用.國防工業出版社.北京.1996