微機繼電保護的電磁兼容問題分析

唐 偉

江蘇省靖江市供電公司，江蘇靖江 214533

微機繼電保護的電磁兼容問題分析

唐 偉

江蘇省靖江市供電公司，江蘇靖江 214533

目前，以微電子設備為主要構成器件的微機繼電保護裝置被廣泛地應用于電力系統各電壓等級的變電站、發電廠中。微機繼電保護裝置的可靠性對電力系統安全、穩定的運行極其重要。本文針對這種情況下微機繼電保護的電磁兼容問題進行了討論。

微機繼電保護；電磁兼容；仿真

1 電磁干擾及兼容的基本概念

1.1 電磁干擾

電磁干擾則是指任何能中斷、阻礙、降低或限制通信電子設備有效性能的電磁能量。嚴格地說，噪聲和干擾的含義是不同的，干擾指的范圍更寬了，但仍含有噪聲的原來含義。

1.2 電磁兼容性

電磁兼容性是指電氣、電子設備或系統在預期的電磁環境中，按設計要求正常工作的能力。它是電氣、電子設備或系統的一種重要的技術性能。按上述定義，電磁兼容性包含以下兩方面的含義：

1）設備或系統應具有抵抗給定電磁干擾的能力，并且有一定的安全余量；

2）設備或系統不產生超過規定限度的電磁干擾。

2 微機繼電保護裝置工作環境中的主要干擾源及傳播方式

2.1 變電站中電磁騷擾的種類和來源

在變電站當中，電磁騷擾的起因和傳播途徑主要如下：

1）雷擊線路、構架和控制樓。當雷擊在變電站的戶外線路或構架或控制樓時，一般會有大電流注入接地網，二次電纜的屏蔽層在不同的地方接地時，就會因地網電阻的存在而產生流過屏蔽層的瞬態電流，從而在二次電纜的芯線上感應出騷擾電壓；

2）系統短路故障。故障時，和雷擊的情形類似，將會有很大的電流注入接地網，從而引起二次電纜中的騷擾電壓。

2.2 變電站中電磁騷擾的特性描述

2.2.1 雷電沖擊

雷電沖擊一般分為直擊雷和大氣行波引起的過電壓，直擊雷的標準波形為1.2/50μs，雷擊線路引起的大氣行波的傳播則由于線路的衰減一般常用的標準波形為4/10μs。雷電流峰值是個隨機值，最大可達200 kA。在電力系統當中，一般按照5kA，10kA，20kA進行絕緣配合，一般說來，雷擊不會直接作用于二次回路，而是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，CVT等傳遞到二次回路。

2.2.2 系統短路故障

系統短路時，大電流經接地點入泄接地網，使接地點乃至整個接地網的電位升高。統計表明，變電站內高壓母線的單相接地時，在二次電纜的芯線上產生的騷擾電壓比較嚴重，騷擾電壓的峰值可達到幾十伏到近萬伏，最大為12.3kV，暫態電壓的頻率約幾千赫茲到幾百千赫。

3 利用MA T L A B對高壓回路中合閘操作引起的暫態現象建模和仿真

3.1 單個阻尼振蕩波的仿真

仿真單個阻尼振蕩波的Simulink模型如圖1所示。

圖1 仿真單個阻尼振蕩波的Simulink模型

在開始仿真之前，先要調整好各模塊的參數：直流電壓源模塊和Series RLC Branch 1模塊及Series RLC Branch模塊按上述參數設置，要將理想開關模塊的初始狀態設為Open，以接受來自Step模塊的開關信號動作閉合，將示波器模塊參數設置中的Limit points data to last前的對號去掉，或設置得足夠大，以接受仿真過程中的全部信息。

3.2 合閘操作過程引起的阻尼振蕩波群的仿真

仿真合閘操作過程引起的阻尼振蕩波群的Simulink模型如圖2所示。

圖2 仿真合閘操作過程和阻尼振蕩波群的Simulink模型

在圖2中，用一個受控正弦電壓源來模擬系統側電源（用圖中的Sine Wave模塊和Controlled Voltage Source模塊合成模擬），用Ideal Switch 模塊來模擬理想開關，Series RLC Branch模塊、Series RLC branch 1模塊和Teminator模塊，用Current Measurement模塊來測量流過隔離開關的電流大小并將測得的電流信息送入示波器顯示波形，用Voltage Measurement模塊來測量電容兩端的電壓大小，將測得的電壓信息送入示波器顯示波形，并送入sum模塊；sum模塊將電源電壓與Voltage Measurement模塊測得的電壓作差，并將結果送入Abs模塊取絕對值；擊穿電壓特性曲線近似用一條斜線表示，即用Ramp模塊來模擬預設擊穿電壓特性，合閘時斜率為負，刀閘合的速度越快，則斜率的絕對值越大；Abs模塊與Ramp模塊輸出的結果送入Rational Operator模塊，將Rational Operator模塊的關系參數設為(>=)；這樣就可以時刻比較開關兩端電壓和預設擊穿電壓(時變)的大小，一旦超過擊穿電壓，就控制開關導通；并設保持器保持0.001s(充分考慮振蕩時間裕度)，保持器用圖中的Unit Delay模塊來實現。

4 微機繼電保護裝置的屏蔽

在微機繼電保護的裝置內部，通常的屏蔽指的就是電磁感應屏蔽和靜電屏蔽。

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。

5 結論

微機繼電保護裝置工作于變電站中，所受的電磁干擾是很嚴重的。要提高保護動作的準確性，首先要提高裝置的電磁兼容性。本文得出接地、屏蔽和濾波是電子設備和系統通用的電磁兼容性設計技術，被廣泛地使用在微機繼電保護裝置中，以抑制電磁干擾，只有正確的使用這些技術才能達到理想的抑制干擾的效果，同時也得出微機繼電保護裝置一般被安裝在變電站內，變電站是復雜電磁環境的代表，絕大多數的電磁干擾現象在變電站中均有發生。

[1] 路宏敏.工程電磁兼容.西安電子科技大學出版社，2003.

[2] 秦曉輝.微機保護電磁兼容研究及變電站內電磁干擾的傳播途徑[D].碩士學位論文，2003.

TM7

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1674-6708（2010）18-0049-02