變電站二次回路抗干擾研究

摘 要:變電站中的二次回路處在一個強電磁環境中，近年來電網內已有多起因變電站直流系統二次回路受到干擾而導致開關無故障跳閘事故發生，嚴重影響了電力系統的安全可靠運行。研究變電站二次回路抗干擾問題，對于促進電網安全可靠運行具有重要意義。

關鍵詞:變電站 二次回路 抗干擾

中圖分類號:TP2文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)04(c)-0110-01

1 變電站二次回路抗干擾研究現狀

目前，對于變電站的干擾的探究已經有很多，主要是對從變電站電磁兼容方面展開的，在變電站電磁兼容方面最具代表性的是美國電力科學研究院(EPRI)自1978年開展的以變電站電磁暫態為課題的專項研究工作，他們分別對115～500kV不同電壓等級的變電站進行開關操作、一次系統短路故障、雷擊等試驗，并對波形進行測量及比較。圍繞著變電站電磁兼容問題展開了很多變電站干擾源干擾方式的研究。

在變電站中，最惡劣影響最大的干擾為高壓開關操作干擾、一次系統短路故障干擾、雷電干擾等。變電站內斷路器、隔離開關等一次設備在操作時，會產生一系列的電磁干擾，這些干擾會通過各種耦合進入到二次回路;一次系統短路故障時，在站內架空導線和接地網上會流過很大的短路電流，并在二次電纜周圍產生很強的空間磁場，會對二次設備造成較大的干擾;雷電可以以耦合、傳導、輻射等形式侵入二次設備。

2 變電站干擾信號研究分析

2.1 變電站干擾信號的分類

干擾按照發源地來分可以分為內部干擾和外部干擾。

干擾信號的按照頻率進行分類，可分為低頻干擾和高頻干擾。低頻干擾主要包括工頻與其諧波以及頻率在幾千赫茲的振蕩。高頻千擾則有高頻振蕩、無線電信號，還包括頻譜含量豐富的快速瞬變干擾。

干擾按其作用方式不同，可分為共模干擾和差模干擾。共模干擾是出現于導線與地之間的干擾，通常是因地電位升高所引起的。差模信號通常是出現在信號回路內的與正常信號相串聯的干擾，通常是由磁耦合引起的。

對不是由電直接接觸引起的干擾可分為三種:電場的，磁場的及電、磁場共同作用的。此外接地網中的地電位差會對接地導體及設備造成干擾。綜合起來有五種干擾模式:容性耦合產生的干擾、感性耦合產生的干擾、輻射耦合產生的干擾、地電位差引起的干擾以及二次回路自身產生的干擾。本文將從以上五種干擾模式對干擾機理進行分析。

2.2 幾種變現站干擾機理分析

(1)容性耦合產生的干擾

容性耦合又稱靜電耦合，也叫電場耦合，所產生的干擾是近距離電場經耦合電容加到二次回路引起的。處于介質中的不同導體之間總存在著雜散電容，在變電站中還有補償電容、耦合電容、電容式電壓互感器等電容性元件，導體上的電壓可通過這些電容耦合到其周邊的導體上。

當兩個電路處于不同電位時，一個電路的電荷對另一電路有感應。在變電站中，由于一次設備載流體與二次回路間存在雜散電容，因此一次設備上的電壓對二次電纜產生容性(電場)耦合，在二次設備上產生干擾電壓。另外，在變電站內還存在導線之間的相互耦合、電源線與系統的相互耦合。這些電場耦合是干擾二次設備正常工作的主要原因之一。

(2)感性耦合產生的干擾

感性耦合又稱磁場耦合，所產生的干擾電壓是由于干擾源與二次回路之間存在互感而引起的。載流導體產生的交變磁場會在其周圍閉合電路中產生感應電勢。此種干擾主要包括:

當隔離開關操作產生的高頻電流或雷電流通過高壓母線時，在高壓母線周圍產生了磁場，其中的一部分將二次電纜包圍。二次電纜、CVT的中間變壓器的高低壓線圈層間電容、互感器的接地線、變電站地網和二次電纜的工作接地點形成了一個閉合回路;

變電站發生接地故障時，在站內架空導線和接地網上會流過很大的短路電流，并在二次電纜周圍產生很強的空間磁場，這一空間磁場將在雙端接地的二次電纜和接地網構成的回路中產生感應電流;

3 變電站二次回路抗干擾的一些措施

3.1 容性耦合干擾的抑制

主要通過增大耦合阻抗法，通過增大干擾源與二次回路之間的距離，減少控制電纜的長度。合理的電敷設路徑，減小了干擾源與二次回路之間的耦合電容，從而增大了耦合阻抗。

電容性耦合的耦合電壓與該被干擾導體對地分布電容及導體間的雜散電容有關，在導線與地的距離不變的情況下，要減小干擾電壓只能減小線間電容，在導線長度遠大于導線直徑的情況下，線間電容與雜散電容與導線長度、介電常數及導體直徑成正比，而與導線間的距離成反比，因此要減小雜散電容，必須減小導線的長度或增大導線間的距離。

3.2 感性耦合干擾的抑制

感性耦合干擾可以通過磁場屏蔽法來抑制。磁場屏蔽分為低頻磁屏蔽和高頻磁屏蔽。低頻磁屏蔽是利用高導磁率的鐵磁材料(如鐵、鎳鐵合金、坡莫合金等)構成磁力線的低磁阻通路，使大部分磁場“包封”在屏蔽體內，從而起到磁隔離作用。高頻磁屏蔽是利用屏蔽體產生的渦流反磁場，抵消干擾磁場，從而實現磁屏蔽。

還可以通過減少互感阻抗法來抑制。電磁干擾的干擾電壓的大小，與導線的長度及干擾源電流成正比，與干擾源的頻率成反比，還與兩者之間的平行度有關(當兩者平行時，干擾電壓最大，當同一回路來回兩根導線與干擾源的距離相等時，干擾電壓最小，反之則增大)。因此減少干擾源與二次回路間的互感，能減小由于電磁感應在二次回路產生的干擾電壓。

3.3 輻射粗合干撫的抑制

電磁屏蔽的作用是抑制輻射電磁場的電磁耦合。其屏蔽的作用是由于金屬屏蔽體對入射電磁波的反射損耗和吸收損耗而產生的?？紤]到靜電耦合的作用，電磁屏蔽還是接地的效果好，它既能起到電場屏蔽作用又能起到電磁屏蔽的作用。電磁波到達金屬表面，一部分透入，一部分反射(反射損耗)。透入導體的電磁波，在導體內感應產生渦流，引起功率損失吸收損耗。故電磁波在導體內的傳播過程中將不斷衰減。

如果用銅作屏蔽，則需較厚的壁，這是很不方便的。故低頻下應該采用高導磁率材料作磁屏蔽在無線電頻率下，即使采用銅做屏蔽，壁厚也不大，沒有必要用鐵磁性材料。故高頻下，一般用導電良好的材料如銅或鋁作電磁屏蔽。

靜電屏蔽屏蔽體必須接地才能起作用，而電磁屏蔽是使電磁場只能透入屏體的一薄層，屏蔽體不接地也同樣起作用，但接地更好，可同時起到靜電屏蔽的作用。由于電磁屏蔽利用渦流產生吸收損耗的作用，故在橫截渦流的通路上，屏蔽體的電阻越小越好，因此決不允許在此通路上開縫。因而，最好選用連續的金屬板作屏蔽。當屏蔽體較大，需多塊板時，各板之間應焊接相連，焊點越密越好。若用網狀屏蔽，則網孔越密越好，網絲直徑越大越好。最好不用金屬絲編織的網，而用金屬板展拉的網。但開縫、網眼對靜電屏蔽的屏蔽效果則影響甚微。

參考文獻

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