綜合交通樞紐電力監控系統干擾分析與解決方案

白 杰

(深圳市地鐵集團有限公司，廣東深圳 518026)

深圳北站綜合交通樞紐是廣深港客運專線和廈深鐵路的重要樞紐站，位于深圳市寶安區龍華西南部，是深圳“兩主三輔”鐵路客運格局中最主要的客運站，也是深圳最大型的綜合客運交通樞紐。北站樞紐東廣場共設置1座10 kV開閉所，6座10/0.4 kV變配電所。西廣場共設置1座10 kV開閉所，5座10/0.4 kV變配電所。新區大道改造工程共設置1座10 kV開閉所，2座10/0.4 kV變配電所。樞紐范圍內的變配電所均實現了無人值守，這就對電力監控系統設備的可靠性提出了較高要求，而電力監控系統的抗干擾能力是關系到整個系統可靠運行的關鍵。電力監控系統中所使用的各種類型控制設備，大多處在強電電路和強電設備所形成的惡劣電磁環境中。因此，解決電力監控系統的干擾問題就成了一個不可回避和不容忽視的重要問題。

1 故障現象

北站樞紐變配電所的電力監控系統在調試階段，發現監測數據通訊延時較大，反映在監控畫面上，就是監測數據長時間不能刷新，監測的實時性較差。起初以為是個別變配電所監控工作站配置存在問題，但在后續調試過程中又發現多個變配電所內監控工作站通訊網絡都不同程度的存在時斷時續，監控界面數據刷新異常緩慢，數據刷新的間隔有時長達十幾分鐘;而有時在遙信、遙測過程中又是正常的，察覺不到有明顯的延時，并且這種現象反反復復。為此，調試人員對整個系統從硬件配置、物理接口著手，利用專業工具逐一檢查，最終發現監控系統中的大部分工作站和通信服務器，在數據傳輸交互過程中存在明顯的數據丟包及通訊不暢現象，并且網絡延遲時間也比較長。在部分變配電所調試時還發現了某些斷路器、隔離開關有誤動作，及分、合閘位置判斷錯誤等現象。后經進一步檢查發現某些斷路器、隔離開關的輔助觸點有不規則的抖動，這些輔助觸點則是通過長引線到開關量輸入電路，開關量的輸出通道是由控制系統輸出至斷路器的分、合閘出口電路。基于以上這種現象的分析及檢查結果的判斷，北站樞紐變配電所的電力監控系統存在干擾，嚴重影響了監控系統的可靠性。下面就針對存在干擾的問題，具體分析。

2 干擾原因分析

從故障現象可以發現，電力監控系統干擾來源于外部和內部兩個方面。外部干擾與系統結構無關，是由使用條件和外部環境因素所造成的干擾，主要由其他物體和設備輻射電磁波所產生的強電場和強磁場，如供電電壓的波動等。供電電壓的瞬時變動會產生掉電過電壓、電流沖擊和高頻振蕩等干擾。這些干擾都能通過配電線路傳到監控系統的供電電源，影響系統設備的正常工作。

內部干擾則由系統結構、生產工藝等造成的干擾，主要有信號線纜傳輸造成的電磁波的反射、多點接地造成的電位差擾動，尖峰信號引起的干擾。

2.1 信號線纜引發的干擾

與電力監控系統連接的各類信號(信號線和控制指令線)線，除了傳輸有效的各類信息之外，總會有外部干擾信號侵入。此干擾主要有兩種途徑:1)通過變送器供電電源或共用信號儀表的供電電源串入的電網干擾;2)信號線受空間電磁輻射感應的干擾，即信號線上的外部感應干擾，這是很嚴重的。由信號引入干擾會引起I/O信號工作異常和測量精度大大降低，嚴重時將引起元器件損傷。對于隔離性能差的系統，還將導致信號間互相干擾，引起共地系統總線回流，造成邏輯數據變化、誤動和死機。所以檢測端信號必須加設隔離裝置。

2.2 接地錯誤引發的干擾

接地是提高電子設備電磁兼容性(EMC)的有效手段之一。正確的接地，既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設備向外發出干擾;而錯誤的接地，反而會引入嚴重的干擾信號，使系統無法正常工作。控制系統的地線包括系統地、屏蔽地、交流地和保護地等。接地系統混亂對監控系統的干擾主要是各個接地點電位分布不均，不同接地點間存在地電位差，引起環路電流，影響系統正常工作。例如電纜屏蔽層必須一點接地，如果電纜屏蔽層兩端A，B都接地，就存在地電位差，有電流流過屏蔽層，當發生異常狀態如雷擊時，地線電流將更大。

其次，屏蔽層、接地線和大地有可能構成閉合環路，在變化磁場的作用下，屏蔽層內有會出現感應電流，通過屏蔽層與芯線之間的耦合，干擾信號回路。若監控系統接地與其他接地混接，所產生的接地環流就可能在地線上產生不等電位分布，將導致監控系統測量精度下降，引起對信號測控的嚴重失真和誤動作。

3 抑制干擾的措施

電力監控系統干擾問題，可以通過外引線進行屏蔽以防空間輻射電磁干擾，同時對外引線進行加裝隔離裝置。特別是動力電纜，選用合理的線路布局，分層布置，切斷各種電磁耦合的途徑。再就是正確選取接地點和接地裝置，完善接地系統。針對北站樞紐項目存在的故障，結合現場的實際情況，采取以下幾個措施來解決。

3.1 使各類傳感器與通訊服務器連接電纜兩端接地

具體方法為:在把傳感器的輸入線接到繼電器之前，扒開并剪去約10 mm長的絕緣皮，露出銅屏蔽層，并將露出的屏蔽層擰緊，就近固定在開關柜的接地端子排。這樣就構成了等電位面，而且由于傳感器端接地與通訊服務器端(已接地)，實際組成了兩端接地，能夠有效的屏蔽干擾信號。屏蔽接地原理如圖1所示。

圖1 屏蔽接地原理

其次，再增加一條長約200mm，寬10mm的編織軟銅帶，從通訊服務器的機箱外殼接到電力監控屏的柜壁。通過集膚效應可知，電流或信號只會沿著銅導體表面傳播，10mm的寬編織軟銅帶有400mm的傳導長度，能使機殼更有效的接地，消除干擾信號。

3.2 降低電壓互感器和電流互感器接地電阻

變配電所的監控系統、保護裝置所采集的模擬量，大多都來自一次系統的電壓互感器和電流互感器，它們均處于強電回路中，不能直接輸入監控系統，必須經過設置在監控系統各種交流回路中的隔離變壓器(俗稱TA和TV)隔離，這些隔離變壓器一次、二次中間的隔離層要安全接地，并盡可能降低電流互感器，電壓互感器的接地電阻，這樣可以降低因高頻電流注入時產生的電壓差，構成一個具有低阻抗的接地網，從而有效降低對監控系統的干擾。具體方法為:使用導流能力較好的寬編織軟銅帶，牢靠連接TA和TV的外殼，再用接地電阻儀測試，并調整軟銅帶連接的松緊程度，直到測試數據較低時為止。

3.3 選用帶屏蔽的雙絞線，并與電力電纜分層敷設

電力監控系統的信號電纜主要是雙絞線，樞紐的各變配電所之前均使用的是非屏蔽雙絞線(UTP)，都或多或少存在時延較大現象。為此將非屏蔽雙絞線更換為屏蔽雙絞線(STP)，并將靠近測量裝置端的屏蔽信號線的屏蔽層接地，經現場測試，數據通訊的時延類比其他項目均正常。其次，又將從各個測量裝置引出，到連接至通訊服務器的雙絞線，全部進行捆扎并固定，與電力電纜分層敷設，以減少電磁干擾。

3.4 軟件上采取的措施

一旦干擾突破了由硬件組成的防線，可由軟件來進行糾正，如將保護測量裝置設定接收到時間在50ms以內的信號為干擾信號，不予理會;還可以對每個測量信號設置兩個通道，只在兩個通道讀數一致時才可信，否則取用以后的數據，相當于讓保護帶延時以躲過干擾。其次，可以將電力監控系統的跳閘程序進行閉鎖。在保護裝置中可設定標志字的狀態，當接收到上位機的跳閘命令，保護裝置核驗標志字的狀態，若正確，則執行跳閘命令，否則便重新初始化。跳閘閉鎖程序原理如圖2所示。

圖2 跳閘閉鎖程序原理

4 結語

深圳北站樞紐變配電所電力監控系統中存在干擾因素是多方面的，結合現場的實際分析，采取了有效接地、合理屏蔽等綜合防護的措施，顯著降低了干擾的影響，目前各變配電所電力監控系統均取得了較好的監控效率。

［1］ 朱松林.變電站計算機監控系統及其應用［M］.北京:中國電力出版社，2008.

［2］ 丁書文.變電站綜合自動化原理及應用［M］.北京:中國電力出版社，2010.

［3］ 江智偉.變電站自動化及其新技術［M］.北京:中國電力出版社，2009.