對變電站二次設備抗干擾問題的研究

師玉東++童永強++石廣森++毛榮

摘 要：隨著電力系統的快速發展，電力系統中的二次設備面臨越來越惡劣的電磁環境，受電磁的干擾越來越嚴重，必須采取相應的措施增強二次設備的抗干擾能力，減弱干擾對繼電保護及自動裝置的影響，從而滿足電力系統對其在穩定性和可靠性方面的要求，保障電網的安全運行。

關鍵詞：變電站 二次設備 電磁環境 抗干擾

中圖分類號：TM411.5 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（a）0108-02

電力系統是一個巨大的電磁網，其一、二次設備就是在該環境下工作，電力設備特別是二次設備必受電磁干擾。隨著微電子技術在電力系統的廣泛應用，由于本身耐受電磁干擾的能力較弱，使得由其組成的二次系統更容易受電磁干擾，造成繼電保護及安全自動裝置的誤動、拒動、數據混亂甚至死機等現象，使得裝置不能正常工作，對電網的安全構成嚴重威脅。因此，研究分析二次設備的抗干擾是迫切需要的。

1 主要干擾源及其傳播途徑

為了減弱電磁干擾對二次設備的影響，就需要對各種干擾源及其傳播途徑進行分析探討，從而提出有針對性的改進措施。

1.1 隔離開關操作引起的干擾

隔離開關在帶電分合時，會對變電站內的二次回路及二次設備產生一定的干擾。而且由于其本身特性原因空氣去游離能力差，在初始階段將產生頻率很高的再點弧過程。每次都將產生很陡的電流和電壓波，造成系統操作過電壓和高頻振蕩，進而以母線為軸產生輻射電磁場，影響二次設備的安全運行。另外，在電流、電壓波注入變電站接地網時，會由于高頻行波的反射而產生各種高頻振蕩，這些振蕩與二次回路耦合會產生強烈的干擾，使干擾信號由二次電纜進入保護裝置[1]。

1.2 雷擊干擾

雷擊干擾的途徑和方式多種多樣，并與電纜走向、設備布置、接地網狀況等有很大的關系[2]。當變電站一次設備遭受雷擊時，雷電流會沿高壓母線傳播，并產生高頻行波，經避雷器流入大地。在此過程中，雷電流會通過電磁耦合，在二次線與大地之間產生干擾電波；同時，由于二次電纜屏蔽層會產生電流，進而會在二次電纜芯上感應出電動勢，從而對二次設備造成干擾。

雷擊的另一影響是雷電流從線路入侵后流入大地而產生的暫態地電位升高。由于變電站地網接地阻抗的存在，使雷擊時變電站內的暫態地電位和地網不同點的電位差感應出電流，干擾被二次回路而影響繼電保護及自動裝置的正常運行[3]。

1.3 變電所的局部放電干擾

變電所的局部放電干擾主要有兩種：一是線路及金具；二是污穢絕緣子表面電暈放電，其形成的電流脈沖會通過電磁波的形式對周圍設備產生干擾。干擾的強弱程度取決于導線的截面、設備表面情況、氣候條件和所處位置等。

在干燥的狀態下，沿絕緣子串的電壓分布是不均勻的，而且隨著電壓等級的提高，這種不均勻性愈加嚴重。在承受電壓較高的絕緣子上，可能產生局部的沿面放電，不但腐蝕了絕緣子，也產生了輻射干擾。在潮濕的氣候條件下，沿污穢絕緣子表面流過比較大的泄漏電流。因表面的污穢沉積不均勻，在污穢層比較薄的區域呈現電阻，因發熱而形成干燥帶，形成不穩定的局部火花或電弧。這種局部放電產生的輻射干擾中常常含有頻率很高的分量。

1.4 接地故障產生的工頻干擾

在大電流接地系統中，當系統發生單相或兩相接地短路故障時，會產生很大電流很大的故障分量，此電流流經接地體時便會產生電壓降，使變電所各點之間產生地電位差。當同一回路在變電所不同地點多點接地時，各接地點之間的地電位差就會在二次電纜的屏蔽層中產生電流，通過電磁耦合作用在二次電纜芯中感應出電流，從而對保護裝置造成干擾，影響設備的正常運行，甚至會燒毀電纜，釀成事故。通常我們將其稱為50 Hz的工頻干擾。

1.5 直流電源干擾

對于直流電源的干擾主要有兩個方面：一是直流回路操作產生的暫態干擾，當斷路器分、合閘線圈等電感元件在接通或斷開電源時，由于電感本身特性儲存的能量釋放，將會在線圈兩端可能產生與電感元件工作電壓、工作電流、電感量大小及回路參數有關的過電壓，該電壓將在其余二次回路中激起高頻干擾電壓，足以使保護裝置起動甚至誤動。二是交流分量竄入直流回路中，由于交流回路的交變磁場的存在，會對直流回路的控制、信號等弱電回路產生比較嚴重的干擾，對系統的穩定造成很大的破壞。

1.6 靜電放電的干擾

繼電保護工作現場的靜電放電干擾主要是由于身體與化纖衣服、設備外殼、工器具等物體的磨擦而感應出來的。此時當檢修人員帶靜電摸觸保護插件或因高壓靜電而放電時，將使保護裝置等微電子設備內部邏輯回路發生畸變，從而造成邏輯功能紊亂，嚴重時會誤發信號、誤跳閘，甚至燒毀插件。

1.7 其他干擾

變電站的其他干擾主要有手機、高頻載波機、大功率對講機等產生的輻射干擾，還有電子設備的電子線路產生的各種雜音干擾等。

以上干擾主要是變電所存在各種干擾源依靠靜電耦合、電磁耦合和地電位差等傳播途徑進入保護裝置的，使微機保護不能正確動作，對電網的安全構成嚴重威脅[4]。

2 抗干擾的措施

2.1 二次回路的抗干擾措施

2.1.1 采用屏蔽電纜并將屏蔽層可靠與地網連接

試驗表明，采用屏蔽電纜并將屏蔽層在電纜兩端同時接地能將干擾電壓降低 95%以上，是一種非常有效的抗干擾措施，而采用屏蔽電纜的抗干擾效果與使用的材料、制作工藝、接地方式等有關。但是不能采用備用芯兩頭同時接地的做法，因為開關場各處的地電位存在差異，若用備用芯兩端接地不可避免地會有電流流過，就會在工作線芯中感應出電勢，干擾保護。

2.1.2 構造等電位面

在控制室內各保護屏柜下部及二次電纜室內敷設相應規格的專用銅排直接相連構成等電位接地母線，再利用多股軟線使其首末可靠連接成環網，使各套微機保護及其自動裝置都置于同一個等電位平臺上。為了防止地電位差對二次回路和設備產生干擾，可以利用多股導線使該等電位面和變電所接地網一點起來，以消弱干擾信號。endprint

2.1.3 電流、電壓互感器二次回路一點接地

為了保證人員、設備、電網的安全，同時提高抗干擾能力，二次電流、電壓回路應有且只有一個接地點，可以防止因為互感器一、二次線圈間的分布電容和二次回路的對地電容導致一次高壓引入二次回路。電流互感器的二次回路可在配電裝置附近經端子排接地，對于有幾組電流互感器連接在一起的保護裝置，則應在保護屏經端子排接地；電壓互感器二次回路接地點宜設在控制室內[5]。

2.1.4 二次回路合理布線

根據繼電保護技術規程要求，對于二次回路的布線要遵循以下原則：交、直流回路及強電、弱電回路不可混用同一根電纜，盡可能將它們分開排放，可防止相互干擾。二次電纜與一次電纜應分層分區敷設。二次電纜鋪設走廊應盡可能遠離高壓母線、變壓器中性點及避雷器、避雷器等設備，并盡量不要與高壓線平行。

2.2 繼電保護及自動裝置的抗干擾措施

2.2.1 保護裝置箱體接地

保護裝置的箱體接地是有效防止電磁干擾的重要手段之一。如果裝置外殼接地良好時，可以抑制外部干擾對微機保護裝置的影響，同時又能防止該微電子設備對相鄰設備產生干擾；但是如果外殼接觸不良或者沒有接地時，會把干擾引入設備中，嚴重時造成裝置功能紊亂，不能正常工作。

2.2.2 經抗干擾電容接地

在二次回路的交流量、直流量等流入保護裝置前布置抗干擾電容，可起到屏蔽作用，能有效抑制靜電耦合產生的干擾。采用容量適當的抗干擾電容不但可以防止靜電感應的干擾，對無線電干擾及二次回路產生的高頻干擾也有很好的抑制作用；經干擾處理引入裝置后的進線應遠離直流操作回路的導線和高頻輸入輸出的導線，更不能捆扎在一起[6]。

2.2.3 開關量輸入、輸出的隔離措施

隔離措施有光電耦合和繼電器觸點隔離兩種方法，普遍采用光電耦合隔離的辦法。開入量應經光電隔離引入，開出量只能以空觸點或光耦輸出。

2.2.4 軟件狗

軟件狗實際上是一個軟件監視系統，當保護裝置的CPU系統由于某些原因偏離正常程序設計的軌道，或進入某個死循環時，由軟件狗經事先設定的延時將CPU系統軟件強行復位，重新拉入正常允許的軌道[7]。

3 結語

隨著微電子技術在電力系統中的廣泛應用，二次設備的抗干擾問題越來越突出，為了減弱干擾對繼電保護及自動裝置的影響，需要我們更加深入的分析研究。當然二次設備的抗干擾技術仍是一個比較復雜的問題，本文所提到的方法只是其中一部分，在實際工作中，只有布置更加完善的措施才能真正的把電磁干擾控制在適當的范圍。

參考文獻

[1] 鄭華.淺談變電所存在的干擾及提高繼電保護安全運行的措施[J].廣東科技，2008（22）：160-162.

[2] 貝宇，楊鑫，王巨豐.雷擊對電力系統二次設備的干擾及預防措施[J].廣西電力，2005，28（4）：52-54.

[3] 孫開宇，倪卓越.電力系統繼電保護干擾原因及其防護對策研究[J].機電信息，2012（12）：32-33.

[4] 李偉明.繼電保護二次回路抗干擾措施淺析[J].價值工程，2010，29（36）：96.

[5] 王瑞紅.談變配電站微機自動化保護裝置抗干擾措施[J].黑龍江科技信息，2007（5）：29-30.

[6] 鄭華.淺談變電所存在的干擾及提高繼電保護安全運行的措施[J].廣東科技， 2008（22）：160-162.

[7] 路向軍，崔淑萍.變電站綜自系統抗干擾措施之探討[J].電力學報，2007，22（3）：403-405.endprint