淺談變電站繼電保護裝置抗電磁干擾問題

劉 峰 楊 超 馬曉卉（沈陽電業局電氣安裝公司，遼寧 沈陽 110026）

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淺談變電站繼電保護裝置抗電磁干擾問題

劉 峰 楊 超 馬曉卉
（沈陽電業局電氣安裝公司，遼寧 沈陽 110026）

摘 要：變電站二次系統是電力系統的神經中樞，二次回路的安全與否關系到電力系統是否安全地運行，探討二次回路抗干擾問題的目的是為了保障電力系統安全運行。本文論述了電磁干擾的來源，對繼電保護裝置的影響和耦合的渠道，針對各種干擾源分析了原理及抑制措施。

關鍵詞：變電站；繼電保護；電磁干擾；抑制措施

1 變電站繼電保護裝置的電磁干擾源

變電站繼電保護裝置的電磁干擾源包括內部干擾和外部干擾。

內部干擾是由系統結構、元件布局和生產工藝等決定，主要有雜散電感和電容的結合引起的不同信號感應、長距離傳輸造成電磁波的反射、多點接地造成的電位差干擾、寄生振蕩和尖峰信號引起的干擾等。

外部干擾是由使用條件和外部環境因素所決定的，主要有其他物體和設備輻射的電磁波產生的強電場或強磁場，如直流電源的中斷與恢復、步話機輻射、雷擊、隔離開關操作、中壓開關柜操作等。

2 電磁干擾對繼電保護裝置的影響

微機型繼電保護裝置與常規保護相比具有結構先進、安裝簡單、維護方便以及保護可靠等優點。但是如果運行環境差，抗干擾措施不當，則很容易受到外界環境的干擾，組成其自動控制系統的模擬電路在干擾作用下往往使開關電路誤翻轉，數字電路受干擾作用往往造成數據或地址傳送錯誤。干擾對微機保護裝置的影響主要是造成計算或邏輯錯誤、程序運行錯誤和元件損壞三個方面。

3 電磁干擾的耦合渠道

變電站中，電磁干擾的耦合渠道如圖1所示。

圖1電磁干擾的耦合渠道

圖2兩個電流回路經共同阻抗Z的直接電耦合

3.1 直接耦合

直接耦合或金屬性耦合是經常出現的，如果兩個電流回路具有共同的阻抗Z（可以是簡單的一段導線，一個耦合阻抗或一個兩端網絡），就會產生直接耦合。如圖2所示，回路I（干擾者）中的電流在共有阻抗Z中產生一個電壓降，疊加在回路Ⅱ（被干擾系統）的有用信號上。在這個簡單的等值回路中，阻抗Z上引起的干擾可以是共用引線、共用地線等。顯然，當兩個回路的功率比相差不大時，回路Ⅱ的電流也在回路I中造成干擾。

圖3電耦合例圖

圖4磁耦合例圖

3.2 電耦合

處于不同電位的兩個電流回路之間會發生電的或電容的耦合，如圖3所示。圖中，在220V的引線和回路Ⅱ的引線之間存在一個電場，其影響可以用圖3 （b）的等值回路通過雜散電容C1和C2來描述。工頻電壓經雜散電容提供了交流電流（位移電流），再經共有的接地回到電源中性線內。經C1的電流在回路Ⅱ的發射機和接收機的ZS和ZE上產生電壓降，此電壓降作為干擾電壓疊加在有用信號上。電路模型中的電耦合以電容器為耦合阻抗，稱為電耦合。

3.3 磁耦合

在兩個或多個環路之間，當一個回路有電流時，會對另一個回路發生磁感應的耦合，稱為磁耦合。磁耦合是一個電路產生的磁場對另一回路產生的電感性耦合，它是由于干擾源與被干擾對象之間的互感所引起的，主要由干擾源的電流所決定。若二次回路的走線不合理，例如同一個回路中的一根導線利用了一根電纜中的一芯，而其回程導線卻利用了另一根電纜的一芯時，由于這兩根芯線間的距離很大，在它們之間將包圍很大的磁通，從而會在同一回路的兩根導線間產生很大的差模干擾電壓。

3.4 輻射耦合

架空輸電線輻射出電磁場、廣播電視發射臺、雷達等大功率電子設備以及高頻感應加熱設備、高頻焊接等工業設備都可以通過電磁波輻射，干擾附近的電子設備，造成干擾信號。

4 變電站抗干擾措施

4.1 電磁場的屏蔽

對變電站二次設備而言，特別是微機型保護裝置，采用屏蔽的目的有兩個：一是限制內部的輻射電磁能越出某一區域；二是防止外來的輻射進入基本區域。根據《電力系統繼電保護及安全自動裝置反事故措施要點》規定，集成電路及微機保護屏宜采用柜式結構，保護本身必須可靠接地。

4.2 繼電保護室及控制室的屏蔽

為了使二次設備正常運行，一方面要求在一次干擾源上降低干擾水平，盡可能降低一次設備的接地阻抗，降低因注入高頻電流產生的暫態電位升，并構成一個具有低阻抗的接地網，以盡可能降低變電站內的地電位差，從而降低對二次回路及設備的干擾；另一方面，在變電站的設計和建設中應采取相應措施，使得傳到這些二次設備上的干擾水平降低到它們可以接受的水平。

繼電保護室或控制室實現屏蔽主要措施有兩條，一是將所有房體結構的加強筋和鋼結構等全部焊接聯通，這樣可以取得20dB的屏蔽效果。二是對控制室包括地板在內裝一夾層，實現連續的金屬屏蔽。在施工過程中必須保證屏蔽金屬板（網）間的相互聯通。

上述兩種措施的綜合作用，可以取得的屏蔽效果約為60dB。

一般情況下，為了應對接近變電站的雷擊，實現二次設備的防護，控制室上的避雷針必須用多根周邊導體與地網相連。金屬結構與鋼筋混凝土的加強筋必須聯通，上端與避雷針相連，下部與地網相連，以形成有效的網絡法拉第籠。

4.3 網控室及變電站等電位面的構建

一般微機保護裝置都集中在主控制室，為了實現可靠通信，必須將聯網的中央計算機和各套微機保護及微機控制裝置都置于同一等電位面上。構建方法是把所有保護和控制屏的100mm2銅排連成一體，一點接地。

電纜溝上層放置并聯接地導線，等于在變電站相互連通的電纜溝上層形成一樹枝狀的并聯接地網。它緊靠控制低壓電纜（控制低壓電纜應放在其下層），與控制室地網一點連接。

結語

深入開展變電站二次設備抗干擾是保障電網安全穩定運行的一項十分重要的工作，研究二次設備抗干擾措施具有現實意義。本文針對保護裝置實際運行存在的電磁干擾源，提出了一些措施，對有效提高變電站二次設備的可靠性具有指導意義。

參考文獻

［1］宋繼成.220kV～500kV變電站電氣接線設計［M］.北京：中國電力出版社，2014.

［2］白忠敏.現代電力工程直流系統［M］.北京：中國電力出版社，2003.

中圖分類號：TM77

文獻標識碼：A