試論變電站繼電保護抗干擾技術

徐福兵　高健

摘要：變電站繼電保護設備是保證變電站安全、穩定運作的重要裝置，但變電站繼電保護會在實際運作中遇到各種因素的干擾。文章通過對變電站繼電保護遇到的干擾因素的分析，討論了變電站繼電保護抗干擾技術的應用，通過降低一次設備接地的電阻、串接回路電容、正確接地、構建等電位面等手段來增強變電站繼電保護設備對各種干擾的抵抗能力。

關鍵詞：變電站；繼電保護；抗干擾技術；干擾因素；一次設備接地電阻；串接回路電容 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM774 文章編號：1009-2374（2016）26-0136-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.26.066

當前，在我國的變電站建設中，為了保障變電站能夠安全穩定地運行，廣泛使用了繼電保護設備。繼電保護裝置大都大規模應用了集成電路，使得設備體現出智能、高效、微型等特征，但這也導致這些設備對各種因素的干擾表現得十分脆弱和敏感，因此增強變電站繼電保護系統的抗干擾能力顯得十分重要。

1 變電站繼電保護的含義及意義

繼電保護是指當電力系統出現故障影響系統正常運行或者出現危及電力系統運行安全的異常情況時，能夠對故障或異常情況進行分析，然后自動做出反應、排除故障的自動化措施。變電站的繼電保護系統能識別出電力系統運行的情況，在電力系統發生異常情況時，能及時做出反應，自動將異常部分從整個系統中隔離開來，保障整個電力系統能正常運轉，不受故障的破壞；在故障發生時，繼電保護系統能發出警報信號，通知工作人員及時將問題消除，使電力系統能保持良好的運行狀態。電力系統是一個龐大且關聯性強的系統，系統中的某一個部分出現問題會導致整個系統運行的癱瘓，而繼電保護系統就是為了解決這個問題，在電網某個環節出現問題時，能夠將問題自動排除或隔離，保護電力系統運行的安全和穩定，降低這些問題帶來的不利影響。

2 對變電站繼電保護形成干擾因素的常見種類

2.1 因電流因素引發的故障

因電流互感器磁路過度飽和所引發的電流故障會影響變電站繼電保護設備的正常運轉。當電流互感器達到飽和狀態時，會導致勵磁電流激增，造成電流互感器形成極大的誤差，對繼電保護的動作產生不利影響。電流互感器飽和通常是由電力系統故障導致電流過大而造成的，在這種情形下，繼電保護裝置本應該立刻啟動準確的保護行為隔離出現的異常，但因為互感器飽和所造成的誤差容易使繼電保護裝置采取不準確的保護行為，從而對整個電力系統的正常運行造成進一步的破壞。

2.2 因開關設備問題引發的故障

在繼電保護裝置中，開關選擇不當容易引起變電站的出口出現跳閘的故障，從而對整個電力系統的運行造成破壞。

2.3 因人工操作不當引發的故障

變電站的繼電器經常承受較大的工作強度，這會引起設備的損耗和老化，因此需要人工進行檢查和養護。但一些員工因為技術不純熟或者對設備不了解，在檢查和養護中常出現遺漏或者在排除故障時操作不當等狀況，這些情況會破壞繼電保護裝置的安全性和穩定性，導致繼電保護的難度增加。

2.4 因接地故障引起的干擾

在變電站內部容易產生單相或多相接地故障，此時部分因故障產生的電流會通過變壓器中性點，經地網至架空地線回到故障發生的位置。故障產生的強大電流在經過接地點到達地網時，會引起地網中在不同的點之間出現很高的電勢差，會形成很強的工頻，會對繼電保護產生高頻干擾，這會對繼電保護裝置的穩定性和安全性造成很大的損害，甚至會導致整個繼電保護體系癱瘓的情況出現。

2.5 因電感耦合引起的干擾

在有些情形下，由于開關的啟閉，從而導致了電弧閃絡現象的出現，這種現象會導致高頻電流的產生，進而產生強度較大的磁場以及電場，會對處在磁場范圍內的二次電纜造成影響，使二次設備回路中產生對于地面的干擾電壓，還可能將電壓傳輸到另外某些二次裝置上，由此對繼電保護形成干擾。

2.6 因斷路器故障引起的干擾

當直流控制回路中的電感線圈斷開時，會形成大量的寬頻電波，從而影響繼電保護系統的正常運行。在使用各種通訊設備時也容易產生頻率較高的電磁場，由此會對繼電保護系統的正常運行造成干擾。

2.7 因雷電引起的干擾

變電站因自身帶有超強的電荷而在周圍形成強電環境，在這種強電環境下，容易在雷電高發的季節遭受雷擊。當電網系統中的戶外構架或線路遭受到雷電襲擊時，會導致地網系統接收到一股強度很大的電流，當二次裝置電纜屏蔽層的各個接地點不同時，會由于接地線的高阻抗性能而在電纜屏蔽層產生暫態強電流，這增加了干擾電壓對二次設備的影響，同時感應的過電壓可能通過一些裝置進入二次回路中，影響變電站的繼電保護系統，嚴重時會造成繼電保護系統的毀壞。

3 在變電站建設中對繼電保護抗干擾技術的具體應用

3.1 對一次設備的接地電阻進行降低處理

在變電站以及繼電保護裝置的建設中，要盡量降低一次裝置的接地電阻。對一次設備的接地電阻進行降低處理能有效避免暫態電位差的出現，還能將接地網絡建設成低阻抗性質的系統，減小變電站里面的電位差，從而減少接地系統的阻抗性對二次回路裝置的影響，同時將繼電保護設備的誤差值降至最低。

3.2 對回路進行電容串接處理

在高頻通道中，對耦合動作的實現一般使用高頻變量器來進行，此時需要在高頻通道的電纜回路中接入電容器，通過串聯的方式將它們連接起來。在變電站中，所有的高頻電纜全都采用了將兩點同時接入地面的措施，如果因某種原因導致變電站中的高壓電網不慎發生了接地故障，會導致在接地電流傳輸到地網中的時候，高頻電纜的兩接地點的電位差和容易產生縱向的電位差，而縱向的電位差會對高頻電纜的回路產生很大的干擾，容易造成收發信機的變量器產生飽和的現象，對發信機的信號發射功能形成干擾甚至破壞。要解決這個問題，需要對工頻電流進行隔斷處理，而對回路進行電容串接處理能有效地防止這種問題，成功阻隔工頻電流，保證繼電保護設備免受工頻電流干擾。

3.3 合理地進行接地處理

變電站內的接地網絡兩接地點之間的電位面往往不會相等，通常有電位差存在，而這個電位差會根據接地網收到的電流強度的變化而變化，如果接地網收到的電流越大，兩接地點的電位差就會越大。在同一個回路中的相異點進行接地時，會導致地網中的電位差進入到回路形成分流，所以要合理地進行接地處理。在變電站接地作業時，可以將高頻同軸電纜的接地作業在控制室以及開關廠兩個位置分別作業。如果電纜只有一端與地面相連則會造成電纜的另一端產生暫態電高壓，因為只連接電纜一端會引起電纜兩端的電壓不平衡而導致暫態電高壓的產生，當暫態電高壓產生于收發信機設備上時，會對收發信機的正常信號發射工作產生干擾，嚴重時會造成收發信機設備的損壞，進而引發事故。對高頻電纜兩端同時進行接地作業包括以下兩個步驟：（1）在對開關廠進行作業時，要用分支銅導線將高頻電纜屏蔽層和濾波器在二次設備上相連接，使用10mm2以上的絕緣導線作為連接線，實現接地功能；（2）在控制室里面的作業中，要將高頻同軸電纜的屏蔽層和保護屏的接地銅牌使用多股規格為1.5～2.5mm2的絞銅線直接連接。需要注意的是，在進行控制室內接地作業時，一定不能僅僅連接了電纜屏蔽層和收發機基地裝置，而忽略了保護屏接地銅牌的問題，不然會導致這一端的接地沒有效果，從而對變電站繼電保護設備的運行造成不良影響。

3.4 對繼電保護設備進行等電位面的建設

微機的保護裝置通常會集中布置在主控室，此時為了保障通信的可靠性與穩定性，應該構建包括所有微機保護裝置、中央計算機、其他所有微機裝置在內的等電位系統。等電位平臺系統應該要保持與控制室地網的動態聯系，保證等電位面能隨著地網電位的變動而做出相應的變動，控制地網電位差對電位面造成的干擾，保障變電站內所有的微機設備接地方面電位差的平衡穩定，從而實現繼電保護系統不受電位差帶來的干擾。等電位面的建設一般運用兩種手段：（1）連接微機保護盤底部的接地銅牌并和盡頭用銅牌連接成網，接入由電纜分出的粗銅導線，通過粗銅導線實現接地；（2）在保護盤底部構造一個所有設備都連接進來的銅網絡。

3.5 分隔處理波濾器的一次線圈與二次線圈

對于防止雷電、開關操作對繼電保護裝置的干擾，可以將連接濾波器的一次線圈和二次線圈分隔處理，并且讓二次接地點和一次接地點之間保持3～5m的距離。雷擊或開關產生的高頻電流經電容入地產生的高頻電壓容易對繼電保護裝置帶來不利影響。在電容器接地點有高頻電流通過時會在這個地方產生相當高的地電位，但地網能使高頻地電位快速衰減，因此可以擴大二次回路的接地點與以此接地點之間的距離來降低接地點與二次裝置間的電位差。使在電纜屏蔽層流動的高頻電流大幅減少，從而控制對芯線帶來的不利影響。

4 結語

變電站繼電保護抗干擾技術對變電站的安全、穩定的運行提供了有力的保障，但繼電保護抗干擾技術仍存在著不足，需要不斷研究和改進。

參考文獻

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作者簡介：徐福兵（1979-），男，江西廣豐人，南京南瑞繼保電氣有限公司中級工程師，研究方向：電力自動化設備營銷。

（責任編輯：小 燕）