電力二次系統接地及抗干擾方法研究

摘要:電力二次系統工作性能的穩定可靠對于整個電力系統具有重要作用，因此，本論文主要對電力二次系統的接地及其抗干擾等問題進行了分析研究，首先簡單介紹了常用的接地種類，結合電力二次系統的設計分析了可行的接地方法，在此基礎上，重點探討了電力二次系統的抗干擾問題，指出了電力二次系統常見的干擾源以及形成干擾的原因，并給出了若干具體的電力二次系統抗干擾設計方法，對于進一步提高電力二次系統性能的可靠性和穩定性，保障電力二次系統的安全可靠工作具有一定借鑒意義。

關鍵詞:電力工程;二次系統;接地系統;抗干擾

1引言

我國電力事業發展迅速，電力系統容量越來越大。隨著繼電保護技術和計算機技術的高速發展，系統中微機型繼電保護已應用的極為廣泛。為了工作和安全的需要，電力系統及其電氣設備的某些部分與大地相連接，這就是接地。電力系統的接地是必須的，也是必要的。

本論文主要針對電力二次系統的接地方法展開探討分析，并對其中的抗干擾設計進行研究，以期從中找到可靠有效的電力二次系統的接地設計與抗干擾設計方法，并以此和廣大同行分享。

2電力二次系統接地分析

2.1 常用的接地種類

接地的種類主要有以下凡種:

(1) 工作接地:工作接地是為系統正常工作而設置的接地。如為了降低電力設備的絕緣水平，在110kV及以上電力系統中采用中性點接地的運行方式，在兩線一地的雙極高壓直流輸電中也需將其中性點接地。

(2) 防雷接地:為了避免雷電的危害，避雷針、避雷線和避雷器等防雷設備都必須配以相應的接地裝置以便將雷電流引入大地。

(3) 安全接地:為了保證人身的安全，將電氣設備外殼設置的接地。

2.2 電力二次系統接地方法

具體來說，二次系統的接地問題，也就是二次裝置和二次回路及二次電纜屏蔽層的接地，主要分為以下幾種情況:

(1) 保護系統和信號系統的接地

繼電保護裝置的工作環境中干擾是嚴重的，這些干擾的特點是頻率高，幅度大，因而可以順利通過各種分布電容的耦合;另一方面這些干擾持續時間短。繼電保護的可靠性要求體現在兩個方面:不誤動和不拒動。

對于微機型保護裝置，由于其工作是在時鐘節拍的嚴格控制下高速同步進行的，這些干擾一旦闖入，輕則引起動作延遲，重則導致程序中止或出錯，甚至元件損壞，所以抗干擾是微機保護的一個重要內容，除了在軟硬件設計中進行抗干擾外，降低干擾是最直接和最根本的抗干擾方法，而接地是降低干擾最有效的措施，所以微機保護的接地是極其重要的。保護系統的接地方式有三種:懸浮接地，單點接地和多點接地。

(2) 二次回路的接地

二次回路的接地主要是互感器回路的接地。電力系統中互感器主要作用是將大電流變成小電流或將高電壓變成低電壓以便于測量，同時利用互感器將二次回路與一次高壓電路隔開，以保證二次回路、儀器和人身的安全。

(3) 二次電纜屏蔽層的接地

現階段，電力系統及測控領域所用的控制電纜和信號電纜均采用屏蔽電纜，其首要因素是屏蔽電纜具有良好的抗干擾性能，這對于廣泛應用的微機系統和電子設備尤為重要。這些屏蔽線，有用于低頻設備的單芯、兩芯及多芯屏蔽線，雙絞屏蔽線和用于高頻設備的同軸電纜等。由于其使用環境、條件及信號的不同，因此在實施屏蔽時的接地方式也不同。

3電力二次系統抗干擾探討

3.1 電力二次系統的常見干擾源

干擾源大致可分為以下幾類:

(1) 電磁耦合干擾:電力系統一次設備和二次之間凡乎都是通過電磁耦合進行工作的，同時，電場效應和磁場效應也無處不在，因此，一次設備本身的高壓電場可通過電容耦合到二次設備;大電流產生的磁場也可通過電感耦合到二次設備。

(2) 射頻干擾:由于天線效應，大型變壓器、大型發電機和電動機、高壓導線等都會發射出工頻和諧波頻率的電磁輻射。

(3) 雷電干擾:雷電流平均20kA，最高可達200kA，其發生時間處于μs級，雷電流對二次的影響主要是在二次電纜上的干擾。雷電流經避雷器入地，使得地網上的電位分布極不均勻，另外引起地電位升高，將對屏蔽層接地的電纜上產生干擾。

(4) 操作引起的干擾:一次系統中的開關操作，斷路器、隔離開關的操作會引起電氣回路狀態變化，特別是隔離開關動作時，沒有滅弧裝置，產生多次電弧重燃引起的電磁能量振蕩。一般認為開關操作是引起干擾和過電壓的重要原因。

其他的干擾源，如短路電流、二次回路操作、局部放電及電力二次系統內部的電子元器件等等，都會產生干擾。

3.2 電力二次系統形成干擾的原因分析

電力系統的二次系統是由二次電纜和二次設備組成的。電力系統二次設備的種類和型號很多，所處的運行環境異常復雜。二次回路干擾形成的主要原因有下列凡種:

(1) 雷電流注入接地網所造成的干擾;

(2) 工頻短路電流注入接地網所造成的干擾;

(3) 一次、二次設備的操作引起的干擾。

(4) 強電場環境下，由于電磁場作用引起的干擾。

這些干擾可能對電力系統的正常運行產生影響，輕則引起二次系統及設備的運行穩定性，重則會導致保護誤動作，造成停電，甚至會形成更大的事故。

3.3 電力二次系統的抗干擾設計

在設計電力二次系統時，在硬件上采用一些抗干擾措施，可以有效抑制干擾信號的侵入，提高裝置的抗干擾能力。主要措施如下:

(1) 隔離

為了抑制共模干擾，保護裝置中與外界連接的線路如模擬量、輸入輸出開關量、數字量和電源線等，經由光電隔離或隔離變壓器隔離后再進入裝置內部。其中光電隔離主要通過光電耦合器將外部開關量信號及開關量輸出和內部電氣回路進行隔離，隔離變壓器主要通過專用變壓器將一、二次側的交流回路隔離。

(2) 屏蔽

屏蔽的實質是通過具有良好導電性的金屬所構成的全封閉殼體來隔離和衰減電磁干擾，如微機保護的殼體，將核心數字部件、A/D轉換器等器件裝在內屏蔽殼體內。常見的屏蔽方式有抑制寄生電容耦合干擾的電場屏蔽(如電壓、電流變換器一、二次側繞組之間隔離)和防止電磁耦合及感性耦合的磁場屏蔽等。

(3) 濾波、退耦與旁路

抑制橫模干擾的主要方法是采用濾波和退耦電路。交流信號輸入通道都有前置模擬低通濾波器，兼有抗干擾的作用。交直流信號輸入通道兩個端子間應裝上0.01-0.047pF的退耦電容，為高頻橫模干擾信號提供旁路。從抗干擾角度考慮，RC濾波器比LC濾波器好，因為RC濾波器是耗散式濾波器，把噪聲能量變成熱能耗散掉了，而LC濾波器則會產生附加的磁場干擾，所以電感要加屏蔽罩。在電源系統中，對每個電路或每個組件都要采用退耦電路供電。

4結語

電力系統的二次回路數量多，系統復雜，所處的工作環境亦復雜多樣。系統的各種繼電保護裝置、動裝置和各種監控系統隨著微機產品的大量應用，對工作環境條件的要求也越來越嚴格，發電廠和變電站中的各種干擾是影響這些系統正常運行的主要因素。接地一方面是保證電力系統正常運行的必須條件，同時也是抗干擾的一項重要措施。在二次系統中，屏蔽電纜屏蔽層的接地、盤柜的接地、二次交流回路的接地、微機系統的接地等是非常重要而又復雜的工作，因此有必要對其做進一步的總結和研究。

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