綜合自動化變電站微機保護抗干擾研究

謝夕勇

（十一冶建設集團有限責任公司，廣西 柳州 545007）

1 引言

變電站綜合自動化系統是利用先進的計算機技術、現代電子技術、通信技術和信息處理技術等實現對變電站二次設備（包括微機保護、控制、測量、信號、故障錄波、自動裝置及遠動裝置等）的功能進行重新組合、優化設計，對變電站全部設備的運行情況執行監視、測量、控制和協調的一種綜合性的自動化系統。通過變電站綜合自動化系統內各設備間相互交換信息，數據共享，完成變電站運行監視和控制任務。另一方面，對電力系統本身而言，正常運行時，其生產和傳輸電能的方式就是靠電磁轉換。[1]換言之，電力系統就是一個巨大的電磁網，電力系統一、二次設備就是在這個環境下工作，從而這一電磁網不可避免地會對電力設備特別是二次設備產生電磁干擾。為此，必須開展變電站綜合自動化保護抗干擾性能的研究，以期能夠從中找到合理可靠的變電站綜合自動化抗干擾措施和方法，并以此和廣大同行分享。

2 變電站干擾源分析

同一電力系統中的各種電氣設備，由于運行方式的改變、故障、開關操作等引起的電磁振蕩會波及很多電氣設備，使其工作性能受到影響甚至遭到破壞。電力系統電磁干擾主要表現在一次與一次設備之間、一次和二次設備之間、二次和二次設備之間，包括工頻、諧波、沖擊和高頻振蕩。

變電站和發電廠本身是一個強大的電磁干擾源，在正常和故障情況下都會產生各種電磁干擾。干擾源大致可分為以下幾類：[2]

2.1 電磁藕合干擾

電力系統一次和二次設備之間幾乎都是通過電磁禍合進行工作的，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藕合到二次設備；大電流產生的磁場也可通過電感禍合到二次設備。

2.2 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。

2.3 雷電干擾

雷電流平均20 kA，最高可達200 kA，其發生時間處于此級，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。

2.4 操作引起的干擾

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。

2.5 短路電流

短路產生的大電流通過禍合對二次設備造成干擾，且短路入地電流會引起地電位升高，形成地電位差。

2.6 二次回路操作干擾

如繼電器回路，當斷開直流回路電感線圈時會產生高頻過電壓，每次開關觸點都要在回路中產生一次波過程，一連串的暫態過程直接影響著同一電源下的回路，同時通過電磁禍合到其他回路。

2.7 局部放電

高壓導線表面及絕緣子金具尖端部位的電暈放電，接觸不良產生的火花放電以及污穢絕緣子表面的局部火花等都會產生電磁輻射，形成輻射干擾源。

3 變電站綜合自動化微機保護抗干擾措施探討

3.1 微機保護抗干擾措施分析

微機保護裝置應具有一定的耐受電磁干擾的能力，同時這些裝置本身也不應對周圍電子裝置產生不允許的電磁干擾。設計微機保護裝置時不僅要求裝置有較高的性能，同時要求抑制電子線路的相互干擾，尤其是高頻數字、模擬混合電路，即所謂良好的電磁兼容性。

分析干擾首先應從干擾的三要素著手：噪聲源、對噪聲敏感的接收電路及接收電路之間的藕合通道，并采取相應措施。

3.1.1 消除和抑制噪聲源

消除噪聲源是積極主動的措施。繼電器、接觸器、斷路器等電接觸點在通斷時電火花是較強的干擾源，采取消弧措施可以抑制這種干擾源，例如，在觸點并聯消弧電容及續流回路的方法。接插件接觸不良或電路接頭松脫、虛焊等也是一種造成干擾的原因。找到了原因就應設法消除。實際上往往有些干擾對某些裝置是有用的信號，所以在考慮防護措施時，不能簡單的只考慮一個方面單純地只去消除干擾源。

3.1.2 破壞干擾通道

對于以“路”的形式入侵的干擾，可采取提高絕緣性能的方法抑制泄漏電流的干擾途徑。采用隔離變壓器、光電隔離器等方法切斷和隔離環路干擾途徑；采用濾波、選頻、屏蔽等方法將干擾信號引開；對一些數字信號則可采用整形、限幅等信號處理的方法切斷干擾途徑；改變接地形式以消除共阻抗禍合的干擾途徑等。

對于以“場”的形式入侵的干擾，一般采取各種屏蔽措施。但要注意的是“場”的干擾一旦影響了測量裝置之后，必然又以“路”的形式傳導開來，所以除了只考慮屏蔽層措施抑制“場”的干擾之外，往往還必須兼用抑制“路”的干擾的某些措施。

3.1.3 消弱接受電路對噪聲干擾的敏感性

高輸入阻抗的電路比低輸入阻抗的電路受噪聲干擾的影響要大；布局松散的電子裝置比結構緊湊的更易受外來噪聲干擾；模擬電路比數字電路的抗干擾能力差。這些都說明對于被干擾的對象來說，有干擾的敏感性問題。[3]在電路中采用選頻措施就是消弱電路對全頻帶噪聲源的敏感性；電路中采用負反饋也是削弱電子裝置敏感性的措施。任何一臺電子裝置都應對有用信號具備足夠的敏感性而對噪聲則有不敏感的特性。

3.2 微機自動保護抗干擾設計中應注意的問題

（1）對用于微機保護電壓、電流和信號接點的引入線，應采用屏蔽電纜，屏蔽層在開關站與控制室同時接地，不允許用電纜芯兩端同時接地的方法作為抗干擾措施。利用電纜的屏蔽作用減緩電磁干擾，在控制室內電纜屏蔽層宜在保護柜上接于柜內的接地銅排；開關場電纜屏蔽層應與高壓設備有一定距離的端子箱接地。互感器每相二次回路經屏蔽電纜從高壓箱體引至端子箱，該電纜屏蔽層在高壓箱體和端子箱兩端接地。對于雙層屏蔽電纜，內屏蔽應一端接地，外屏蔽應兩端接地；電纜屏蔽層最好不要接在保護柜（柜）上的接地銅排上。

（2）傳送音頻信號應采用屏蔽雙絞線，其屏蔽層在兩端接地；傳送數字信號的保護與通信設備間的距離大于50 m時，應采用光纜；對于低頻、低電平模擬信號的電纜，如熱電偶用電纜，屏蔽層必須在最不平衡端或電路本身接地處一點接地。

（3）交流回路與直流回路不使用同一根電纜，可防止交直流間的相互干擾。強電回路與弱電回路不使用同一根電纜，屏內連線不捆扎在一起，可防止強電回路對弱電回路的干擾。

（4）不采用電纜備用芯兩端同時接地方法作為抗干擾措施。因為這樣做，當接地的電纜芯兩端地電位不同時，會在接地的電纜芯中產生電流，對不接地的電流芯產生干擾。

4 結束語

微機保護裝置工作于變電站中，所受的電磁干擾是很嚴重的。要提高保護動作的準確性，首先要提高裝置的電磁兼容性。文章通過對微機保護裝置中干擾源的分析，詳細探討了變電站綜合自動化微機保護系統中的抗干擾措施的應用，對于進一步提高微機保護的自動化水平和可靠性具有較好的指導意義。

1 王洪新、賀景亮.電力系統電磁兼容[M].武漢：武漢大學出版社，2004

2 余敏、張斌.微機保護裝置的抗干擾[J].湖北電力，2008（2）：19～20

3 李貴山、楊建平、黃曉峰.電磁干擾（EMI）和射頻干擾（RFI）及其抑制措施研究[J].電力系統及其自動化學報，2002（4）：36～40