電力系統抗干擾措施研究

魏星

（貴州銅仁供電局，貴州 銅仁 554300）

1 引言

電力系統的操作引起的暫態電壓會在二次回路中感應產生干擾，影響繼電保護裝置的正常工作。20世紀80年代后期，微機型繼電保護的出現是繼電保護技術發展史上的一次飛躍，它不僅僅表現為從模擬型向數字化的簡單過渡，事實證明，微機型保護裝置原理先進、技術性強、功能齊全、可靠性高；有自檢功能、便于運行、便于維護以及便于實現自適應原理的新裝置，因而它一經問世，便以極快的速度在電力系統中推廣開來，并取得良好的成果。

2 電力系統中的干擾來源及分類

干擾的分類有多種方法，主要有以下幾種：

按頻率范圍劃分，干擾可以分為低頻干擾和高頻干擾2類。低頻干擾包括工頻及其諧波以及頻率為幾千周的低頻振蕩；高頻干擾包括各種暫態現象以及衰減的高頻振蕩。

按照干擾的形態，干擾可分為：①共模干擾，這是發生在保護裝置電路中的某一點和接地線(或外殼)之間的干擾。②差模干擾，這是發生在電路兩導線之間的干擾，是和有用信號傳遞途經相同的一種干擾。保護裝置接受這種干擾的能力和接受有用信號的能力完全相同。當共模干擾在各導線上縱向壓降不平衡時，也會間接地產生差模干擾。

按照干擾的危害，干擾可分為:①引起保護與自動裝置不正確動作的干擾。低頻差模干擾通常屬于此類干擾。一般情況下，保護裝置在工頻上下有一個通頻帶，可以濾掉高頻干擾。而低頻差模干擾與有用信號一起進入回路，形成干擾，影響其正常工作。②引起設備損壞的干擾。由于高壓網絡的操作或雷電波引起的高頻振蕩，其幅值大大超過低頻干擾，常易造成保護裝置元件和二次回路的損壞，這種干擾通常屬于共模干擾。

3 一次系統與保護(控制)回路耦合產生的干擾

當電力系統進行線路或母線的空投或切斷、電容器的空投或切斷、電容式電壓互感器的空投或切斷等類操作時，常會引起瞬間過電壓(浪涌電壓)和高頻振蕩電流，這種浪涌電壓和高頻振蕩電流可能達到相當高的數值。它們會通過電磁感應、靜電感應或公共回路的耦合在二次回路中形成干擾，現分述如下：

3.1 電磁耦合的干擾

當電力系統進行操作時，例如投入電容式電壓互感器，由于導線的自感、導線間存在的互感以及分布式電容組成的L、C回路，將會產生衰減的高頻振蕩。此高頻電流將流過接地網和中性線，如果電容式電壓互感器的二次電壓引線與高壓導線或接地網中性線平行，則由于互感的存在，高頻電流將在二次電壓線上產生感應電壓，即為干擾電壓，可達數千伏。因為它們是對地的，這一干擾為共模干擾。由于互感器各相電壓回路對地線回路的互感不可能完全相等，共模干擾的電壓也不會完全相同，于是在各相導線間，會出現差模干擾。“屏蔽”是降低電磁耦合干擾的有效措施。干擾導體中的高頻電流將在其周圍產生干擾磁通Φ1，若被干擾導體不采取任何措施，則Φ1將在其上產生感應電勢，并形成干擾電壓。若被干擾導體外有金屬屏蔽層，則Φ1將在屏蔽層中感應出感應電勢。如果給屏蔽層中的感應電勢一個低阻抗的回路以產生感應電流，根據電磁感應定律，這一感應電流所產生的磁通Φ2總能抵償Φ1，從而起到屏蔽的作用。為了達到屏蔽的目的，要求做到以下幾點:

屏蔽層是導電體，而且兩端接地，以產生感應電流；屏蔽層有盡量高的導電率，以產生較大的作用于抵償干擾磁通的電流；屏蔽層完全包圍導體。如果能夠滿足上述條件，就可以達到幾乎完全的屏蔽作用根據以上屏蔽原理，若導體本身不具備良好的屏蔽層，又希望減少外磁場干擾時，可以采用下述方法之一來達到一定的屏蔽目的。

①與被干擾導線平行地敷設1條導線且使其兩端接地；②在該導線所在的電纜中，若有備用芯，可將該備用芯兩端接地。

3.2 靜電耦合的干擾

靜電耦合的干擾實際上是電容耦合的干擾。它是由于控制導線處于高壓帶電導體(如高壓母線、線路、高壓設備的帶電部分等)和大地之間的電場而產生。這種干擾是由于高電壓產生的，與有無暫態電流無關。

假設控制導體A與高壓干擾源B之間的電容為C1，與大地間的電容為C2，干擾源對地電壓為U，則控制導體A因干擾源有電壓U而產生對地電壓，此電壓即為導體A因電容耦合而受到的共模干擾。如果作為控制回路的2個導體對干擾源和大地的位置不對稱，即2條導體對于干擾源和大地的電容不同，則它們感應的電壓U2(共模干擾電壓)不同，于是這2個導體之間將會出現電位差ΔU，這一電位差即由靜電耦合產生的差模干擾。

3.3 公共電路耦合的干擾

變電所的一次電路和二次電路都有接地點，實際上，它們是接于接地網的不同點上的，因而，接地網就是最常見的公共電路。公共電路可以形成耦合作用以產生干擾，以下用投入CVT產生的暫態電流通過接地線的阻抗引起干擾為例說明。CVT的一次和二次繞組(僅畫出單相)的中性點，接于分壓電容的接地端后，再經過接地線接地。接地線本身的分布電阻和電感用一個集中阻抗Z表示。合上K，將CVT投入運行時，會產生一個很大的暫態電流i0，i0在Z上產生的壓降使CVT二次繞組中性點和接地點電位升高，大大高于控制室地電位，因而，使接入繼電器或儀表的二次電壓線和它們的接地的金屬外殼之間產生很高的過電壓。

3.4 直流系統操作引起的干擾

在直流系統中斷開輔助繼電器、斷路器合跳閘線圈等有感元件時，可能引起很高的電壓，這也是一種重要的干擾源。切斷電感元件時線圈兩端出現的暫態過電壓具有振蕩的性質，其大小和頻率決定于下列因素：被切斷的線圈電感量；被切斷的電流值；線圈兩端及引線間的雜散電容；線圈的電阻及其鐵芯和周圍介質的損耗；操作開關的構造及其滅弧介質的“擊穿電壓-時間特性”。當被操作的開關是理想的開關，即其斷開時間為零。斷開時開關斷口耐壓無限大，則暫態只限于線圈及其引線。

4 減小干擾影響的措施

繼電保護和自動裝置的抗干擾問題是一個很復雜的問題，沒有一個通用方法，只能因地制宜，根據前述討論，提出以下幾種行之有效的抗干擾措施：

4.1 遠離干擾源

干擾源和被干擾回路之間的電容和電感，是兩者之間距離的對數函數，增大它們之間的距離可以減小電容和互感，因而可以減小靜電感應和電磁感應引起的干擾。

4.2 減小干擾源的干擾強度

給隔離開關和斷路器的斷口上并聯高電阻。當斷開時，將電阻接入可以減小所引起的暫態電壓浪涌。這是減小干擾的經濟而有效的方法。

給直流繼電器線圈和其他電感線圈并聯穩壓管或非線性電阻，以減低線圈被切斷時所引起的暫態電壓浪涌。

為了防止電流互感器在過大的交流電流作用下飽和而在每半個周期中產生尖峰的高電壓，可在其二次繞組上并聯碳化硅非線性電阻。在繼電保護輸入回路并聯小電容 (如0.5μf)，以減小高頻干擾。

5 結束語

電力系統繼電保護和自動裝置從電磁式到半導體型，再至數字型，是技術上極大的進步，由此而產生的“干擾”問題，也引起了技術界的廣泛關注，并開展了大量的深入研究。

[1]茍同江.微機繼電保護裝置的抗干擾防護措施[J].

[2]趙波.微機型繼電保護裝置的抗干擾措施[J].

[3]臧立巖,吳志明.微機繼電保護裝置的優點及抗干擾防護措施[J].