關于500kV高壓變電站繼電保護抗干擾方法的研究

張黎明

（四川省電力公司超（特）高壓運行檢修公司，四川 成都 610000）

前言

隨著電力建設的快速發展，用電戶對電力系統供電的質量要求越來越高，這對電力系統能夠可靠安全的運行具有較高的挑戰。然而在電力系統中，由于電氣元件發生故障導致無法正常運行是難避免的，繼電保護裝置是可以預防事故發生的。因此，當電力系統元件發生故障時，繼電保護裝置能自動、快速、有選擇的將故障元件從電力系統中切除，從而保證電力系統可靠地供電。

1.干擾來源

高壓變電站是具有高強度電磁場環境的特殊區域。而裝在變電站里面的繼電保護和自動裝置不間斷的受到強電磁場的干擾。當采用具有很高抗電磁干擾能力的電磁型元件時，變電所的電磁干擾問題并沒有提到議事日程。隨著半導體電子元器件尤其是微處理器廣泛應用于保護裝置中，二次回路設備的電磁干擾問題開始突出表現出來。影響繼電保護和自動裝置的變電所電磁干擾，包括來自一次系統的干擾，如變電所遭雷擊，雷電流通過接到變電所母線的架空線路傳入變電所；電力系統發生短路故障；在正常運行條件下，在變電所內進行斷路器、隔離開關等的操作；也包括來自二次回路本身的干擾；運行人員在近處使用步話機和由于人身觸及電了設備外殼產生的火花放電等。所有微機系統均應適應高壓變電所的電磁場環境，滿足針對以上干擾的一切要求，即下頻耐壓、雷電波、脈沖干擾、靜電放電、輻射電磁場及快速瞬變干擾試驗標準等。

2.電磁干擾的傳播途徑

在高壓變電站里，有多種渠道將電磁干擾源和受干擾的二次回路和二次設備聯接起來，這些耦合渠道包括以下方面:

2.1.輻射干擾

①步話機的輻射干擾；②高壓開關場的直接電磁干擾。

現代微機繼電保護和控制設備直接安裝在開關場，抗高壓開關場電磁干擾就成為關鍵性問題。因為與步話機引起的電磁干擾相比，不但干擾強度高出了一個數量級，且干擾的頻譜也更寬，所以必須對保護設備進行特殊屏蔽。500kV變電站微機保護采用了三層結構：以焊接的金屬板柜為第一層，處理的信號均經接口單元接入。在接口單元中設有隔離變壓器及光耦等，以隔離進入的電流電壓信號與輸入、輸出的二進制信號。設計良好的箱體和良好的接地屏蔽，保證共模干擾不進入內部的信號處理系統。以鋁結構框架及外殼形成第二層。帶護環的多層板的印刷線路則為第三層。

2.2.開關場的各種耦合

①電容耦合；②電感耦合；③傳導耦合。

當同一電纜中某芯線通過很強的干擾電流時，將在其它芯線感應出干擾電壓，并在終端聯接設備上的共模與差模干擾的形式出現。

3.變電站的抗干擾措施

為控制裝置與繼電保護裝置的正常運行，一方面要求二次電子設備本身具有符合要求的抗電磁干擾能力；另一方面在變電所的設計和建設中采取相應措施，使得傳到這些二次設備上的干擾水平降低到低于它們可接受水平[1]。

3.1.在干擾源上降低干擾

首先希望在一次干擾源上降低干擾水平，但這種事情行之不易，有的不可能。在可能采取的措施中，最重要的是一次設備的接地問題，盡可能降低一次設備如避雷器、電流互感器、電壓互感器等的接地阻抗，降低因注入高頻電流時產生的暫態電位升；并構成具有低阻抗的接地網，以盡可能降低變電所內的地電位差，以降低對二次回路及設備的干擾。但無論如何，只可能降低干擾水平而不能完全避免對二次回路及設備的干擾。

3.2.二次回路上的抗干擾措施

由于一次系統來的電磁干擾不可避免，降低對二次回路及設備影響的基本手段是設法斷開二次回路及設備與一次回路之間耦合。普遍采用以下的重要措施：

3.2.1.屏蔽電纜兩端接地

采用帶屏蔽層的控制電纜，且屏蔽層在開關場和控制室內兩端同時接地是70年代以來國際通用的一種有效的二次抗電磁干擾措施，它的好處有以下兩條：

當控制電纜為母線暫態電流包圍時，在電纜的屏蔽層中將感應出屏蔽電流，由屏蔽電流產生的磁通，將抵消母線暫態電流產生的磁通對電纜芯線的影響。

屏蔽層兩端接地，可降低由于地電位升產生的暫態感應電壓。當雷電經避雷器注入地網，使變電所地網中的沖擊電流增大時，將產生暫態的電位波動，同時地網的視在接地電阻也將暫時升高。當低壓控制電纜在上述地電位升的附近敷設時，電纜電位將隨地電位的波動而受到干擾，如屏蔽層只在一端接地，在非接地斷的包皮對地與導線對地將可能出現很高的暫態電壓。

3.2.2.高頻保護的抗干擾措施

全線速動的高頻保護作為線路保護的主保護，它具有重要的作用，構成高頻保護通道的高頻電纜與一般控制回路電纜相比具有特殊性。高頻電纜從耦合電容器底座引下時，應采取以下抗干擾措施：

降低底座高度，用多根線作為一次接地線，并增加一次接地線接地點的地網密度；二次電壓電纜回路不得借用一次接地線接地，按地點離一次接地線的接地點有一定距離；二次電壓引下底座時應盡可能與一次接地線靠近，裝電纜的鐵管應在底座處與聯通地網的底座鐵架聯通。

高頻同軸電纜的屏蔽層一身兼二任，除起屏蔽作用外，同時又是高頻通道的回程導線。如同軸電纜屏蔽層一點接地，在隔離開關操作空母線時，必然在另一端產生高暫態電壓。但屏蔽層兩點接地后，當高壓電網發生接地故障后，當高壓電網發生接地故障，接地電流通過變電所地網時，在兩接地點間的工頻地電位差將形成縱向電壓引入高頻電纜回路，所以收發信機與聯接濾波器的聯接，應將形成線路串諧濾波的電容接到變量器與高頻電纜纜芯之間，以形成對工頻電流的抑制。同時為進一步降低兩端間的地電位差，和盡可能降低屏蔽層兩端間因兩端接地而引入的由通過屏蔽電流引起的電壓降，與同軸電纜并聯敷設緊鄰的100mm2粗銅導線。該接地粗導線應置于電纜溝上層，即干擾源和控制電纜中間。

3.2.3.構造等電位面

基于微機保護裝置的重要特點，一是自檢能力，二是通信功能。如微機繼電保護裝置集中在主控制室，為實現可靠通信，必須將聯網的中央計算機和各套微機保護以及其它基于微機的控制裝置都置于同一等電位平臺上，這個等電位面應該與控制室地網只有一點的聯系，這樣的等電位面的電位可隨地網的電位變化而浮動，同時也避免控制室地網的地電位差竄入等電位面，從而保持聯網微機設備的地之間的電位差，保證微機保護和聯網通信的可靠運行。

3.3.裝置配線上的抗干擾措施

除了在二次回路上采取措施外，在微機保護盤上對交流及直流電源導線也應采取抗干擾措施。如開關場進線在繼電保護盤端子處經電容接地，這是因為控制電纜電磁干擾中電母線傳到控制回路，控制電纜的屏蔽對這種干擾無能為力。在二次回路端子上出現共模干擾，還由于屏蔽層屏蔽作用不理想，通過控制電纜所具有的一定值的轉移阻抗，也會有一定的殘留電壓。另外，一個共模干擾的來源，是控制電纜屏蔽層引出接地線在一次設備端子因通過高頻屏蔽電流所產生的高頻電壓。由于以上原因，除了采用屏蔽電纜以外，還應該在開關場進線的繼電保護盤端子上對地接入高頻濾波回路，而最為簡便的是在這些端子上接入對地電容。

3.4.在保護裝置本體及硬件上采取的抗干擾措施

①保護裝置的箱體必須經試驗驗證可靠接地，所有隔離變電器的一、二次繞組間必須有良好的屏蔽層，屏蔽層應在保護屏可靠接地。②保護裝置只能以空觸電或光耦輸出。③外部引入至微機保護的空觸電，進入保護應經光電隔離。④ CPU插件總線不外引。⑤模擬量輸入通道加光耦。⑥背板走線采用抗干擾設計。

3.5.在二次回路上采取的另外一些抗干擾措施

①弱電和強電不合用一根電纜。②保護用電纜與電刀電纜不同層敷設。③保護用電纜敷設路徑應盡可能離開高壓母線及高頻暫態電流入地點，應與高壓母線垂直，最好不要平行敷設。④由同一設備引出的所有電纜，在開關場必須靠攏在一起。

4.結論

電力系統繼電保護為了能在變電站的強電磁環境中安全可靠運行,需要滿足以下2個方面的條件:

(1)繼電保護和自動裝置應該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的電力設備產生不允許的干擾,即應該有電磁兼容性;(2)確保引入裝置的電磁干擾必須低于裝置本身的耐受水平。

前1條要求主要應由裝置的研發、制造部門滿足;后1條要求主要應由變電站的設計、施工、運行、管理部門來保證。特別是設計部門的設計,具有至關重要的作用。實踐證明,只要滿足了這些要求,發變電站中的"干擾"問題是完全可以解決的。

[1]朱聲石.高壓電網繼電保護原埋及技術.中國電力出版社.2003.

[2]賀家李.電力系統繼電保護原理 [M].北京:中國電力出版社,2004.