繼電保護的抗干擾探索

摘 要：變電站是一個具有高強度電磁場環境的特殊區域，干擾是造成變電站繼電保護裝置不正確動作的原因之一。隨著技術的發展，變電站二次設備廣泛采用大規模集成電路，繼電保護設備的微型化，數字化，智能化發展對繼電保護裝置的可靠性要求越來越高，抗干擾能力要求也越來越強。

關鍵詞：繼電保護；電磁干擾；抗干擾

中圖分類號： TM77 文獻標識碼：A

繼電保護裝置一般由測量回路、邏輯回路和出口回路組成。測量回路從CT、PT采樣一次設備電流、電壓信息與裝置內部設定的電流電壓信息相比較，做出是否越限的判斷；邏輯回路是將各個測量信息綜合起來，做出是否出口動作的判斷；出口回路則是將動作的信息轉化為驅動一次設備的動作行為，保證一次設備可靠動作。現今的繼電保護也由低功耗小體積、高靈敏高可靠，逐步向自動化、智能化發展。因此保護的抗干擾能力也應相應增強和完善。

1 電磁干擾源

電磁干擾源一般通過傳導、電磁場、磁場及電場對變電站繼電保護設備產生干擾。傳導是指經過金屬線路的傳輸，其途徑可分為電容傳輸，電感傳輸和電阻傳輸。傳導干擾的傳輸要求在干擾源及敏感設備間有完整的電路連接 ，包括導線、供電電源、公共阻抗、設備機架、金屬支架、接地平面、互感或電容等。磁場感應是指交流電流在導體中流動產生的磁場與相鄰的導體耦合 ，產生感應電壓。電場耦合發生在低阻抗電路中，導體上的交流電壓產生的電場與臨近導體耦合，并感應出電壓。電磁場耦合是指當交變電壓通過網絡導體產生交變電流時，產生電磁（ EM）波，E場和H場互為正交同時傳播，其傳播速度由傳輸介質決定，在自由空間等于光速，在靠近輻射源時，電磁場的幾何分布和強度由干擾源特性決定，僅在遠處是正交的電磁場。而目前大部分保護和監控裝置既有數字部件，又有模擬部件，模擬電路在干擾作用下往往使開關電路誤翻轉，在沒有完善閉鎖措施時將會導致動作；數字電路受干擾作用往往造成數據或地址傳送錯誤，從而導致裝置運行故障或功能故障。

2 繼電保護的抗干擾措施

2.1 接地

接地是電力系統中的一種非常有效的抗干擾的技術措施。電器設備接地不僅為了保護設備，也同時起到人身安全的防護作用，繼電保護裝置柜體、電子儀器外殼或屏蔽層通過接地使高頻干擾電壓形成低阻通路，可達到防止其對裝置引起干擾。另外，一個測量系統中有兩點或兩點以上接地，則兩點間的地電位差會引起干擾，因而一般都采用“一點接地”的準則。如一變電站中的幾組電壓互感器，其二次回路的中性線需要都引入室內，在母線上連接并一點接地，以防止將開關場的地電位差引入繼保回路。對微機保護集成電路保護而言，保護機箱、機柜結構上的良好接地系統對抵抗幅射電磁干擾是十分重要的，這要求保護繼電器應采取表板、機箱可靠接觸并接地，機柜前后門可靠接地，各層機箱接地，并且接地線要粗（絞股線）且直接焊接在柜接地條上，將幅射電磁干擾信號盡可能旁路到地里。另外要注意，電子技術中信號的基準電位 “地”與測量裝置中的接地（輸入與輸出信號的公共零電位），兩者不能混淆。所以通常電子裝置或設備有三種性質的地線，信號地線、金屬地線（機殼、機箱的保護地線）與驅動回路地線，這三種地線應該分開設置，并通過一點接地，可避免因公共地線各點電位不同而產生的干擾。

2.2屏蔽

屏蔽是防止靜電電場電磁相互感應的方法。它的目的就是隔斷“場”耦合。在繼電保護微機裝置內部，通常蔽指的就是靜電屏蔽和電磁感應屏蔽。

靜電屏蔽應具有完善的屏蔽體和良好的接地。電磁屏蔽就是以金屬隔離的原理來控制電磁干擾由一個區域向另一區域感應和輻射傳播的方法。因此如銅板銅箔、鋁板鋁箔、金屬鍍層和導電涂層等高導電性的材料常作為屏蔽材料，以滿足電磁兼容性要求。實際變電站二次設備的電磁屏蔽效能更大程度上依賴于機箱的結構，即導電的連續性。機箱上的接縫、開口等都是電磁波的泄漏源。穿過機箱的電纜也是造成屏蔽效能下降的主要原因。解決機箱縫隙電磁泄漏的方式是在縫隙處用電磁密封襯墊。電磁密封襯墊是一種導電的彈性材料，它能夠保持縫隙處的導電連續性。機箱上開口的電磁泄漏與開口的形狀、輻射源的特性和輻射源到開口處的距離有關。通過適當設計開口尺寸和輻射源到開口的距離也能夠改善屏蔽效能。

二次電纜也應采用屏蔽電纜，盡量減少接頭。對于重要的控制電纜，在設計中應采用完整的電纜，盡量考慮減少電纜的長度。電纜的敷設也是一個重要環節，二次回路中來回的兩根芯線必須在同一根電纜中，以避免產生過大的差模電壓，由電容式設備來的二次電纜應緊靠接地引下線敷設；禁止不同能量等級的強電與弱電回路共用一根電纜。

濾波、退耦

濾波器是抑制經導線耦合到電子電路及電氣設備的干擾的一種有效方法。在繼電保護電路中濾波器隨處可見，在交直流電源輸入回路、邏輯鑒別回路、高頻收發訊回路中濾波器都起著重要作用。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。

2.4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。

結語

電力系統的繼電保護回路數量多，系統復雜，所處的工作環境亦復雜多樣。隨著電力系統的發展，各種微機型繼電保護裝置、制動裝置和監控系統的廣泛應用，對工作環境條件的要求也越來越嚴格，干擾是造成成繼電保護裝置不正確動作的主要因素之一。只有我們加強對抗干擾的認識和探索，采取正確的抗干擾措施，繼電保護裝置才能更好的工作，提高電力系統運行的可靠性。

參考文獻

[1]江蘇省電力公司. 《繼電保護原理與實用技術》

[2]《發電廠和變電站電磁兼容導則》中國電力科學院2000（1）.