變電站繼電保護抗干擾探究

王穎

摘 要:變電站中的電磁環境非常惡劣,繼電保護裝置的電磁兼容水平及安全、可靠性能是電力系統能夠穩定進行的關鍵因素。本文主要論述了變電站中的電磁干擾原理、干擾方式以及傳播方式,通過案例與抗干擾理論知識的相結合,對繼電保護裝置的必要性以及抗干擾性能進行研究。

關鍵詞:變電站繼電保護抗干擾探究

中圖分類號:TM774 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)07(c)-0095-01

變電站中的干擾主要指電磁干擾,電磁干擾的形成因素有三個方面:一是要有電磁干擾源,二是要有敏感設備對干擾能量進行接收,三是要有媒質將干擾能量與敏感設備相溝通。電磁干擾源種類多樣,而且傳播方式也不相同,具體內容如下。

1 電磁干擾源及傳播方式

1.1 典型干擾源

雷擊、系統的短路、輻射干擾以及靜電放電都是比較典型的干擾源。雷電是大氣層中最猛烈、最頻繁的電磁干擾源。雷電所產生的電流會在空間輻射電磁場,使地面金屬導體接收強大的電壓。導致系統中的電源線或信號線產生高壓脈沖,可能造成變電站內一次設備的絕緣損壞,或者通過一系列的傳播影響到二次設備的正確工作。系統發生短路時,可能導致大電流泄入接地網,引起接地網和接地點的整體電位升高。若二次回路、接地網接地點以及大電流的入地點距離較近,電位也會隨之升高,從而使二次回路中產生干擾電壓。

變電站中的輻射干擾主要是由工作人員通信工具引起的,同時站內的一些設備所產生的局部放電也會帶來輻射干擾。例如火花放電、點暈放電和沿面閃絡產生的輻射,對變電站的干擾都是不容忽視的;靜電充電是指兩種不同介電常數的絕緣材料摩擦時,會引起其中一種材料的充電情形。若被沖過電的材料與其它導電物體相接觸,就會引起電荷的移動,產生強烈的電弧,可能導致電路元件發生故障。

1.2 干擾源的傳播方式及作用形式

電磁干擾源的傳播方式主要有兩種:傳導干擾、輻射干擾。傳導干擾就是通過電容、電阻和電感元件進行傳遞的干擾。輻射干擾是以電磁波形式進行傳遞的干擾。通常是傳導方式或輻射方式起關鍵作用,但有時兩者同時起作用。電磁干擾在敏感設備回路或裝置端口的作用形式包括共模干擾和差模干擾。共模干擾是指能夠引起回路的對地電位發生改變的干擾,或者指從干擾源到敏感設備的回路上的兩條線都以參考地作為返回通道的干擾。共模干擾可以是直流也可以使交流。差模干擾主要指干擾往返在同一回路的兩線之間。

2 繼電保護抗干擾分析

電磁干擾主要通過繼電保護裝置的端口以共模干擾的形式進入保護裝置內部,若裝置中某回路元件的分布參數發生不對稱的情況,共模干擾就會轉化為差模干擾的形式,進而形成對器件或回路的干擾,在干擾傳播中,主要以傳導干擾的方式作為主要表現方式。這里將結合案例對這一觀點進行闡述。

2.1 有關案例

案例一:某變電站為220kV,其旁路開關在代路時采用無壓方式重合閘的方式,但是多次重合都不成功。通過對繼電保護裝置進行分析,發現此變電站是高層布置,而且各個旁路母線刀閘和機構箱都處于高處構架上,開關間隔也沒有專用的電壓抽取設備。案例二:某變電站為330kV,系統母線因檢查修理而隔離開關,但在母線由運行轉為檢修時,隔離開關產生強烈電磁干擾,使同串相鄰開關的死區保護發生誤動。而值班人員拉開隔離開關時,其它開關出現跳閘現象。而且在開關跳閘過程中系統并沒有出現短路故障。斷路器有保護動作發生,線路中的保護裝置沒有任何信號,系統其他設備也沒有異常的反映。

2.2 抗干擾性能分析

當線路的間隔需用代路操作時,與之對應的別路母線開關閉合,其它的間隔開關全部斷開。通過代路間隔的電壓抽取裝置抽取的電壓經過其它間隔開關時的節點切換和母線的電壓比較,為線路操作和重合閘提供使用。對保護裝置進行檢查發現,所有的線路在間隔未代路時旁路母線的開關全處于拉開狀態,保護裝置中的輔助電壓切換電壓高于電壓的定值,就會造成重合閘的失敗。同時,若母線經輔助節點切換后產生的輔助節點處于同一電纜中,就會引起線路周圍磁通量的變化,對其它線路產生電磁干擾,引起保護裝置不能正常的工作運行。這時,就需要使用保護屏上的代路控制開關接點進行電壓的同期切換,取代旁路母線的隔離開關切換方式,避免多條線路的平行排列,就能有效的避免電磁干擾現象的發生,保障繼電保護裝置的正常運行。

帶電空載在閉合隔離開關時,會使用瞬態的波形記錄儀器在CT端記錄、顯示干擾電流的電壓波形以及斷路器的保護情況。測試結果表明,當系統和CT回路情況正常時,電閘的開關保護會產生誤動,從測量儀上可以明顯的顯示出高頻的干擾電壓及電流。所以在拉開刀閘時所產生的電磁干擾電壓是導致裝置保護的主要因素。

變電站對保護屏采用了屏蔽電纜,且屏蔽層的兩端采取接地措施,如果CT回路接地正確,干擾源的傳遞途徑就不可能是電容耦合。這時,變電站中的干擾源主要是傳導耦合引起,也就是說刀閘在拉合過程中空載短線會產生感應電勢。感應電勢會經過電流互感器傳到CT回路中,對保護裝置造成一定的影響。當開關回路發生短接后就會降低干擾程度,這主要是因為電磁干擾是由CT傳導過來的。從干擾原理來說,這種形式的干擾屬于差模形式的干擾,同時電纜屏蔽無法有效的抵抗這種干擾。需要采用一定的接地措施和屏蔽措施,加強保護裝置的抗干擾能力,這樣才能有效抑制刀閘拉合時產生的干擾。將保護裝置變為高速脈沖干擾的繼電器保護裝置后,就能避免隔離刀閘引起保護誤動現象的發生。

2.3 變電站采取措施

變電站采取的措施主要包括設備的防范措施以及施工防范措施。施工防范措施是指將保護室的地板結構和墻中的加強筋并聯在一起和地網連接,制造出一個可以放置整個系統的低阻抗平面。避雷針需用導體與地網連接,上面的金屬構件要和鋼筋混凝土中的鋼筋相連,形成一個有效的抗干擾系統。

設備防范措施是指要盡量減少電壓、電流互感器以及避雷器等裝置的接地阻抗,構建一個低電阻的接地網來改變變電站內的地面電位差。而高頻耦合電容器和電容式互感器要盡量降低底座高度,用多股導線為接地引線來提高接地網密度。二次回路中的兩根線要避免產生差模電壓,所以多把兩根線用在同一電纜中,同時二次電纜的敷設要緊靠著地下引線。對于進入繼電保護裝置的電壓、電流要用帶有屏蔽層的電纜進行控制,而且屏蔽層的兩端要采取接地措施,接地地點要原理一次設備接地點。需注意的是,不同等級的強、弱電回路不能同時使用一根電纜。

3 結語

本文主要分析變電站中的各種電磁干擾原理、干擾方式以及電磁干擾的傳播方式和作用形式。通過對相關案例的詳細分析,論述保護裝置的抗干擾能力的必要性。分析了繼電保護裝置中的抗干擾措施以及措施的優點不足,并提出變電站也需要采用一定的防范措施來降低電磁干擾的出現。

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