淺談電氣二次回路的干擾與抗干擾

摘要：近年來，電力二次系統中微機型繼電保護裝置的應用越來越廣泛。隨著通信、微機自動化及變電設備制造等各種技術的日益發展，國內常規的幾家繼電保護自動化裝置和監控設備生產商，其產品也在不斷地更新換代。電力二次系統的自動化程度得到了非常大的提高，變電站的管理和控制也正往數字化、智能化、集控化乃至無人值班化的方向發展。因此，為了更好地保障電力系統供電的安全性，就必須對電氣二次回路的抗干擾加以重視，將軟件、硬件以及施工改造實施方案等各個方面有效地配合起來，使微機控制系統的抗干擾能力得到提高，使它們能夠為電網安全穩定運行提供長期而健康的服務。

關鍵詞：二次回路；抗干擾；操作回路

中圖分類號：TM64 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）26-0089-03

1 主要干擾源

高頻干擾、50Hz工頻干擾、雷電引起的干擾、電纜分布電容引起的干擾、控制回路產生的干擾、系統數字電路引起的干擾、高能輻射設備引起的干擾等，以上這些是目前能對微機保護產生干擾的主要干擾源。

1.1 高頻干擾

當帶電母線的高壓隔離開關切合時，會產生重燃過程。重燃過程每秒有多次，而每次重燃又都會產生電流波和電壓波。這些電流波和電壓波前沿都很陡，它們傳向母線并通過各種具有電容性的設備注入到地網。這些進行波在每一個有斷口的地方都會產生反射，從而引起高頻振蕩。高頻振蕩的頻率范圍一般在0.05～1 MHz， 最高的甚至可以達到5 MHz。這些高頻振蕩有可能會與二次回路產生耦合，引起感應干擾電壓。

1.2 50 Hz工頻干擾

因為變電站里的接地網并不是完完全全的等電位面，所以在接地網的不同點之間會出現一定的電位差。當注入到接地網中的電流比較大時，各點之間的電位差就有可能比較大。如果一個回路在變電站里的不同地方同時接地，地網中的電位差就會被引入到這個連通回路中， 引起原本不該有的干擾。在某些特定的情況下，地網中的這個電位差還有可能被引入到微機繼電保護裝置的檢測回路中，或者因為分流導致保護裝置拒動或誤動。對于這種干擾，我們稱之為50 Hz工頻干擾。

1.3 雷電引起的干擾

發生雷擊時，由于電磁耦合，有可能在地與導線間感應出干擾電壓。雷雨天氣，如果雷電直接擊到戶外的線路或桿塔，會有很大的雷擊電流流入到接地網中。由于接地網是存在電阻的，所以雷擊電流注入地網時在二次電纜的屏蔽層中會有暫態電流產生，這個暫態電流又會使電纜的芯線產生感應干擾電壓。另外，在外線路上感應產生的過電壓也有可能通過測量互感器引入到二次回路中，造成干擾。雷電干擾的頻率一般在幾kHz 到幾百MHz之間。

1.4 電纜對地分布電容引起的干擾

對于規模比較大的開關站和變電站，各個開關都是有獨立的小室，小室呈分散式布置在開關場地中。各個小室之間的距離會比較遠，連接各小室之間的電纜會很長，所以電纜對地的分布電容也會比較大。在一些比較惡劣的情況下，如交直流混接或直流接地等故障時，由于受電纜的對地分布電容影響，有可能造成斷路器操作裝置的中間繼電器回路誤動，從而引起斷路器誤動。這些年，因為受長電纜對地分布電容影響從而引起斷路器誤動的事故時有發生。

1.5 控制回路產生的干擾

在斷開接觸器或繼電器線圈的時候，有可能產生帶干擾的寬頻譜，它的頻率可以達到50 MHz。

1.6 系統數字電路引起的干擾

1.7 高能輻射設備引起的干擾

對講機、移動電話等一類的通訊工具在使用時，可能會對微機保護裝置產生干擾。

2 抗干擾措施

抗干擾最基本的理念就是：防止干擾源進入二次弱電系統。一方面，可以通過對二次回路的改造，增加各種隔離屏蔽措施，起到切斷干擾源傳播途徑的作用；另一方面，改進微機保護裝置的硬件，增強它的抗干擾能力。針對上面說到的干擾源，一般的抗干擾措施有以下幾種。

2.1 二次線路上的抗干擾措施

①電纜敷設時，對自然屏蔽物的屏蔽作用要充分利用。必要時，可以為保護用的二次電纜設置專用的平行屏蔽線。

②電纜應該采用屏蔽電纜或鎧裝電纜，其屏蔽層應由銅、鋁等電阻率低的材料制成，且在控制室與開關場兩端都要可靠接地，只有這樣才能有效地消除干擾。

③電壓互感器以及套管設備等應該盡量采用電容式的，以避免高頻干擾。

④在二次系統各通道出入口處裝設避雷器，以防止雷擊時的電壓干擾。

⑤接地措施要充分完善，各接地點之間應該可靠地互聯，使接地網形成一個封閉的整體，這樣才能有效地抗電磁干擾。

⑥對于給保護裝置提供逆變電源的直流電源，應該經過抗干擾處理。

2.2 保護裝置上的抗干擾措施

①微機保護裝置的外殼必須可靠接地，可以通過試驗進行確認。

②變電站中應該將所有同一電壓等級的電壓互感器的中性線引到主控室中，在主控室的同一個微機保護屏上可靠接地，然后再從這個屏給其他各需要的屏配出二次電壓的中性線。這樣設計，當有較大的接地電流流入接地網時，不會在不同的接地點間產生大的電位差，從而有效地避免造成保護誤動。

③所有電流、電壓、逆變電源等所用的隔離變壓器的一、二次繞組之間必須有屏蔽層，屏蔽層應該是良好的而且有可靠接地措施。

④保護裝置的模擬量輸入通道、開入通道、開出通道，都要求加隔離光隔。

⑤CPU插件采用總線不出芯片的設計，裝置背板布線應該有抗干擾設計。

⑥引入到保源護裝置的供電要有濾波和防雷措施。

2.3 操作回路中的抗干擾措施

以上所述的各種措施，基本能防御常見的大部分干擾，但對于由長電纜分布電容引起的干擾，作用卻甚微。

我們先看看二次控制系統中保護控制部分及操作部分的關聯回路簡化圖1。

要避免由長電纜對地分布電容引起的中間繼電器回路誤動，最明顯而有效的方法是減小ZJ回路的輸入阻抗。當ZJ回路的輸入阻抗減小到一定值，在發生直流系統接地故障或交流量混入直流系統故障時，由于阻抗的減小，在ZJ繼電器上的電壓降落會小于它的起動電壓，從而有效避免發生誤動。我們可以通過并聯電阻支路來降低ZJ回路的輸入阻抗。然而，單純的并聯電阻支路就能解決問題嗎？并聯電阻支路雖然能夠達到提高抗干擾能力的目的，但是在正常工作的情況下卻大大地提高了ZJ回路的穩態工作電流，使回路的功率大大增加，在散熱上造成新的問題。

本著既能降低回路的輸入阻抗又不增加回路功率的原則，專家們提出了一種有效的抗干擾措施，就是在二次回路中引入抗干擾繼電器的設計方案，如圖2所示。

抗干擾繼電器的回路原理如圖3所示。

抗干擾繼電器的特性和原理分析：初始狀態，繼電器J1的動斷觸點J1-1處于閉合，中間繼電器J1和電阻R2并聯。為了能更好地降低回路的總輸入阻抗，電阻R2要選擇阻值較低的電阻，這樣整個回路的等效輸入阻抗就會很低。由于此時電阻R2這個并聯支路的存在，使得繼電器J1的瞬態起動功率很大。而且在繼電器J1起動的瞬間，電阻R2還能夠起到分流作用。當整個回路接入到工作電壓上時，繼電器J1首先起動，它的動閉觸點J1-2導通，起動繼電器J2，繼電器J2的動閉觸點J2-1、J2-2緊跟著導通；同時由于繼電器J1的動斷觸點J1-1打開，把用于分流的大功率支路R2斷開，使整個回路的穩態工作電流大大地降低，所以回路在穩態工作時的功耗非常低，僅為J1、J2兩條回路的功率之和。電容C1與電阻R1串聯后再與繼電器J2并聯，是用以構成延時起動回路，使繼電器J2延時動作，延時起動的時間通過調整C1的電容值來實現。這個設計能夠有效地抵抗瞬態的高頻干擾，大大地提高了中間繼電器回路的抗干擾能力。此抗干擾繼電器的設計具有抗干擾能力強、穩態工作狀態下的功耗低、安裝使用方便等優點，能夠有效地解決之前由長電纜對地分布電容所引起的誤動問題。

此抗干擾繼電器能夠非常方便地安裝到保護屏柜的導軌上，工程中使用時將從其他保護小室引過來的電纜先接到此抗干擾繼電器上，然后通過它的動閉觸點去重動斷路器操作裝置的中間繼電器回路。因為此繼電器具有非常好的抗干擾能力，所以二次操作回路中一旦接入此繼電器就能有效地避免由分布電容所引起的斷路器誤動問題。

3 結 語

本文通過對目前電氣二次系統常見的干擾源和抗干擾方法進行了簡單的分析，旨在對目前電力系統二次回路的干擾與抗干擾有個較為深入的認識。隨著國家電力事業的發展和變電站建設的越來越智能化，二次回路可能也將面臨越來越多的干擾源，當然抗干擾技術也將隨之而進步。

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