城市軌道交通供電系統35kVGIS綜保裝置電磁干擾問題分析及解決方案

摘 要：高壓變電所是一個具有高壓電磁場環境的特殊地域，而裝在所內的各類繼電保護裝置不斷受到各種強電磁場的干擾。因變電所自動化系統大規模使用和繼電保護設備的不斷更新，干擾問題逐漸顯露出來，并成為繼電保護誤動拒動和電力監控系統不正常工作的主要原因之一。從深圳地鐵環中線35kV開關柜三工位開關操作誤跳閘實際故障入手，深入分析故障原因，有針對性地提出相應的解決方案，并對改造后的設備進行檢查試驗，以達到有效的抗干擾目的。

關鍵詞：軌道交通；35kVGIS綜保裝置；電磁干擾

1 電磁干擾典型故障案例

1.1 故障現象

深圳地鐵環中線前海灣站、寶安中心站、翻身站、洪浪北站、塘朗站、楊美站、車輛段等變電所，自35kVGIS（氣體絕緣組合電器設備）安裝完成后投入運行以來，在操作35kVGIS三工位隔離開關的過程中，與此柜相鄰同一段母線上正常運行的動力變壓器、整流變壓器的斷路器出現保護跳閘。保護動作的信息多為速斷保護動作，而且跳閘沒有規律，有時跳一個開關，有時跳兩個。對此類跳閘故障現象進行統計，存在以下共同點：在35kV開關母排帶電的情況下，在操作隔離開關的過程中，此開關柜所在母線的相鄰開關柜會出現斷路器跳閘的現象，保護動作多為速斷保護動作，有的還出現過在操作三工位開關柜時35kVGIS繼電保護裝置通訊中斷或自動重啟。

1.2 故障設備介紹

誤跳閘開關柜為35kV環網中壓開關柜，使用REF542繼電保護單元，實現對開關柜的控制、保護、監視及運行數據的測量、以及與變電所綜合自動化系統的通信等功能。典型饋線柜設有電流速斷保護、過電流保護、過負荷保護、零序電流保護。

2 三工位開關操作及電磁干擾機理

城市軌道交通供電系統35kVGIS的電磁干擾來源于外部和內部兩方面，外部干擾與系統結構無關，是由使用條件和外部環境因素決定的干擾，主要有其他物體和設備輻射電磁波產生的強電場或強磁場，如雷擊、隔離開關操作、直流電源的中斷與恢復等。內部干擾是由系統結構、元件布局和生產工藝等決定的干擾，主要有雜散電感和電容結合二引起的不同信號感應、長線（對高頻信號而言）傳輸造成電磁波的反射、多點接地造成的電位差干擾，寄生振蕩和尖峰信號引起的干擾等。

在變電站運行維護中常因各種需要進行各種倒閘操作，高壓隔離開關開、閉合時，間歇逐漸擴大縮小，導致其間的空氣絕緣被擊穿，斷口間會出現幾十次乃至幾百次重復燃弧及斷弧過程。

在母線帶電空載的情況下，母線其動靜觸頭存在不等電位，在三工位操作的過程中，在動觸頭快接近（合閘操作）或剛離開（分閘操作）連接位靜觸頭時，由于電場的影響，會產生含有多種頻率分量的衰減震蕩波，會影響到本柜（隔離位下的CT）或通過主母線（相當于天線）影響相鄰或相近的開關柜，這也是通過連接在母線或線路的測量設備（CT）一次耦合至二次并通過CT二次線回路的測量和保護線路。當繼保無法消除高頻諧波干擾的影響就可能出現重啟、保護誤啟動和誤跳閘的事件和事故。

3 故障查找現場試驗及結果

針對這一嚴重影響供電運營安全的故障，在一次母排帶電情況下，采取REF542+更換阻值更小的接地隔板，保護裝置二次線加裝抗干擾磁環等進行模擬故障測試。

3.1 在REF542模擬量輸入線、開關量輸入輸出線、通訊線、電源線未加裝磁環的情況下不采取任何措施，直接模擬故障工況，操作開關柜的三工位隔離開關10次時，鄰柜出現一次通訊中斷，速斷保護動作4次。

3.2 對開關柜REF542模擬量輸入線加裝大磁環、開關量輸入輸出線大磁環、通訊線加裝小磁環、電源線加裝小磁環的情況下，模擬故障工況，操作開關柜的三工位隔離開關10次時，速斷保護動作3次，故障波形同上。

通過以上方式，選取典型故障站點反復進行模擬測試發現，對REF542+保護裝置主機更換阻值更小的接地隔板，對保護裝置外殼打磨加強接地，減小保護裝置主機外殼至主接地母排的回路電阻，同時對主機二次接線分散布置，加裝抗干擾磁環，以達到加強屏蔽和接地，可以有效的消除此故障。

4 解決方案

從試驗情況來看，由于地鐵供電大量采用35kV高壓系統，其產生的電磁干擾信號無法避免并且非常嚴重。解決電磁干擾的根本方法是有效引導干擾信號進入可靠的變電所接地系統，減少電磁干擾信號對電氣設備，尤其是保護控制設備的影響。根據35kV系統電磁干擾信號幅值及頻率均較高的狀況，整個變電所接地系統，包括開關柜內接地聯線，接地銅排、變電站接地點、接地電阻等等，均需要嚴格按標準設計和施工。同時，開關柜內部高壓帶電導線與二次接線也需要嚴格區分布排，避免混扎，減少互相的耦合干擾。

由于整個變電所接地系統已經完成，對接地系統的檢測也符合設計要求，根據測試情況，我們從開關柜及保護裝置本身尋求最佳抑制電磁干擾信號的途徑。包括更改保護裝置的接地模塊，增強抗電磁干擾的能力，另外更改了接地模塊的涂層材質，進一步提高電磁干擾信號的導通能力，將電磁干擾信號對設備本身正常運行的影響減小到設備所允許的范圍內，從而保證保護裝置安全、可靠運行。

針對深圳地鐵環中線35kVGIS故障情況，結合現場模擬試驗結果，采取以下方式加以解決。

（1）加裝磁環

5 結束語

對于電氣二次設備的電磁干擾問題，可以通過合理的屏蔽、有效的接地以及對干擾信號的抑制加以解決。為深入探索三工位開關操作電磁干擾的規律，改造完成后，用高頻示波器對改造后的35kV開關柜三工位操作時在REF542+電流輸入端上產生的電磁干擾進行了量化監測，并與改造前進行對比，電磁干擾信號明顯減小，不存在任何峰值較大且脈沖時間為毫秒級的信號。環中線全線改造以來，未在出現因三工位操作引發的保護跳閘或通訊中斷，通過多次檢測來看，采取上述改造方案能有效抑制三工位開關操作產生的電磁干擾，為今后地鐵供電系統綜合保護裝置抗電磁干擾問題處理積累了寶貴的經驗。

參考文獻

[1]梁小冰.廣西大學.變電站開關操作所造成的暫態電磁干擾.

[2]李清泉.西安交通大學.變電站開關操作引起的瞬變電磁場及其防護.