變電站繼電保護裝置抗電磁干擾問題的研究

鄧兵華，何騰芳，戴 亦，陳 媛

（國網湖南省電力有限公司水電分公司，湖南 長沙 410000）

1 電磁干擾的影響

1.1 電磁干擾對變電站二次系統的影響

目前，隨著電力工程發展需求的提高，它的應用技術不斷更新。變電站繼電保護裝置的主要應用形式是微機型繼電保護裝置[1]。與傳統繼電保護相比，它具備結構先進、安裝簡單、維護方便及保護可靠的特點。實踐過程中，微機型繼電保護裝置對運行環境的要求較為苛刻。一旦繼電保護抗干擾措施利用不當，將導致整體運行環境的惡化，從而影響繼電保護裝置的正常運行。具體而言，電磁干擾對變電站二次系統的影響表現在三個方面。第一，電磁干擾影響變電站二次系統的組成和控制系統，造成模擬電路的開關電路誤翻轉，影響電力系統電力資源的正常傳輸；第二，數字電路是當前電力工程的重要技術支持，在電磁干擾下，數字電路運行會出現數據傳輸錯誤、地址轉接錯誤等危害；第三，電磁干擾損壞變電站二次系統電氣元件，從而造成計算或邏輯錯誤，阻礙程序系統的正常運行。實踐過程中，為有效避免這些問題的影響，電力工作人員須在分析電磁干擾源的基礎上，合理規范繼電保護裝置，進而提升繼電保護質量。

1.2 繼電保護裝置電磁干擾源

1.2.1 內部干擾源

內部干擾源是繼電保護裝置電磁干擾的主要因素。電力系統運行結構、電氣元件布局方式及電力資源生產工藝等都影響繼電保護裝置，形成了電力系統內部電磁干擾。生活實踐中，一旦雜散電感和電容的結合匹配度降低，將造成不同的信號感應；長距離傳輸將形成電磁波反射[2]；多點接地則將引發電位差干擾。

1.2.2 外部干擾源

繼電保護裝置應用過程中，外部環境影響其使用條件，形成外部干擾。在雷擊、開關隔離、中壓開關柜操作、直流電源斷電及恢復過程中，變電站周圍將形成較強的電場和磁場，從而導致強電磁波信號的產生，影響繼電保護裝置的正常運行。

2 變電站繼電保護裝置電磁干擾的耦合途徑

變電站繼電保護裝置應用過程中，在降低電磁干擾影響的基礎上，需提升電力系統質量。電力工作人員須科學分析電磁干擾的耦合渠道，并針對性地予以防治。

2.1 繼電保護裝置電磁干擾的直接耦合

直接耦合是繼電保護裝置電磁干擾最常見的耦和途徑[3]。一旦兩個電流回路的阻抗相同，繼電保護裝置將發生直接耦合形成電磁干擾。通常，引發直接耦合的阻抗具有多樣性和常見性特點，一段導線、一個梁端網絡等都可成為耦合的阻抗。如圖1所示，電路Ⅰ、Ⅱ中，阻抗Z通用于兩個電流回路內部。一旦兩個電流回路的功率差值較小，則電路Ⅰ、Ⅱ中的電流信號將形成干擾，導致其電池干擾的Z阻抗共同引線或是共同地線，而電壓降的疊加造成了繼電保護裝置電磁干擾的直接形成。

2.2 繼電保護裝置電磁干擾的電耦合

電力工程建設中，點耦合常發生于不同電位的兩個電流回路間。如圖2所示，220 V的引線和回路Ⅱ之間存在一個微型電場。繼電保護裝置應用過程中，工頻電壓在雜散電容的支撐下，實現了位移電流的產生，然后在接地裝置的應用下，實現了位移電流向中性線的轉移。當經過C1線段時，位移電流會在回路Ⅱ的發射機和接收機中產生電壓降。當該電壓降與有用電路信號重疊時，以電容器為耦合阻抗的電耦合在電路模型中形成，造成繼電保護裝置電磁干擾的電耦合。

圖1 電流回路Ⅰ、Ⅱ共同阻抗直接耦合

圖2 繼電保護裝置的電耦合

2.3 繼電保護裝置電磁干擾的磁耦合

繼電保護裝置磁耦合基于干擾源之間的互感產生。具體而言，一旦存在兩個或多個電路環路，則當某一回路存在電流時，將對其余的電回路形成耦合感應，從而產生磁耦合[4]。當電路磁場對另一回路產生互感作用時，干擾源的電流是造成磁耦合發生的主要原因。譬如，在同一電回路中，若某導線的芯線與回程導線的芯線應用不一，將因芯線的距離差距產生較大磁場，并在兩根導線之間形成差模干擾電壓，促使繼電保護裝置發生電磁干擾的磁耦合。

2.4 繼電保護裝置電磁干擾的輻射耦合

敷設耦合是變電站繼電保護裝置電磁干擾耦合的重要途徑。在電磁場形式下，電磁脈沖能量和接收器進行耦合，形成電磁干擾。社會實際過程中，影響繼電保護裝置抗干擾能力的輻射耦合具有多樣性。譬如，架空輸電線輻射出電磁場、廣播電視發射臺和雷達等大功率電子設備等會造成輻射耦合現象的發生，干擾電子設備和信號的同時，降低變電站繼電保護裝置的應用質量。

3 變電站繼電保護裝置抗電磁干擾策略應用

當前，實現電力資源的高質量應用已成為電力工程建設的重要目標。電力工作人員提升繼電保護裝置抗電磁干擾能力，必須注重三種策略的具體應用。

3.1 實現電磁場的有效屏蔽

作為一種物理場，電磁場對變電站繼電保護裝置的應用具有重大影響。實踐過程中，確保變電站二次設備電磁場的屏蔽具有以下價值：第一，變電站繼電保護裝置內部具有一定的敷設電磁能，在磁場屏蔽作用下降低對外界的影響；第二，在電磁場屏蔽支撐下，有效隔離外來輻射，避免影響變電站基本區域。變電站繼電保護過程中，微機保護是其控制的重點。對于集成電路和微機的保護屏應采用柜式結構，保護裝置本身必須接地，實現變電站二次設備的規范、合理應用。

3.2 合理控制繼電保護室的建設

電力系統繼電保護裝置抗電磁干擾建設中，繼電保護室和控制室的建設對于提升抗電磁干擾能力具有重大影響。因此，電力工作者應具體把控三方面內容。第一，進行一次干擾源的規范控制，降低接地阻抗，實現電磁干擾水平的有效控制；接地網絡建設中，合理控制暫態電位升，降低變電站內地電位差，有效管理二次回路和設備干擾因素。第二，進行二次設備的質量建設，如合理應用電氣元件材料、實現變電站布局優化及創新電力資源生產方式等，有效提升變電站二次設備的抗干擾能力，承擔傳遞到設備上的干擾信號。第三，實現繼電保護室和控制室的屏蔽。一方面，建設人員應進行保護室房體結構加強筋和鋼結構的焊接聯通，增強屏蔽效果；另一方面，設置控制室地板夾層，實現連續金屬的有效拼比。此外，為增強保護能力，人們在控制室設置了避雷針，確保其通過多根周邊導體與地網相連。同時，系統連接金屬結構與鋼筋混凝土的加強筋，有效建立網絡法拉第籠，提升變電站繼電保護裝置的抗干擾能力。

3.3 實現變電站控制電位面建設

現代電力工程建設中，電位面建設是提升變電站繼電保護裝置抗電磁干擾能力的重要方式[5]。主控制室是微機保護裝置的主要存放地點，此時若將聯網的中央計算機、微機保護及微機控制裝置建立在同一電位面，則可提升通信可靠性和抗電磁干擾能力。電位面建設過程中，電力工作人員首先將保護和控制屏的銅排連成一體，并進行一點接地處理，其次并聯電纜溝接地導線，確保接地網的高效建立，最后連接控制室地網，提升變電站保護裝置抗電磁干擾能力。

4 結 論

變電站繼電保護裝置抗電磁干擾控制是確保電力系統運行穩定、提升電力系統應用質量的有效措施。電力工作人員只有充分認識電磁干擾對變電站二次設備的影響，在分析電磁干擾來源和耦合路徑的基礎上進行較高質量的技術防治，才能提升變電站繼電保護裝置抗電磁干擾能力、變電站二次系統運行質量以及人們的生活質量。