關于變電站保護二次電纜屏蔽層接地方式的探究

董義昊

摘要：?變電站二次電纜屏蔽層在電力系統(tǒng)運行的過程中發(fā)揮著非常重要的作用，在應用過程中，其可以十分有效的提高變電站電磁的兼容性，二次電纜屏蔽層在設置的過程中還是存在著非常激烈的爭議，有人認為應采取一端接地的形式，而還有人認為應該采用兩端接地的方式。經(jīng)過從抗干擾和防止過電壓現(xiàn)象的角度來分析屏蔽層的作用和功能，認為屏蔽層當中的過電流現(xiàn)象通常是因為其受到了電磁感應的影響，所以兩端接地的過程中非常有效的提高了其對外界干擾磁場的抵御能力。在采取了一系列有效的措施之后采用兩點接地的方式可以十分有效的屏蔽電磁的干擾，同時也可以減少設備損壞現(xiàn)象的發(fā)生。

關鍵詞：?變電站;二次電纜;?屏蔽層;?干擾;?接地

引言：一般情況下，變電站會運用帶有屏蔽層的二次電纜向測控裝置中引入相關的保護信號，然而，現(xiàn)場中的電磁干擾會利用耦合方式變異電纜中的各種信號來源，會導致控制以及測量數(shù)據(jù)產(chǎn)生一定誤差，如果電磁干擾特別嚴重，那么會導致二次保護裝置的誤動或損壞。目前，在變電站中有著非常嚴重的電磁干擾，所以應對二次電纜進行有效的抗干擾保護接地。

若要提高二次電纜抵制干擾電磁的能力，重要的前提和基礎就是要對屏蔽層的作用有一個相對比較客觀和正確的認識，同時在這一過程中還要選擇合理的接地方式。如果選擇了錯誤的接地方式，就有可能會嚴重的影響到屏蔽的效果，有些時候甚至還不如不放屏蔽層的效果好，在選擇接地方式的時候，一定要對多種因素進行綜合的考量，這樣才能保證接地方式的科學性和合理性。

1.變電站的主要干擾

1.1主要干擾源

變電站本身是一個強大的電磁干擾源，在正常和故障情況下都易產(chǎn)生各種電磁干擾。干擾源大致可分為以下幾類：

1.1.1一次設備本身的高壓電場可通過電容耦合到二次設備;大電流產(chǎn)生的磁場可通過電感耦合到二次設備;由于天線效應，大型發(fā)電機、變壓器、導線都會發(fā)射出工頻和諧波頻率電磁輻射。

1.1.2雷電，雷電流平均20kA，最高值200kA，發(fā)生時間在μs級。雷電流對二次電纜的干擾作用表現(xiàn)在兩個方面：雷電流經(jīng)避雷器入地，使得地網(wǎng)上的電位分布極不均勻，另外引起地電位升高，這時將對屏蔽層接在地網(wǎng)上的二次電纜產(chǎn)生干擾;一部分幅值較低的雷電流進入開關站后，將在二次電纜上產(chǎn)生感應分量，或直接經(jīng)過各電壓等級的避雷器進入二次系統(tǒng)的電源系統(tǒng)，另外雷擊發(fā)變電站附近物體，也將在二次電纜上產(chǎn)生感應干擾。

1.1.3一次系統(tǒng)中的開關操作，斷路器、隔離開關的動作會引起電氣回路狀態(tài)變化，特別是隔離開關動作時，沒有滅弧裝置，往往要產(chǎn)生多次電弧重燃放電現(xiàn)象，每次重燃都會在回路中引起電磁能量振蕩，一般認為開關操作是引起干擾和過電壓的重要原因。

1.1.4短路電流，短路產(chǎn)生的大電流通過耦合對二次設備造成干擾，且短路入地電流會引起地電位升高，形成地電位差。

1.1.5二次回路，如繼電器回路，當斷開直流回路電感線圈時，會產(chǎn)生高頻過電壓，每次開關觸點閃絡都要在回路中產(chǎn)生一次波過程，一連串的暫態(tài)過程直接影響同一電源上的回路，同時通過電磁耦合到其它回路。

1.1.6局部放電，高壓導線表面及絕緣子金具尖端部位的電暈放電，接觸不良產(chǎn)生的火花放電以及污穢絕緣子表面的局部電火花等都會產(chǎn)生電磁輻射，形成輻射干擾源。

1.1.7步話機和通信設備，變電站的通信設備、高頻載波機、對講機也會產(chǎn)生不可忽視的輻射干擾。

通過以上分析可見，變電站中的電磁干擾不僅強度大，而且頻譜范圍極寬，可以從幾十Hz到數(shù)百MHz，這給電磁防護帶來很大困難。

2.屏蔽層的抗干擾作用

在變電站中，二次電纜屏蔽層屬于對電磁干擾進行防護的一個基本性方式，可以有效防止信號所產(chǎn)生的電磁場干擾外界，而且還能有效避免外界當中的電磁場在一定程度上干擾信號線。目前的信號以及控制電纜大部分運用的屏蔽層基本都是銅絲的編織層

2.1輻射

電磁屏蔽主要的工作原理是利用電磁波在屏蔽界面上所反射的能量消耗和屏蔽層在運行過程中吸收消耗來使得電場的能量得到降低和控制，在屏蔽效果方面和接地方式基本上不存在直接的關系。電導率和磁導率的乘積數(shù)值和材料的屏蔽效果呈正相關的關系，比較常見的材料有銅和鋁等材料，屏蔽電纜層通常情況下都會選擇金屬編織物作為重要的組成物質，所以也決定了其表面是存在著很多縫隙的，這樣一來也就使得屏蔽的效果受到了一些不利的影響，一般情況下，單層材料的屏蔽層屏蔽能力大約為?50?分貝，而雙層材料的屏蔽層在屏蔽效果上會更好一些，大概會比單層的材料多屏蔽?30分貝的干擾。在這種屏蔽層當中，應用的主要材料為銅，所以在屏蔽效果上也無法很好的得到保障。

2.2公共阻抗耦合

地網(wǎng)電流主要有3種：工頻短路時流過地網(wǎng)的工頻電流;侵入地網(wǎng)的雷電沖擊電流;高頻電流通過接地電容（如電容式電壓互感器，補償電容）流入地網(wǎng)。地網(wǎng)電流對二次電纜的干擾表現(xiàn)在：地網(wǎng)電流對二次電纜有感應電勢，這不屬于公共阻抗耦合形式;如屏蔽層兩端接地，由于地網(wǎng)電流的影響，整個地網(wǎng)電位分布不平衡，將有噪聲電流流過二次電纜的屏蔽層，此電流將在芯線中感應出共模電壓，由于感應出的共模干擾的微小差異和信號回路阻抗的不同，此共模電壓會轉換為差模電壓對二次回路產(chǎn)生干擾，屏蔽層單點接地就不存在這個問題。

2.3電容性耦合

屏蔽層如果不進行接地根本就不能屏蔽電場的干擾，兩種接地方式有著相同的屏蔽電場的效果。假如屏蔽層有著數(shù)值為零的接地電阻并且有著完全的覆蓋率，那么芯線上根本就不存在感應電壓

3.關于接地方式的思考

經(jīng)過一系列的研究可知，屏蔽層一點接地和二?點接地存在著不同的優(yōu)勢和弊端，一點接地的不足主要體現(xiàn)在：如果出現(xiàn)了故障，屏蔽層可能會出現(xiàn)很大的電流，這樣就會對屏蔽層造成非常嚴重的損壞現(xiàn)象，在電力系統(tǒng)運行的過程中，地網(wǎng)是不可能存在完全等電位的情況的。兩點接地在運行的過程中會存在著非常明顯的電位差，在這樣的情況下就可能使得屏蔽層當中會出現(xiàn)比較明顯的干擾電流，而如果使用一點接地的形式就不會出現(xiàn)這樣的問題。

所以在電力系統(tǒng)運行過程中，如果要選擇兩點接地的方式，就必須要具備一個功能性非常好的接地網(wǎng)。在實踐的過程中是需要采用電纜溝鋪的方式，同時還要對導體進行并聯(lián)處理。這也是兩點接地當中所必須的一項措施，并聯(lián)的分流導體在運行的過程中就可以充當屏蔽層，從而發(fā)揮屏蔽干擾電流的作用。其在運行過程中主要的作用是對地電位進行均衡的調(diào)整，對地網(wǎng)電流進行分散處理，同時還能在這一過程中減少過電壓現(xiàn)象的出現(xiàn)。相關的研究顯示使用了并聯(lián)形式的接地導體之后可以減少至少一半的感應電壓。

但是在這一過程中需要注意的是，對于那些傳輸極其敏感信號的電纜來說，一點接地和兩點接地可能都無法很好的滿足其實際的需要，所以在這樣的情況下就需要使用雙層屏蔽電纜，在內(nèi)層屏蔽中使用一點接地的形式，而在外層屏蔽中使用兩點接地的形式，這樣一來就使得外層的噪聲電流對內(nèi)屏蔽層不會產(chǎn)生非常嚴重的負面影響。如果是那些干擾十分嚴重的地區(qū)就應該采取光纖的形式。

4.結束語

變電站運行的過程中，二次電纜屏蔽層發(fā)揮著十分重要的作用，其能夠有效的提高電力生產(chǎn)的質量，同時還能在這一過程中減少外部不利因素對電纜運行的負面影響，但是對于電纜屏蔽層接地方式的選擇還有待研究，一點接地和二點接地所體現(xiàn)出的特點和優(yōu)勢是不同的，所以要根據(jù)實際的條件選擇合適的接地方式。

參考文獻

[1]梁俊熙，汪萬偉，張永康.10kV?電纜屏蔽層接地不當導致的故障分析[J].科技視界，2012（30）.

[2]齊磊，崔翔.變電站開關操作對屏蔽電纜電磁干擾的預測[J].中國電機工程學報，2007，12（9）：121-123.

[3]陶蓉，李景祿，李志娟.雷擊變電站地網(wǎng)引起的地電位干擾及防護措施研究【J].現(xiàn)代地質，2008，?2-4?（1）?：?-45--4ti.

[4]曹帥.淺談電纜屏蔽層接地[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2011（31）.