變電站繼電保護電磁干擾問題分析

王娜

【摘 要】隨著電力系統(tǒng)科技水平的不斷提升，變電站的繼電保護裝置也越來越智能、可靠、安裝簡單、維護方便。但是實際工作運行過程中，當今的變電站繼電保護裝置對其運行環(huán)境也要求十分嚴格，對于電磁干擾問題處理不當，便會導致繼電保護裝置的故障，影響變電站的正常工作。

【關(guān)鍵詞】變電站;繼電保護;電磁干擾

1 電磁干擾對變電站繼電保護的影響

變電站的繼電保護裝置對其所處的電磁環(huán)境敏感，具體體現(xiàn)在以下三個方面：（1）電磁干擾會影響到變電站繼電保護裝置的控制系統(tǒng)，當受到電磁干擾時，控制系統(tǒng)的模擬電路會產(chǎn)生誤翻轉(zhuǎn)的情況，造成控制系統(tǒng)誤判，導致變電站運行故障;（2）數(shù)字電路是繼電保護中決策環(huán)節(jié)的重要組成部件，數(shù)字電路在電磁干擾時會導致信息傳輸異常、模擬信號/數(shù)字信號轉(zhuǎn)換錯誤等問題;（3）繼電保護二次設(shè)備中有部分電氣元件對電磁干擾十分敏感，電磁干擾會造成一些邏輯功能元件運行異常。繼電保護裝置設(shè)計人員以及變電站設(shè)備運維人員應(yīng)在了解這些干擾造成的危害的前提下，合理地進行設(shè)計及運維，從而保障繼電保護裝置運行的可靠性。

2 繼電保護外部電磁干擾來源

2.1 雷電干擾

由于變電站設(shè)備運行時本身就攜帶著大量的電荷，在雷雨季節(jié)雷電多發(fā)時段，大氣中的高濃度電離子就會和變電站運行設(shè)備所攜帶的電荷發(fā)生放電反應(yīng)。因此在雷雨天氣時，空氣中的電荷就會涌入電網(wǎng)設(shè)備，使高頻電流瞬時注入繼電保護裝置二次設(shè)備電纜，形成在電纜中無序流動的干擾電流，雷擊嚴重時甚至會直接破壞繼電保護二次設(shè)備，給變電站正常運行造成極大的危害。

2.2 接地故障形成的干擾

變電站設(shè)備運行時會產(chǎn)生較大電流，設(shè)備運行的過程會受到外界環(huán)境的干擾，所以變電站內(nèi)大部分運行于戶外的設(shè)備都會安裝接地線以確保變電設(shè)備的安全運行。而接地故障同時也是繼電保護干擾的一大源頭，接地設(shè)備在運行發(fā)生故障時，接地故障電流會流經(jīng)變電站的中心點并經(jīng)接地網(wǎng)絡(luò)重新回到故障處，從而造成接地網(wǎng)中的壓差升高，形成電磁干擾影響變電站繼電保護功能發(fā)揮作用。

2.3 斷路器故障形成的干擾

斷路器在電網(wǎng)系統(tǒng)中的作用是在電流或電壓出現(xiàn)異常時斷開故障設(shè)備，從而保障供電網(wǎng)絡(luò)的正常運行，提升電網(wǎng)的供電質(zhì)量和用戶用電的可靠性。但若在斷路器工作過程中，斷路器控制回路中的電感線圈發(fā)生故障就產(chǎn)生頻率范圍較寬的電磁干擾，此故障產(chǎn)生的電磁干擾在正常運行的繼電保護系統(tǒng)中就會影響設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)。

2.4 靜電放電干擾

在各種電壓等級的變電站中，為了盡量保證站內(nèi)設(shè)備的可靠運行，防止設(shè)備銹蝕和提高空氣擊穿電壓，通常將室內(nèi)濕度控制在較低的水平。但是此種環(huán)境下又會造成因太過干燥而易產(chǎn)生靜電的情況，工作人員在作業(yè)時的動作或操作，衣物摩擦就會很容易產(chǎn)生靜電，靜電將會對變電站設(shè)備的正常運行造成干擾。

2.5 其他的干擾因素

變電站繼電保護的電磁干擾源除以上所描述的因素外還有其他一些干擾因素，例如：隔離開關(guān)的操作、中壓開關(guān)柜操作、直流電源的斷電及送電操作過程中都會產(chǎn)生較強的電磁場，本文中將不再一一列舉。

3 繼電保護裝置電磁干擾的耦合路徑

上文中提到了變電站繼電保護裝置外部電磁干擾來源，在變電站實際工作的過程中，變電站內(nèi)部干擾源也是不可忽略的干擾因素。變電站內(nèi)部設(shè)備的運行結(jié)構(gòu)、電氣元件的布局以及生產(chǎn)工藝這些因素都會對變電站繼電保護裝置產(chǎn)生電磁干擾，本文將對繼電保護裝置電磁干擾的耦合路徑進行分析，通常有直接耦合、電耦合、磁耦合和輻射耦合。

3.1 電磁干擾的直接耦合

直接耦合是指在兩個電氣回路中，若回路阻抗相等，就會發(fā)生電磁干擾。由此可見，直接耦合發(fā)生條件十分簡單，往往一段導線、一個簡單梁式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)就會產(chǎn)生直接耦合，因此直接耦合產(chǎn)生干擾的現(xiàn)象很常見而且具有多樣性。如圖1所示，I、II兩個回路共用一個阻抗Z，在兩個回路的運行功率相近時，則兩個回路就會產(chǎn)生信號干擾，此情況一般發(fā)生在兩個回路共用同一引線或接地時。

3.2 電磁干擾的電場耦合

電場耦合也被稱作為電容耦合，通常發(fā)生在存在電壓差的兩個回路中，如圖2電耦合電路示意圖，引線與回路II之間會感應(yīng)生成一個微弱的電場，偏差電流會在50Hz的工頻220V電壓以及電容C1、C2的作用下產(chǎn)生，在接地裝置的作用下，所產(chǎn)生的偏差電流流向中性線，在經(jīng)過電容器C1時就會在II回路中產(chǎn)生壓降，此壓降與正常工作的電磁信號疊加時就會形成電耦合現(xiàn)象。

3.3 電磁干擾的磁感應(yīng)耦合

磁感應(yīng)耦合也稱作互感耦合，是指在兩個及以上的回路中，在其中一個回路工作時，其回路電流就會其他的回路感應(yīng)產(chǎn)生磁耦合。在一個運行中的回路對其他的回路造成互感的時候，作為干擾源的回路就成為誘發(fā)磁耦合的首要因素。例如在某一電流回路中，如果回路中使用不同線徑的導線就會感應(yīng)生成較強的磁場，然后在此不同線徑的兩個導線之間形成差膜干擾，進而造成變電站繼電保護裝置磁耦合的產(chǎn)生。

3.4 電磁干擾的無線電輻射耦合

無線電輻射耦合不同于以上提出的直接耦合、電耦合以及磁耦合，它是以電磁脈沖能量的形式進行耦合。在變電站正常運行的過程中會收到多重多樣的輻射耦合干擾，其中包括：電視廣播發(fā)射塔、通信信號塔以及雷達等功率較大的電磁設(shè)備，高壓架空輸電線路等輻射產(chǎn)生的電磁場都會對變電站繼電保護裝置中的電子設(shè)備產(chǎn)生干擾，影響了變電站繼電保護的可靠運行。

4 抗電磁干擾的措施

4.1 減小接地電阻

由于雷電造成的電磁干擾是變電站干擾中的一種常見干擾，因此變電站一般通過設(shè)置接地電阻的措施來避免雷電的電磁干擾。與此同時，接地電阻也會應(yīng)用于設(shè)備正常運行的保護中以用來提升變電站設(shè)備運行的可靠率。變電站設(shè)備常通過設(shè)置使用數(shù)量較多的互感器和避雷器來保障變電站正常運行，這些互感器以及避雷器的使用必然導致較大的電流，因此應(yīng)當減小接地電阻的阻值以防止變電設(shè)備在故障時產(chǎn)生大的電流效應(yīng)來達到抗干擾的效果。

4.2 設(shè)置合理的繼電保護電位面

當前，我國變電站控制系統(tǒng)都采用微機集中控制的方式，使用中央控制器對變電站內(nèi)的一次設(shè)備、二次設(shè)備、繼電保護設(shè)備進行集中控制。但此種控制模式下需要所有的設(shè)備都要工作在統(tǒng)一的電位面下，這種模式下雖然能夠?qū)崿F(xiàn)所有設(shè)備的統(tǒng)一控制、集中管理，但也存在著較大的風險。在運行的過程中，若某一設(shè)備發(fā)生故障將會導致其他設(shè)備（包括繼電保護設(shè)備）也出現(xiàn)故障，而繼電保護設(shè)備故障時就會導致變電站不能進行故障隔離，進而產(chǎn)生連鎖反應(yīng)使事故范圍擴大。

4.3 減少二次回路所受干擾

近來隨著電網(wǎng)信息化的快速發(fā)展和電壓等級的不斷提高，變電站內(nèi)的一二次設(shè)備所受干擾也日益嚴重，低阻值接地網(wǎng)雖然可以很大程度減少干擾對二次回路的影響，但變電站繼電保護二次回路依然面臨著很強的電磁干擾環(huán)境。減少繼電保護二次回路所受干擾主要有以下三種措施：（1）使用屏蔽板增加被保護回路的接地電容;（2）使用密閉中空導體將被保護對象進行封閉;（3）采用導磁性能高的材料對磁通分路以實現(xiàn)消弱磁場的目的。

5 結(jié)束語

變電站繼電保護裝置在工作中面臨著各種可能出現(xiàn)的干擾源，若不加防范抑制則會對繼電保護的運行造成嚴重影響。本文對變電站繼電保護的各干擾源進行了分析，并提出了干擾抑制措施以期提高變電站繼電保護抗干擾能力，增強變電站的供電可靠性。

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（作者單位：國網(wǎng)陜西省電力公司檢修公司）