變電站繼電保護電磁干擾問題分析

朱德亮 韓少衛 曾偉華

摘 ?要：繼電保護裝置是變電站的核心裝置之一，是變電站安全運行的保障。近年來，繼電保護裝置不斷的更新完善，漸漸向智能化、信息化過度，但同時也面臨著一些問題，新一代的繼電保護裝置對所工作的電磁環境更加敏感，為實現繼電保護裝置的可靠運行，電磁干擾就是變電運維人員首先要面對的一個問題。

關鍵詞：變電站;繼電保護;電磁干擾

中圖分類號：TM77 ? ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2019）35-0062-02

Abstract： Relay protection device is one of the core devices of substation， and it is the guarantee of safe operation of substation. In recent years， relay protection devices have been constantly updated and improved， and gradually become more intelligent and information-based， but at the same time， they are also facing some problems. The new generation of relay protection devices are more sensitive to the electromagnetic environment in which they work. In order to realize the reliable operation of relay protection device， electromagnetic interference is the first problem that transformer operation and maintenance personnel have to face.

Keywords： substation; relay protection; electromagnetic interference

1 電磁干擾對變電站繼電保護的影響

隨著電力系統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。

變電站的繼電保護裝置對其所處的電磁環境敏感，具體體現在以下三個方面：（1）電磁干擾會影響到變電站繼電保護裝置的控制系統，當受到電磁干擾時，控制系統的模擬電路會產生誤翻轉的情況，造成控制系統誤判，導致變電站運行故障;（2）數字電路是繼電保護中決策環節的重要組成部件，數字電路在電磁干擾時會導致信息傳輸異常、模擬信號/數字信號轉換錯誤等問題;（3）繼電保護二次設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。繼電保護裝置設計人員以及變電站設備運維人員應在了解這些干擾造成的危害的前提下，合理地進行設計及運維，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

由于變電站設備運行時本身就攜帶著大量的電荷，在雷雨季節雷電多發時段，大氣中的高濃度電離子就會和變電站運行設備所攜帶的電荷發生放電反應。因此在雷雨天氣時，空氣中的電荷就會涌入電網設備，使高頻電流瞬時注入繼電保護裝置二次設備電纜，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

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

2.3 斷路器故障形成的干擾

斷路器在電網系統中的作用是在電流或電壓出現異常時斷開故障設備，從而保障供電網絡的正常運行，提升電網的供電質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生故障就產生頻率范圍較寬的電磁干擾，此故障產生的電磁干擾在正常運行的繼電保護系統中就會影響設備的正常運轉。

2.4 靜電放電干擾

在各種電壓等級的變電站中，為了盡量保證站內設備的可靠運行，防止設備銹蝕和提高空氣擊穿電壓，通常將室內濕度控制在較低的水平。但是此種環境下又會造成因太過干燥而易產生靜電的情況，工作人員在作業時的動作或操作，衣物摩擦就會很容易產生靜電，靜電將會對變電站設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：隔離開關的操作、中壓開關柜操作、直流電源的斷電及送電操作過程中都會產生較強的電磁場，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，變電站內部干擾源也是不可忽略的干擾因素。變電站內部設備的運行結構、電氣元件的布局以及生產工藝這些因素都會對變電站繼電保護裝置產生電磁干擾，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，就會發生電磁干擾。由此可見，直接耦合發生條件十分簡單，往往一段導線、一個簡單梁式網絡結構就會產生直接耦合，因此直接耦合產生干擾的現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，則兩個回路就會產生信號干擾，此情況一般發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的作用下產生，在接地裝置的作用下，所產生的偏差電流流向中性線，在經過電容器C1時就會在II回路中產生壓降，此壓降與正常工作的電磁信號疊加時就會形成電耦合現象。

3.3 電磁干擾的磁感應耦合

磁感應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產生磁耦合。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：電視廣播發射塔、通信信號塔以及雷達等功率較大的電磁設備，高壓架空輸電線路等輻射產生的電磁場都會對變電站繼電保護裝置中的電子設備產生干擾，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，接地電阻也會應用于設備正常運行的保護中以用來提升變電站設備運行的可靠率。變電站設備常通過設置使用數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，因此應當減小接地電阻的阻值以防止變電設備在故障時產生大的電流效應來達到抗干擾的效果。

4.2 設置合理的繼電保護電位面

當前，我國變電站控制系統都采用微機集中控制的方式，使用中央控制器對變電站內的一次設備、二次設備、繼電保護設備進行集中控制。但此種控制模式下需要所有的設備都要工作在統一的電位面下，這種模式下雖然能夠實現所有設備的統一控制、集中管理，但也存在著較大的風險。在運行的過程中，若某一設備發生故障將會導致其他設備（包括繼電保護設備）也出現故障，而繼電保護設備故障時就會導致變電站不能進行故障隔離，進而產生連鎖反應使事故范圍擴大。

4.3 減少二次回路所受干擾

近來隨著電網信息化的快速發展和電壓等級的不斷提高，變電站內的一二次設備所受干擾也日益嚴重，低阻值接地網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消弱磁場的目的。

4.4 使用濾波器抑制干擾

變電站內常使用設置濾波器的辦法來對抗干擾，濾波器抗干擾具有操作簡單、效果直接的特點，在使用的過程中變電站運維人員將濾波器設置好干擾波的參數即可使用，能夠對干擾波起到很好的屏蔽吸收、減少干擾疊加以及抑制差膜干擾的效果。

5 結束語

變電站繼電保護裝置在工作中面臨著各種可能出現的干擾源，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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