微机继电保护的电磁兼容问题分析

唐 伟

江苏省靖江市供电公司，江苏靖江 214533

微机继电保护的电磁兼容问题分析

唐 伟

江苏省靖江市供电公司，江苏靖江 214533

目前，以微电子设备为主要构成器件的微机继电保护装置被广泛地应用于电力系统各电压等级的变电站、发电厂中。微机继电保护装置的可靠性对电力系统安全、稳定的运行极其重要。本文针对这种情况下微机继电保护的电磁兼容问题进行了讨论。

微机继电保护；电磁兼容；仿真

1 电磁干扰及兼容的基本概念

1.1 电磁干扰

电磁干扰则是指任何能中断、阻碍、降低或限制通信电子设备有效性能的电磁能量。严格地说，噪声和干扰的含义是不同的，干扰指的范围更宽了，但仍含有噪声的原来含义。

1.2 电磁兼容性

电磁兼容性是指电气、电子设备或系统在预期的电磁环境中，按设计要求正常工作的能力。它是电气、电子设备或系统的一种重要的技术性能。按上述定义，电磁兼容性包含以下两方面的含义：

1）设备或系统应具有抵抗给定电磁干扰的能力，并且有一定的安全余量；

2）设备或系统不产生超过规定限度的电磁干扰。

2 微机继电保护装置工作环境中的主要干扰源及传播方式

2.1 变电站中电磁骚扰的种类和来源

在变电站当中，电磁骚扰的起因和传播途径主要如下：

1）雷击线路、构架和控制楼。当雷击在变电站的户外线路或构架或控制楼时，一般会有大电流注入接地网，二次电缆的屏蔽层在不同的地方接地时，就会因地网电阻的存在而产生流过屏蔽层的瞬态电流，从而在二次电缆的芯线上感应出骚扰电压；

2）系统短路故障。故障时，和雷击的情形类似，将会有很大的电流注入接地网，从而引起二次电缆中的骚扰电压。

2.2 变电站中电磁骚扰的特性描述

2.2.1 雷电冲击

雷电冲击一般分为直击雷和大气行波引起的过电压，直击雷的标准波形为1.2/50µs，雷击线路引起的大气行波的传播则由于线路的衰减一般常用的标准波形为4/10µs。雷电流峰值是个随机值，最大可达200 kA。在电力系统当中，一般按照5kA，10kA，20kA进行绝缘配合，一般说来，雷击不会直接作用于二次回路，而是在高压线路上产生暂态过电压以大气行波的方式向变电站传播，然后经CT，PT，CVT等传递到二次回路。

2.2.2 系统短路故障

系统短路时，大电流经接地点入泄接地网，使接地点乃至整个接地网的电位升高。统计表明，变电站内高压母线的单相接地时，在二次电缆的芯线上产生的骚扰电压比较严重，骚扰电压的峰值可达到几十伏到近万伏，最大为12.3kV，暂态电压的频率约几千赫兹到几百千赫。

3 利用MA T L A B对高压回路中合闸操作引起的暂态现象建模和仿真

3.1 单个阻尼振荡波的仿真

仿真单个阻尼振荡波的Simulink模型如图1所示。

图1 仿真单个阻尼振荡波的Simulink模型

在开始仿真之前，先要调整好各模块的参数：直流电压源模块和Series RLC Branch 1模块及Series RLC Branch模块按上述参数设置，要将理想开关模块的初始状态设为Open，以接受来自Step模块的开关信号动作闭合，将示波器模块参数设置中的Limit points data to last前的对号去掉，或设置得足够大，以接受仿真过程中的全部信息。

3.2 合闸操作过程引起的阻尼振荡波群的仿真

仿真合闸操作过程引起的阻尼振荡波群的Simulink模型如图2所示。

图2 仿真合闸操作过程和阻尼振荡波群的Simulink模型

在图2中，用一个受控正弦电压源来模拟系统侧电源（用图中的Sine Wave模块和Controlled Voltage Source模块合成模拟），用Ideal Switch 模块来模拟理想开关，Series RLC Branch模块、Series RLC branch 1模块和Teminator模块，用Current Measurement模块来测量流过隔离开关的电流大小并将测得的电流信息送入示波器显示波形，用Voltage Measurement模块来测量电容两端的电压大小，将测得的电压信息送入示波器显示波形，并送入sum模块；sum模块将电源电压与Voltage Measurement模块测得的电压作差，并将结果送入Abs模块取绝对值；击穿电压特性曲线近似用一条斜线表示，即用Ramp模块来模拟预设击穿电压特性，合闸时斜率为负，刀闸合的速度越快，则斜率的绝对值越大；Abs模块与Ramp模块输出的结果送入Rational Operator模块，将Rational Operator模块的关系参数设为(>=)；这样就可以时刻比较开关两端电压和预设击穿电压(时变)的大小，一旦超过击穿电压，就控制开关导通；并设保持器保持0.001s(充分考虑振荡时间裕度)，保持器用图中的Unit Delay模块来实现。

4 微机继电保护装置的屏蔽

在微机继电保护的装置内部，通常的屏蔽指的就是电磁感应屏蔽和静电屏蔽。

当微机继电保护装置下放到开关场，如不采取有力的措施，微机继电保护装置将直接承受来自开关场的骚扰，环境将变得很恶劣，因此，在我国比较早的采用保护下放方案的500kV变电站内，考虑了在保护装置外部建屏蔽小室的方案，要求能将外部的骚扰按每10倍频程40dB衰减，理想的情况要求到达60dB。这样，直接进入到装置内部的骚扰将变得很小，且为了避免地电流在接地网上流动带来装置两点间的电位升高，要求装置采用一点接地。

5 结论

微机继电保护装置工作于变电站中，所受的电磁干扰是很严重的。要提高保护动作的准确性，首先要提高装置的电磁兼容性。本文得出接地、屏蔽和滤波是电子设备和系统通用的电磁兼容性设计技术，被广泛地使用在微机继电保护装置中，以抑制电磁干扰，只有正确的使用这些技术才能达到理想的抑制干扰的效果，同时也得出微机继电保护装置一般被安装在变电站内，变电站是复杂电磁环境的代表，绝大多数的电磁干扰现象在变电站中均有发生。

[1] 路宏敏.工程电磁兼容.西安电子科技大学出版社，2003.

[2] 秦晓辉.微机保护电磁兼容研究及变电站内电磁干扰的传播途径[D].硕士学位论文，2003.

TM7

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1674-6708（2010）18-0049-02