电力系统抗干扰措施研究

魏星

（贵州铜仁供电局，贵州 铜仁 554300）

1 引言

电力系统的操作引起的暂态电压会在二次回路中感应产生干扰，影响继电保护装置的正常工作。20世纪80年代后期，微机型继电保护的出现是继电保护技术发展史上的一次飞跃，它不仅仅表现为从模拟型向数字化的简单过渡，事实证明，微机型保护装置原理先进、技术性强、功能齐全、可靠性高；有自检功能、便于运行、便于维护以及便于实现自适应原理的新装置，因而它一经问世，便以极快的速度在电力系统中推广开来，并取得良好的成果。

2 电力系统中的干扰来源及分类

干扰的分类有多种方法，主要有以下几种：

按频率范围划分，干扰可以分为低频干扰和高频干扰2类。低频干扰包括工频及其谐波以及频率为几千周的低频振荡；高频干扰包括各种暂态现象以及衰减的高频振荡。

按照干扰的形态，干扰可分为：①共模干扰，这是发生在保护装置电路中的某一点和接地线(或外壳)之间的干扰。②差模干扰，这是发生在电路两导线之间的干扰，是和有用信号传递途经相同的一种干扰。保护装置接受这种干扰的能力和接受有用信号的能力完全相同。当共模干扰在各导线上纵向压降不平衡时，也会间接地产生差模干扰。

按照干扰的危害，干扰可分为:①引起保护与自动装置不正确动作的干扰。低频差模干扰通常属于此类干扰。一般情况下，保护装置在工频上下有一个通频带，可以滤掉高频干扰。而低频差模干扰与有用信号一起进入回路，形成干扰，影响其正常工作。②引起设备损坏的干扰。由于高压网络的操作或雷电波引起的高频振荡，其幅值大大超过低频干扰，常易造成保护装置元件和二次回路的损坏，这种干扰通常属于共模干扰。

3 一次系统与保护(控制)回路耦合产生的干扰

当电力系统进行线路或母线的空投或切断、电容器的空投或切断、电容式电压互感器的空投或切断等类操作时，常会引起瞬间过电压(浪涌电压)和高频振荡电流，这种浪涌电压和高频振荡电流可能达到相当高的数值。它们会通过电磁感应、静电感应或公共回路的耦合在二次回路中形成干扰，现分述如下：

3.1 电磁耦合的干扰

当电力系统进行操作时，例如投入电容式电压互感器，由于导线的自感、导线间存在的互感以及分布式电容组成的L、C回路，将会产生衰减的高频振荡。此高频电流将流过接地网和中性线，如果电容式电压互感器的二次电压引线与高压导线或接地网中性线平行，则由于互感的存在，高频电流将在二次电压线上产生感应电压，即为干扰电压，可达数千伏。因为它们是对地的，这一干扰为共模干扰。由于互感器各相电压回路对地线回路的互感不可能完全相等，共模干扰的电压也不会完全相同，于是在各相导线间，会出现差模干扰。“屏蔽”是降低电磁耦合干扰的有效措施。干扰导体中的高频电流将在其周围产生干扰磁通Φ1，若被干扰导体不采取任何措施，则Φ1将在其上产生感应电势，并形成干扰电压。若被干扰导体外有金属屏蔽层，则Φ1将在屏蔽层中感应出感应电势。如果给屏蔽层中的感应电势一个低阻抗的回路以产生感应电流，根据电磁感应定律，这一感应电流所产生的磁通Φ2总能抵偿Φ1，从而起到屏蔽的作用。为了达到屏蔽的目的，要求做到以下几点:

屏蔽层是导电体，而且两端接地，以产生感应电流；屏蔽层有尽量高的导电率，以产生较大的作用于抵偿干扰磁通的电流；屏蔽层完全包围导体。如果能够满足上述条件，就可以达到几乎完全的屏蔽作用根据以上屏蔽原理，若导体本身不具备良好的屏蔽层，又希望减少外磁场干扰时，可以采用下述方法之一来达到一定的屏蔽目的。

①与被干扰导线平行地敷设1条导线且使其两端接地；②在该导线所在的电缆中，若有备用芯，可将该备用芯两端接地。

3.2 静电耦合的干扰

静电耦合的干扰实际上是电容耦合的干扰。它是由于控制导线处于高压带电导体(如高压母线、线路、高压设备的带电部分等)和大地之间的电场而产生。这种干扰是由于高电压产生的，与有无暂态电流无关。

假设控制导体A与高压干扰源B之间的电容为C1，与大地间的电容为C2，干扰源对地电压为U，则控制导体A因干扰源有电压U而产生对地电压，此电压即为导体A因电容耦合而受到的共模干扰。如果作为控制回路的2个导体对干扰源和大地的位置不对称，即2条导体对于干扰源和大地的电容不同，则它们感应的电压U2(共模干扰电压)不同，于是这2个导体之间将会出现电位差ΔU，这一电位差即由静电耦合产生的差模干扰。

3.3 公共电路耦合的干扰

变电所的一次电路和二次电路都有接地点，实际上，它们是接于接地网的不同点上的，因而，接地网就是最常见的公共电路。公共电路可以形成耦合作用以产生干扰，以下用投入CVT产生的暂态电流通过接地线的阻抗引起干扰为例说明。CVT的一次和二次绕组(仅画出单相)的中性点，接于分压电容的接地端后，再经过接地线接地。接地线本身的分布电阻和电感用一个集中阻抗Z表示。合上K，将CVT投入运行时，会产生一个很大的暂态电流i0，i0在Z上产生的压降使CVT二次绕组中性点和接地点电位升高，大大高于控制室地电位，因而，使接入继电器或仪表的二次电压线和它们的接地的金属外壳之间产生很高的过电压。

3.4 直流系统操作引起的干扰

在直流系统中断开辅助继电器、断路器合跳闸线圈等有感元件时，可能引起很高的电压，这也是一种重要的干扰源。切断电感元件时线圈两端出现的暂态过电压具有振荡的性质，其大小和频率决定于下列因素：被切断的线圈电感量；被切断的电流值；线圈两端及引线间的杂散电容；线圈的电阻及其铁芯和周围介质的损耗；操作开关的构造及其灭弧介质的“击穿电压-时间特性”。当被操作的开关是理想的开关，即其断开时间为零。断开时开关断口耐压无限大，则暂态只限于线圈及其引线。

4 减小干扰影响的措施

继电保护和自动装置的抗干扰问题是一个很复杂的问题，没有一个通用方法，只能因地制宜，根据前述讨论，提出以下几种行之有效的抗干扰措施：

4.1 远离干扰源

干扰源和被干扰回路之间的电容和电感，是两者之间距离的对数函数，增大它们之间的距离可以减小电容和互感，因而可以减小静电感应和电磁感应引起的干扰。

4.2 减小干扰源的干扰强度

给隔离开关和断路器的断口上并联高电阻。当断开时，将电阻接入可以减小所引起的暂态电压浪涌。这是减小干扰的经济而有效的方法。

给直流继电器线圈和其他电感线圈并联稳压管或非线性电阻，以减低线圈被切断时所引起的暂态电压浪涌。

为了防止电流互感器在过大的交流电流作用下饱和而在每半个周期中产生尖峰的高电压，可在其二次绕组上并联碳化硅非线性电阻。在继电保护输入回路并联小电容 (如0.5μf)，以减小高频干扰。

5 结束语

电力系统继电保护和自动装置从电磁式到半导体型，再至数字型，是技术上极大的进步，由此而产生的“干扰”问题，也引起了技术界的广泛关注，并开展了大量的深入研究。

[1]苟同江.微机继电保护装置的抗干扰防护措施[J].

[2]赵波.微机型继电保护装置的抗干扰措施[J].

[3]臧立岩,吴志明.微机继电保护装置的优点及抗干扰防护措施[J].