变电站二次系统的干扰与防范分析

李佳明

摘要：随着变电站自动化系统大规模地利用和继电保护设备的不断更新，干扰问题是造成继电保护装置不正确动作和监控系统不正常工作的主要原因之一，采取有力措施解决保护和自动化设备的抗干扰问题越来越迫切。本文对二次系统中常见的干扰进行了分析，并提出了许多有效地防范措施，以期带动电力事业的发展。

关键词：变电站 二次系统 干扰 防范

TM41

一、概述

變电站二次系统发展到今天，继电保护、通信及自动化，已成为现代电网的三大支柱。近年来，微机型继电保护装置在变电站二次系统得到了广泛应用，但是，由于设备本身的抗干扰能力差或抗干扰措施不到位，造成继电保护及安全自动装置不正确动作时有发生，严重影响了电网的安全稳定运行。去年一年，因继电保护误动引起的220 kV以上系统跳闸就达13条次，综合自动化变电站因10kV馈线保护装置的误动、拒动以及重合闸装置的不正确动作，使保护越级动作越来越多。特别是10 kV馈线的误动，由于不涉及变电站二次系统的安全稳定，对变电站二次系统的反事故措施往往是一个薄弱的环节。但一次误动跳闸经常造成大量负荷的损失，不但影响了变电站二次系统职工的效益，同时也给国民生计带来了巨大的影响。

微机保护的自检功能、事件报告、定值的修改和查对、人机对话功能等都具有常规保护不可比拟的优点，其逻辑功能强，动作快捷，使保护装置的快速性、可靠性、灵敏性、选择性得到了很大提高。但是另一方面，MOS构件的栅介质SiO2很高的绝缘性能及其超薄的电容结构使很小的电量就能产生很高的电压，使介质击穿，故必须高度重视变电站二次系统的二次干扰问题。我们必须对变电站二次系统的二次干扰有一个清晰的认识，并加强其防范措施，保证变电站二次系统的安全稳定运行，提高对用户的供电可靠性。

二、干扰的类型和特点

1. 干扰的类型分类

干扰类型的划分方法很多，既可以按干扰的产生原因来划分，也可以按干扰的性质、波形、持续时间来划分．还可以按十扰的传递途径、各种表现或特点来进行分类。但是，不论哪种分类方法，都有其局限性。不能全面地反映干扰的性质和状态。本文主要按电器二次系统设备的相对关系，把干扰分为内部干扰和外部干扰两种。

（1）外部干扰

对于电力系统二次设备而言，干扰主要来源于装置外部，即电力系统中产生的干扰，这是需要探讨的重点。

（2）内部干扰

内部干扰是指由二次系统装置自身产生的干扰。主要包括装置内部具有电阻特性的元件产生的热干扰、装置滤波电路或滤波算法不理想混入的交流干扰、装置内部元件布局或配线等不当引起的感应干扰、装置内部元件接触不良引起的断裂干扰等。解决内部干扰的措施主要依赖于生产厂家在设备生产过程中工艺的提高、生产前合理的设计以及设备生产选材的精益求精。

2. 常见的干扰源

（1）电磁继电器干扰

电磁继电器的电磁系统是由一个或若干个线圈及铁芯、磁轭、衔铁等组成，线圈的电感与分布电容比较大。分布电容在线圈通断电流时使线圈有效地短路，当通过线圈电流的通路被切断时，线圈周围的磁场突然消失，线圈上则会产生具有陡峭波形的高达数百伏，甚至上千伏的“感性冲击”瞬态。浪涌电压，它是在电流通路断开了3微秒内产生的约

为电源电压100倍的瞬态过电压，然后按线圈电感、分布电容和电阻所决定的速率下降到零。这种脉冲过电压能产生极大的能量泄放，它会窜入保护回路，对保护装置产生相当大电能冲击和激励。此外在触点的闭合或断开瞬间，触点间将会产生电流，形成陡峭的浪涌的冲击电压，从而能导致其线圈回路、励磁(场)的振荡，该振荡形成的辐射干扰将通过电源线传导到系统中别的电路中去。这些干扰电磁波中还含有很高的频率成份，存在于很宽的频段内。

另外继电器的塑料结构件由于静电感应会带有大量的静电电荷。当继电器动作时，触点通断产生的电流会在这些塑料结构上电离并积累游离的电荷。当电荷积累到一定程度后，将以电晕的方式迅速释放，产生一种强大的辐射干扰，即“P—静电干扰”。其特点是放电时间短，放电电流大，放电电压高，具有20～1000 MHz宽频率频谱成份。

（2）拉合刀闸所引发的干扰

变电站二次系统一次设备产生的干扰，如变压器的投切、高压线的拉合、刀闸的变位等，相对于继电器的通断，触点的开闭，其电磁干扰的影响就更大了。

（3）雷电干扰

雷电干扰可由直击雷、感应雷和侵入雷电波产生。直击雷是雷直接击于电气设备，其产生的过电压数值可达数千千伏。感应雷是雷击附近的物体，或地面，由于空间电磁场发生剧烈变化，在电气设备上产生感应，其感应电压数值一般在500～600 kV以下。侵入雷电波是输电线受到雷击，雷电波沿导线侵入电气设备，对电气设备造成影响。由于雷电流一般幅值达到百多干安，而一个雷电波的时间却是微秒计算，故它对保护所产生的瞬变冲击干扰就十分严重，虽然可以通过避雷针、避雷线以及避雷器、放电间隙等等手段进行防范，但是空间电磁场的剧烈变化对微机保护产生的影响是不能忽视的。

三、有关干扰的防范措施

目前，变电站二次系统受到着不同程度的干扰，面对这些干扰，人们分析并提出很多有效的措施，进行对干扰的防范。

1. 光电隔离

因为光是不受变电站二次系统电磁场影响的传导媒体，故部颁反措要求“外部引入半导体，集成电路、微机保护应经光电隔离，装置本身也只能用空接点，或光耦输出，禁止用可控硅出口”。为此，微机保护装置的开关量输入，开关量输出回路都必须经光耦或空接点，以隔离开关量回路中的干扰影响。如果微机保护中CPLD复杂可编程逻辑控制器重复性损坏，极有可能是某开关量输入输出回路光耦损坏，光电隔离不起影响了，就经不起干扰的侵犯。

2. 规范保护控制电缆和抗干扰电容

为避免强电场的影响，保护装置的控制电缆敷设路径应尽可能离开高压母线以及高频暂态电流的入地点。如避雷器和避雷针的接地点、并联电容器、电容式肌、结合电容及电容式套管等设备，而且应与电力电缆经由不同的电缆桥架敷设。此外微机保护的交流进线，还应经过抗干扰电容，然后才进入保护。引入回路的导线应焊接于抗干扰电容的一端，抗干扰电容的另一端应接到屏的接地端子上。

3. 屏蔽技术

屏蔽指的是采用屏蔽电缆、各种人工的屏蔽盒和各种可利用的自然屏蔽体来阻挡、衰减施加在电子设备上的电磁脉冲干扰，需要强调的是屏蔽体外壳必须有效接地。同时，进入屏蔽室的各种电源线、信号线都必须采取有效的电磁脉冲隔离和高频电磁波滤波装置过滤，否则一根来自干扰源环境中未经过滤波器或隔离的导线将会使得屏蔽笼失去屏蔽的作用。

屏蔽的方法已广泛应用于继电保护装置上，采用屏蔽的目的有两个，一是限制内部辐射的电磁能量越出，对外界产生干扰；二是防止外界辐射的电磁波进入，对继电器产生影响。采用金属材料作为屏蔽体，对于不同的金属所屏蔽的电磁场波不同，屏蔽与衰减的效果也不同。如纯铁、坡莫合金、镍钛合金不锈钢等磁屏蔽体的表面阻抗与空间磁场的波阻非常接近，因此磁屏蔽体表面对磁场波的反射损耗很大，磁屏蔽效果主要由吸收和穿透损耗所决定。相反，电屏蔽体表面阻抗很小，它要屏蔽的则是高阻抗的电磁波，因此它的屏蔽效果主要由表面反射损耗所决定，而穿透损耗则是次要的，即电磁波屏蔽体可以用比较薄的导电性能好的顺磁材料铝、抗磁材料铜及其合金制成。所以如果用磁导率较好的纯铁或坡莫合金等制作箱体，再镀一层铜或离子溅射锌等，则具有了既吸收磁场干扰，又反射电磁干扰的效果。

4. 接地

变电站二次系统二次回路的接地，并不是继电保护二次回路的电路联接需要，而仅是一种保安接地，是为了保证人身安全和设备安全的一种保护性措施，是为了防止大气过电压及变电站二次系统内部过电压对人身和设备的损害。为了保证人身和设备的安全，必须充分重视各种接地的措施。

四、总结

随着变电站自动化系统大规模地利用和继电保护设备的不断更新，干扰问题是造成继电保护装置不正确动作和监控系统不正常工作的主要原因之一，采取有力措施解决保护和自动化设备的抗干扰问题越来越迫切。解决好这个问题，将可以显著提高保护的正确动作率。相信随着相关技术的发展，我国的电力系统会变得更加顽固。

五、参考文献

[1] 王伟.变电站综合自动化电磁干扰问题及抗干扰试验[J].现代电力,1999(2).

[2] 吴春玉.变电站自动化系统防雷技术[J].电工技术,2007，(9).

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。