变电站继电保护抗干扰探究

王颖

摘 要:变电站中的电磁环境非常恶劣,继电保护装置的电磁兼容水平及安全、可靠性能是电力系统能够稳定进行的关键因素。本文主要论述了变电站中的电磁干扰原理、干扰方式以及传播方式,通过案例与抗干扰理论知识的相结合,对继电保护装置的必要性以及抗干扰性能进行研究。

关键词:变电站继电保护抗干扰探究

中图分类号:TM774 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)07(c)-0095-01

变电站中的干扰主要指电磁干扰,电磁干扰的形成因素有三个方面:一是要有电磁干扰源,二是要有敏感设备对干扰能量进行接收,三是要有媒质将干扰能量与敏感设备相沟通。电磁干扰源种类多样,而且传播方式也不相同,具体内容如下。

1 电磁干扰源及传播方式

1.1 典型干扰源

雷击、系统的短路、辐射干扰以及静电放电都是比较典型的干扰源。雷电是大气层中最猛烈、最频繁的电磁干扰源。雷电所产生的电流会在空间辐射电磁场,使地面金属导体接收强大的电压。导致系统中的电源线或信号线产生高压脉冲,可能造成变电站内一次设备的绝缘损坏,或者通过一系列的传播影响到二次设备的正确工作。系统发生短路时,可能导致大电流泄入接地网,引起接地网和接地点的整体电位升高。若二次回路、接地网接地点以及大电流的入地点距离较近,电位也会随之升高,从而使二次回路中产生干扰电压。

变电站中的辐射干扰主要是由工作人员通信工具引起的,同时站内的一些设备所产生的局部放电也会带来辐射干扰。例如火花放电、点晕放电和沿面闪络产生的辐射,对变电站的干扰都是不容忽视的;静电充电是指两种不同介电常数的绝缘材料摩擦时,会引起其中一种材料的充电情形。若被冲过电的材料与其它导电物体相接触,就会引起电荷的移动,产生强烈的电弧,可能导致电路元件发生故障。

1.2 干扰源的传播方式及作用形式

电磁干扰源的传播方式主要有两种:传导干扰、辐射干扰。传导干扰就是通过电容、电阻和电感元件进行传递的干扰。辐射干扰是以电磁波形式进行传递的干扰。通常是传导方式或辐射方式起关键作用,但有时两者同时起作用。电磁干扰在敏感设备回路或装置端口的作用形式包括共模干扰和差模干扰。共模干扰是指能够引起回路的对地电位发生改变的干扰,或者指从干扰源到敏感设备的回路上的两条线都以参考地作为返回通道的干扰。共模干扰可以是直流也可以使交流。差模干扰主要指干扰往返在同一回路的两线之间。

2 继电保护抗干扰分析

电磁干扰主要通过继电保护装置的端口以共模干扰的形式进入保护装置内部,若装置中某回路元件的分布参数发生不对称的情况,共模干扰就会转化为差模干扰的形式,进而形成对器件或回路的干扰,在干扰传播中,主要以传导干扰的方式作为主要表现方式。这里将结合案例对这一观点进行阐述。

2.1 有关案例

案例一:某变电站为220kV,其旁路开关在代路时采用无压方式重合闸的方式,但是多次重合都不成功。通过对继电保护装置进行分析,发现此变电站是高层布置,而且各个旁路母线刀闸和机构箱都处于高处构架上,开关间隔也没有专用的电压抽取设备。案例二:某变电站为330kV,系统母线因检查修理而隔离开关,但在母线由运行转为检修时,隔离开关产生强烈电磁干扰,使同串相邻开关的死区保护发生误动。而值班人员拉开隔离开关时,其它开关出现跳闸现象。而且在开关跳闸过程中系统并没有出现短路故障。断路器有保护动作发生,线路中的保护装置没有任何信号,系统其他设备也没有异常的反映。

2.2 抗干扰性能分析

当线路的间隔需用代路操作时,与之对应的别路母线开关闭合,其它的间隔开关全部断开。通过代路间隔的电压抽取装置抽取的电压经过其它间隔开关时的节点切换和母线的电压比较,为线路操作和重合闸提供使用。对保护装置进行检查发现,所有的线路在间隔未代路时旁路母线的开关全处于拉开状态,保护装置中的辅助电压切换电压高于电压的定值,就会造成重合闸的失败。同时,若母线经辅助节点切换后产生的辅助节点处于同一电缆中,就会引起线路周围磁通量的变化,对其它线路产生电磁干扰,引起保护装置不能正常的工作运行。这时,就需要使用保护屏上的代路控制开关接点进行电压的同期切换,取代旁路母线的隔离开关切换方式,避免多条线路的平行排列,就能有效的避免电磁干扰现象的发生,保障继电保护装置的正常运行。

带电空载在闭合隔离开关时,会使用瞬态的波形记录仪器在CT端记录、显示干扰电流的电压波形以及断路器的保护情况。测试结果表明,当系统和CT回路情况正常时,电闸的开关保护会产生误动,从测量仪上可以明显的显示出高频的干扰电压及电流。所以在拉开刀闸时所产生的电磁干扰电压是导致装置保护的主要因素。

变电站对保护屏采用了屏蔽电缆,且屏蔽层的两端采取接地措施,如果CT回路接地正确,干扰源的传递途径就不可能是电容耦合。这时,变电站中的干扰源主要是传导耦合引起,也就是说刀闸在拉合过程中空载短线会产生感应电势。感应电势会经过电流互感器传到CT回路中,对保护装置造成一定的影响。当开关回路发生短接后就会降低干扰程度,这主要是因为电磁干扰是由CT传导过来的。从干扰原理来说,这种形式的干扰属于差模形式的干扰,同时电缆屏蔽无法有效的抵抗这种干扰。需要采用一定的接地措施和屏蔽措施,加强保护装置的抗干扰能力,这样才能有效抑制刀闸拉合时产生的干扰。将保护装置变为高速脉冲干扰的继电器保护装置后,就能避免隔离刀闸引起保护误动现象的发生。

2.3 变电站采取措施

变电站采取的措施主要包括设备的防范措施以及施工防范措施。施工防范措施是指将保护室的地板结构和墙中的加强筋并联在一起和地网连接,制造出一个可以放置整个系统的低阻抗平面。避雷针需用导体与地网连接,上面的金属构件要和钢筋混凝土中的钢筋相连,形成一个有效的抗干扰系统。

设备防范措施是指要尽量减少电压、电流互感器以及避雷器等装置的接地阻抗,构建一个低电阻的接地网来改变变电站内的地面电位差。而高频耦合电容器和电容式互感器要尽量降低底座高度,用多股导线为接地引线来提高接地网密度。二次回路中的两根线要避免产生差模电压,所以多把两根线用在同一电缆中,同时二次电缆的敷设要紧靠着地下引线。对于进入继电保护装置的电压、电流要用带有屏蔽层的电缆进行控制,而且屏蔽层的两端要采取接地措施,接地地点要原理一次设备接地点。需注意的是,不同等级的强、弱电回路不能同时使用一根电缆。

3 结语

本文主要分析变电站中的各种电磁干扰原理、干扰方式以及电磁干扰的传播方式和作用形式。通过对相关案例的详细分析,论述保护装置的抗干扰能力的必要性。分析了继电保护装置中的抗干扰措施以及措施的优点不足,并提出变电站也需要采用一定的防范措施来降低电磁干扰的出现。

参考文献

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