提高变电站微机型保护装置抗干扰能力的措施探讨

张壬寅

摘 要：变电站的安全运行是电力系统稳定的基础。目前微机型保护的广泛应用，其抗干扰问题越来越受到人们的重视。本文以变电站存在各种主要干扰源的分析，对提高微机型继电保护装置的抗干扰水平的措施进行探讨。

关键词：变电站 干扰 微机继电保护 措施

1.前言

变电站是一个具有高强度电磁干扰源的特殊环境，装设在变电站内的继电保护和自动装置总是受到正常运行、故障情况和某些特殊情况下产生干扰的侵害。影响继电保护和安全自动装置的干扰主要包括来自直击雷对一次系统的干扰、系统发生故障短路电流的干扰、在变电站内进行断路器，隔离刀闸的操作引起的电气回路状态变化等等，也包括来自二次回路本身的干扰：例如断开直流回路电感线圈、近距离使用对讲机、手机、人身静电对设备外壳放电、电缆的对地电容、交流成份窜入直流回路、微机保护的算法等。

变电站的一次回路和二次回路本身的电磁干扰，通过感应、传导和辐射等途径传入到继电保护装置中的电子元件上的。当干扰水平超过装置逻辑元件允许的干扰水平时，将引起装置逻辑回路的不正常工作。从而使整个装置的工作逻辑或出口逻辑异常，这将会导致继电保护装置在正常情况下误动、误跳开关，系统故障情况下拒动或误动扩大事故范围。这些将对系统安全稳定造成严重的后果。

2.常见干扰分析

2.1直击雷影响

直击雷对变电站的一次、二次设备都产生很大的影响， 有研究结果表明，对于干扰而言：雷击相似于幅值。平均为25kA的冲击型电流源，其上升时间从1μs到大于50μs，衰减到一半幅值的时间从几十μs到几百μs不等。无论直击雷落在变电站的什么部位上，最终的雷击波都将经母线传播，并经避雷器入地。由于电与磁之间的耦合，会在导线与地面之间产生干扰电波，这种干扰在屏蔽电缆中感应的电压波形决定于电缆本身的谐振频率。对于普通的屏蔽电缆，在严重雷击时其干扰将超过1kV。雷击的另一重要影响是雷击电流流入大地后产生的暂态地电位升高。当变电站接地部位遭受直接雷击或雷击电流经避雷器入地时，高频电流会因为地网的高电阻，从设备到地网接地线的接地阻抗等等引起的暂态地电位升高。

2.2接地故障时的工频干扰

当变电站内发生接地故障时，变电站接地网往大地中会流过接地故障电流，由于地网存在的接地电阻，使接地故障后的变电站接地网电位高于大地电位，其幅值由地网接地电阻及入地电流的大小所决定，按我国有关规程规定其最大值可达每千安故障电流10v。

2.3倒闸操作引起的高频干扰

断路器的倒闸操作和隔离开关带电分合空母线（如旁路母线）等是变电站内对二次回路及二次联接设备产生高频干扰的主要来源。对于隔离开关向空母线充电可等效为隔离开关合闸于不带电的纯电容负荷。

当隔离开关动静触头逐渐靠近时，两触头间电场随之强度增大，直到发生拉弧现象。由于隔离开关操作速度较慢，第一次拉弧多数发生在电源侧工频电压最大值附近，当闪络拉弧开始，电流将通过隔离开关触头向电容迅速充电。在电容充满电时， US于UL间压差为零，此时触头间电源侧的电容充电的回路自然中断。通过零电位点后，由于电源侧US幅值和相位随着工频电压变化，导致US与UL之间的压差又开始增大，当电压大于击穿电压时，开关触点第二次被击穿。同时又对电容快速充电。伴随着触头间隙逐步靠近，隔离开关动静触头间击穿电压也逐步降低，每一次闪络拉弧的电压幅值也越来越小。所以合闸过程中所产生的高频干扰是逐步降低的，而隔离开关拉开空母线的情况则与上述过程完全相反。

隔离开关带电合空母线在开始闪络拉弧的初始阶段将产生每秒钟二三百次的再点弧过程。每次都将产生前沿很陡的电流与电压波，这些波沿母线传播，并经母线终端或各种电容器设备注入地网（例如电容式PT），行波在每一个断点处都产生反射，从而产生各种高频振荡，其频率范围一般为50kHz至5MHz之间。这些高频振荡与二次回路耦合会感生出强烈的干扰。

2.4辐射干扰

使用手机、对讲机时会产生强辐射电场和相应的磁场， 在附近的半导体器件回路中会由于变化的磁场而感应出高频电压从而形成一个假的信号源，在经过整流后可能会将数字回路的逻辑电位偏移甚至造成逻辑混乱，实验发现在一些收发讯机、录波器1M范围内使用手机、对讲机，收发讯机、录波器都会启动。由此可见辐射干扰对保护装置的影响是不容忽视的。

2.5直流电源干扰

对于直接电源的干扰主要有两个方面，其一是直流回路上发生故障或其它原因产生的短时电源中断与恢复。因为抗干扰电容与分布电容的影响，直流的恢复可能极短，也可能较长，在直流电压的恢复过程中，电子设备内部的逻辑回路会发生畸变，造成继电保护功能紊乱而引起误发信号，误输出跳闸命令的错误动作行为；另一种情况是因外部原因致使直流回路中窜入交流分量，这种情况对经长电缆自变电站引入保护装置的控制及信号回路都有很大的影响。也就是说直流电源中一旦串入交流成份，便会影响继电保护设备的动作行为，对系统的稳定造成很大的破坏。

2.6静电放电干扰

在干燥的环境下，工作人员的衣物上可能会带有高电压，在穿绝缘鞋的情况下，所以当工作人员接触电子设备时会对其放电，放电的程度依设备的接地情况，环境不同而不同，严重时会烧毁电子元件。

3.抗干扰措施

3.1变电站的抗干扰措施

3.1.1控制电缆屏蔽层应在两端同时可靠接地。

设计规程规定：变电站中所有用于连接由开关场引入二次设备室微机型继电保护装置的电缆即电流、电压和控制、信号回路电缆都应当在开关场和二次设备室两端将屏蔽层可靠接地，这样可有效的抑制静电干扰，对电磁干扰和高频干扰也有很好的抑制作用。

3.1.2全站敷设专用的二次接地铜网

根据国家电网公司的“反措”要求，规定在变电站开关场、高压开关室到二次设备室敷设100mm2的铜排，构成变电站二次专用接地网，连接所有的屏蔽电缆的两端接地点，这样可有效减少地网接地电阻，降低变电站各点电位差，防止地电位升高造成的干扰，提高屏蔽电缆抗电磁干扰效果。

3.1.3 CT、PT二次回路必须并只能一点接地。

根据我国《继电保护和安全自动装置技术规程》中的规定：CT（电流互感器）的二次回路应有一个接地点，并在配电装置附近经端子排接地，对于有几组CT联结在一起的保护装置（例如母线差动，变压器差动，发电机差动保护等），则应在保护屏上经端子排接地，PT（电压互感器）二次回路只允许有一处接地，接地点宜设在控制室内，并应牢固焊接在接地母线上。

CT及PT二次回路必须并只能一点接地，是为了人身和二次设备的安全，同时提高抗干扰能力，防止因为互感器一、二次线圈间的分布电容和二次回路的对地电容导致一次高压引入二次回路。达到保证安全的目的。

3.1.4交流回路、直流回路不可混用在同一根电缆内，强电、弱电不共用一根电缆。

设计规程这样的规定能降低不同电压等级和交直流之间电磁耦合的干扰，同时还避免了因同一根电缆中的芯线间绝缘损坏而串入不同类型的电源，而引起保护逻辑的混乱。

3.1.5变电站其它抗干扰措施

尽可能降低一次设备：如避雷器、CT、PT等的接地电阻；降低因注入高频电流时产生的暂态电位差，构造一个低阻抗的接地网；尽可能降低变电站内的地电位差，用以降低对二次回路及保护设备的干扰。

以上措施只能是最大限度的将干扰降到最低，却并不能完全消除。

3.2微机保护装置及保护的软件抗干扰措施

3.2.1微机保护装置本身的抗干扰措施

（1） 微机保护装置的箱体必须可靠的接地；

（2）微机保护所有交流量和直流电源进线需先经过抗干扰电容接地，然后才接入保护装置内并应远离直流操作回路的导线和高频输入输出的导线，更不能绑扎在一起。

（3）交流量经过隔离变换器，直流输入经过逆变电源，且变换器及逆变电源的所有一、二次绕组间必须有良好的屏蔽层，屏蔽层应在保护屏上良好接地。

（4）开入量经光电隔离后引入，开出量经过光电隔离输出。

（5）保护装置的出口经过三取二闭锁。

（6）对于微机保护在每一个CPU上均应配有硬件自复位电路（看门狗）。

3.2.2微机保护在软件上采取的抗干扰措施

（1）对RAM自检

RAM中存放着保护的运算数据，自检的方法是由CPU先向RAM中写入一个数据，紧接着再从该地址中取出该数比较是否一致，通过这种方法来检验RAM工作的是否正常。

（2）对EPROM 的检测

EPROM中存放的是保护工作的程序，它是保护装置的灵魂，对它的自检方法是对EPROM 内每一个地址里的机器码进行一种特定的数据运算，最后得到一个数，而这个数则存放在 EPROM的最后一个地址中，微机保护在正常运行时也用这种特定的运算方法对EPROM中的数据进行运算，若 EPROM正常，则运算结果与最后一个地址中数据相同（这个数也即我们常说的CRC 校验码），若运算结果与 CRC校验码不同，则告警。

（3）对E2PROM 的检测

E2PROM是微机保护用来存放定值的，对它的检测类似于EPROM的检测，不同的是微机保护在固化定值的同时也会固化一位运算CRC码到该定值区的最后一位，正常运行时的自检会对相应区的定值进行运算之后再和该CRC码比较，来检验E2PROM的正确性。

（4）开入回路检查

在微机保护上电时会对所有开入全面检查，确认常开与常闭状态的开入量有那些并储存这些开入量的状态，在微机保护巡检过程中只需将实际采集到的开入量与上电时的状态比较即可。

（5）各CPU插件与人机对话插件的巡检

MMI先向各CPU发送问候信号，之后CPU向MMI返回一个正常信号，若CPU不返回信号或返回异常信号，则告警，若MMI长期不向CPU发信号，则CPU驱动一个巡检终断继电器，发巡检终断信号。

（6）跳闸指令的跳闸入口合理输出

微机保护发出跳闸命令的过程可以通过一定方法来防止因外部干扰而误发命令，如图1 所示。

图1

在微机保护进入跳闸程序后，先发出第一个跳令，之后就按系统故障时保护出口的顺序检查某些标志位（如：启动标志位QDB=1？，测量元件动作位=1？等等），若这些标志位状态正确，再发跳令2，同样经过检查相应的标志位后才会真正输出跳令，若是某些干扰使程序进入跳闸入口，则肯定无法通过标志位的检查，所以微机保护可以通过这种方法来提高出口回路的抗干扰能力。

4.结语

微机保护和监控系统是变电站的重要组成部分，是整个变电站二次设备的核心部分，其正确可靠运行直接关系到整个电网的安全可靠。以上通过对变电站的几种主要干扰源的分析，并结合我局对该类问题的实际解决措施，较为全面阐述对微机型继电保护装置采取抗干扰措施的重要性和必要性，随着电网的发展、微机设备广泛应用，抗干扰工作仍需不断深入提高。

参考文献：

[1]中国电力出版社.电力系统继电保护及安全自动装置反事故措施要点。

[2]刘亚超，吴旺东.电网微机保护抗电磁干扰措施.江苏电器.2003，04