关于变电站保护二次电缆屏蔽层接地方式的探究

董义昊

摘要： 变电站二次电缆屏蔽层在电力系统运行的过程中发挥着非常重要的作用，在应用过程中，其可以十分有效的提高变电站电磁的兼容性，二次电缆屏蔽层在设置的过程中还是存在着非常激烈的争议，有人认为应采取一端接地的形式，而还有人认为应该采用两端接地的方式。经过从抗干扰和防止过电压现象的角度来分析屏蔽层的作用和功能，认为屏蔽层当中的过电流现象通常是因为其受到了电磁感应的影响，所以两端接地的过程中非常有效的提高了其对外界干扰磁场的抵御能力。在采取了一系列有效的措施之后采用两点接地的方式可以十分有效的屏蔽电磁的干扰，同时也可以减少设备损坏现象的发生。

关键词： 变电站;二次电缆; 屏蔽层; 干扰; 接地

引言：一般情况下，变电站会运用带有屏蔽层的二次电缆向测控装置中引入相关的保护信号，然而，现场中的电磁干扰会利用耦合方式变异电缆中的各种信号来源，会导致控制以及测量数据产生一定误差，如果电磁干扰特别严重，那么会导致二次保护装置的误动或损坏。目前，在变电站中有着非常严重的电磁干扰，所以应对二次电缆进行有效的抗干扰保护接地。

若要提高二次电缆抵制干扰电磁的能力，重要的前提和基础就是要对屏蔽层的作用有一个相对比较客观和正确的认识，同时在这一过程中还要选择合理的接地方式。如果选择了错误的接地方式，就有可能会严重的影响到屏蔽的效果，有些时候甚至还不如不放屏蔽层的效果好，在选择接地方式的时候，一定要对多种因素进行综合的考量，这样才能保证接地方式的科学性和合理性。

1.变电站的主要干扰

1.1主要干擾源

变电站本身是一个强大的电磁干扰源，在正常和故障情况下都易产生各种电磁干扰。干扰源大致可分为以下几类：

1.1.1一次设备本身的高压电场可通过电容耦合到二次设备;大电流产生的磁场可通过电感耦合到二次设备;由于天线效应，大型发电机、变压器、导线都会发射出工频和谐波频率电磁辐射。

1.1.2雷电，雷电流平均20kA，最高值200kA，发生时间在μs级。雷电流对二次电缆的干扰作用表现在两个方面：雷电流经避雷器入地，使得地网上的电位分布极不均匀，另外引起地电位升高，这时将对屏蔽层接在地网上的二次电缆产生干扰;一部分幅值较低的雷电流进入开关站后，将在二次电缆上产生感应分量，或直接经过各电压等级的避雷器进入二次系统的电源系统，另外雷击发变电站附近物体，也将在二次电缆上产生感应干扰。

1.1.3一次系统中的开关操作，断路器、隔离开关的动作会引起电气回路状态变化，特别是隔离开关动作时，没有灭弧装置，往往要产生多次电弧重燃放电现象，每次重燃都会在回路中引起电磁能量振荡，一般认为开关操作是引起干扰和过电压的重要原因。

1.1.4短路电流，短路产生的大电流通过耦合对二次设备造成干扰，且短路入地电流会引起地电位升高，形成地电位差。

1.1.5二次回路，如继电器回路，当断开直流回路电感线圈时，会产生高频过电压，每次开关触点闪络都要在回路中产生一次波过程，一连串的暂态过程直接影响同一电源上的回路，同时通过电磁耦合到其它回路。

1.1.6局部放电，高压导线表面及绝缘子金具尖端部位的电晕放电，接触不良产生的火花放电以及污秽绝缘子表面的局部电火花等都会产生电磁辐射，形成辐射干扰源。

1.1.7步话机和通信设备，变电站的通信设备、高频载波机、对讲机也会产生不可忽视的辐射干扰。

通过以上分析可见，变电站中的电磁干扰不仅强度大，而且频谱范围极宽，可以从几十Hz到数百MHz，这给电磁防护带来很大困难。

2.屏蔽层的抗干扰作用

在变电站中，二次电缆屏蔽层属于对电磁干扰进行防护的一个基本性方式，可以有效防止信号所产生的电磁场干扰外界，而且还能有效避免外界当中的电磁场在一定程度上干扰信号线。目前的信号以及控制电缆大部分运用的屏蔽层基本都是铜丝的编织层

2.1辐射

电磁屏蔽主要的工作原理是利用电磁波在屏蔽界面上所反射的能量消耗和屏蔽层在运行过程中吸收消耗来使得电场的能量得到降低和控制，在屏蔽效果方面和接地方式基本上不存在直接的关系。电导率和磁导率的乘积数值和材料的屏蔽效果呈正相关的关系，比较常见的材料有铜和铝等材料，屏蔽电缆层通常情况下都会选择金属编织物作为重要的组成物质，所以也决定了其表面是存在着很多缝隙的，这样一来也就使得屏蔽的效果受到了一些不利的影响，一般情况下，单层材料的屏蔽层屏蔽能力大约为 50 分贝，而双层材料的屏蔽层在屏蔽效果上会更好一些，大概会比单层的材料多屏蔽 30分贝的干扰。在这种屏蔽层当中，应用的主要材料为铜，所以在屏蔽效果上也无法很好的得到保障。

2.2公共阻抗耦合

地网电流主要有3种：工频短路时流过地网的工频电流;侵入地网的雷电冲击电流;高频电流通过接地电容（如电容式电压互感器，补偿电容）流入地网。地网电流对二次电缆的干扰表现在：地网电流对二次电缆有感应电势，这不属于公共阻抗耦合形式;如屏蔽层两端接地，由于地网电流的影响，整个地网电位分布不平衡，将有噪声电流流过二次电缆的屏蔽层，此电流将在芯线中感应出共模电压，由于感应出的共模干扰的微小差异和信号回路阻抗的不同，此共模电压会转换为差模电压对二次回路产生干扰，屏蔽层单点接地就不存在这个问题。

2.3电容性耦合

屏蔽层如果不进行接地根本就不能屏蔽电场的干扰，两种接地方式有着相同的屏蔽电场的效果。假如屏蔽层有着数值为零的接地电阻并且有着完全的覆盖率，那么芯线上根本就不存在感应电压

3.关于接地方式的思考

经过一系列的研究可知，屏蔽层一点接地和二 点接地存在着不同的优势和弊端，一点接地的不足主要体现在：如果出现了故障，屏蔽层可能会出现很大的电流，这样就会对屏蔽层造成非常严重的损坏现象，在电力系统运行的过程中，地网是不可能存在完全等电位的情况的。两点接地在运行的过程中会存在着非常明显的电位差，在这样的情况下就可能使得屏蔽层当中会出现比较明显的干扰电流，而如果使用一点接地的形式就不会出现这样的问题。

所以在电力系统运行过程中，如果要选择两点接地的方式，就必须要具备一个功能性非常好的接地网。在实践的过程中是需要采用电缆沟铺的方式，同时还要对导体进行并联处理。这也是两点接地当中所必须的一项措施，并联的分流导体在运行的过程中就可以充当屏蔽层，从而发挥屏蔽干扰电流的作用。其在运行过程中主要的作用是对地电位进行均衡的调整，对地网电流进行分散处理，同时还能在这一过程中减少过电压现象的出现。相关的研究显示使用了并联形式的接地导体之后可以减少至少一半的感应电压。

但是在这一过程中需要注意的是，对于那些传输极其敏感信号的电缆来说，一点接地和两点接地可能都无法很好的满足其实际的需要，所以在这样的情况下就需要使用双层屏蔽电缆，在内层屏蔽中使用一点接地的形式，而在外层屏蔽中使用两点接地的形式，这样一来就使得外层的噪声电流对内屏蔽层不会产生非常严重的负面影响。如果是那些干扰十分严重的地区就应该采取光纤的形式。

4.结束语

变电站运行的过程中，二次电缆屏蔽层发挥着十分重要的作用，其能够有效的提高电力生产的质量，同时还能在这一过程中减少外部不利因素对电缆运行的负面影响，但是对于电缆屏蔽层接地方式的选择还有待研究，一点接地和二点接地所体现出的特点和优势是不同的，所以要根据实际的条件选择合适的接地方式。

参考文献

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