变电站继电保护常见干扰及抗干扰措施分析

【摘要】变电站本身的高强度电磁场特性，不可避免会干扰继电保护装置正常运行，文章在简要概述变电站继电保护常见干扰源的基础上，从继电保护装置本身和变电站两个方面提出抗干扰措施，可为相关工作者提供参考。

【关键词】变电站；继电保护；抗干扰

【中图分类号】TM774

【文献标识码】A

【文章编号】1672—5158（2012）10-0256-02

变电站是一个具有高强度电磁场的特殊区域，既有高电压、大电流一次强电设备产生的强烈电磁干扰，又有供电系统以及来自外界的干扰，从而对继电保护装置的正常运行产生重要的影响。因此，有必要对变电站继电保护常见干扰源进行分析，在此基础上，采取综合性的抗干扰措施，以保证变电站继电保护装置的正确动作。

1　变电站继电保护干扰分析

1.1　高频干扰

变电站内对二次回路及二次联接设备产生高频干扰的重要来源有：断路器的合闸、隔离刀闸带电操作空母线（例如旁路母线）等。对于隔离刀闸向空母线充电可以等效为隔离刀闸合闸于不带电的纯电容负荷。隔离刀闸带电合空母线在开始闪络拉弧的初始阶段将产生200～300／s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（例如电容式电压互感器），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～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。

1.2　辐射干扰

在手机、对讲机的附近会产生强辐射电场和相应的磁场，变化的磁场会在附近的半导体器件回路中将感应高频电压，形成了一个假的信号源，在经过整流后可能将数字回路的逻辑电位偏移甚至造成逻辑混乱，研究表明，在一些目前仍被广泛运行的收发讯机、录波器1m范围内使用手机、对讲机，收发讯机会启动，同样录波器也会启动。可见辐射对继电保护装置也是一个重要的干扰源。

1.3　工频干扰

当变电站内发生接地故障时。会在变电站地网中和大地中流过接地故障电流，通过地网的接地电阻，使接地故障后的变电站地网电位高于大地电位，该电位的幅值决定于地网接地电阻及入地电流的大小，按我国有关规程规定其最大值可达每千安故障电流10V。

1.4　直流干扰

对于直接电源的干扰主要有两个方面：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；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。

1.5　静电干扰

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，他们可以将电荷带到很远的地方，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。

1.6　雷击干扰

雷击对变电站的一次、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微秒到几百微秒不等。无论雷击在变电站的什么部位上，最终的雷击波都将经变电站母线四面传播，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　变电站继电保护抗干扰措施分析

2.1　继电保护装置抗干扰措施

为了提高继电保护及自动装置的安全运行水平：一方面从继电保护装置本入手，通过屏蔽、接地、滤波等方式提高抗干扰能力；另一方面在变电站也要采取一些抗干扰对策，整体上提高抗干扰能力。所以，针对几种不同的干扰，在继电保护装置和变电站上需要采取抗干扰对策。

2.2　保护装置屏蔽措施

在继电保护装置屏蔽设计之前，总体指标的分配非常重要，通常有30dB和70dB之说：即在同一环境中的一对设备，干扰电平与抗扰度之差小于30dB，设计阶段可不必专门进行屏蔽设计；若两者之差超过70dB，单靠屏蔽已经很难保证两者兼容，即使能达到兼容指标，设备成本也将会急剧增加。较为可行的办法是，在总体指标或方案配置上作出适当的调整，使得干扰电平和抗扰度电平之差介于30～60dB之间。这是屏蔽设计常用的期望值。一般而言，当屏蔽要求高于上述期望值时，最常用的措施是整体屏蔽之后，内部再加第二重屏蔽；在控制方案上可采用低频或直流控制高频电路运作的方式，这对当今微机和单片机在设备中广泛应用的态势，实施将变得更为方便灵活。广义的电磁屏蔽，一般可以分为两种类型：一类为用于防止静电场（包括静电场和恒定电场）和恒定磁场的影响，另一类为防止交变电场、交变磁场、交变电磁场的影响，即通常工程人员从狭义的概念上理解的电磁屏蔽。

对于微机继电保护装置而言，为防止外部的干扰直接耦合到装置的内部插件和元器件上，所有的插件用机箱来屏蔽。这一点，目前几乎所有的微机保护装置都采用了。以四方公司的第三代微机保护装置为代表，并且采用机箱良好接地的方式。当装置安装于主控制室内时，由于距离开关场比较远，加上房间设计通常都采用“法拉第笼”的结构，从电磁干扰比较严重的开关场地发出的干扰，无论是表现为静电的形式，还是电磁波的形式，在经过很长的距离到达主控楼的继电器室后，首先要经过一个“法拉第”式的屏蔽体，经过衰减后到达继电器屏，继电器屏的外壳也是一个屏蔽体，再次衰减后，到达微机保护装置的机箱。由于微机保护装置机箱也是一个屏蔽体，对电磁干扰将起再次屏蔽的作用。可以断定，如果主控制室的屏蔽体和继电器屏的外壳这两层屏蔽良好，到达微机保护装置的电磁干扰将变得很小，再经过微机保护装置机箱的屏蔽作用，直接耦合到微机保护装置内部设备上的干扰将可以忽略。当微机保护装置下放到开关场，如不采取有力的措施，微机保护装置将直接承受来自开关场的干扰，环境将变得很恶劣。与装置在主控制室内的情形类似，经过屏蔽的作用，电磁干扰在装置的内部将主要表现传导干扰，然后应再通过其他的措施对传导干扰进行抑制。在微机保护的装置内部，通常的屏蔽指的就是电磁感应屏蔽和静电屏蔽。

2.3　保护装置的接地措施

实践证明，接地技术是抑制噪声的重要手段。良好的接地可以在很大的程度上抑制装置内部的噪声耦合。防止外部电磁干扰的侵入，从而提高系统的抗干扰能力。这样，就可将电气设备的接地的目的分为三类：其一是出于人身、设备安全的目的；其二是为各电路提供基准电位；其三则是出于EMC目的。

实际上，微机继电保护装置外壳的接地，起到了抑制电磁干扰和安全接地的双重作用。微机保护装置内部，必须接地的屏蔽层是：模拟量输入插件上CT、PT原、副方线圈问的屏蔽层；如果进行数据通信的通信线采用屏蔽层，屏蔽层也应该通过设备的外壳良好接地。因为，装置内部的电磁干扰，主要是静电感应或电磁感应；良好的接地，可以削弱甚至消除各种近场类型的耦合。控制系统中的基准电位，是回路工作的参考电位，基准电位的连线称为工作地，通常是控制回路直流电源的零线。工作地和大地的连接，一般有3种方式：浮地方式、直接接地方式和电容接地方式。

2.4　保护装置的滤波措施

传导干扰是不可能完全消除的。设置滤波器的目的，在于尽量将干扰衰减到某一个要求的技术水平。如对于外部干扰而言，不得导致装置工作故障。在主要表现特征为电场的各类电磁干扰中，快速瞬变干扰是比较严重的一类，其频率成分最高可考虑到400MHz。在有条件的场合应尽可能地采用低通滤波器，从GB／T17626.1提供的快速瞬变干扰的幅频特性图来看，低通滤波器的截止频率应在2MHz以下。实际的使用当中，根据经验，截止频率可以放宽到10MHz，成分发挥作用的，试验的结果比较理想。试验证明，微机保护装置的端口部位如能设置低通滤波器，则效果将很明显，这对增强硬件的抗干扰能力是一个极为有利的举措。应该设置滤波器的端口主要是电源端口。常用的滤波器件有以下几种：

（1）EMI吸收磁环。由于其安装方便、价格便宜、滤波性能良好，越来越受到人们的重视。它是以铁氧体为主要材料制成的有损耗元件，通过吸收或耗散回路上的高频干扰能量，来达到抑制电磁干扰的目的。

（2）模拟低通滤波器。这里所说的模拟低通滤波器是指由电容、电感等元器件组成的模拟滤波器。在EMC领域当中，“滤波”几乎总是意味着“低通滤波”。

（3）去耦电路。通常，为限制串扰或为同一回路上的共模干扰提供通路，从而避免干扰入侵到设备的内部，一般在设备人口的地方，或干扰比较严重的地方设置去耦电容，从而形成去耦电路，其作用原理，就是利用电容在高频干扰作用下，容抗减小进而为高频干扰提供通路的原理来完成的。

2.5　变电站抗干扰措施

土建施工的防范措施。将保护室的结构地板及墙体中加强筋全部联网并接于地网，以制造一个放置整个二次系统的极低阻抗地平面。控制室上的避雷针必须用多根周边导体与地网相联。金属结构与钢筋混凝土的加强筋必须联通，上端与避雷针相联，下部与地网相联，形成有效的网格法拉第笼。

一次设备的防范措施。尽量降低电流互感器、电压互感器、避雷器等设备的接地阻抗，使之构成一个低阻抗的接地网来降低变电所内的地电位差。对于电容式电压互感器和高频通道的耦合电容器，应尽量降低电容器的底座高度，接地引下线采用多股导线来增加接地线接入地网的密度。

二次设备的防范措施。对于二次回路中来回的两根芯线必须在同一根电缆中，以避免产生过大的差模电压，由电容式设备来的二次电缆应紧靠接地引下线敷设；禁止不同能量等级的强电与弱电回路共用一根电缆。所有用于联接由开关场引入控制室继电保护设备的电流、电压和直流等可能由开关场引入干扰电压到基于微电子器件的继电保护设备的二次回路，应采用带屏蔽层的控制电缆，且屏蔽层在开关场和控制室两端同时接地，开关场的屏蔽层接地点应离一次设备的接地点3～5m处接地。

3　结语

变电站继电保护干扰产生过程的复杂性，增加了抗干扰措施应用的困难性，但干扰还是可控的，文章的分析具有一定的借鉴价值，在具有实践中，还需结合变电站实际，选择有效性、经济性的抗干扰措施，以保证变电站的稳定运行。

参考文献

[1]李春.浅析变电站继电保护抗干扰技术[J].价值工程，2012，31（11）

[2]付大庆.变电站继电保护抗干扰措施研究[J].黑龙江科技信息，2009，（33）