浅谈电气二次回路的干扰与抗干扰

摘要：近年来，电力二次系统中微机型继电保护装置的应用越来越广泛。随着通信、微机自动化及变电设备制造等各种技术的日益发展，国内常规的几家继电保护自动化装置和监控设备生产商，其产品也在不断地更新换代。电力二次系统的自动化程度得到了非常大的提高，变电站的管理和控制也正往数字化、智能化、集控化乃至无人值班化的方向发展。因此，为了更好地保障电力系统供电的安全性，就必须对电气二次回路的抗干扰加以重视,将软件、硬件以及施工改造实施方案等各个方面有效地配合起来，使微机控制系统的抗干扰能力得到提高，使它们能够为电网安全稳定运行提供长期而健康的服务。

关键词：二次回路；抗干扰；操作回路

中图分类号：TM64 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2012）26-0089-03

1 主要干扰源

高频干扰、50Hz工频干扰、雷电引起的干扰、电缆分布电容引起的干扰、控制回路产生的干扰、系统数字电路引起的干扰、高能辐射设备引起的干扰等，以上这些是目前能对微机保护产生干扰的主要干扰源。

1.1 高频干扰

当带电母线的高压隔离开关切合时，会产生重燃过程。重燃过程每秒有多次，而每次重燃又都会产生电流波和电压波。这些电流波和电压波前沿都很陡，它们传向母线并通过各种具有电容性的设备注入到地网。这些进行波在每一个有断口的地方都会产生反射，从而引起高频振荡。高频振荡的频率范围一般在0.05～1 MHz, 最高的甚至可以达到5 MHz。这些高频振荡有可能会与二次回路产生耦合,引起感应干扰电压。

1.2 50 Hz工频干扰

因为变电站里的接地网并不是完完全全的等电位面,所以在接地网的不同点之间会出现一定的电位差。当注入到接地网中的电流比较大时，各点之间的电位差就有可能比较大。如果一个回路在变电站里的不同地方同时接地，地网中的电位差就会被引入到这个连通回路中, 引起原本不该有的干扰。在某些特定的情况下，地网中的这个电位差还有可能被引入到微机继电保护装置的检测回路中，或者因为分流导致保护装置拒动或误动。对于这种干扰，我们称之为50 Hz工频干扰。

1.3 雷电引起的干扰

发生雷击时，由于电磁耦合，有可能在地与导线间感应出干扰电压。雷雨天气，如果雷电直接击到户外的线路或杆塔，会有很大的雷击电流流入到接地网中。由于接地网是存在电阻的，所以雷击电流注入地网时在二次电缆的屏蔽层中会有暂态电流产生，这个暂态电流又会使电缆的芯线产生感应干扰电压。另外，在外线路上感应产生的过电压也有可能通过测量互感器引入到二次回路中，造成干扰。雷电干扰的频率一般在几kHz 到几百MHz之间。

1.4 电缆对地分布电容引起的干扰

对于规模比较大的开关站和变电站，各个开关都是有独立的小室，小室呈分散式布置在开关场地中。各个小室之间的距离会比较远，连接各小室之间的电缆会很长，所以电缆对地的分布电容也会比较大。在一些比较恶劣的情况下，如交直流混接或直流接地等故障时，由于受电缆的对地分布电容影响，有可能造成断路器操作装置的中间继电器回路误动，从而引起断路器误动。这些年，因为受长电缆对地分布电容影响从而引起断路器误动的事故时有发生。

1.5 控制回路产生的干扰

在断开接触器或继电器线圈的时候，有可能产生带干扰的宽频谱，它的频率可以达到50 MHz。

1.6 系统数字电路引起的干扰

1.7 高能辐射设备引起的干扰

对讲机、移动电话等一类的通讯工具在使用时，可能会对微机保护装置产生干扰。

2 抗干扰措施

抗干扰最基本的理念就是：防止干扰源进入二次弱电系统。一方面，可以通过对二次回路的改造，增加各种隔离屏蔽措施，起到切断干扰源传播途径的作用；另一方面，改进微机保护装置的硬件，增强它的抗干扰能力。针对上面说到的干扰源，一般的抗干扰措施有以下几种。

2.1 二次线路上的抗干扰措施

①电缆敷设时，对自然屏蔽物的屏蔽作用要充分利用。必要时，可以为保护用的二次电缆设置专用的平行屏蔽线。

②电缆应该采用屏蔽电缆或铠装电缆，其屏蔽层应由铜、铝等电阻率低的材料制成，且在控制室与开关场两端都要可靠接地，只有这样才能有效地消除干扰。

③电压互感器以及套管设备等应该尽量采用电容式的,以避免高频干扰。

④在二次系统各通道出入口处装设避雷器，以防止雷击时的电压干扰。

⑤接地措施要充分完善，各接地点之间应该可靠地互联，使接地网形成一个封闭的整体，这样才能有效地抗电磁干扰。

⑥对于给保护装置提供逆变电源的直流电源，应该经过抗干扰处理。

2.2 保护装置上的抗干扰措施

①微机保护装置的外壳必须可靠接地，可以通过试验进行确认。

②变电站中应该将所有同一电压等级的电压互感器的中性线引到主控室中，在主控室的同一个微机保护屏上可靠接地，然后再从这个屏给其他各需要的屏配出二次电压的中性线。这样设计，当有较大的接地电流流入接地网时，不会在不同的接地点间产生大的电位差，从而有效地避免造成保护误动。

③所有电流、电压、逆变电源等所用的隔离变压器的一、二次绕组之间必须有屏蔽层,屏蔽层应该是良好的而且有可靠接地措施。

④保护装置的模拟量输入通道、开入通道、开出通道，都要求加隔离光隔。

⑤CPU插件采用总线不出芯片的设计，装置背板布线应该有抗干扰设计。

⑥引入到保源护装置的供电要有滤波和防雷措施。

2.3 操作回路中的抗干扰措施

以上所述的各种措施，基本能防御常见的大部分干扰，但对于由长电缆分布电容引起的干扰，作用却甚微。

我们先看看二次控制系统中保护控制部分及操作部分的关联回路简化图1。

要避免由长电缆对地分布电容引起的中间继电器回路误动，最明显而有效的方法是减小ZJ回路的输入阻抗。当ZJ回路的输入阻抗减小到一定值，在发生直流系统接地故障或交流量混入直流系统故障时，由于阻抗的减小，在ZJ继电器上的电压降落会小于它的起动电压，从而有效避免发生误动。我们可以通过并联电阻支路来降低ZJ回路的输入阻抗。然而，单纯的并联电阻支路就能解决问题吗？并联电阻支路虽然能够达到提高抗干扰能力的目的，但是在正常工作的情况下却大大地提高了ZJ回路的稳态工作电流，使回路的功率大大增加，在散热上造成新的问题。

本着既能降低回路的输入阻抗又不增加回路功率的原则，专家们提出了一种有效的抗干扰措施，就是在二次回路中引入抗干扰继电器的设计方案，如图2所示。

抗干扰继电器的回路原理如图3所示。

抗干扰继电器的特性和原理分析：初始状态，继电器J1的动断触点J1-1处于闭合，中间继电器J1和电阻R2并联。为了能更好地降低回路的总输入阻抗，电阻R2要选择阻值较低的电阻，这样整个回路的等效输入阻抗就会很低。由于此时电阻R2这个并联支路的存在，使得继电器J1的瞬态起动功率很大。而且在继电器J1起动的瞬间，电阻R2还能够起到分流作用。当整个回路接入到工作电压上时，继电器J1首先起动，它的动闭触点J1-2导通，起动继电器J2，继电器J2的动闭触点J2-1、J2-2紧跟着导通；同时由于继电器J1的动断触点J1-1打开，把用于分流的大功率支路R2断开，使整个回路的稳态工作电流大大地降低，所以回路在稳态工作时的功耗非常低，仅为J1、J2两条回路的功率之和。电容C1与电阻R1串联后再与继电器J2并联，是用以构成延时起动回路，使继电器J2延时动作，延时起动的时间通过调整C1的电容值来实现。这个设计能够有效地抵抗瞬态的高频干扰，大大地提高了中间继电器回路的抗干扰能力。此抗干扰继电器的设计具有抗干扰能力强、稳态工作状态下的功耗低、安装使用方便等优点，能够有效地解决之前由长电缆对地分布电容所引起的误动问题。

此抗干扰继电器能够非常方便地安装到保护屏柜的导轨上，工程中使用时将从其他保护小室引过来的电缆先接到此抗干扰继电器上，然后通过它的动闭触点去重动断路器操作装置的中间继电器回路。因为此继电器具有非常好的抗干扰能力，所以二次操作回路中一旦接入此继电器就能有效地避免由分布电容所引起的断路器误动问题。

3 结 语

本文通过对目前电气二次系统常见的干扰源和抗干扰方法进行了简单的分析，旨在对目前电力系统二次回路的干扰与抗干扰有个较为深入的认识。随着国家电力事业的发展和变电站建设的越来越智能化，二次回路可能也将面临越来越多的干扰源，当然抗干扰技术也将随之而进步。

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