加强电力系统二次回路抗干扰措施研究

【摘 要】本文主要是针对电力系统的抗干扰能力的提高而撰写，从对电力系统的干扰源入手，逐项论述针对静电耦合式干扰、电磁感应式干扰、对地电位差式干扰等干扰源的抗干扰措施的采用，重点论述了最小化干扰信号，最大化保证电力系统二次回路的方法与措施。

【关键词】电力系统；二次回路；抗干扰措施；抗干扰研究；静电耦合

0.引言

随着电器行业的不断发展，电力系统自动化程度不断提高的同时其内部所使用的电气设备的数量与种类也在不断地更新着。系统中由于它们的存在，相互之间都会产生静电耦合、电磁感应等现象；另外，外界的雷电以及送电线路等也会对这些设备产生对地电位差等各种各样的干扰。由于二次回路承载着对电气设备的监测、检测、控制、保护、隔离等极其重要的任务，且又多与主控计算机系统相连，因此，如果二次回路受到干扰，一旦出现误动、拒动现象，其后果将不堪设想。所以，为了保护电力系统中的计算机装置、二次回路等重要设备，必须对于这些干扰进行分析研究，以利在实际工作过程中采取相应措施消除干扰，以保障电力系统安全、稳定的运行。

1.应对静电耦合干扰采取的措施

为了应对静电耦合式干扰，通常在电力系统内部可以采取将耦合的阻抗加大的作法，同时，还可以对二次回路系统及其保护装进行静电屏蔽。此外，还可以选择一些对于静电的敏感度较低的二次回路系统中的元器件。

（1）在相同干扰源电压Us情况下，当耦合阻抗Z1增大时，二次回路的干扰电压UT将下降。耦合阻抗Z1主要是干扰源与扰回路间的分布电容C1的容抗。适当合理布置干扰源与扰回路的相对位置，可以减小分布电容C1，可以增加耦合阻抗，从而降低干扰电压UT。

（2）在二次回路适当地点增加抗干扰电容，如在保护装置的电源入口处及电流、电压互感器二次回路接入保护装置前，可以将Z2减小。C1为漏电容，对应为Z1； C3为增加的抗干扰电容，其容量一般为几分之1μF～几十μF，等效阻抗为Z3；C2为二次回路与大地间的分布电容。

Z2’为考虑抗干扰电容后的阻抗，由于一般C3的值比C2值大很多，所以Z2’与Z2相比将小很多，干扰电压UT也将下降很多。采用抗干扰电容不但可以防止静电感应的干扰，对无线电干扰及二次回路内容产生的高频干扰也有很好的抑制作用。但是该抗干扰电容对二次回路也会带来一些副作用，如果容量太大，可能会造成不良后果。可以从一个方面说明抗干扰电容对控制回路的影响。

由于直流绝缘监察系统的存在，并假定控制母线的额定电压为Ue，正负控制母线对地的绝缘电阻相等，则正常运行时+WC对地的电压为+50%Ue，-WC对地的电压为-50%Ue。可以看出，这时在抗干扰电容上的充电电压为50%Ue，如果在出口继电器KC的正电源侧接地，接于负电源侧的抗干扰电容C3将通过两个接地电沿着虚线对KC放电，当C3的容量足够大并KC的动作电压小于50%Ue时，KC将动作跳闸。这也是规程中要求直接用于跳闸的出口继电器其动作电压不能低于50%Ue的原因。

采用屏蔽电缆并将屏蔽层可靠与地网连接，可以有效抑制静电干扰。由耦合电容C1传递给二次回路的干扰信号被电缆的屏蔽层屏蔽并通过接地点传人地网。试验表明，采用屏蔽电缆能将干扰电压降低95%以上，是一种非常有效的抗干扰措施。

当然采用屏蔽电缆的抗干扰效果与屏蔽层使用的材料、制作工艺、接地方式等有关。表1是在现场试验中测得的各种电缆在操作500kV隔离开关时的干扰电压，试验中采用的平行于500kV母线的电缆长度为80m，母线长度为250m。

从上表中可以看出，在隔离开关操作过程中产生的干扰电压很大，当使用无屏蔽的塑料电缆时，其干扰电压最大达9000V；当使用屏蔽电缆时，对干扰电压的抑制效果很好，其干扰电压的幅值被抑制到5%以下；不同的屏蔽层材料抑制干扰效果很接近。屏蔽电缆除了对静电干扰有较好的抑制作用外，对电磁干扰和高频干扰也有很好的抑制作用，所以屏蔽电缆在变电所二次回路中得到广泛的应用。

（3）充分利用变电所中的自然屏蔽物，还可以进一步提高抗静电干扰的效果。在控制电缆敷设的路径上或二次设备的安装现场，有很多自然的屏蔽物，例如，电缆隧道和电缆沟盖板中的钢筋，各种金属构件，建筑物中的钢筋等，都是良好的自然屏蔽物。只要在施工中注意将它们与变电所的接地网连接起来就能形成良好的静电屏蔽。

2.防止电磁感应干扰的措施

（1）减少干扰源与二次回路间的互感减小由于电磁感应在二次回路产生的干扰电压。互感M与控制电缆及一次导线的长度L、相互的平行度有关，还受同一回路的两根电缆芯与一次导线的距离之比b/a影响，所以在电缆沟道的布置时应尽可能与一次载流导体成直角，减少平行段的长度。为此，应尽可能使同一回路的电缆芯安排在一根电缆内，尽量避免同一回路的“+”“-”极电缆芯或电流、电压互感器二次回路中的ABCN四芯不在同一电缆内。这是降低感应电压最为有效的的措施。

（2）电磁干扰需要磁性材料来进行屏蔽。在干扰源与二次环路之间设置电磁屏蔽物，使感应磁通不能进入二次环路，即可消除二次回路的感应电压。工程中常用的措施就是使用带电磁屏蔽的控制电缆，其屏蔽效果与屏蔽层材料的导磁系数、高频时的集肤效应、屏蔽层的电阻等因素有关。屏蔽层采用高导磁材料时，外部磁力线大部分偏移到屏蔽层中，而不与屏蔽层内导线相关链，因而不会在导线上产生感应电势。高导磁材料的屏蔽层对各种频率的外磁场都有屏蔽作用。

3.防止地电位差产生干扰的措施

防止电位差干扰对二次回路的影响，首先要确保变电所有一个完善的电网，有条件时可以补充铜排连接，将各点可能产生的电位差降到最低。其次要保证各二次回路对地绝缘良好，确保在地电网产生较大电位差时，不致损坏二次回路绝缘，影响二次回路的正常运行。

4.结束语

为了进一步降低干扰信号信号进入保护装置的可能性，除了上章中讲到的装置本身采取措施之外，还需要在外回路即二次回路中采用专门措施进行抗干扰，例如将原有变电所二次回路增设专用的铜排接地网，采用高频直流电源，减少直流电流源干扰，针对干扰较大的电缆改用屏蔽电缆，在新建变电所，大部分采用屏蔽电缆，正确选择合理的二次电缆敷设方式和路线，尽量远离高频信号的入地点，保护装置用直流电源在保护装置入口处经抗干扰电容吸收高频干扰信号等。

【参考文献】

[1]白同云，李晓德.电磁兼容设计[R].北京：北京邮电大学出版社，2001.

[2]李乐乐，谢志远，李娜.变电站二次设备的抗干扰性研究[J].电测与仪表，2008，（02）.

[3]贺景亮.电力系统电磁兼容[M].北京：水利电力出版社，1993.

[4]王洪新.贺景亮.电力系统电磁兼容[R].武汉：武汉大学出版社，2004.5.

[5]连纪文.浅谈电力通信电磁兼容问题[J].电力系统通信.2003，24（3）：20-23.

[6]电力系统继电保护实用技术问答[M].国家电力调度通信中心，北京：中国电力出版，2000.