（中國(guó)南方電網(wǎng)公司超高壓輸電公司貴陽(yáng)局）

500kV變電站繼電保護(hù)抗干擾技術(shù)及其應(yīng)用淺析

袁仁彪

（中國(guó)南方電網(wǎng)公司超高壓輸電公司貴陽(yáng)局）

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，電力事業(yè)也快速發(fā)展起來(lái)，用戶對(duì)電力系統(tǒng)提出了更高要求，確保電力系統(tǒng)安全運(yùn)行成為主要工作。現(xiàn)代電力系統(tǒng)中基本都裝有繼電保護(hù)裝置，該裝置能夠自動(dòng)啟動(dòng)，完成故障元件切除工作，同時(shí)，確保電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，減少故障設(shè)備損害，防止出現(xiàn)大范圍停電。本文主要討論了500kV變電站中繼電保護(hù)的干擾來(lái)源與傳播途徑，進(jìn)而提出繼電保護(hù)抗干擾的主要技術(shù)與其應(yīng)用。

500kV變電站；繼電保護(hù)；抗干擾技術(shù)；應(yīng)用

0 引言

電力系統(tǒng)中的電氣元件具有多且復(fù)雜的特點(diǎn)，系統(tǒng)故障頻發(fā)，嚴(yán)重影響安全供電。繼電保護(hù)裝置應(yīng)用到電力系統(tǒng)以后，可以自動(dòng)啟動(dòng)并迅速準(zhǔn)確消除故障元件，確保電力系統(tǒng)正常運(yùn)行，避免出現(xiàn)一次設(shè)備受損情況。

1 變電站繼電保護(hù)干擾來(lái)源

變電站所在區(qū)域較為特殊，周圍具有高強(qiáng)度電磁場(chǎng)，為確保電力系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)安全供電，滿足人們的用電需求，電力企業(yè)在變電站中安裝了繼電保護(hù)自動(dòng)裝置，但該裝置經(jīng)常受到強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾，影響供電安全。在選用電磁型元件時(shí)，即便所選元件帶有極強(qiáng)的電磁抗干擾性能，相關(guān)部門與人員也未將電磁干擾納入變電站日常議程中[1]。但隨著變電站保護(hù)裝置中的半導(dǎo)體電子元件逐漸普及，尤其是微型處理器的廣泛應(yīng)用，存在于變電站保護(hù)裝置中的電磁干擾問(wèn)題逐漸凸顯在二次回路設(shè)備中，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)正常運(yùn)行。嚴(yán)重干擾繼電保護(hù)變電站電磁和自動(dòng)裝置的正常工作。主要干擾因素有一次系統(tǒng)干擾和二次回路自身干擾。其中，一次系統(tǒng)干擾通常發(fā)生在變電站遭受雷擊時(shí)，因變電站地網(wǎng)或設(shè)備與地網(wǎng)中的接線為高阻抗，雷電流就會(huì)使變電站地網(wǎng)的暫態(tài)電位升高，致使繼電保護(hù)裝置無(wú)動(dòng)作或?qū)⒃O(shè)備損壞；二次回路干擾主要發(fā)生于系統(tǒng)操作人員在距離變電站較近的地方使用對(duì)講機(jī)指揮操作，對(duì)講機(jī)傳出的信號(hào)會(huì)與其產(chǎn)生火花，同時(shí)，在異常干燥天氣中，相關(guān)工作人員的衣物會(huì)與電子設(shè)備產(chǎn)生摩擦，出現(xiàn)放射靜電情況，這種靜電有可能燒毀電子元件，損壞繼電保護(hù)裝置。

2 電磁干擾傳播途徑

2.1 輻射干擾

對(duì)于輻射干擾主要有高壓開關(guān)場(chǎng)直接電磁干擾和對(duì)講機(jī)輻射干擾兩種?，F(xiàn)有微機(jī)系統(tǒng)，通常在開關(guān)場(chǎng)中就直接安裝控制設(shè)備和相應(yīng)的繼電保護(hù)裝置。相對(duì)于對(duì)講機(jī)電磁干擾，抗高壓開關(guān)場(chǎng)電磁干擾成為重點(diǎn)研究問(wèn)題。這種電磁干擾的干擾強(qiáng)度比對(duì)講機(jī)電磁干擾的高一個(gè)數(shù)量級(jí)，干擾頻譜也比對(duì)講機(jī)干擾寬很多，所以，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行特殊屏蔽保護(hù)[2]。500kV變電站所使用的保護(hù)結(jié)構(gòu)為三層微機(jī)保護(hù)結(jié)構(gòu)。第一層保護(hù)主要是焊接金屬板柜，其接口處主要用于接收處理信息，并在與接口處安裝隔離變壓器和光耦設(shè)備，主要用于隔離電壓電流信號(hào)，同時(shí)隔離輸出與輸入的二進(jìn)制信號(hào)。為避免共模干擾流入到內(nèi)部信號(hào)處理系統(tǒng)中，要合理設(shè)置接地屏蔽和相對(duì)應(yīng)的箱體。第二層主要由鋁結(jié)構(gòu)框架和外形構(gòu)成；第三層則由多層板印刷線路構(gòu)成，并在多層板中設(shè)置護(hù)環(huán)[3]。

2.2 開關(guān)場(chǎng)耦合

開關(guān)場(chǎng)耦合通常由電容耦合、傳導(dǎo)耦合、電感耦合三部分構(gòu)成[4]。一旦有強(qiáng)度較大干擾電流經(jīng)過(guò)同一電纜中某一芯線，其余芯線也會(huì)受到干擾電流影響，所受到的感應(yīng)可以通過(guò)終端連接設(shè)備中的差模與共模干擾的形式體現(xiàn)出來(lái)。

3 變電站抗干擾技術(shù)與應(yīng)用

為確保繼電保護(hù)裝置與自動(dòng)控制裝置實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)變電站抗干擾技術(shù)的要求不僅在于二次電子設(shè)備本身抗電磁干擾能力，還在于變電站設(shè)計(jì)與建設(shè)中的技術(shù)能力提升。

3.1 從干擾源中降低干擾

要將干擾源的干擾能力降低十分困難，部分變電站根本不可能將其降低。無(wú)論采取何種方法與措施，只能是將干擾能力降低，而不能將其徹底避免和控制。在實(shí)際降低干擾能力過(guò)程中，一次設(shè)備接地問(wèn)題十分重要，通過(guò)利用電壓互感器、避雷設(shè)備以及電流互感器等一次設(shè)備來(lái)完成降低接地阻抗工作，盡最大能力減少干擾。在注入高頻電流時(shí)，對(duì)其所產(chǎn)生的暫態(tài)電位升應(yīng)盡量降低，并構(gòu)建具備低阻抗性能的接地網(wǎng)，以便可以降低變電站中的地電位差幅度，通過(guò)這種方法，也可以降低其對(duì)二次回路及相應(yīng)設(shè)備的干擾程度。

3.2 保護(hù)裝置硬件及本體進(jìn)行抗干擾

對(duì)于保護(hù)裝置硬件和本體中的抗干擾技術(shù)，一定要在試驗(yàn)驗(yàn)證以后才可以安裝接地保護(hù)裝置，并在隔離變電器中的一次繞組與二次繞組間設(shè)置良好屏蔽層，對(duì)于保護(hù)裝置的輸出，通常只能通過(guò)光耦和空觸點(diǎn)的方式輸出。在利用微機(jī)保護(hù)的空觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)外部引入工作時(shí)，一定要光電隔離。同時(shí)，對(duì)于背板走線的設(shè)置也要通過(guò)抗干擾形式進(jìn)行設(shè)置。

3.3 構(gòu)造繼電保護(hù)裝置電位面

繼電保護(hù)裝置通常在控制室集中安放，主要是將聯(lián)網(wǎng)中心的計(jì)算機(jī)、各套微機(jī)保護(hù)與控制放在相同電位面中，該電位面應(yīng)與控制室地網(wǎng)連接在一起，以使電位面電位與地網(wǎng)電位變化浮動(dòng)保持一致，并避免該電位面被地網(wǎng)地電位差入侵，進(jìn)而保證地網(wǎng)和微機(jī)設(shè)備中不存在電位差，更好地實(shí)現(xiàn)可靠通信目的。在各微機(jī)設(shè)備與電位面相連時(shí)，一定要有與之相適應(yīng)的專項(xiàng)截面接地線，無(wú)論是各組件的內(nèi)部還是外部接地和零點(diǎn)位置都要應(yīng)用專項(xiàng)連接線與接地線連接在一起，在將專項(xiàng)接地線與保護(hù)盤接地端子聯(lián)系在一起，以便使接地端子能夠與地網(wǎng)中的合適位置連接在一起，從而構(gòu)成電位面網(wǎng)，用于屏蔽各種干擾。

3.4 裝置配線上實(shí)現(xiàn)抗干擾

在變電站繼電保護(hù)抗干擾措施中，還有一種方式是對(duì)微機(jī)保護(hù)盤的直流與交流電源導(dǎo)線進(jìn)行抗干擾設(shè)置。如果開關(guān)場(chǎng)中的進(jìn)線實(shí)現(xiàn)了電容接地，那么在二次回路端中就會(huì)出現(xiàn)共模干擾，從而引發(fā)干擾障礙[5]。

3.5 二次回路抗干擾

對(duì)于二次回路的抗干擾，可以通過(guò)屏蔽電纜兩端接地和光纖電流差動(dòng)保護(hù)方式降低干擾能力。其中屏蔽電纜兩端接地方式是全球都在應(yīng)用的二次抗電磁干擾方式。一旦發(fā)現(xiàn)母線暫態(tài)電流將電纜包圍或控制，電纜屏蔽層能夠在第一時(shí)間感應(yīng)并屏蔽電纜，屏蔽電流時(shí)所產(chǎn)生的磁通，會(huì)與母線暫態(tài)電流中所產(chǎn)生的磁通相融合，最終相抵消。通過(guò)屏蔽電纜兩端接地方式，能夠大幅度降低地電位升所產(chǎn)生的暫態(tài)感應(yīng)電壓。如有雷電流進(jìn)行地網(wǎng)，會(huì)使地網(wǎng)沖擊電流增大，隨后產(chǎn)生暫態(tài)電位波動(dòng)，并在一定時(shí)間內(nèi)會(huì)將地網(wǎng)接地電阻升高。一旦有低壓控制電纜出現(xiàn)在以上地電位附近，那么，地位波動(dòng)會(huì)隨時(shí)影響電纜電位。若只讓屏蔽層一端接地，可能會(huì)引起在暫態(tài)高壓異常。

光纖電流差動(dòng)保護(hù)方式也是線路保護(hù)中的重要方式，這種保護(hù)主要通過(guò)線路光纖通道完成實(shí)時(shí)采樣數(shù)據(jù)傳輸與接收工作，這種保護(hù)方式通常將電流采樣信號(hào)通過(guò)編碼的形式將其轉(zhuǎn)變?yōu)榇a流形式，然后再將其轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，在光纖通道的作用下實(shí)現(xiàn)對(duì)側(cè)保護(hù)，在保護(hù)裝置接收到對(duì)側(cè)傳過(guò)來(lái)的光信號(hào)以后，各側(cè)都通過(guò)保護(hù)與利用本地以及對(duì)側(cè)電流數(shù)據(jù)按項(xiàng)完成差動(dòng)電流計(jì)算工作。結(jié)合電流差動(dòng)保護(hù)的主要制動(dòng)特性完成邏輯判斷工作，明確在發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時(shí)保護(hù)會(huì)出口跳閘，在發(fā)生區(qū)外故障時(shí)保護(hù)不會(huì)動(dòng)作。

光纖通道的抗電磁干擾能力極強(qiáng)，同時(shí)還能夠傳輸大容量數(shù)據(jù)，隨著科技的不斷發(fā)展，光纖通信技術(shù)也正處于快速發(fā)展中，光纖通道縱聯(lián)保護(hù)被應(yīng)用于各處。應(yīng)用光纖通信的工作原理是先將電氣量進(jìn)行編碼，然后將其發(fā)送到光發(fā)送機(jī)中完成控制光的強(qiáng)弱，光纖是傳送光的主體，光接收機(jī)主要是將光信號(hào)接收過(guò)來(lái)，調(diào)節(jié)其強(qiáng)弱，再將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。整個(gè)過(guò)程下來(lái)就可以實(shí)現(xiàn)二次回路抗干擾，減少干擾對(duì)二次回路的影響。

通過(guò)研究得知，對(duì)于二次回路可以使用多種抗干擾方法，除了上述方式以外，還可以通過(guò)強(qiáng)電與弱電不使用同一根電纜，將設(shè)備中所引出的電纜統(tǒng)一整合在一起，在開關(guān)場(chǎng)處使電纜緊密靠攏在一起，使其處于統(tǒng)一集中狀態(tài)。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上研究得知，500kV變電站中的繼電保護(hù)抗干擾方式有很多，本文主要給出了降低干擾源、在二次回路中進(jìn)行抗干擾、構(gòu)造繼電保護(hù)電位面以及安裝保護(hù)裝置硬件、裝置配線抗干擾等方式降低干擾能力。在實(shí)際工作中應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，找出干擾源，并通過(guò)科學(xué)方法合理采取應(yīng)對(duì)措施，就能將其中存在的問(wèn)題解決，同時(shí)防止再次出現(xiàn)干擾。但要注意，這些方式只能最大限度地降低干擾，而不能徹底將干擾清除，要實(shí)現(xiàn)完全清除，還要繼續(xù)努力研究，通過(guò)科學(xué)方法減少干擾對(duì)變電站帶來(lái)的不良影響，確保變電站能夠安全穩(wěn)定傳輸電能，減少對(duì)一次設(shè)備的損壞，縮小停電范圍，保障電網(wǎng)安全運(yùn)行。

[1]李春.淺析變電站繼電保護(hù)抗干擾技術(shù)[J].價(jià)值工程, 2012(11)：44-45.

[2]陳永梅,劉冬梅.關(guān)于變電站繼電保護(hù)抗干擾技術(shù)的探討[J].電子世界,2013(11)：52-53.

[3]馬潔.集中監(jiān)控模式下滄西500kV變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的研究[D].保定：華北電力大學(xué),2010.

[4]熊德智.500kV電網(wǎng)運(yùn)行集控中心關(guān)鍵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].長(zhǎng)沙：長(zhǎng)沙理工大學(xué),2010.

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2015-09-24）