浅谈110kV变电站二次回路抗干扰问题

2022-09-11

随着电力电子技术和计算机技术在电力系统中日益广泛的应用, 人们越来越清晰地发现, 在变电站中, 存在着各种各样的电磁干扰源, 它们会干扰电子设备正常的工作, 造成电力系统故障。近几年来, 微机保护的抗干扰问题越来越受到重视, 通常的110kV变电站二次回路均采用微机保护。微机保护的自检、与计算机网路通信等新功能, 打破了以往继电保护装置无法实现的一些特性。但是它的极易受干扰性, 严重威胁了系统的安全。

1 变电站二次回路的干扰源

所谓干扰, 是指除正常信号外, 可能对监视和操作装置的正常工作造成不利影响的不规则信号。处于同一电力系统中的电气设备, 由于运行方式的改变、故障、开关操作等引起的电磁振荡会波及很多电气设备, 使其工作性能受到影响甚至遭到破坏。从另一层面来讲, 变电站本身是一个强大的电磁干扰源, 无论是在正常或是故障情况下, 都会产生各种电磁干扰。二次回路的干扰源大致可分为以下几类:

(1) 电磁耦合干扰。

(2) 自然干扰。

(3) 操作引起的干扰。

(4) 短路电流。

(5) 二次回路操作干扰。

(6) 局部放电。

2 二次回路中电磁干扰的途径

变电站二次回路的电磁干扰途径通常可分为电场耦合、磁场耦合、电磁辐射、公共阻抗耦合四种。

(1) 电场耦合 (电容耦合)

在变电站中, 电子设备之间分布着像补偿电容、耦合电容、电容式电压互感器等之类的电容元件, 电场耦合是通过干扰源与二次回路之间的耦合电容, 将干扰信号加到二次回路中来实现的。其耦合回路如图1所示。

(2) 磁场耦合 (电感耦合)

当载流导体在其周围空间中产生交变的磁场时, 则会在其周围的闭合电路中产生感应电势。磁场耦合产生的干扰电压是由于干扰源与二次回路之间存在互感而引起的, 耦合回路如图2所示。

(3) 电磁辐射干扰

电磁辐射干扰是指强电系统产生的高频电磁辐射干扰。通过电磁波形式, 干扰能量传播到弱电系统中从而产生干扰, 随弱电系统电缆接方式的不同而形成共模或差模干扰。

(4) 公共阻抗耦合

这是噪声源和信号源具有公共阻抗时的传导耦合, 如雷击电流和短路电流流入地网, 尽管接地网电阻很小, 但毕竟不为零, 这将使地电位升高, 且接地网上不同点将出现地电位差。接在地网不同点的设备地电压将不同, 为了防止公共阻抗耦合, 应使耦合阻抗 (接地网阻抗) 趋于零, 则地电位差也将趋干零, 干扰电压将消失。由于地网电流的扩散性, 远离电流入地点处的电流较小, 地电位差也较小。实际上干扰源对二次回路的耦合是非常复杂的, 通常同一干扰源会以几种干扰途径对二次回路产生干扰。

3 二次回路的抗干扰措施

要将二次回路的干扰影响降到最低限度, 除了要装置内部硬件采取抗干扰外, 现场二次回路采取抗干扰措施显得更为重要。抗干扰主要从三个方面入手:一是控制干扰源;二是降低干扰源与敏感设备的耦合程度;三是提高设备抗干扰能力。

3.1 一般二次回路抗干扰措施

(1) 电压互感器二次的引致开关后分别引到PT并列屏, N线不得共用, 然后由PT并列屏分别单独回路向各控制、保护屏引。

(2) 交直流分别单独敷设电缆, 坚决不共用于一条电缆。如果共用, 则互相之间较容易产生干扰, 从而降低直流回路的绝缘电阻。两者之间一旦发生短路, 会造成直流接地, 从而干扰两个系统。

(3) 所有的二次电缆必须使用阻燃带屏蔽的电缆, 控制电缆的屏蔽层两端应尽可能地保证接地。在电缆的两端屏蔽层上缠绕铜绞线数圈, 并旋紧上锡固定连接在铜排上, 不允许用备用电缆两端同时接地作为抗干扰措施。

(4) 在电缆敷设时, 应充分考虑到自然屏蔽物的优势。保护用电缆敷设路径应尽可能离开高压母线及高频暂态电流的入地点, 如避雷针的接地, 以及并联电容器、电容式电压互感器。

(5) 强和弱电回路不得合用一根电缆, 不能同一电缆沟敷设.没有条件时必须把控制电缆电缆或电力电缆穿管或铝合金槽盒分开敷设。

(6) 高压开关柜及保护屏接地将一次、二次接地分开, 分别接于一次、二次接地铜上, 只有保护装置逻辑回路接地才能接在二次铜排上, 其余如:设备外壳、控制电缆屏蔽层等接地均接到一次接地铜排上。

3.2 微机保护二次回路抗干扰措施

从微机保护的装置硬件抗干扰的角度出发, 可以有以下几点措施来抗干扰:

(1) 隔离:为了抑制共模干扰, 保护装置中与外界连接的线路如模拟量、输入输出开关量、数字量和电源线等, 经由光电隔离或隔离变压器隔离后再进入装置内部。其中光电隔离主要通过光电耦合器将外部开关量信号及开关量输出和内部电气回路进行隔离, 隔离变压器主要通过专用变压器将数次的交流回路进行隔离。

(2) 屏蔽:通过具有良好导电性能的金属构成的全封闭壳体来进行隔离和衰减电磁干扰, 如微机保护的壳体, 是将核心数字部件、A/D转换器等易受干扰的器件封闭在屏蔽壳体之内。常见的屏蔽方式有抑制寄生电容耦合干扰的电场屏蔽 (如电压、电流变换器一、二次侧绕组之间隔离) 和防止电磁耦合及感性耦合的磁场屏蔽等。

(3) 接地:采用正确合理的接地方式是抑制干扰的主要方法。接地的处理要求可包括两个方面, 一是装置外壳的接地要求, 二是设置装置内部的各种地要求。在微机保护系统中, 信号接地是要通过将装置中的两点或多点接地点用低阻抗导体连在一起, 为内部电路提供电位基准, 尽量减少共模干扰和外磁场的干扰。

(4) 滤波、退耦与旁路

抑制横模干扰的主要方法是采用滤波和退耦电路。交流信号的输入通道都配备有抗干扰的作用的前置模拟低通滤波器。从抗干扰的角度来考虑, RC滤波器优于LC滤波器, 因为RC滤波器是耗散式滤波器, 把噪声能量变成热能耗散掉了, 而LC滤波器则会产生附加的磁场干扰, 所以不得不附加屏蔽罩来抗干扰。在电源系统中, 对每个电路或每个组件都要采用退耦电路供电。