浅谈变电站二次回路的干扰问题

2022-09-12

随着微电子技术、信息技术、网络通信技术的发展, 促进了变电站综合自动化技术的快速发展。变电站自动化的范畴包括二次设备, 如控制、保护、测量、信号、自动装置和运动装置等。这些设备相互之间用电缆连接组成二次回路, 电缆传送信息时必然产生电磁干扰问题。虽然目前一些微机保护装置、自动装置注意了装置硬件回路和软件的抗干扰措施, 而对辐射磁场等的干扰, 这些装置本身却存在着结构方面的不足。因而探讨干扰问题对变电站二次回路上的微机保护装置、自动装置是否安全可靠运行有重大意义。

1 变电站二次回路干扰的来源

由于短路接地故障、一二次回路操作、雷击以及高能辐射等原因, 在变电站的二次回路上将产生电磁干扰, 使接在二次回路上的继电保护装置误动作或遭受损坏。干扰电压可通过交流电压及电流测量回路、控制回路、信号回路或直接辐射等多种途径窜入设备中。

2 变电站二次回路存在的干扰种类

2.1 50Hz的干扰

当变电站内发生高压接地故障, 并有故障电流注入变电站地网时, 位于地网上的不同两点间将产生电位差。其最大值可达30ImaxV, Imax单位为kA。

2.2 高频干扰

当变电所开关设备操作或系统故障时, 会在二次回路上引起高频干扰。

高压隔离开关切合带电母线时, 将产生每秒多次的再点弧过程, 每次再点弧都产生前沿很陡的电流与电压波, 传向母线并经各种电容器设备注入地网。进行波在每一断口处都产生反射, 从而产生各种高频振荡, 其频率一般为50kHz到1MHz, 也有达5MHz的, 并经3~6个振荡周期, 幅值衰减为初始值的一半。这些高频振荡与二次回路耦合, 感应出干扰电压。

由断路器操作送电线路产生的振荡, 其频率是被操作线路长度的函数, 一般在数百到数千赫之间, 也将在二次回路上引起干扰电压。

切合电容器组将在二次回路上引起频率为数千赫的干扰电压。

2.3 雷电引起的干扰

当发生雷击时, 由于电与磁的耦合, 将在导线与地间感应干扰电压。

2.4 控制回路产生的干扰

当断开断路器接触器线圈时, 会产生宽频谱, 其干扰可达50MHz。

2.5 高能辐射设备引起的干扰

由于近处步话机工作, 可能产生高频电磁场干扰。

3 干扰传播的主要途径

3.1 传导

传导干扰是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合 (干扰) 到另一个电网络。

3.2 辐射

辐射干扰是指干扰源通过空间把其信号耦合 (干扰) 到另一个电网络。在高速PCB及系统设计中, 高频信号线、集成电路的引脚、各类接插件等都可能成为具有天线特性的辐射干扰源, 能发射电磁波并影响其他系统或本系统内其他子系统的正常工作。

3.3 感应与耦合

干扰的感应是指在相互靠近的导体或回路之间亦会形成干扰, 按干扰机理的不同可进一步分为电场耦合和磁场耦合。在电气设备、电子仪器和用电装置中, 总是把内部连接导线捆扎成一捆捆电缆。这样既整齐美观, 又坚固便于固定, 还有利于维修检查。但是这样却使电缆内部存在着不同程度的导线之间的耦合感应作用, 严重的可能会使设备遭受干扰而导致性能降级或功能不正常。电缆中导线之间的耦合干扰是电气工程中最常见的干扰耦合模式之一。

由于二次回路中电磁干扰, 使二次回路中的微机保护装置、自动装置经常发生误动、误发信号、错误指示断路器位置等情况, 下面提出解决干扰问题措施。

4 抗干扰的常见措施

4.1 二次回路中采用的抗干扰措施

采用微机保护装置时, 根据保护的要求, 应在二次回路上采取抗干扰措施为: (1) 敷设电缆时, 充分利用自然屏蔽物的屏蔽作用, 必要时可与保护用电缆平行设置专用屏蔽线;对于单屏蔽层的二次电缆, 屏蔽层应两端接地, 对于双屏蔽层的二次电缆, 外屏蔽层两端接地, 内屏蔽层宜在户内端一点接地。以上电缆屏蔽层的接地都应连接在二次接地网上。 (2) 采用铠装电缆或屏蔽电缆, 为有效消除电磁耦合的干扰, 必须采用电阻系数很小的材料作为屏蔽层, 且在开关现场与控制室两端接地。 (3) 交流电压、电流回路、直流回路及电源四部分均应使用独立电缆, 动力电缆和控制电缆应按种类分层敷设, 严禁用同一电缆的不同导线同时传送动力电源和信号。 (4) 保护用电缆与电力电缆不在同层敷设, 遇到控制电缆与电力电缆 (特别是单芯电力电缆) 并行或交叉时, 应在控制电缆外面套金属管屏蔽。 (5) 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入地点, 如避雷器和避雷针的接地点, 以及并联电容器、电容式电压互感器以及电容式套管设备等, 以避免高频干扰。 (6) 对经长电缆跳闸的回路, 要采取防止长电缆分布电容影响和防止出口继电器误动的措施, 如采取不同用途的电缆分开布置、增加出口继电器动作功率, 或通过光纤跳闸通道传送跳闸信号等措施。 (7) 高频同轴电缆应在两端分别接地, 并靠近高频同轴电缆敷设界面不小于100mm2两端接地的铜导线。 (8) 不允许用电缆芯两端同时接地的方法作为抗干扰措施。

4.2 微机保护装置、自动装置采取的抗干扰装置

(1) 微机保护装置的箱体必须经试验确证可靠接地。在同一变电站中最好将同一电压等级的电压互感器的中性线全部引入主控室, 并在微机保护屏的接地铜排上接地, 然后向其他各屏配出二次电压中性线, 以避免大的接地电流注入接地网时在不同接地点产生电位差值而造成保护误动; (2) 所有电压、电流、直流逆变电源等采用的隔离变压器一、二次绕组间必须有良好的屏蔽层, 而且屏蔽层应可靠接地; (3) 外部引入微机保护装置的空接地, 进入保护后应经光电隔离; (4) 微机保护装置只能以空接地或光耦输出; (5) CPU插件总线不外引, 背板走线应采用抗干扰设计; (6) 电源加滤波措施以及防雷装置; (7) 引入保护装置逆变电源的直流电源应经抗干扰处理。