電力系統(tǒng)抗干擾措施研究

魏星

（貴州銅仁供電局，貴州 銅仁 554300）

1 引言

電力系統(tǒng)的操作引起的暫態(tài)電壓會(huì)在二次回路中感應(yīng)產(chǎn)生干擾，影響繼電保護(hù)裝置的正常工作。20世紀(jì)80年代后期，微機(jī)型繼電保護(hù)的出現(xiàn)是繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展史上的一次飛躍，它不僅僅表現(xiàn)為從模擬型向數(shù)字化的簡(jiǎn)單過(guò)渡，事實(shí)證明，微機(jī)型保護(hù)裝置原理先進(jìn)、技術(shù)性強(qiáng)、功能齊全、可靠性高；有自檢功能、便于運(yùn)行、便于維護(hù)以及便于實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)原理的新裝置，因而它一經(jīng)問(wèn)世，便以極快的速度在電力系統(tǒng)中推廣開(kāi)來(lái)，并取得良好的成果。

2 電力系統(tǒng)中的干擾來(lái)源及分類

干擾的分類有多種方法，主要有以下幾種：

按頻率范圍劃分，干擾可以分為低頻干擾和高頻干擾2類。低頻干擾包括工頻及其諧波以及頻率為幾千周的低頻振蕩；高頻干擾包括各種暫態(tài)現(xiàn)象以及衰減的高頻振蕩。

按照干擾的形態(tài)，干擾可分為：①共模干擾，這是發(fā)生在保護(hù)裝置電路中的某一點(diǎn)和接地線(或外殼)之間的干擾。②差模干擾，這是發(fā)生在電路兩導(dǎo)線之間的干擾，是和有用信號(hào)傳遞途經(jīng)相同的一種干擾。保護(hù)裝置接受這種干擾的能力和接受有用信號(hào)的能力完全相同。當(dāng)共模干擾在各導(dǎo)線上縱向壓降不平衡時(shí)，也會(huì)間接地產(chǎn)生差模干擾。

按照干擾的危害，干擾可分為:①引起保護(hù)與自動(dòng)裝置不正確動(dòng)作的干擾。低頻差模干擾通常屬于此類干擾。一般情況下，保護(hù)裝置在工頻上下有一個(gè)通頻帶，可以濾掉高頻干擾。而低頻差模干擾與有用信號(hào)一起進(jìn)入回路，形成干擾，影響其正常工作。②引起設(shè)備損壞的干擾。由于高壓網(wǎng)絡(luò)的操作或雷電波引起的高頻振蕩，其幅值大大超過(guò)低頻干擾，常易造成保護(hù)裝置元件和二次回路的損壞，這種干擾通常屬于共模干擾。

3 一次系統(tǒng)與保護(hù)(控制)回路耦合產(chǎn)生的干擾

當(dāng)電力系統(tǒng)進(jìn)行線路或母線的空投或切斷、電容器的空投或切斷、電容式電壓互感器的空投或切斷等類操作時(shí)，常會(huì)引起瞬間過(guò)電壓(浪涌電壓)和高頻振蕩電流，這種浪涌電壓和高頻振蕩電流可能達(dá)到相當(dāng)高的數(shù)值。它們會(huì)通過(guò)電磁感應(yīng)、靜電感應(yīng)或公共回路的耦合在二次回路中形成干擾，現(xiàn)分述如下：

3.1 電磁耦合的干擾

當(dāng)電力系統(tǒng)進(jìn)行操作時(shí)，例如投入電容式電壓互感器，由于導(dǎo)線的自感、導(dǎo)線間存在的互感以及分布式電容組成的L、C回路，將會(huì)產(chǎn)生衰減的高頻振蕩。此高頻電流將流過(guò)接地網(wǎng)和中性線，如果電容式電壓互感器的二次電壓引線與高壓導(dǎo)線或接地網(wǎng)中性線平行，則由于互感的存在，高頻電流將在二次電壓線上產(chǎn)生感應(yīng)電壓，即為干擾電壓，可達(dá)數(shù)千伏。因?yàn)樗鼈兪菍?duì)地的，這一干擾為共模干擾。由于互感器各相電壓回路對(duì)地線回路的互感不可能完全相等，共模干擾的電壓也不會(huì)完全相同，于是在各相導(dǎo)線間，會(huì)出現(xiàn)差模干擾?！捌帘巍笔墙档碗姶篷詈细蓴_的有效措施。干擾導(dǎo)體中的高頻電流將在其周圍產(chǎn)生干擾磁通Φ1，若被干擾導(dǎo)體不采取任何措施，則Φ1將在其上產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，并形成干擾電壓。若被干擾導(dǎo)體外有金屬屏蔽層，則Φ1將在屏蔽層中感應(yīng)出感應(yīng)電勢(shì)。如果給屏蔽層中的感應(yīng)電勢(shì)一個(gè)低阻抗的回路以產(chǎn)生感應(yīng)電流，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，這一感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁通Φ2總能抵償Φ1，從而起到屏蔽的作用。為了達(dá)到屏蔽的目的，要求做到以下幾點(diǎn):

屏蔽層是導(dǎo)電體，而且兩端接地，以產(chǎn)生感應(yīng)電流；屏蔽層有盡量高的導(dǎo)電率，以產(chǎn)生較大的作用于抵償干擾磁通的電流；屏蔽層完全包圍導(dǎo)體。如果能夠滿足上述條件，就可以達(dá)到幾乎完全的屏蔽作用根據(jù)以上屏蔽原理，若導(dǎo)體本身不具備良好的屏蔽層，又希望減少外磁場(chǎng)干擾時(shí)，可以采用下述方法之一來(lái)達(dá)到一定的屏蔽目的。

①與被干擾導(dǎo)線平行地敷設(shè)1條導(dǎo)線且使其兩端接地；②在該導(dǎo)線所在的電纜中，若有備用芯，可將該備用芯兩端接地。

3.2 靜電耦合的干擾

靜電耦合的干擾實(shí)際上是電容耦合的干擾。它是由于控制導(dǎo)線處于高壓帶電導(dǎo)體(如高壓母線、線路、高壓設(shè)備的帶電部分等)和大地之間的電場(chǎng)而產(chǎn)生。這種干擾是由于高電壓產(chǎn)生的，與有無(wú)暫態(tài)電流無(wú)關(guān)。

假設(shè)控制導(dǎo)體A與高壓干擾源B之間的電容為C1，與大地間的電容為C2，干擾源對(duì)地電壓為U，則控制導(dǎo)體A因干擾源有電壓U而產(chǎn)生對(duì)地電壓，此電壓即為導(dǎo)體A因電容耦合而受到的共模干擾。如果作為控制回路的2個(gè)導(dǎo)體對(duì)干擾源和大地的位置不對(duì)稱，即2條導(dǎo)體對(duì)于干擾源和大地的電容不同，則它們感應(yīng)的電壓U2(共模干擾電壓)不同，于是這2個(gè)導(dǎo)體之間將會(huì)出現(xiàn)電位差ΔU，這一電位差即由靜電耦合產(chǎn)生的差模干擾。

3.3 公共電路耦合的干擾

變電所的一次電路和二次電路都有接地點(diǎn)，實(shí)際上，它們是接于接地網(wǎng)的不同點(diǎn)上的，因而，接地網(wǎng)就是最常見(jiàn)的公共電路。公共電路可以形成耦合作用以產(chǎn)生干擾，以下用投入CVT產(chǎn)生的暫態(tài)電流通過(guò)接地線的阻抗引起干擾為例說(shuō)明。CVT的一次和二次繞組(僅畫(huà)出單相)的中性點(diǎn)，接于分壓電容的接地端后，再經(jīng)過(guò)接地線接地。接地線本身的分布電阻和電感用一個(gè)集中阻抗Z表示。合上K，將CVT投入運(yùn)行時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很大的暫態(tài)電流i0，i0在Z上產(chǎn)生的壓降使CVT二次繞組中性點(diǎn)和接地點(diǎn)電位升高，大大高于控制室地電位，因而，使接入繼電器或儀表的二次電壓線和它們的接地的金屬外殼之間產(chǎn)生很高的過(guò)電壓。

3.4 直流系統(tǒng)操作引起的干擾

在直流系統(tǒng)中斷開(kāi)輔助繼電器、斷路器合跳閘線圈等有感元件時(shí)，可能引起很高的電壓，這也是一種重要的干擾源。切斷電感元件時(shí)線圈兩端出現(xiàn)的暫態(tài)過(guò)電壓具有振蕩的性質(zhì)，其大小和頻率決定于下列因素：被切斷的線圈電感量；被切斷的電流值；線圈兩端及引線間的雜散電容；線圈的電阻及其鐵芯和周圍介質(zhì)的損耗；操作開(kāi)關(guān)的構(gòu)造及其滅弧介質(zhì)的“擊穿電壓-時(shí)間特性”。當(dāng)被操作的開(kāi)關(guān)是理想的開(kāi)關(guān)，即其斷開(kāi)時(shí)間為零。斷開(kāi)時(shí)開(kāi)關(guān)斷口耐壓無(wú)限大，則暫態(tài)只限于線圈及其引線。

4 減小干擾影響的措施

繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的抗干擾問(wèn)題是一個(gè)很復(fù)雜的問(wèn)題，沒(méi)有一個(gè)通用方法，只能因地制宜，根據(jù)前述討論，提出以下幾種行之有效的抗干擾措施：

4.1 遠(yuǎn)離干擾源

干擾源和被干擾回路之間的電容和電感，是兩者之間距離的對(duì)數(shù)函數(shù)，增大它們之間的距離可以減小電容和互感，因而可以減小靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)引起的干擾。

4.2 減小干擾源的干擾強(qiáng)度

給隔離開(kāi)關(guān)和斷路器的斷口上并聯(lián)高電阻。當(dāng)斷開(kāi)時(shí)，將電阻接入可以減小所引起的暫態(tài)電壓浪涌。這是減小干擾的經(jīng)濟(jì)而有效的方法。

給直流繼電器線圈和其他電感線圈并聯(lián)穩(wěn)壓管或非線性電阻，以減低線圈被切斷時(shí)所引起的暫態(tài)電壓浪涌。

為了防止電流互感器在過(guò)大的交流電流作用下飽和而在每半個(gè)周期中產(chǎn)生尖峰的高電壓，可在其二次繞組上并聯(lián)碳化硅非線性電阻。在繼電保護(hù)輸入回路并聯(lián)小電容 (如0.5μf)，以減小高頻干擾。

5 結(jié)束語(yǔ)

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置從電磁式到半導(dǎo)體型，再至數(shù)字型，是技術(shù)上極大的進(jìn)步，由此而產(chǎn)生的“干擾”問(wèn)題，也引起了技術(shù)界的廣泛關(guān)注，并開(kāi)展了大量的深入研究。

[1]茍同江.微機(jī)繼電保護(hù)裝置的抗干擾防護(hù)措施[J].

[2]趙波.微機(jī)型繼電保護(hù)裝置的抗干擾措施[J].

[3]臧立巖,吳志明.微機(jī)繼電保護(hù)裝置的優(yōu)點(diǎn)及抗干擾防護(hù)措施[J].