江蘇金智科技股份有限公司 李 俊

引言

電能是國家發(fā)展過程中必不可少的重要能源。隨著人民生活水平的不斷提升，對電力需求也越來越大，在電力系統(tǒng)中使用的電力繼電保護(hù)設(shè)備數(shù)量也在不斷的增加，同時(shí)繼電保護(hù)設(shè)備的應(yīng)用范圍也在不斷的增加，從而為變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了相應(yīng)保障。繼電保護(hù)裝置是電站實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵性設(shè)備，但是在對變電站的繼電保護(hù)應(yīng)用的過程中，也存在受干擾的情況。

所以必須不斷的提升繼電保護(hù)的技術(shù)水平，因?yàn)檫@種設(shè)備比較脆弱，很容易受不同因素的干擾。只有確保這項(xiàng)技術(shù)的可靠性，電網(wǎng)才能可靠運(yùn)行。在電力系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，通過將各個(gè)變電站進(jìn)行合理的連接形成電網(wǎng)系統(tǒng)。在電網(wǎng)系統(tǒng)中，如果存在電線接地或變壓器故障，電力系統(tǒng)的運(yùn)行也會(huì)出現(xiàn)問題，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引發(fā)安全事故，造成人身傷害和財(cái)產(chǎn)損失。通過使用繼電保護(hù)裝置，能有效避免這些問題的出現(xiàn)，最大限度地減小影響范圍，保證電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

1 繼電保護(hù)抗干擾概述

1.1 繼電保護(hù)的概念、重要性及基本原理

繼電保護(hù)主要是通過對電氣系統(tǒng)運(yùn)行中存在的異常或故障檢測的設(shè)備，能夠時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)并進(jìn)行隔離。在這個(gè)過程中，接觸式的繼電器能夠?qū)﹄姎庀到y(tǒng)中的發(fā)電機(jī)、變壓器及輸電線路等做好相應(yīng)的保護(hù)工作，防止其出現(xiàn)損壞。將各個(gè)變電站進(jìn)行有效地連接形成電網(wǎng)，當(dāng)線路接地或變壓器發(fā)生故障時(shí)，電力系統(tǒng)的運(yùn)行也會(huì)出現(xiàn)問題，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)停電、供電不足，甚至是造成經(jīng)濟(jì)損失和人身傷害。通過使用繼電保護(hù)裝置，能夠有效地避免這些情況的出現(xiàn)，將影響降到最低，確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

繼電保護(hù)裝置的功能，主要是結(jié)合電氣系統(tǒng)故障的前后電氣物理變化及相關(guān)原理進(jìn)行的。在電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行中，在故障發(fā)生的前后電氣物理變化較明顯。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，電流會(huì)增加、電壓出現(xiàn)降低，測量電阻以及電流相電壓也會(huì)發(fā)生較大的變化。在這些變化中，繼電保護(hù)也形成了母線、變壓器以及發(fā)電機(jī)的繼電保護(hù)等。

1.2 抗干擾的類型

1.2.1 接地故障干擾

接地故障主要是由于單相接地所出現(xiàn)的故障電流，電流通過流經(jīng)變壓器的中性點(diǎn)、接地網(wǎng)及架空地線，最后返回故障點(diǎn)。當(dāng)故障電流的位置不一樣，電位不同導(dǎo)致電位差。其中，性能在地面網(wǎng)絡(luò)中也是最關(guān)鍵的，這種電位差會(huì)導(dǎo)致電能頻率異常，這也造成了高頻保護(hù)裝置的抗干擾效果的降低。

1.2.2 斷路器故障干擾

在電路中感應(yīng)線圈應(yīng)始終保持完好，以避免電磁感應(yīng)干擾繼電保護(hù)。在直流控制中，當(dāng)電感線圈損壞時(shí)會(huì)發(fā)出比正常波形更寬的頻譜的異常波形。此時(shí)，通信設(shè)備的運(yùn)行更多地是通過干擾原始磁場來實(shí)現(xiàn)的；電感耦合干擾。主要由隔離開關(guān)引起，隔離開關(guān)故障產(chǎn)生雷擊電流，雷擊電流與高壓線結(jié)合產(chǎn)生電磁感應(yīng)和磁場。在磁場中，二次電纜被掃掠并直接連接到二次設(shè)備的電路，然后在磁通量的影響下產(chǎn)生高壓，對設(shè)備端口、設(shè)備本身和接地保護(hù)裝置系統(tǒng)造成干擾。

1.2.3 雷電干擾

通常出現(xiàn)在金屬設(shè)備或負(fù)載較大的設(shè)備中。變電站屬于后者，必須積極做好防雷工作。應(yīng)對面對雷電環(huán)境的構(gòu)筑物或線路采取大氣干擾防護(hù)措施，確保設(shè)備能夠不受雷電、過電壓以及過電流造成的影響。在實(shí)際運(yùn)行中，如果兩部分的抗干擾功能不夠，雷擊引起的過載影響接地網(wǎng)絡(luò)，引起電纜本身和輔助電纜設(shè)備的直流電阻和電壓通過電纜屏蔽。此外，設(shè)備直接連接到變?yōu)殡妷和ǖ赖亩位芈?，對變電站繼電器的保護(hù)效果造成了極大的降低。

1.2.4 靜電放電干擾

高壓變電站電氣設(shè)備進(jìn)行正常布置或使用時(shí)，為確保電氣設(shè)備正常使用，設(shè)備周圍的環(huán)境需要保持干燥，有效的避免外部因素在極端干燥的環(huán)境中影響電氣設(shè)備，工人在工作及走路時(shí)的衣服也會(huì)產(chǎn)生靜電，造成嚴(yán)重的放電，對電廠設(shè)備的正常運(yùn)行造成不利影響。

2 高壓變電站繼電保護(hù)抗干擾技術(shù)應(yīng)用的方式

2.1 干擾源的干擾能力降低

高壓變電站中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)電磁干擾。為減少電磁干擾對變電站運(yùn)行造成的不利影響，需減少干擾源的干擾能力，同時(shí)對工作設(shè)備的抗干擾力進(jìn)行有效提升。在變壓器運(yùn)行的過程中，可使用互感器等二次設(shè)備做好標(biāo)準(zhǔn)接地，避免發(fā)生電磁干擾的情況。當(dāng)高頻電流經(jīng)過變電站時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)接地也會(huì)降低暫態(tài)電位，形成低阻抗特性的網(wǎng)絡(luò)，有效減少了地電位的差幅，避免了高壓變電站產(chǎn)生的干擾，同時(shí)也讓電力系統(tǒng)次要電路中的電子設(shè)備能夠不受干擾。

2.2 繼電保護(hù)裝置的電位面整定

高壓變電站中使用的繼電保護(hù)裝置，主要是在變電站的控制室內(nèi)進(jìn)行集中式的布置，從而確保電位面上的電位變化能夠與變電站接地變化保持一致性。網(wǎng)絡(luò)電位是隨時(shí)間變化的接地網(wǎng)絡(luò)電位差，有效防止繼電保護(hù)電位計(jì)的滲透，消除與地面網(wǎng)絡(luò)形成的電位差，從而確保系統(tǒng)內(nèi)部通信的穩(wěn)定性。將每臺(tái)計(jì)算機(jī)設(shè)備連接到接地網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)時(shí)，需使用單向接地線路對零電位點(diǎn)進(jìn)行連接，對于接地位置和節(jié)點(diǎn)的外線、連接接地的端子，需尋找合適的位置，確保電網(wǎng)能夠不受干擾[1]。

2.3 防止二次側(cè)干擾

通過做好電纜屏蔽兩端的光纖電流差分保護(hù)以及接地，能對高壓變電站二回路的抗干擾能力進(jìn)行提升。其中，接地電纜的抗干擾保護(hù)在高壓變電站中是較常用方式。當(dāng)對電纜屏蔽殼兩端做好接地后，母線中的暫態(tài)電流能使用電纜感應(yīng)外殼進(jìn)行控制，或是被電纜包圍，對母線的暫時(shí)狀態(tài)進(jìn)行屏蔽，當(dāng)運(yùn)用屏蔽磁通時(shí)需切斷電流，母線的瞬態(tài)電流產(chǎn)生的電能夠?qū)崿F(xiàn)抗干擾的目的。

2.4 在繼電保護(hù)系統(tǒng)中串聯(lián)電容器

應(yīng)用高頻參數(shù)消除變電站高壓裝置間感應(yīng)耦合引起的干擾。電容器可在通道電纜芯中的高頻變量上進(jìn)行相應(yīng)的串聯(lián)。當(dāng)高壓電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，接地電流也會(huì)在雙頭高頻電纜層中出現(xiàn)電位差，在高頻電纜電路中引入縱向電位差，造成了飽和接收機(jī)的可變及干擾傳播，導(dǎo)致鎖定和保護(hù)功能失效。對繼電保護(hù)系統(tǒng)與電容器進(jìn)行相應(yīng)的串聯(lián)，可以阻斷工頻電流，防止干擾效果。在高頻信道中，應(yīng)對通信行為進(jìn)行綜合分析，有效地將電容器與高頻信道電纜環(huán)連接起來。在加工過程中須對相關(guān)設(shè)備進(jìn)行串聯(lián)，并采用雙并聯(lián)接地控制機(jī)構(gòu)。當(dāng)縱向電位差導(dǎo)致高頻電纜回路中斷時(shí)，接收機(jī)變量飽和，信號(hào)傳遞函數(shù)中斷。為有效避免這個(gè)問題，可通過對串聯(lián)電容器的使用有效阻斷工頻電流，讓設(shè)備能避免工頻電流的干擾。

2.5 合理接地處理

變電站內(nèi)部接地網(wǎng)絡(luò)的連接點(diǎn)都是不一樣的，電位差也會(huì)隨著電流強(qiáng)度的變化發(fā)生相應(yīng)的改變，在接地網(wǎng)絡(luò)中接收的電流越大電位差也就越大。接地時(shí)，不同點(diǎn)對電位差的引入也會(huì)造成分流效應(yīng)的出現(xiàn)。在此基礎(chǔ)上，需積極運(yùn)用有效的接地處理機(jī)制，特別是在變電站運(yùn)行的過程中，需做好高頻同軸電纜的接地處理工作。當(dāng)電纜一端接地時(shí)，另一端出現(xiàn)高壓過渡模式，電流結(jié)構(gòu)也會(huì)出現(xiàn)不平衡的情況。因此，集中管理和維修是必要的。

首先，開關(guān)工作時(shí)采用青銅支路連接高頻電纜與保護(hù)殼和過濾器，提供二次伴隨，采用10kV 以上絕緣導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可提高接地效果；其次，控制室的實(shí)際工作必須一體化，須有效地將屏幕與高頻同軸電纜連接起來，以及銅板防護(hù)屏，既能有效處理基礎(chǔ)設(shè)施，又能整合防護(hù)和防護(hù)結(jié)構(gòu)，提高接地效率，全覆蓋繼電保護(hù)。

2.6 斷路器和控制室末端間的高頻同軸電纜接地

當(dāng)隔離開關(guān)與空母線共同工作的過程中，高頻同軸的電纜一端在另一端的接地會(huì)出現(xiàn)過渡電壓。這意味著發(fā)射機(jī)終端產(chǎn)生高壓，電力系統(tǒng)的正常工作可能會(huì)中斷，如出現(xiàn)嚴(yán)重危險(xiǎn)斷路器部件可能會(huì)損壞。高頻同軸電纜接地方式如下。

在斷路器電場接地上，高頻電纜屏蔽外殼與耦合濾波器的二回路端子連接在一起超過10平方米，并向下導(dǎo)引。銅線接地完畢，控制室的高頻電纜屏蔽由1.5米至22.5米的多條銅線連接到接地銅棒。接收機(jī)外殼不能進(jìn)行可靠地接地，除非高頻電纜保護(hù)與接收機(jī)進(jìn)行與接地端子進(jìn)行有效地連接而不是直接接地。需要鋪設(shè)地銅，有效地減少開關(guān)場與控制室接地位置以及電流之間出現(xiàn)地電位差，通過高頻電纜屏蔽。電纜附近的橫截面至少為100平方米。銅桿連接到控制室電纜層中的接地網(wǎng)格，并延伸到保護(hù)屏的潛在表面。在開關(guān)區(qū)域，在耦合濾波器的連接位置與3m 到5m 距離的接地網(wǎng)格連接，并延伸到并聯(lián)逆變器高頻耦合電纜的輸出端口過濾器。

2.7 繼電保護(hù)裝置等電位面的構(gòu)造

當(dāng)微處理器保護(hù)集中在主機(jī)上時(shí)，為了保證穩(wěn)定的通信，中央計(jì)算機(jī)、微處理器保護(hù)裝置必須放置在同一潛在平臺(tái)上，以提供這種能力?？刂剖覗艠O之間只有很小的耦合，這些電位的表面電位可隨著網(wǎng)絡(luò)電位的變化而移動(dòng)。等電位表面網(wǎng)絡(luò)微器件接地與接地之間無電位差，每個(gè)微機(jī)必須有一個(gè)特殊的截面連接到等電位面，而內(nèi)、外接地以及微機(jī)上元件歸零的位置應(yīng)與特殊的接地線連接。接地導(dǎo)線與保護(hù)板的專用接地端子相連，接地端子由相應(yīng)截面的銅線連接到專用接地網(wǎng)絡(luò)，形成其他潛在的屏蔽干擾網(wǎng)絡(luò)。

2.8 斷開通信濾波器第一線圈和第二線圈的接地

這是非常有效的措施，從而避免自然雷擊以及操縱開關(guān)所造成的干擾。隔離雷擊出現(xiàn)的電流或開關(guān)中會(huì)產(chǎn)生高頻電流，這也會(huì)將高壓耦合電容在高頻通道直接引至地面，造成高頻電壓的迅速升高。同時(shí)，還會(huì)通過第一線圈以及第二線圈之間的中間層電容。當(dāng)接地進(jìn)行斷開時(shí)，繼電保護(hù)器的作用也就不能充分發(fā)揮。當(dāng)高頻電流通過電容器的接觸部分進(jìn)入到地面時(shí)，接地部分也會(huì)出現(xiàn)非常高的地電位，但接地網(wǎng)是一個(gè)高頻電阻，這也會(huì)讓高頻電位迅速的衰減，減小二次回路接地位置與控制室二次裝置之間的電位差，二次回路閉合位置應(yīng)與一次接地保持一定距離，減少通過電纜保護(hù)層的高頻電流，減少對導(dǎo)體的干擾[2]。

2.9 將電容器與高頻電纜串聯(lián)

對于連接高頻變量的高頻信道，信道電纜芯上連接的容量約為0.047UV。由于高壓電氣系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)高頻電纜涂層的兩側(cè)接地，接地電流進(jìn)入變電站地面系統(tǒng)時(shí)，工位電位和局部電位的差異形成垂直電壓輸入高頻電纜接收器，在變頻飽和時(shí)停止，導(dǎo)致接收與頻率之間出現(xiàn)極大的差距，造成高頻保護(hù)斷開，因此，該回路中的電容器必須是串聯(lián)的，對頻率電流進(jìn)行阻斷。

如果收發(fā)器以及通信濾波器之間存在比較大的差分網(wǎng)絡(luò)或分頻器，電容器需要通過以下的方式進(jìn)行連接：如果控制室電纜層中安裝了差動(dòng)網(wǎng)絡(luò)或分頻器，電容器需要連接在通信部分的高頻電纜以及低壓通信濾波器之間。在通信濾波器的附近安裝差動(dòng)網(wǎng)絡(luò)以及分壓器，電容器放置需要在分配器接收器或者差分網(wǎng)絡(luò)高頻保護(hù)電纜的一側(cè)進(jìn)行安裝。

2.10 設(shè)計(jì)安裝現(xiàn)場保護(hù)

精心設(shè)計(jì)和安裝的現(xiàn)場防護(hù)設(shè)施也是繼電保護(hù)的重要方式。做好對二級(jí)變電站的建設(shè)，電網(wǎng)連接的潛力非常大，結(jié)合變電站設(shè)備的具體情況，對科學(xué)合理的安裝方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，讓二次網(wǎng)絡(luò)與變電站主網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有效地連接，并安裝相關(guān)設(shè)備銅桿和屏蔽等電位柵極保護(hù)設(shè)備，在通過測試之前不能使用。此外，應(yīng)定期拆除防護(hù)屏的底面，以保證下槽鋼的正常連接。施工電纜時(shí)，應(yīng)注意高壓電纜和低壓電纜的合理布放，避免將兩者亂放在同一電纜溝內(nèi)，以免干擾高壓電纜將電纜連接到低壓電纜。

3 結(jié)語

變電站繼電保護(hù)抗干擾裝置的控制是確保電力系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行、提高電力傳輸質(zhì)量的有效措施。只有更好地了解干擾對變電站二次設(shè)備產(chǎn)生的影響，在對干擾原因進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上做好高質(zhì)量的技術(shù)防護(hù)措施，才能夠有效地提高變電站繼電保護(hù)裝置的抗干擾能力，確保變電站系統(tǒng)的二次運(yùn)行質(zhì)量，有效地提升人們的生活水平。