继电保护装置抗干扰措施探讨

电力18讯：    
江苏省盱眙县供电公司  史登祥

摘要：高压变电所是一个具有高强度电磁场环境的特殊地域，而装在所内的继电保护装置不断受到各种强电磁场的干扰。该文从干扰的来源及其传输途径入手，有针对性地提出了相应的抑制措施，达到了有效的抗干扰目的。

关键词：电磁干扰；抑制措施；屏蔽；接地

中图分类号：TM774 文献标志码：B 文章编号：1003-0867(2007)11-0011-03

近年来，微电子器件在继电保护装置中得到了广泛应用，但耐受干扰的水平极低、且大多为电磁敏感设备，因而很容易受到干扰的影响和危害，最终可能会导致保护装置误动或拒动等各种异常现象的出现，从而严重影响了电网的安全、稳定运行。高压变电所一次回路强电磁干扰和二次回路本身的电磁干扰，通过感应、耦合和辐射等途径，引入到半导体型电子元器件上。当干扰水平超过了装置逻辑元件和逻辑回路允许的干扰水平时，将引起装置逻辑回路的不正常工作，甚至直接造成这些元器件的损坏。另外，由于各种干扰而使变电所自动化设备产生大量垃圾信息，严重影响了运行人员对所内设备的运行监视及操作，增加了值班人员的工作负担，影响了事故的分析与处理。因此，继电保护与自动化装置的抗干扰，就成为一个很重要的课题。

1 电磁干扰的来源和途径

电力系统的电磁干扰源有外部干扰和内部干扰两个方面：外部干扰是指那些与系统结构无关，而是由使用条件和外部环境因素所决定的干扰，主要有其它物体和设备辐射的电磁波产生的强电场或强磁场，如雷击、隔离开关操作、中压开关柜操作、直流电源的中断与恢复、步话机辐射及来自电源的工频干扰等等。内部干扰是指由系统结构、元件布局和生产工艺等所决定的干扰，主要有杂散电感和电容的结合，引起的不同信号感应，长线（对高频信号而言）传输造成电磁波的反射，多点接地造成的电位差干扰，寄生振荡和尖峰信号引起的干扰等等。但是，不论是外部干扰还是内部干扰，都具有相同的物理特性，故而其消除和抑制的措施基本是相同的。

在高压变电所内，有多种渠道将电磁干扰源和受干扰的二次回路和二次设备联接起来，这些耦合渠道包括：辐射、感应和耦合。而被干扰设备接收的电磁干扰水平，往往源于几种耦合方式产生的综合效应。

辐射：高频感应加热设备、高频焊接等工业设备以及电视发射台、雷达等大功率电子设备都可以通过电磁波辐射，干扰附近的精密仪器及仪表；架空输电线辐射出电磁场也会通过供电线路侵入电子设备，造成干扰信号。

感应：同一电缆内的感应，当同一电缆中某一芯线通过很强的干扰电流时，将在其他芯线感应出很高的干扰电压，并在终端联接设备上以共模干扰与差模干扰的形式出现。此外，不同能量等级的强电与弱电回路共用同一电缆时，当强电回路的电能突变，也会对弱电回路感应出不能接受的干扰，因而，应当尽量避免这种做法。

耦合：在开关场，电磁干扰主要经电感耦合、电容耦合及传导耦合等途径引入二次设备。

电感耦合：电感耦合有两个渠道，一是当隔离开关操作产生的高频电流或雷电电流通过高压母线时，在高压母线周围产生了磁场。其中的一部分磁通将二次电缆包围，因此在二次回路中感应出对地的共模干扰电压，传到继电保护装置等二次设备的端子上。若二次回路的走线不合理，例如同一个回路中的一根导线利用了一根电缆中的一芯，而其回程导线却利用了另一根电缆的一芯时，由于这两根芯线间的距离很大，在它们之间将包围很大的磁通，从而会在同一回路的两根导线间产生很大的差模干扰电压，这种设计或施工中的失误，必须避免。

二是指通过高压母线的高频电流，最容易通过接在母线上的集中电容注入电网，电容式电压互感器（CTV）、高频通道的高压耦合电容器，就是这样的高频电流最好的入地通道。在图1中，当高频电流I经母线所接高压电容器入地时，二次电缆、CTV的中间变压器的高低压线圈层间、互感器的接地线、变电所接地网和二次电缆所接负载形成了一个闭合回路，包围了由高频电流产生的磁通。在闭合回路中感应出电压，传到继电保护装置等二次设备端子上。接地引下线与二次电缆间的距离D愈大时，所包围的磁通越多，在闭合回路上感应的电压越高。

其中人为可控的因素是L、D及R。据估算，在400 kV变电所中，当L = 3 m，D/R = 10时，可能产生的感应电压e将达10 kV ，这个电压的数值远较上一项的感应电压为高。因此，对于CTV、高压耦合电容器来说，降低电容器的底座高度L，电容器接地引下线采用多股导线（即增大电阻R）和尽可能使引下二次电缆紧靠接地引下线（即减小距离D）是十分必要的。


图1 开关场的各种耦合途径
电容耦合：在图1中，假定Ck和CE分别是高压母线对二次电缆和二次电