城市轨道交通供电系统35kVGIS综保装置电磁干扰问题分析及解决方案

城市轨道交通供电系统35kVGIS综保装置电磁干扰问题分析及解决
方案
高压变电所是一个具有高压电磁场环境的特殊地域，而装在所内的各类继电保护装置不断受到各种强电磁场的干扰。

因变电所自动化系统大规模使用和继电保护设备的不断更新，干扰问题逐渐显露出来，并成为继电保护误动拒动和电力监控系统不正常工作的主要原因之一。

从深圳地铁环中线35kV开关柜三工位开关操作误跳闸实际故障入手，深入分析故障原因，有针对性地提出相应的解决方案，并对改造后的设备进行检查试验，以达到有效的抗干扰目的。

标签：轨道交通；35kVGIS综保装置；电磁干扰
1 电磁干扰典型故障案例
1.1 故障现象
深圳地铁环中线前海湾站、宝安中心站、翻身站、洪浪北站、塘朗站、杨美站、车辆段等变电所，自35kVGIS（气体绝缘组合电器设备）安装完成后投入运行以来，在操作35kVGIS三工位隔离开关的过程中，与此柜相邻同一段母线上正常运行的动力变压器、整流变压器的断路器出现保护跳闸。

保护动作的信息多为速断保护动作，而且跳闸没有规律，有时跳一个开关，有时跳两个。

对此类跳闸故障现象进行统计，存在以下共同点：在35kV开关母排带电的情况下，在操作隔离开关的过程中，此开关柜所在母线的相邻开关柜会出现断路器跳闸的现象，保护动作多为速断保护动作，有的还出现过在操作三工位开关柜时35kVGIS 继电保护装置通讯中断或自动重启。

1.2 故障设备介绍
误跳闸开关柜为35kV环网中压开关柜，使用REF542继电保护单元，实现对开关柜的控制、保护、监视及运行数据的测量、以及与变电所综合自动化系统的通信等功能。

典型馈线柜设有电流速断保护、过电流保护、过负荷保护、零序电流保护。

2 三工位开关操作及电磁干扰机理
城市轨道交通供电系统35kVGIS的电磁干扰来源于外部和内部两方面，外部干扰与系统结构无关，是由使用条件和外部环境因素决定的干扰，主要有其他物体和设备辐射电磁波产生的强电场或强磁场，如雷击、隔离开关操作、直流电源的中断与恢复等。

内部干扰是由系统结构、元件布局和生产工艺等决定的干扰，主要有杂散电感和电容结合二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。

在变电站运行维护中常因各种需要进行各种倒闸操作，高压隔离开关开、闭合时，间歇逐渐扩大缩小，导致其间的空气绝缘被击穿，断口间会出现几十次乃至几百次重复燃弧及断弧过程。

在母线带电空载的情况下，母线其动静触头存在不等电位，在三工位操作的过程中，在动触头快接近（合闸操作）或刚离开（分闸操作）连接位静触头时，由于电场的影响，会产生含有多种频率分量的衰减震荡波，会影响到本柜（隔离位下的CT）或通过主母线（相当于天线）影响相邻或相近的开关柜，这也是通过连接在母线或线路的测量设备（CT）一次耦合至二次并通过CT二次线回路的测量和保护线路。

当继保无法消除高频谐波干扰的影响就可能出现重启、保护误启动和误跳闸的事件和事故。

3 故障查找现场试验及结果
针对这一严重影响供电运营安全的故障，在一次母排带电情况下，采取REF542+更换阻值更小的接地隔板，保护装置二次线加装抗干扰磁环等进行模拟故障测试。

3.1 在REF542模拟量输入线、开关量输入输出线、通讯线、电源线未加装磁环的情况下不采取任何措施，直接模拟故障工况，操作开关柜的三工位隔离开关10次时，邻柜出现一次通讯中断，速断保护动作4次。

3.2 对开关柜REF542模拟量输入线加装大磁环、开关量输入输出线大磁环、通讯线加装小磁环、电源线加装小磁环的情况下，模拟故障工况，操作开关柜的三工位隔离开关10次时，速断保护动作3次，故障波形同上。

通过以上方式，选取典型故障站点反复进行模拟测试发现，对REF542+保护装置主机更换阻值更小的接地隔板，对保护装置外壳打磨加强接地，减小保护装置主机外壳至主接地母排的回路电阻，同时对主机二次接线分散布置，加装抗干扰磁环，以达到加强屏蔽和接地，可以有效的消除此故障。

4 解决方案
从试验情况来看，由于地铁供电大量采用35kV高压系统，其产生的电磁干扰信号无法避免并且非常严重。

解决电磁干扰的根本方法是有效引导干扰信号进入可靠的变电所接地系统，减少电磁干扰信号对电气设备，尤其是保护控制设备的影响。

根据35kV系统电磁干扰信号幅值及频率均较高的状况，整个变电所接地系统，包括开关柜内接地联线，接地铜排、变电站接地点、接地电阻等等，均需要严格按标准设计和施工。

同时，开关柜内部高压带电导线与二次接线也需要严格区分布排，避免混扎，减少互相的耦合干扰。

由于整个变电所接地系统已经完成，对接地系统的检测也符合设计要求，根据测试情况，我们从开关柜及保护装置本身寻求最佳抑制电磁干扰信号的途径。

包括更改保护装置的接地模块，增强抗电磁干扰的能力，另外更改了接地模块的涂层材质，进一步提高电磁干扰信号的导通能力，将电磁干扰信号对设备本身正常运行的影响减小到设备所允许的范围内，从而保证保护装置安全、可靠运行。

针对深圳地铁环中线35kVGIS故障情况，结合现场模拟试验结果，采取以下方式加以解决。

（1）加装磁环
5 结束语
对于电气二次设备的电磁干扰问题，可以通过合理的屏蔽、有效的接地以及对干扰信号的抑制加以解决。

为深入探索三工位开关操作电磁干扰的规律，改造完成后，用高频示波器对改造后的35kV开关柜三工位操作时在REF542+电流输入端上产生的电磁干扰进行了量化监测，并与改造前进行对比，电磁干扰信号明显减小，不存在任何峰值较大且脉冲时间为毫秒级的信号。

环中线全线改造以来，未在出现因三工位操作引发的保护跳闸或通讯中断，通过多次检测来看，采取上述改造方案能有效抑制三工位开关操作产生的电磁干扰，为今后地铁供电系统综合保护装置抗电磁干扰问题处理积累了宝贵的经验。

参考文献
[1]梁小冰.广西大学.变电站开关操作所造成的暂态电磁干扰.
[2]李清泉.西安交通大学.变电站开关操作引起的瞬变电磁场及其防护.。