电网二次回路继电保护抗干扰探讨

电网二次回路继电保护抗干扰探讨【摘要】：本文从干扰的来源及其传输途径分析入手，探讨了继电保护二次回路中存在的各种干扰，列出了现今在继电保护二次回路上实行的几种有效的抗干扰措施，对各类干扰采取针对性的措施，抑制其强度，减小其危害，达到了有效的保护电网安全目的。

关键词：电网；二次回路；继电保护；抗干扰

1. 引言

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。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。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。但是在现场运行过程中，如果运行环境差，抗干扰措施落实不当，则很容易受到外界环境的干扰，造成保护不正常，甚至发生保护误动作，严重威胁到电网的安全运行。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。

2. 电磁干扰的来源和途径分析。

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。

在高压变电站内，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。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。

3. 防止静电耦合干扰的措施

抑制静电耦合产生的干扰，可以采用增大耦合阻抗，对二次回路及保护装置进行屏蔽，合理选择二次设备元器件参数等方法进行一致。我们知道二次回路的干扰电压ut表达式为：（公式出处）【4】钱明敏变电站二次设备的抗干扰性研究电测与仪表 2002年第09期

（式1）

（1）从式1可以看出，在相同干扰源电压us情况下，当耦合阻抗z1增大时，二次回路的干扰电压ut将下降。耦合阻抗z1主要是干扰源与被干扰回路间的分布电容c1的容抗。适当合理布置干扰源与被干扰回路的相对位置，可以减小分布电容c1，可以增加耦合阻抗，从而降低干扰电压ut。

（2）在二次回路适当地点增加抗干扰电容，如在保护装置的电源入口处及电流、电压互感器二次回路接入保护装置前，可以将式1中的z2减小。图1是采用抗干扰电容后的静电干扰的简化电路图，图中c1为漏电容，对应为式1中的z1； c3为增加的抗干扰电容，其容量一般为几分之1μf～几十μf，等效阻抗为z3；c2为二次回路与大地间的分布电容。此时加到二次回路上的耦合电压由下式表达。

（式2）

式中z2’为考虑抗干扰电容后的阻抗，由于一般c4的值比c2

值大很多，所以z2’与z2相比将小很多，对照式1，干扰电压ut 也将下降很多。

采用抗干扰电容不但可以防止静电感应的干扰，对无线电干扰及二次回路内容产生的高频干扰也有很好的抑制作用。但是该抗干扰电容对二次回路也会带来一些副作用，如果容量太大，可能会造成不良后果。图1可以从一个方面说明抗干扰电容对控制回路的影响。

图2 抗干扰电容对二次回路的影响

在图2电路中，由于直流绝缘监察系统的存在，并假定控制母线的额定电压为ue，正负控制母线对地的绝缘电阻相等，则正常运行时+wc对地的电压为+50%ue，-wc对地的电压为-50%ue。可以看出，这时在抗干扰电容上的充电电压为50%ue，如果在出口继电器kc的正电源侧接地，接于负电源侧的抗干扰电容c3将通过两个接地电沿着虚线对kc放电，当c3的容量足够大并kc的动作电压小于50%ue时，kc将动作跳闸。这也是规程中要求直接用于跳闸的出口继电器其动作电压不能低于50%ue的原因。

采用屏蔽电缆并将屏蔽层可靠与地网连接，可以有效抑制静电干扰。使用屏蔽电缆的抗干扰原理可以用图3来表示。

图3 电缆屏蔽的抗干扰图

图3中由耦合电容c1传递给二次回路的干扰信号被电缆的屏蔽层屏蔽并通过接地点传人地网。试验表明，采用屏蔽电缆能将干扰电压降低95%以上，是一种非常有效的抗干扰措施。

当然采用屏蔽电缆的抗干扰效果与屏蔽层使用的材料、制作工艺、接地方式等有关。表1是在现场试验中测得的各种电缆在操作500kv隔离开关时的干扰电压，试验中采用的平行于500kv母线的电缆长度为80m，母线长度为250m。

从上表中可以看出，在隔离开关操作过程中产生的干扰电压很大，当使用无屏蔽的塑料电缆时，其干扰电压最大达9000v；当使用屏蔽电缆时，对干扰电压的抑制效果很好，其干扰电压的幅值被抑制到5%以下；不同的屏蔽层材料抑制干扰效果很接近。屏蔽电缆除了对静电干扰有较好的抑制作用外，对电磁干扰和高频干扰也有很好的抑制作用，所以屏蔽电缆在变电所二次回路中得到广泛的应用。

（3）充分利用变电所中的自然屏蔽物，还可以进一步提高抗静电干扰的效果。在控制电缆敷设的路径上或二次设备的安装现场，有很多自然的屏蔽物，例如，电缆隧道和电缆沟盖板中的钢筋，各种金属构件，建筑物中的钢筋等，都是良好的自然屏蔽物。只要在施工中注意将它们与变电所的接地网连接起来就能形成良好的静电屏蔽。

4. 防止电磁感应干扰的措施

（1）减少干扰源与二次回路间的互感减小由于电磁感应在二次回路产生的干扰电压。从式2可知，互感m与控制电缆及一次导线的长度l、相互的平行度有关，还受同一回路的两根电缆芯与一次导线的距离之比b/a影响，所以在电缆沟道的布置时应尽可能与一