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如何解決繼電保護(hù)裝置抗干擾問題

返回打印來源：儀天成電力時間：2017/12/08 閱讀：次

       在繼電保護(hù)裝置中廣泛應(yīng)用微電子器件，但其承受干擾的水平極低、且大多為電磁敏感設(shè)備，因而很容易受到干擾的影響和危害，可能會導(dǎo)致保護(hù)裝置誤動或拒動等各種異常現(xiàn)象的出現(xiàn)，從而嚴(yán)重影響了電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。高壓變電所一次回路強(qiáng)電磁干擾和二次回路本身的電磁干擾，通過感應(yīng)、耦合和輻射等途徑，引入到半導(dǎo)體型電子元器件上。當(dāng)干擾水平超過了裝置邏輯元件和邏輯回路允許的干擾水平時，將引起裝置邏輯回路的不正常工作，甚至直接造成這些元器件的損壞。
1 電磁干擾的來源和途徑
       電力系統(tǒng)的電磁干擾源有外部干擾和內(nèi)部干擾兩個方面：外部干擾是指那些與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無關(guān)，而是由使用條件和外部環(huán)境因素所決定的干擾，主要有其它物體和設(shè)備輻射的電磁波產(chǎn)生的強(qiáng)電場或強(qiáng)磁場，如雷擊、隔離開關(guān)操作、中壓開關(guān)柜操作、直流電源的中斷與恢復(fù)、步話機(jī)輻射及來自電源的工頻干擾等等。內(nèi)部干擾是指由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、元件布局和生產(chǎn)工藝等所決定的干擾，主要有雜散電感和電容的結(jié)合，引起的不同信號感應(yīng)，長線（對高頻信號而言）傳輸造成電磁波的反射，多點(diǎn)接地造成的電位差干擾，寄生振蕩和尖峰信號引起的干擾等等。但是，不論是外部干擾還是內(nèi)部干擾，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。
       在高壓變電所內(nèi)，有多種渠道將電磁干擾源和受干擾的二次回路和二次設(shè)備聯(lián)接起來，這些耦合渠道包括：輻射、感應(yīng)和耦合。而被干擾設(shè)備接收的電磁干擾水平，往往源于幾種耦合方式產(chǎn)生的綜合效應(yīng)。
       輻射：高頻感應(yīng)加熱設(shè)備、高頻焊接等工業(yè)設(shè)備以及電視發(fā)射臺、雷達(dá)等大功率電子設(shè)備都可以通過電磁波輻射，干擾附近的精密儀器及儀表；架空輸電線輻射出電磁場也會通過供電線路侵入電子設(shè)備，造成干擾信號。
       感應(yīng)：同一電纜內(nèi)的感應(yīng)，當(dāng)同一電纜中某一芯線通過很強(qiáng)的干擾電流時，將在其他芯線感應(yīng)出很高的干擾電壓，并在終端聯(lián)接設(shè)備上以共模干擾與差模干擾的形式出現(xiàn)。此外，不同能量等級的強(qiáng)電與弱電回路共用同一電纜時，當(dāng)強(qiáng)電回路的電能突變，也會對弱電回路感應(yīng)出不能接受的干擾，因而，應(yīng)當(dāng)盡量避免這種做法。
       耦合：在開關(guān)場，電磁干擾主要經(jīng)電感耦合、電容耦合及傳導(dǎo)耦合等途徑引入二次設(shè)備。
      電感耦合：電感耦合有兩個渠道。
    （1）當(dāng)隔離開關(guān)操作產(chǎn)生的高頻電流或雷電電流通過高壓母線時，在高壓母線周圍產(chǎn)生了磁場,其中的一部分磁通 H2將二次電纜包圍，因此在二次回路中感應(yīng)出對地的共模干擾電壓傳到繼電保護(hù)裝置等二次設(shè)備的端子上。如果二次回路來回的兩根芯線在同一根電纜中時，由于相互間間隙極小，中間通過的磁通很小，因而感應(yīng)產(chǎn)生的差模干擾電壓不大。但如果二次回路的走線不合理，例如同一個回路中的一根導(dǎo)線利用了一根電纜中的一芯，而其回程導(dǎo)線卻利用了另一根電纜的一芯時（例如為了節(jié)省纜芯或別的什么原因），由于這兩根芯線間的距離很大，在它們之間將包圍很大的磁通，從而會在同一回路的兩根導(dǎo)線間產(chǎn)生很大的差模干擾電壓，這種設(shè)計或施工中的失誤，必須避免。
     （2）通過高壓母線的高頻電流，容易通過接在母線上的集中電容注入地網(wǎng)，電容式電壓互感器（CTV）、高頻通道的高壓耦合電容器就是這樣的高頻電流入地通道。2 電磁干擾對繼電保護(hù)裝置的影響
       近年來，微機(jī)型繼電保護(hù)裝置在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的運(yùn)用。和常規(guī)保護(hù)相比，微機(jī)保護(hù)具有先進(jìn)的原理及結(jié)構(gòu)，安裝調(diào)試簡單，運(yùn)行維護(hù)方便，保護(hù)動作迅速、靈敏可靠，能自動記錄故障信息等顯著的優(yōu)點(diǎn)。但是在現(xiàn)場運(yùn)行過程中，如果運(yùn)行環(huán)境差，抗干擾措施落實(shí)不當(dāng)，則很容易受到外界環(huán)境的干擾，造成保護(hù)不正常，甚至發(fā)生保護(hù)誤動作，嚴(yán)重威脅到電網(wǎng)的安全運(yùn)行。
       微機(jī)保護(hù)裝置是以微機(jī)為核心的自動控制系統(tǒng)。其硬件組成主要包括數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理單元、開關(guān)量輸入輸出系統(tǒng)、通信接口及電源。在干擾信號產(chǎn)生后，干擾對模擬電路和對數(shù)字部件所造成的后果是不同的。模擬電路在干擾作用下往往使開關(guān)電路誤翻轉(zhuǎn)．在沒有完善閉鎖措施時，將會導(dǎo)致誤操作；數(shù)字電路受干擾作用往往造成數(shù)據(jù)或地址傳送錯誤，從而導(dǎo)致微機(jī)運(yùn)行故障或功能障礙。也能引起保護(hù)的不正確動作。干擾對微機(jī)保護(hù)裝置的影響主要表現(xiàn)在以下幾個方面。
       2.1 計算或邏輯錯誤
       微機(jī)保護(hù)裝置的輸入輸出數(shù)據(jù)、微處理器計算的中間結(jié)果、控制標(biāo)志字都存放在隨機(jī)存貯器RAM中。在強(qiáng)電磁干擾信號作用下，有可能使存放在RAM中的數(shù)據(jù)發(fā)生變化。這樣，在進(jìn)行讀或?qū)憯?shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)總線和地址總線可能在干擾的作用下，發(fā)生讀寫錯誤數(shù)據(jù)，或?qū)?shù)據(jù)傳送到錯誤的地址上，造成計算錯誤或邏輯紊亂，引起裝置誤動或拒動。
       2.2 程序運(yùn)行出軌
所謂程序只是微處理器可識別的機(jī)器碼，在干擾信號的作用下，將可能出現(xiàn)微處理器無法識別的機(jī)器碼，致使微處理器無法工作。此外，如果干擾信號改變了控制程序流向的標(biāo)志字時，也將改變運(yùn)行程序的執(zhí)行順序，使微機(jī)的運(yùn)行程序出軌，出現(xiàn)死機(jī)等問題。
       2.3 元件損壞
       在微機(jī)保護(hù)裝置中的一些半導(dǎo)體芯片，在強(qiáng)電磁干擾作用下，可能受到損壞，使裝置無法工作。
3 電磁干擾的抑制措施
       3.1 構(gòu)造繼電保護(hù)裝置等電位面
       基于微機(jī)的繼電保護(hù)裝置的重要特點(diǎn)：一是具有自檢能力；二是具有通信功能。如果微機(jī)繼電保護(hù)裝置集中在主控制室，為了實(shí)現(xiàn)可靠通信，必須將聯(lián)網(wǎng)的中央計算機(jī)和各套微機(jī)保護(hù)，以及其他基于微機(jī)的控制裝置，都置于同一等電位平臺上。這個等電位面應(yīng)該與控制室地網(wǎng)，只有一點(diǎn)的聯(lián)系，這樣的等電位面的電位可以隨地網(wǎng)的電位變化而浮動，同時也避免控制室地網(wǎng)的地電位差竄入等電位面，從而保持聯(lián)網(wǎng)微機(jī)設(shè)備的地網(wǎng)之間無電位差，保證聯(lián)網(wǎng)通信的可靠運(yùn)行。
       各微機(jī)設(shè)備都應(yīng)有專用的、具有一定截面的接地線直接接到地等電位面上，設(shè)備上的各組件內(nèi)外部的接地及零電位，都應(yīng)由專用聯(lián)線聯(lián)到專用接地線上，專用接地線接到保護(hù)盤的專用接地端子，接地端子以適當(dāng)截面的銅線接到專用接地網(wǎng)上，這樣就形成了一個等電位面的地網(wǎng)。
       構(gòu)造等電位面有兩種可能做法，一是將微機(jī)保護(hù)盤底部已有的接地銅排通過焊接聯(lián)通，同時在盡頭用專用100 mm2銅線聯(lián)通，形成一個銅網(wǎng)格，這個網(wǎng)格與由電纜溝引來的粗銅導(dǎo)線聯(lián)通。借該粗銅導(dǎo)線對控制室的接地點(diǎn)，形成要求的對地網(wǎng)的唯一一點(diǎn)接地。
       另外一種做法，是在保護(hù)盤底部的下面構(gòu)造一個專用的銅網(wǎng)格，各保護(hù)盤的專用接線端子，經(jīng)一定截面銅線聯(lián)到此一銅網(wǎng)格來實(shí)現(xiàn)。
       3.2 高頻同軸電纜屏蔽層兩端分別接地
       高頻同軸電纜屏蔽層在開關(guān)場和控制室兩端分別接地，可以顯著地降低收發(fā)信機(jī)入口的干擾電壓，保護(hù)收發(fā)信機(jī)的安全運(yùn)行。若高頻同軸電纜只在一端接地，在隔離開關(guān)操作空母線等情況下，必然在另一端產(chǎn)生暫態(tài)高電壓，從而可能會在收發(fā)信機(jī)端子上產(chǎn)生高電壓，中斷收發(fā)信機(jī)的正常工作。
       3.3 控制電纜屏蔽層在兩端同時接地
       當(dāng)控制電纜為母線暫態(tài)電流產(chǎn)生的磁通所包圍時，在電纜的屏蔽層中將感應(yīng)出屏蔽電流，由屏蔽電流產(chǎn)生的磁通，將抵消母線暫態(tài)電流產(chǎn)生的磁通對電纜芯線的影響。假定屏蔽作用理想，兩者共同作用的結(jié)果，將使被屏蔽層完全包圍的電纜芯線中的磁通為零，屏蔽層形成了一個理想的法拉第籠。這也和帶有二次短路線圈的理想變壓器一樣，鐵芯中的磁通將為零。
       當(dāng)雷電經(jīng)避雷器注入地網(wǎng)，使變電所地網(wǎng)中的沖擊電流增大時，將產(chǎn)生暫態(tài)的電位波動，同時地網(wǎng)的視在接地電阻也將暫時升高，與正常交流電阻相比，地電阻常常增大10倍以上。
       當(dāng)?shù)蛪嚎刂齐娎|在上述地電位升高的附近敷設(shè)時，電纜電位將隨地電位的波動而受干擾。因此，接地浪涌電流引起的地電位升高，將可能對低壓控制回路的絕緣配合帶來嚴(yán)重影響。
       繼電保護(hù)裝置抗干擾措施是一項(xiàng)十分重要的工作，深入開展保護(hù)裝置抗干擾措施的研究，對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。針對保護(hù)裝置實(shí)際運(yùn)行存在的電磁干擾問題，提出了相應(yīng)的抑制措施，實(shí)踐證明能有效提高變電所繼電保護(hù)裝置等二次設(shè)備的可靠性。

       主題詞：繼電保護(hù)裝置抗干擾

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