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1、变电站二次系统的干扰及其防范2021-12-2614:56:28株洲电业局消费技术部吴小忠来源：赛尔电力自动化总第72期近年来，变电站二次系统的干扰因其对继电保护的影响逐渐凸现了其重要性。首先对变电站二次系统干扰的分类进展了简要介绍，随后通过大量的理论和实例分析阐述了各种干扰产生的原因及对保护特别是对微机保护产生的影响，最后针对性地提出了防范上述干扰的方法和措施。通过作者的工作理论证明，上述方法和措施是有效的。I0引言变电站二次系统开展到今天，继电保护、通信及自动化，已成为现代电网的三大支柱。近年来，微机型继电保护装置在变电站二次系统得到了广泛应用，但是，由于设备本身的抗干扰才能差或抗干扰措施
2、不到位，造成继电保护及平安自动装置不正确动作时有发生，严重影响了电网的平安稳定运行。去年一年，因继电保护误动引起的220kV以上系统跳闸就达13条次，综合自动化变电站因10kV馈线保护装置的误动、拒动以及重合闸装置的不正确动作，使保护越级动作越来越多。特别是10kV馈线的误动，由于不涉及变电站二次系统的平安稳定，对变电站二次系统的反事故措施往往是一个薄弱的环节。但一次误动跳闸经常造成大量负荷的损失，不但影响了变电站二次系统职工的效益，同时也给国民生计带来了宏大的影响。微机保护的白检功能、事件报告、定值的修改和查对、人机对话功能等都具有常规保护不可比拟的优点，其逻辑功能强，动作快捷，使保护装置的
3、快速性、可靠性、灵敏性、选择性得到了很大进步。但是另一方面，MOS勾件的栅介质SiO2很高的绝缘性能及其超薄的电容构造使很小的电量就能产生很高的电压，使介质击穿，故必须高度重视变电站二次系统的二次干扰问题。我们必须对变电站二次系统的二次干扰有一个明晰的认识，并加强其防范措施，保证变电站二次系统的平安稳定运行，进步对用户的供电可靠性。1变电站二次系统干扰的分类变电站二次系统的干扰主要是以感应形式存在，分为以下三种情况：静电感应：VnJcoCUS式中US为干扰源，电压Vn为耦合感应电压。静电感应是在无线电频率下，由于电气设备近间隔而形成的感应电压，它与频率、耦合电容、干扰源电压成正比。电磁感应：U
4、n=JcoMIS式中：M为互感系数，IS为干扰电流。电磁感应是由于互感M引起的干扰电压，在设备内部配线以及超近间隔的设备外配线间均可引起干扰。电导感应：Un=ZCIS式中：ZC为共同阻抗，IS为干扰电流。电导感应是在感应回路和被感应回路共同阻抗上流过干扰电流引起的干扰电压。电源输出和接地线等阻抗均可引起干扰。2变电站二次系统干扰的分析2。1电磁继电器的干扰电磁继电器的电磁系统是由一个或假设干个线圈及铁芯、磁腕、衔铁等组成，线圈的电感与分布电容比拟大。分布电容在线圈通断电流时使线圈有效地短路，当通过线圈电流的通路被切断时，线圈周围的磁场突然消失，线圈上那么会产生具有陡峭波形的高达数百伏，甚至上千
5、伏的“感性冲击瞬态浪涌电压，它是在电流通路断开了3心内产生的约为电源电压100倍的瞬态过电压，然后按线圈电感、分布电容和电阻所决定的速率下降到零。这种脉冲过电压能产生极大的能量泄放，它会窜入保护回路，对保护装置产生相当大电能冲击和鼓励。此外在触点的闭合或断开瞬间，触点间将会产生电流，形成陡峭的浪涌冲击电压，从而能导致其线圈回路、励磁场的振荡，该振荡形成的辐射干扰将通过电源线传导到系统中别的电路中去。这些干扰电磁波中还含有很高的频率成份，存在于很宽的频段内。另外继电器的塑料构造件由于静电感应而带有大量的静电电荷。当继电器动作时，触点通断产生的电流会在这些塑料构造上电离并积累游离的电荷。当电荷积累
6、到一定程度后，将以电晕的方式迅速释放，产生一种强大的辐射干扰，即“P-静电干扰。其特点是放电时间短约1ps，放电电流大可达几十安培，放电电压高约数万伏，具有201000MH加频率频谱成份。2。2拉合刀闸引起的干扰变电站二次系统一次设备产生的干扰，如变压器的投切、高压线的拉合、刀闸的变位等，相对于继电器的通断，触点的开闭，其电磁干扰的影响就更大了。株洲团山变电站，做了用隔分开关投切母线的试验，接线如图1所示。图1隔分开关投切母线时，收发信机干扰测试图2。jpg经试验测得数据如表1所示。从表l中看出在收发信机入口的干扰电压可达数千伏。另外各种电缆敷设在开关场正常就受强电场影响，尤其在母线下的电缆更
7、是如此。株洲500kV云田变进展过试验在500kV母线下的地面上敷设了五种不同型号均为80公尺长的控制电缆，再经110公尺电缆引入控制室，室外一侧缆芯均悬空，控制室侧接仪器。屏蔽电缆屏蔽层两端接地。当500kV母线拉合刀闸时，表2为测出各种型号控制电缆芯线上的暂态干扰电压。表1收发信机入口处干扰电压接线方式测试点刀闸操作FkHzVppVA、B间接75Q电阻，B不接地A对地合3694174拉4362205B对地合3693414拉4361508A、B间接75Q电阻，B不接地A对地合4003594拉4362254A、B间接收发信机，B不接地A对地合4003868拉4362226A、B间接收发信机，B
8、不接地A对地合3874443拉3984B对地合3872123拉1484户外断开高频电缆芯线，B不接地A对地1478B对地784表2拉合500kV刀闸时控制电缆暂态电压操作方式最高暂态电压峰一峰一伏塑料电缆铅包铠装铜丝编织铜带绕包铜钢铝组合单相合闸5060170190175163单相分闸8000290250280210三相合闸4500300200三相分闸9000340130在安徽凡昌500kV变电站，发现500kV室外部分置于电缆沟中的电缆，虽均为铅包铠装电缆，但在控制室内上的芯线仍有使人麻电的感觉，后在电缆沟上层支架敷设了2Xl20mm2钢芯铝线，多点接地，控制电缆全置于它的下层才解决了“麻电
9、问题。2。3电晕干扰高压线路每相的电晕干扰参数取决于杆塔上各相的布置，每相的构造、线的长度、工作频率值及高频保护通道频带的宽度，同时，还取决于高压线路导线外表的状态及大气条件。按前苏联电力科研所提供的文献，最通用的相构造和导线程度排列的高压线路干扰电平的平均统计计算值接收系统带宽为1kHzX1100kHz时，220kV线路为-28dB,500kV线路为-21dB。当其它工作频率修正为：P干扰f=p干扰-Kflg10-2f0式中：f为频率kHz、Kf为线路电压等级决定的系数，220kV为5、220kV为8。5。对于不利大气下干扰电平还要增加，建议争取量取13dB,在线路发生短路时，由于电压的降低
10、，电晕干扰电平也要相应减少，其减少量不小于10dB，但是假设架空地线，放电间隙过小，那么要大大增加以致于干扰电平超过收发信机的灵敏始点收信电平。并且高倍数的频率可与工作频率产生差拍而导致收信连续。国家电网公司印发的关于？“防止电力消费重大事故的二十五项重点要求继电保护施行细那么？的通知8-6条提到“为了防止线路架空地线间隙放电干扰高频通道的运行，要求具有高频保护的线路原有绝缘地线均应改为直接接地运行。2。450Hz工频分量的侵入干扰区外故障正方向侧高频闭锁式保护误动在整个保护误动中占有很大的比例，其中一个主要的原因就是反方向侧高频信号出现连续，这是由于故障时大短路电流对高频通道电磁感应和地电位
11、的升高，使高频信号产生影响所致。当高频输出回路中叠加50Hz工频分量时，使高频输出变压器的工作点产生变化，当工频量与高频量叠加的信号使工作点超过拐点时，变压器饱和，使传送高频信号衰耗增加。当50Hz工频量大到一定值影响发信功率降低综合两侧可能受影响的结果而造成收信电平低于灵敏启动电平时，就出现收信连续，如图2所示。图2工频侵入干扰导致收信连续波3。jpg图2中a图为没有叠加50Hz工频量时的高频信号；b图为有较小50Hz工频分量与高频量叠加的信号，此时工作点未饱和；c图和d图为高频变压器一次与二次饱和波形图，因为高频输出变压器磁芯材料磁滞回路较平、较窄，具有矩形性质，因此上升和下降近似对称；e
12、图为叠加较大50Hz工频分量的高频信号。由图e看到，当50Hz工频分量大到一定值时收信正、负半波都受其影响而产生连续，因此引起100Hz收信连续波。当50Hz工频分量再增大，收信连续增大加宽，趋向接近10ms假设考虑到故障时故障电流有直流偏移，使耦合到高频通道中的50Hz工频分量会更大，并带有直流偏移，在这种情况下，收信连续有可能增宽超过10ms这种情况在广东惠州220kV秋长线C相接地。，惠秋乙线正方向惠侧高频闭锁式保护误动以及湖北省220kV白郭线C相故障长郭II线正方向长侧高频闭锁式保护区外误动时的高频录波图中得到证实。其连续出现四次约5ms收信连续波出如今3I0电流正负最大值附近。高频
13、电缆产生50Hz工频分量的途径有两种方式，一种是短路电流产生很强的电磁场，由电磁感应耦合到高频电缆上，另一种是直接传导，即短路电流通过接地点、大地、变电站接地网、回到电源端，使地电位升高，在高频电缆地线两端产生电位差，其相位与短路电流同相位。2。5雷电干扰雷电干扰可由直击雷、感应雷和侵入雷电波厂生。直击雷是雷直接击于电气设备，其产生的过电压数值可达数千千伏。感应雷是雷击附近的物体，或地面，由于空间电磁场发生剧烈变化，在电气设备上产生感应，具感应电压数值一般在500600kV以下。侵入雷电波是输电线受到雷击，雷电波沿导线侵入电气设备，对电气设备造成影响。由于雷电流一般幅值到达百多千安，而一个雷电
14、波的时间却是微秒计算，故它对保护所产生的瞬变冲击干扰就非常严重，虽然可以通过避雷针、避雷线以及避雷器、放电间隙等等手段进展防范，但是空间电磁场的剧烈变化对微机保护产生的影响是不能无视的。2。6其他干扰由于交变电流的电磁特性，以及变电站二次系统的电感电容构造，变电站二次系统的其他干扰也是非常繁杂的，如变压器投入的励磁谐波干扰；110kV电气化铁路牵引变的负序干扰；500kV直流换流站的谐波干扰；以及用户特殊负荷所产生的干扰也是种类繁多，在这就不一一细述了。要提及一点的是短路电流的干扰。07年4月30日株洲电网团山变220kV团桂线区外经变压器110kV侧发生C相接地，故障后16。94ms零序分量
15、的实测向量图和理论向量图分别如图3,图4所示。图3故障后实际向量图4。jpg图4故障后理论向量图4。jpg可知图3零序量分布有两处不正常，一是3U0幅值大小不正常，桂花侧3U0大于团山侧3U0不正常。二是团山侧3U03I0方向不正常，。310超前于3U0174这说明一个问题，在故障白瞬间3U0不能正确反响其方向与幅值，即是说在故障开始的微秒及毫秒级内短路电流在某一幅值下经变压器后发生了畸变，显然这种畸变更容易对微机保护造成影响。通过以上分析，尤其是拉合刀闸干扰量的分析，可以类推雷电涉及短路电流的干扰量应当不是同一个等级的了。3变电站二次系统干扰的防范3。1在直流电源入口处加装电源抗干扰滤波器直流供电系统在变电站中分布广、支路多，具有广泛的天线接收效应，各类空间电磁干扰也在导线中互相叠加，形成较强的干扰电动势，所以直流供电系统引入的干扰属于比拟严重的干扰。对付直流供电系统引入的传导性干扰，虽然可以用隔离、屏蔽、光耦、滤波等方法，但是，最直接有效的方法还是采用电源抗干扰滤波器。电源抗干扰滤波器本质上就是一个低通滤波器，从理论上讲，低通滤波器在有限的低频范围内，应呈现较低的传输衰耗，在宽阔的高频范围内，均呈现很大的传输衰耗，以抑制高频干扰信号的传输。评价电源抗干扰滤波器的好坏，也就是检测其在高频0。1100MHz范围内的介质衰耗的大小。另一
