关于500kV高压变电站继电保护抗干扰方法的研究

张黎明

（四川省电力公司超（特）高压运行检修公司，四川 成都 610000）

前言

随着电力建设的快速发展，用电户对电力系统供电的质量要求越来越高，这对电力系统能够可靠安全的运行具有较高的挑战。然而在电力系统中，由于电气元件发生故障导致无法正常运行是难避免的，继电保护装置是可以预防事故发生的。因此，当电力系统元件发生故障时，继电保护装置能自动、快速、有选择的将故障元件从电力系统中切除，从而保证电力系统可靠地供电。

1.干扰来源

高压变电站是具有高强度电磁场环境的特殊区域。而装在变电站里面的继电保护和自动装置不间断的受到强电磁场的干扰。当采用具有很高抗电磁干扰能力的电磁型元件时，变电所的电磁干扰问题并没有提到议事日程。随着半导体电子元器件尤其是微处理器广泛应用于保护装置中，二次回路设备的电磁干扰问题开始突出表现出来。影响继电保护和自动装置的变电所电磁干扰，包括来自一次系统的干扰，如变电所遭雷击，雷电流通过接到变电所母线的架空线路传入变电所；电力系统发生短路故障；在正常运行条件下，在变电所内进行断路器、隔离开关等的操作；也包括来自二次回路本身的干扰；运行人员在近处使用步话机和由于人身触及电了设备外壳产生的火花放电等。所有微机系统均应适应高压变电所的电磁场环境，满足针对以上干扰的一切要求，即下频耐压、雷电波、脉冲干扰、静电放电、辐射电磁场及快速瞬变干扰试验标准等。

2.电磁干扰的传播途径

在高压变电站里，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，这些耦合渠道包括以下方面:

2.1.辐射干扰

①步话机的辐射干扰；②高压开关场的直接电磁干扰。

现代微机继电保护和控制设备直接安装在开关场，抗高压开关场电磁干扰就成为关键性问题。因为与步话机引起的电磁干扰相比，不但干扰强度高出了一个数量级，且干扰的频谱也更宽，所以必须对保护设备进行特殊屏蔽。500kV变电站微机保护采用了三层结构：以焊接的金属板柜为第一层，处理的信号均经接口单元接入。在接口单元中设有隔离变压器及光耦等，以隔离进入的电流电压信号与输入、输出的二进制信号。设计良好的箱体和良好的接地屏蔽，保证共模干扰不进入内部的信号处理系统。以铝结构框架及外壳形成第二层。带护环的多层板的印刷线路则为第三层。

2.2.开关场的各种耦合

①电容耦合；②电感耦合；③传导耦合。

当同一电缆中某芯线通过很强的干扰电流时，将在其它芯线感应出干扰电压，并在终端联接设备上的共模与差模干扰的形式出现。

3.变电站的抗干扰措施

为控制装置与继电保护装置的正常运行，一方面要求二次电子设备本身具有符合要求的抗电磁干扰能力；另一方面在变电所的设计和建设中采取相应措施，使得传到这些二次设备上的干扰水平降低到低于它们可接受水平[1]。

3.1.在干扰源上降低干扰

首先希望在一次干扰源上降低干扰水平，但这种事情行之不易，有的不可能。在可能采取的措施中，最重要的是一次设备的接地问题，尽可能降低一次设备如避雷器、电流互感器、电压互感器等的接地阻抗，降低因注入高频电流时产生的暂态电位升；并构成具有低阻抗的接地网，以尽可能降低变电所内的地电位差，以降低对二次回路及设备的干扰。但无论如何，只可能降低干扰水平而不能完全避免对二次回路及设备的干扰。

3.2.二次回路上的抗干扰措施

由于一次系统来的电磁干扰不可避免，降低对二次回路及设备影响的基本手段是设法断开二次回路及设备与一次回路之间耦合。普遍采用以下的重要措施：

3.2.1.屏蔽电缆两端接地

采用带屏蔽层的控制电缆，且屏蔽层在开关场和控制室内两端同时接地是70年代以来国际通用的一种有效的二次抗电磁干扰措施，它的好处有以下两条：

当控制电缆为母线暂态电流包围时，在电缆的屏蔽层中将感应出屏蔽电流，由屏蔽电流产生的磁通，将抵消母线暂态电流产生的磁通对电缆芯线的影响。

屏蔽层两端接地，可降低由于地电位升产生的暂态感应电压。当雷电经避雷器注入地网，使变电所地网中的冲击电流增大时，将产生暂态的电位波动，同时地网的视在接地电阻也将暂时升高。当低压控制电缆在上述地电位升的附近敷设时，电缆电位将随地电位的波动而受到干扰，如屏蔽层只在一端接地，在非接地断的包皮对地与导线对地将可能出现很高的暂态电压。

3.2.2.高频保护的抗干扰措施

全线速动的高频保护作为线路保护的主保护，它具有重要的作用，构成高频保护通道的高频电缆与一般控制回路电缆相比具有特殊性。高频电缆从耦合电容器底座引下时，应采取以下抗干扰措施：

降低底座高度，用多根线作为一次接地线，并增加一次接地线接地点的地网密度；二次电压电缆回路不得借用一次接地线接地，按地点离一次接地线的接地点有一定距离；二次电压引下底座时应尽可能与一次接地线靠近，装电缆的铁管应在底座处与联通地网的底座铁架联通。

高频同轴电缆的屏蔽层一身兼二任，除起屏蔽作用外，同时又是高频通道的回程导线。如同轴电缆屏蔽层一点接地，在隔离开关操作空母线时，必然在另一端产生高暂态电压。但屏蔽层两点接地后，当高压电网发生接地故障后，当高压电网发生接地故障，接地电流通过变电所地网时，在两接地点间的工频地电位差将形成纵向电压引入高频电缆回路，所以收发信机与联接滤波器的联接，应将形成线路串谐滤波的电容接到变量器与高频电缆缆芯之间，以形成对工频电流的抑制。同时为进一步降低两端间的地电位差，和尽可能降低屏蔽层两端间因两端接地而引入的由通过屏蔽电流引起的电压降，与同轴电缆并联敷设紧邻的100mm2粗铜导线。该接地粗导线应置于电缆沟上层，即干扰源和控制电缆中间。

3.2.3.构造等电位面

基于微机保护装置的重要特点，一是自检能力，二是通信功能。如微机继电保护装置集中在主控制室，为实现可靠通信，必须将联网的中央计算机和各套微机保护以及其它基于微机的控制装置都置于同一等电位平台上，这个等电位面应该与控制室地网只有一点的联系，这样的等电位面的电位可随地网的电位变化而浮动，同时也避免控制室地网的地电位差窜入等电位面，从而保持联网微机设备的地之间的电位差，保证微机保护和联网通信的可靠运行。

3.3.装置配线上的抗干扰措施

除了在二次回路上采取措施外，在微机保护盘上对交流及直流电源导线也应采取抗干扰措施。如开关场进线在继电保护盘端子处经电容接地，这是因为控制电缆电磁干扰中电母线传到控制回路，控制电缆的屏蔽对这种干扰无能为力。在二次回路端子上出现共模干扰，还由于屏蔽层屏蔽作用不理想，通过控制电缆所具有的一定值的转移阻抗，也会有一定的残留电压。另外，一个共模干扰的来源，是控制电缆屏蔽层引出接地线在一次设备端子因通过高频屏蔽电流所产生的高频电压。由于以上原因，除了采用屏蔽电缆以外，还应该在开关场进线的继电保护盘端子上对地接入高频滤波回路，而最为简便的是在这些端子上接入对地电容。

3.4.在保护装置本体及硬件上采取的抗干扰措施

①保护装置的箱体必须经试验验证可靠接地，所有隔离变电器的一、二次绕组间必须有良好的屏蔽层，屏蔽层应在保护屏可靠接地。②保护装置只能以空触电或光耦输出。③外部引入至微机保护的空触电，进入保护应经光电隔离。④ CPU插件总线不外引。⑤模拟量输入通道加光耦。⑥背板走线采用抗干扰设计。

3.5.在二次回路上采取的另外一些抗干扰措施

①弱电和强电不合用一根电缆。②保护用电缆与电刀电缆不同层敷设。③保护用电缆敷设路径应尽可能离开高压母线及高频暂态电流入地点，应与高压母线垂直，最好不要平行敷设。④由同一设备引出的所有电缆，在开关场必须靠拢在一起。

4.结论

电力系统继电保护为了能在变电站的强电磁环境中安全可靠运行,需要满足以下2个方面的条件:

(1)继电保护和自动装置应该具有一定的耐受电磁干扰的能力,同时,这些装置本身也不应对周围的电力设备产生不允许的干扰,即应该有电磁兼容性;(2)确保引入装置的电磁干扰必须低于装置本身的耐受水平。

前1条要求主要应由装置的研发、制造部门满足;后1条要求主要应由变电站的设计、施工、运行、管理部门来保证。特别是设计部门的设计,具有至关重要的作用。实践证明,只要满足了这些要求,发变电站中的"干扰"问题是完全可以解决的。

[1]朱声石.高压电网继电保护原埋及技术.中国电力出版社.2003.

[2]贺家李.电力系统继电保护原理 [M].北京:中国电力出版社,2004.