武漢三新電力設備制造有限公司

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繼電保護裝置抗干擾問題的探討

2011-5-12  閱讀(444)

變電站本身是一個產(chǎn)生高強度電磁干擾的環(huán)境。在這樣的環(huán)境下工作的繼電保護裝置必然受其干擾。隨著科學技術的發(fā)展及大規(guī)模集成電路的應用,微機型保護裝置將取代以往的電磁保護裝置和其它老型號保護裝置??墒俏C保護的微電子元器件所能承受的外界電磁干擾的水平極低,當外界干擾超過它們所承受的能力時,保護裝置將不能正常工作,如誤動、拒動或數(shù)據(jù)傳送出錯等,甚至保護裝置被損壞。這使變電站以至整個系統(tǒng)的安全運行受到嚴重威脅。故此,處理好抗干擾問題是系統(tǒng)安全運行的關鍵環(huán)節(jié)。
1 外界干擾的來源及其造成的影響
1.l
雷擊干擾
 雷擊是變電站二次設備及其相應回路受干擾的主要來源。幾十年來人們對雷電進行了長期的觀察和測量,積累了不少經(jīng)驗,據(jù)有關資料表明,在雷電主放電過程中,沿雷電通道會流過幅值很大的(zui大可達幾百千安)、延續(xù)時間為近百微秒的沖擊電流。當雷擊發(fā)生在變電站或輸電線路上時,雷電沖擊波將經(jīng)變電站內(nèi)母線傳導,zui終經(jīng)避雷器流入大地。在這個過程中由于電磁耦合作用,將在二次回路導線與地之間感應產(chǎn)生干擾電壓。
  在雷電沖擊波上升過程中受干擾的二次回路可以感應1000V的干擾電壓,這將對繼電保護裝置造成嚴重的威脅,這個干擾電壓足以使微機保護裝置的元器件被擊穿損壞。
  另外,雷電流在變電站內(nèi)注入大地必然經(jīng)過一次設備的接地線而注入變電站的地網(wǎng)。由于變電站地網(wǎng)的接地阻抗,使雷擊時變電站內(nèi)的暫態(tài)地電位和地網(wǎng)不同點的電位差產(chǎn)生電流。干擾被屏蔽回路而降低保護裝置的運行可靠性。
1.2
隔離開關操作過程產(chǎn)生的干擾
  隔離開關在帶電操作(合上或斷開)空母線或空線路過程中,對變電站內(nèi)的二次回路及二次設備也是一種較大的干擾。隔離開關在帶電操作的過程中,由于其動作速度慢及空氣去游離能力差,使電弧多次熄滅和重燃,造成系統(tǒng)操作過電壓和高頻諧振電流流過母線,在母線周圍產(chǎn)生強烈的高頻電磁場,輻射到二次回路或通過電磁耦合傳到二次電纜中,造成對二次回路和二次設備的干擾,使保護裝置正常工作受到影響。
  母線上的高頻電流zui終經(jīng)過接地電容(如容式電壓互感器等)注入地網(wǎng),引起地網(wǎng)的地電位和地網(wǎng)不同點的電位差。在二次電纜的屏蔽層中感應出高頻電流,從而干擾被屏蔽的二次回路。使干擾信號由二次電纜進入保護裝置,使之受到不同程度的干擾,同樣使裝置不能正常工作。
1.3
接地故障產(chǎn)生的工頻干擾
  在變壓器中性點直接接地的變電站中,當系統(tǒng)發(fā)生接地故障時,接地故障產(chǎn)生的故障電流將經(jīng)過變壓器的中性點,流入地網(wǎng)并經(jīng)大地和架空地線流回到故障點。由于地網(wǎng)的阻抗,當故障電流流過時,地網(wǎng)的電位將高于大地電位,并且在地網(wǎng)的不同點出現(xiàn)電位差。將在電纜屏蔽層感應出工頻電流,從而干擾被屏蔽回路。地網(wǎng)的地電位高于大地電位,這將使高頻保護的通信受干擾,甚至燒壞高頻電纜的屏蔽層,高頻保護受到威脅。

1.4 斷開直流電感線圈過程產(chǎn)生的高頻干擾
  當直流控制回路中的電感線圈被斷開時,會產(chǎn)生高頻過電壓使斷開點多次燃弧。電感線圈被斷開的等效電路圖1中,設L為控制回路中的電感線圈,R為電感線圈的電阻,C為該回路的雜散電容。
1 直流控制回路中電感線圈被斷開

  當回路通過的電流iK點被突然斷開,線圈中的電磁能不能被突然釋放,則通過與雜散電容C串聯(lián)成高頻諧振電路,產(chǎn)生高頻電流。擊穿觸點K的間隙,使觸點發(fā)生閃絡,電弧多次反復,直到K點被*拉開為止。在觸點K發(fā)生閃絡時,同一電源上的直流回路將受到直接的干擾,同時通過電磁耦合對相鄰其它回路也造成嚴重的干擾,也能致使保護裝置發(fā)生異常。
1.5
靜電放電的干擾
  工作人員在日常工作中,人體和衣物、地毯磨擦或通過靜電感應可以產(chǎn)生高電壓。當工作人員帶有高電壓靜電后觸及保護裝置時,裝置可能遭受上千伏的放電電壓,保護裝置的元器件可能被損壞或使邏輯打亂。當工作人員身上的靜電在保護裝置附近放電時,裝置將受到放電的電磁輻射,這同樣也會使裝置中的邏輯打亂。也就是說靜電放電也是保護裝置的一種干擾源。
2 抗干擾的常用方法
2.l
提高保護裝置自身的抗*力
  在相同干擾水平的環(huán)境中,具有高抗*力的保護裝置其運行更穩(wěn)定、更可靠;也就是說保護裝置具有高的抗*力是裝置穩(wěn)定、可靠運行的保障。通過向提供保護裝置的生產(chǎn)廠家提出針對性技術改造的要求,使現(xiàn)有保護裝置符合抗電磁*力,或在變電站投產(chǎn)時選用高抗*力的保護裝置。使變電站以至整個系統(tǒng)能更安全運行。

2.2 降低外界干擾幅度
  2.2.1 降低來自一次設備的干擾
  針對前面提到的因地電位升高和地網(wǎng)不同點出現(xiàn)電位差而產(chǎn)生的干擾,可以通過采用合理的措施,如選用密集網(wǎng)格,并在地中打入輔助接地棒改善地網(wǎng)結構,通過增加設備的接地連線和改善設備接地的可靠性,從而降低地網(wǎng)和設備的接地阻抗。地網(wǎng)阻抗低,當雷電流注入地網(wǎng)或高頻電流注入地網(wǎng)時,所造成地電位升的程度及地網(wǎng)不同點電位差也就會相應降低。同樣,對二次保護裝置造成干擾的程度也就相應減少。從根源上抑制來自外界的干擾源。
  2.2.2 改善直流控制回路
  對于因直流控制回路中電感受線圈被突然斷開而產(chǎn)生干擾這種情況,其解決方法是加裝續(xù)流回路,使電感線圈在斷流時其電磁場能量釋放并快速衰減。具體做法是在電感線圈上并聯(lián)適當數(shù)值的串聯(lián)電阻電容回路,或在電感線圈上并聯(lián)電阻串二極管。使在正常運行時續(xù)流回路無電流流過,而在斷開時流過電感線圈儲能的釋放電流。從而解決電感線圈被突然斷開時產(chǎn)生諧振干擾的問題。
2.3
阻隔干擾的傳播
  來自外界的干擾如雷電干擾和一次回路的干擾是不可避免的,只能采取措施相對降低其干擾的程度。為了使二次保護裝置不受這些強烈的干擾,的辦法是阻隔干擾傳播,使保護裝置能有一個無干擾或低干擾水平的運行環(huán)境。干擾信號通常以輻射、電容耦合、電感耦合等方式傳播。通過合理的設計施工可以阻止干擾信號的傳播,以使保護裝置不受干擾。
  2.3.1 提高屏蔽效果
  接地屏蔽能有效地阻隔電磁波向被屏蔽范圍傳播,使被屏蔽范圍內(nèi)的回路不受外界電磁波干擾。但由于各種因素,如屏蔽層所采用的材料和屏蔽層的接地方式等,使現(xiàn)場的屏蔽效果不能達到理想的狀況。為了使變電站二次回路有較高的屏蔽效果,則二次回路的電纜應選用屏蔽層完好無損,并且其制作工藝符合要求的屏蔽電纜。通過改善電纜屏蔽層的接地也是提高屏蔽效果的一個方面。在220kV及以上的變電站中,由開關場引至微機保護屏的屏蔽電纜,其屏蔽層所采用在電纜兩端同時接地的方式,就是提高屏蔽效果的一個例子。原因是屏蔽層中通過屏蔽電流時可以抵消產(chǎn)生這一屏蔽電流的磁通變化,而達到對電纜芯線有較高的屏蔽效果,從而起到降低外界電磁波的干擾。
  2.3.2 二次回路的布線合理化
  在現(xiàn)場施工中,可能由于某種原因(例如為了節(jié)省電纜)使在同一個二次回路的布線中采用了不同電纜的芯線,由于這兩根芯線距離很大,使包圍的磁通量很大,從而二次回路所受到干擾電壓也很大。應在施工中杜絕這一情況的發(fā)生,以降低干擾的程度。
  2.3.3 二次電流、電壓回應路有一點接地
  二次電流、電壓回路應有一接地點,是為了保證人身和設備的安全。因為如果電流、電壓互感器的二次回路沒有接地,則互感器一次側的高電壓將通過一、二次線圈間的分布電容和對地電容形成分壓,將高壓電引入二次回路,其數(shù)值取決于二次回路的對地電容的大小。若二次回路有一接地點,便會使二次回路的分壓為零,達到了二次回路不受一次高壓的干擾的目的。

  2.3.4 保護裝置的引入線在端子處經(jīng)電容濾波
  由于多種原因,有一部分高頻干擾信號直接進入到二次回路,干擾保護裝置,使其不能正常工作。為了解決這一問題,采用進入繼電保護裝置的引入線在保護屏端經(jīng)電容接地,將高頻干擾成分過濾使裝置運行不受影響。
  外界干擾的來源多種多樣,傳播的方式也復雜多變。隨著電力系統(tǒng)的迅速發(fā)展,自動化在電力系統(tǒng)中的應用越來越多,變電站無人值班運行將是系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。處理好抗干擾問題將是系統(tǒng)安全運行的一個關鍵環(huán)節(jié)。在設計、施工和運行中加以充分的重視,則*可以使保護裝置有一個低干擾的運行環(huán)境。

 



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