朱德亮 韓少衛(wèi) 曾偉華

摘 ?要：繼電保護(hù)裝置是變電站的核心裝置之一，是變電站安全運(yùn)行的保障。近年來，繼電保護(hù)裝置不斷的更新完善，漸漸向智能化、信息化過度，但同時(shí)也面臨著一些問題，新一代的繼電保護(hù)裝置對(duì)所工作的電磁環(huán)境更加敏感，為實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)裝置的可靠運(yùn)行，電磁干擾就是變電運(yùn)維人員首先要面對(duì)的一個(gè)問題。

關(guān)鍵詞：變電站;繼電保護(hù);電磁干擾

中圖分類號(hào)：TM77 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2019）35-0062-02

Abstract： Relay protection device is one of the core devices of substation， and it is the guarantee of safe operation of substation. In recent years， relay protection devices have been constantly updated and improved， and gradually become more intelligent and information-based， but at the same time， they are also facing some problems. The new generation of relay protection devices are more sensitive to the electromagnetic environment in which they work. In order to realize the reliable operation of relay protection device， electromagnetic interference is the first problem that transformer operation and maintenance personnel have to face.

Keywords： substation; relay protection; electromagnetic interference

1 電磁干擾對(duì)變電站繼電保護(hù)的影響

隨著電力系統(tǒng)科技水平的不斷提升，變電站的繼電保護(hù)裝置也越來越智能、可靠、安裝簡(jiǎn)單、維護(hù)方便。但是實(shí)際工作運(yùn)行過程中，當(dāng)今的變電站繼電保護(hù)裝置對(duì)其運(yùn)行環(huán)境也要求十分嚴(yán)格，對(duì)于電磁干擾問題處理不當(dāng)，便會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置的故障，影響變電站的正常工作。

變電站的繼電保護(hù)裝置對(duì)其所處的電磁環(huán)境敏感，具體體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：（1）電磁干擾會(huì)影響到變電站繼電保護(hù)裝置的控制系統(tǒng)，當(dāng)受到電磁干擾時(shí)，控制系統(tǒng)的模擬電路會(huì)產(chǎn)生誤翻轉(zhuǎn)的情況，造成控制系統(tǒng)誤判，導(dǎo)致變電站運(yùn)行故障;（2）數(shù)字電路是繼電保護(hù)中決策環(huán)節(jié)的重要組成部件，數(shù)字電路在電磁干擾時(shí)會(huì)導(dǎo)致信息傳輸異常、模擬信號(hào)/數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤等問題;（3）繼電保護(hù)二次設(shè)備中有部分電氣元件對(duì)電磁干擾十分敏感，電磁干擾會(huì)造成一些邏輯功能元件運(yùn)行異常。繼電保護(hù)裝置設(shè)計(jì)人員以及變電站設(shè)備運(yùn)維人員應(yīng)在了解這些干擾造成的危害的前提下，合理地進(jìn)行設(shè)計(jì)及運(yùn)維，從而保障繼電保護(hù)裝置運(yùn)行的可靠性。

2 繼電保護(hù)外部電磁干擾來源

2.1 雷電干擾

由于變電站設(shè)備運(yùn)行時(shí)本身就攜帶著大量的電荷，在雷雨季節(jié)雷電多發(fā)時(shí)段，大氣中的高濃度電離子就會(huì)和變電站運(yùn)行設(shè)備所攜帶的電荷發(fā)生放電反應(yīng)。因此在雷雨天氣時(shí)，空氣中的電荷就會(huì)涌入電網(wǎng)設(shè)備，使高頻電流瞬時(shí)注入繼電保護(hù)裝置二次設(shè)備電纜，形成在電纜中無序流動(dòng)的干擾電流，雷擊嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)苯悠茐睦^電保護(hù)二次設(shè)備，給變電站正常運(yùn)行造成極大的危害。

2.2 接地故障形成的干擾

變電站設(shè)備運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大電流，設(shè)備運(yùn)行的過程會(huì)受到外界環(huán)境的干擾，所以變電站內(nèi)大部分運(yùn)行于戶外的設(shè)備都會(huì)安裝接地線以確保變電設(shè)備的安全運(yùn)行。而接地故障同時(shí)也是繼電保護(hù)干擾的一大源頭，接地設(shè)備在運(yùn)行發(fā)生故障時(shí)，接地故障電流會(huì)流經(jīng)變電站的中心點(diǎn)并經(jīng)接地網(wǎng)絡(luò)重新回到故障處，從而造成接地網(wǎng)中的壓差升高，形成電磁干擾影響變電站繼電保護(hù)功能發(fā)揮作用。

2.3 斷路器故障形成的干擾

斷路器在電網(wǎng)系統(tǒng)中的作用是在電流或電壓出現(xiàn)異常時(shí)斷開故障設(shè)備，從而保障供電網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行，提升電網(wǎng)的供電質(zhì)量和用戶用電的可靠性。但若在斷路器工作過程中，斷路器控制回路中的電感線圈發(fā)生故障就產(chǎn)生頻率范圍較寬的電磁干擾，此故障產(chǎn)生的電磁干擾在正常運(yùn)行的繼電保護(hù)系統(tǒng)中就會(huì)影響設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.4 靜電放電干擾

在各種電壓等級(jí)的變電站中，為了盡量保證站內(nèi)設(shè)備的可靠運(yùn)行，防止設(shè)備銹蝕和提高空氣擊穿電壓，通常將室內(nèi)濕度控制在較低的水平。但是此種環(huán)境下又會(huì)造成因太過干燥而易產(chǎn)生靜電的情況，工作人員在作業(yè)時(shí)的動(dòng)作或操作，衣物摩擦就會(huì)很容易產(chǎn)生靜電，靜電將會(huì)對(duì)變電站設(shè)備的正常運(yùn)行造成干擾。

2.5 其他的干擾因素

變電站繼電保護(hù)的電磁干擾源除以上所描述的因素外還有其他一些干擾因素，例如：隔離開關(guān)的操作、中壓開關(guān)柜操作、直流電源的斷電及送電操作過程中都會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁場(chǎng)，本文中將不再一一列舉。

3 繼電保護(hù)裝置電磁干擾的耦合路徑

上文中提到了變電站繼電保護(hù)裝置外部電磁干擾來源，在變電站實(shí)際工作的過程中，變電站內(nèi)部干擾源也是不可忽略的干擾因素。變電站內(nèi)部設(shè)備的運(yùn)行結(jié)構(gòu)、電氣元件的布局以及生產(chǎn)工藝這些因素都會(huì)對(duì)變電站繼電保護(hù)裝置產(chǎn)生電磁干擾，本文將對(duì)繼電保護(hù)裝置電磁干擾的耦合路徑進(jìn)行分析，通常有直接耦合、電耦合、磁耦合和輻射耦合。

3.1 電磁干擾的直接耦合

直接耦合是指在兩個(gè)電氣回路中，若回路阻抗相等，就會(huì)發(fā)生電磁干擾。由此可見，直接耦合發(fā)生條件十分簡(jiǎn)單，往往一段導(dǎo)線、一個(gè)簡(jiǎn)單梁式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)就會(huì)產(chǎn)生直接耦合，因此直接耦合產(chǎn)生干擾的現(xiàn)象很常見而且具有多樣性。如圖1所示，I、II兩個(gè)回路共用一個(gè)阻抗Z，在兩個(gè)回路的運(yùn)行功率相近時(shí)，則兩個(gè)回路就會(huì)產(chǎn)生信號(hào)干擾，此情況一般發(fā)生在兩個(gè)回路共用同一引線或接地時(shí)。

3.2 電磁干擾的電場(chǎng)耦合

電場(chǎng)耦合也被稱作為電容耦合，通常發(fā)生在存在電壓差的兩個(gè)回路中，如圖2電耦合電路示意圖，引線與回路II之間會(huì)感應(yīng)生成一個(gè)微弱的電場(chǎng)，偏差電流會(huì)在50Hz的工頻220V電壓以及電容C1、C2的作用下產(chǎn)生，在接地裝置的作用下，所產(chǎn)生的偏差電流流向中性線，在經(jīng)過電容器C1時(shí)就會(huì)在II回路中產(chǎn)生壓降，此壓降與正常工作的電磁信號(hào)疊加時(shí)就會(huì)形成電耦合現(xiàn)象。

3.3 電磁干擾的磁感應(yīng)耦合

磁感應(yīng)耦合也稱作互感耦合，是指在兩個(gè)及以上的回路中，在其中一個(gè)回路工作時(shí)，其回路電流就會(huì)其他的回路感應(yīng)產(chǎn)生磁耦合。在一個(gè)運(yùn)行中的回路對(duì)其他的回路造成互感的時(shí)候，作為干擾源的回路就成為誘發(fā)磁耦合的首要因素。例如在某一電流回路中，如果回路中使用不同線徑的導(dǎo)線就會(huì)感應(yīng)生成較強(qiáng)的磁場(chǎng)，然后在此不同線徑的兩個(gè)導(dǎo)線之間形成差膜干擾，進(jìn)而造成變電站繼電保護(hù)裝置磁耦合的產(chǎn)生。

3.4 電磁干擾的無線電輻射耦合

無線電輻射耦合不同于以上提出的直接耦合、電耦合以及磁耦合，它是以電磁脈沖能量的形式進(jìn)行耦合。在變電站正常運(yùn)行的過程中會(huì)收到多重多樣的輻射耦合干擾，其中包括：電視廣播發(fā)射塔、通信信號(hào)塔以及雷達(dá)等功率較大的電磁設(shè)備，高壓架空輸電線路等輻射產(chǎn)生的電磁場(chǎng)都會(huì)對(duì)變電站繼電保護(hù)裝置中的電子設(shè)備產(chǎn)生干擾，影響了變電站繼電保護(hù)的可靠運(yùn)行。

4 抗電磁干擾的措施

4.1 減小接地電阻

由于雷電造成的電磁干擾是變電站干擾中的一種常見干擾，因此變電站一般通過設(shè)置接地電阻的措施來避免雷電的電磁干擾。與此同時(shí)，接地電阻也會(huì)應(yīng)用于設(shè)備正常運(yùn)行的保護(hù)中以用來提升變電站設(shè)備運(yùn)行的可靠率。變電站設(shè)備常通過設(shè)置使用數(shù)量較多的互感器和避雷器來保障變電站正常運(yùn)行，這些互感器以及避雷器的使用必然導(dǎo)致較大的電流，因此應(yīng)當(dāng)減小接地電阻的阻值以防止變電設(shè)備在故障時(shí)產(chǎn)生大的電流效應(yīng)來達(dá)到抗干擾的效果。

4.2 設(shè)置合理的繼電保護(hù)電位面

當(dāng)前，我國(guó)變電站控制系統(tǒng)都采用微機(jī)集中控制的方式，使用中央控制器對(duì)變電站內(nèi)的一次設(shè)備、二次設(shè)備、繼電保護(hù)設(shè)備進(jìn)行集中控制。但此種控制模式下需要所有的設(shè)備都要工作在統(tǒng)一的電位面下，這種模式下雖然能夠?qū)崿F(xiàn)所有設(shè)備的統(tǒng)一控制、集中管理，但也存在著較大的風(fēng)險(xiǎn)。在運(yùn)行的過程中，若某一設(shè)備發(fā)生故障將會(huì)導(dǎo)致其他設(shè)備（包括繼電保護(hù)設(shè)備）也出現(xiàn)故障，而繼電保護(hù)設(shè)備故障時(shí)就會(huì)導(dǎo)致變電站不能進(jìn)行故障隔離，進(jìn)而產(chǎn)生連鎖反應(yīng)使事故范圍擴(kuò)大。

4.3 減少二次回路所受干擾

近來隨著電網(wǎng)信息化的快速發(fā)展和電壓等級(jí)的不斷提高，變電站內(nèi)的一二次設(shè)備所受干擾也日益嚴(yán)重，低阻值接地網(wǎng)雖然可以很大程度減少干擾對(duì)二次回路的影響，但變電站繼電保護(hù)二次回路依然面臨著很強(qiáng)的電磁干擾環(huán)境。減少繼電保護(hù)二次回路所受干擾主要有以下三種措施：（1）使用屏蔽板增加被保護(hù)回路的接地電容;（2）使用密閉中空導(dǎo)體將被保護(hù)對(duì)象進(jìn)行封閉;（3）采用導(dǎo)磁性能高的材料對(duì)磁通分路以實(shí)現(xiàn)消弱磁場(chǎng)的目的。

4.4 使用濾波器抑制干擾

變電站內(nèi)常使用設(shè)置濾波器的辦法來對(duì)抗干擾，濾波器抗干擾具有操作簡(jiǎn)單、效果直接的特點(diǎn)，在使用的過程中變電站運(yùn)維人員將濾波器設(shè)置好干擾波的參數(shù)即可使用，能夠?qū)Ω蓴_波起到很好的屏蔽吸收、減少干擾疊加以及抑制差膜干擾的效果。

5 結(jié)束語(yǔ)

變電站繼電保護(hù)裝置在工作中面臨著各種可能出現(xiàn)的干擾源，若不加防范抑制則會(huì)對(duì)繼電保護(hù)的運(yùn)行造成嚴(yán)重影響。本文對(duì)變電站繼電保護(hù)的各干擾源進(jìn)行了分析，并提出了干擾抑制措施以期提高變電站繼電保護(hù)抗干擾能力，增強(qiáng)變電站的供電可靠性。

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