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变电站电磁干扰因素分析与处理方法浅谈

更新时间 2011-6-14 7:33:47 点击数:

变电站电磁干扰因素分析与处理方法
     吴滨(丽水电业局,浙江丽水323000)
     摘要:变电站综合自动化系统抗电磁干扰是一项提高变电站安全、可靠稳定运行水平,降低运行维护成本,提高经济效益及提供高质量电能服务的重要手段。介绍了电磁干扰的几种主要因素,并提出了解决电磁干扰的有效措施。
     关键词:变电站;综合自动化系统;电磁干扰;措施
    0引言
    我国自动化技术、通信技术、计算机和网络技术等高科技正在快速发展,综合自动化系统取代或更新传统的变电站二次系统是我国电网发展的必然趋势。综合自动化系统的抗电磁干扰也是广大电力工作者面临的新课题。变电站综合自动化系统具有功能强、自动化水平高、占地面积小、减轻工作人员操作及监视的工作量、缩短维修周期及可实现无人值班等优越性。但是,变电站综合自动化系统内部各个子系统都为低电平的弱电系统,其工作环境是在电磁干扰极其严重的强电场所中,必须采取一系列必要的防御措施,才能保证该系统的安全、稳定运行。
    1电磁干扰的危害
    (1)电磁干扰信号可以导致测量仪器仪表的准确率降低,使测量结果偏离实际值,轻则影响设备的检测、监视,重则影响安全生产和经济效益(如电功电度表计量)。
    (2)干扰信号可能导致开关电路翻转,使数字电路中误传数据或地址,造成逻辑紊乱、程序错误或数据丢失,严重时引起保护延时、误动、拒动等。
    (3)较强的电磁干扰信号可能造成电力电子设备性能降低、元器件的损坏等。
    2变电站内电磁干扰的来源、传输途径和信号模式2.1电磁干扰的来源复杂和恶劣的工作环境是产生电磁干扰的源头。目前,电力系统的电磁干扰源有外部干扰和内部干扰2个方面:外部干扰包括了设备操作过电压、焊接作业的电火花、雷电、短路故障、电晕放电、高电压大容量开关设备、高频载波、无线对讲设备、高频电波等辐射干扰源以及电力通信所产生的电磁干扰、静电放电等;内部干扰是电气设备本身产生的干扰。如系统电压波动、系统多点接地而产生的地网电位差、变电站继电保护电源滤波不好或者浮充电供电品质差、寄生振荡和尖锋信号等引起的干扰。
    2.2电磁干扰的传输途径和信号模式由于电磁干扰传输途径的不同,又可将其分为传导干扰和辐射干扰2大类:传导干扰是通过金属导体及电感、电容、变压器或电抗器等的传导。这种传导方式的特点是,载体在传导电磁干扰信号的同时也消耗了干扰源的能量;辐射干扰是以电磁波的形式进行传播的。这种传导方式的特点是,干扰源对外辐射能量,具有一定的方向性,并且辐射的能量随着距离的增加而逐渐减弱。这2种传播途径会相互转换。
    电磁干扰信号按其出现的方式,可分成2种模式:差模干扰和共模干扰。以串联的方式出现在信号源回路之中的干扰信号称为差模干扰,主要是由于设备布局、布线不合理,长线传输的互感、分布电容的相互干扰以及工频干扰等。干扰信号与测量信号叠加起来使测量装置大幅偏离实际值的差模干扰,这种干扰需要重点防范;而共模干扰则是引起回路对地电位发生变化的干扰,共模干扰可为直流,也可为交流,它是造成微机保护装置工作不正常的重要原因。
    3变电站内的电磁兼容
    变电站内电磁兼容(EMC)的意义是:电气、电子设备或系统能够在规定的电磁环境下不因电磁干扰而降低工作性能,它们本身所发射的电磁能量不影响其他设备的正常工作,从而达到互不干扰,在共同的电磁环境下执行各自功能的共存状态。电磁兼容包括干扰(设备和系统抗电磁干扰的能力)和电磁发射控制(设备和系统发射的电磁能量控制)2方面。解决其电磁兼容的途径,主要应从提高电磁干扰的能力入手。
    4变电站抗电磁干扰的方法
    干扰对变电站综合自动化系统在线运行的影响是严重的,若不采取有效措施,将产生严重的后果。电磁干扰3要素是:干扰源、传播途径和电磁敏感设备,针对电磁干扰的3要素,现提出3种消除或抑制电磁干扰的措施。
    4.1隔离措施
    变电站的微机监控系统、微机保护装置以及其他自动化装置所采集的模拟量,大多数来自一次系统的电压互感器和电流互感器。它们均处于强电回路中,不能直接输入到综合自动化系统。这种模拟量分为2种:一种是交流电压和电流,它们可以同静态继电器一样,通过小变压(流)器隔离,并在原、副线圈间装屏蔽层接地壳;另一种是直流电量,可以采用光电隔离或者通过逆变一整流环节实现交流隔离,变电站综合自动化系统开关量的输入,主要是继路器、隔离开关的辅助触点信号等。开关量的输出,多数都是跳闸出口、中央信号等触点输出。虽然继电器本身已有隔离作用,但最好在继电器驱动电源与微机电源之间不要有电的联系,以防止线圈电感回路切换产生干扰影响微机工作。因此要采用光耦合隔离,不仅可使电器控制和测量的开关信号在电器上完全隔离,还可以实现对地电位的隔离,对抑制共模干扰较为有效。
    4.2屏蔽措施
    屏蔽就是以金属隔离的原理来控制电磁干扰,由一个区域向另一个区域感应和辐射传播的方法。
    (1)电场屏蔽:使用良导体制成的良好的接地网络以保证零电位,阻止屏蔽设备外的电场进入屏蔽体内部。
    (2)磁场屏蔽:在低频段要采用导磁材料较好的硅钢等金属作为屏蔽体,使干扰磁场的磁力线沿磁阻较小的屏蔽层通过,以减少干扰磁场穿入屏蔽体内。在高频段采用上述2种屏蔽方式,利用屏蔽体阻止高频电磁场在空间的传播;利用金属导体对电磁波的反射衰减和吸收衰减。如采用带有铠装铅包屏蔽的控制电缆,其屏蔽层在结线场和控制室两端可靠良好接地,可以有效地削减地电位升高对仪器仪表和继电保护装置的干扰;对于信号电缆,不要以为是低压设备而忽视其绝缘状态,应尽可能避开电力电缆,尽量增大与电力电缆的距离,并尽可能减少平行布设长度;保护用电缆的敷设路径应尽可能离开高压母线及高频暂态电流的入地点,如避雷器和避雷针的接地点,以及并联电容器、电容式电压互感器、结合电容及电容式套管等设备;禁止用电缆芯线两端接地作为抗干扰措施。
    4.3接地
    变电站中一次系统接地是以防雷和保证安全(系统中点接地)为目的。但它对二次回路的电磁兼容有重要的影响。如果接地合适,可以减少站内的高频瞬变电压幅值,特别是减少电网中各点的瞬变电位差,减低了电网中的瞬变电位升高。这对二次设备的电磁兼容很有好处。例如:避雷针、避雷器的接地点应采用2根以上的接地线和加密接地网络;设备接地线要接于地网导体交叉处等。
    二次系统的接地,从电磁兼容的角度来说,应该做到:多个电路共用接地线时,其阻抗应尽量减少;由多个电子器件组成的系统,各电子器件的工作接地应连在一起,通过一点与安全接地网相连;工作接地网点的电位尽量保持一致。
    4.4微机电源的抗干扰
    微机电源回路是电磁干扰传入设备和传出设备的主要途径。
    通过电源回路,电网上的干扰可以传入设备,影响设备正常工作。
    同样,设备上的干扰也可以通过电源回路传到电网上,对电网上其他设备造成干扰。所以,针对微机电源的抗干扰,实践中采取以下措施都是很有效的。
    (1)在设备电源的输入侧安装低通滤波器,可容许设备工作频率(50 Hz、60 Hz、40

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