关键词:
1 变电站电磁兼容环境相关研究
变电站是一个具有高强度电磁场环境的特殊区域, 其中既有高电压、大电流的一次强电设备, 又有低电压、小电流的二次弱电设备。一次强电设备产生的强烈的电磁骚扰对弱电设备的正常工作构成极大的威胁, 此外供电系统中的骚扰、大气骚扰等都会对弱电设备产生影响。我国超特高压电网建设正处于一个快速发展的新时期, 变电站自动化技术也随之有了较大的发展, 在功能上已由监测向测控发展, 在布置上由集中向分散发展, 随着技术的发展, 变电站二次设备广泛采用超大规模集成电路, 二次设备微型化, 数字化, 智能化也增加了二次设备对瞬态骚扰的敏感性和脆弱性。在这种情况下装置的抗干扰措施应由设备本身实现。为提高系统安全性, 目前绝大多数新建变电站都对继电保护小室进行特殊的抗干扰设计, 如采用全封闭金属结构。
2 电磁骚扰产生机理与传播方式分析
电磁骚扰源、传播途径以及敏感设备是研究干扰的三个主要环节, 通常人们都希望能从电磁骚扰源入手, 尽可能地消除电磁骚扰源, 至少希望能够尽可能多地掌握装置所处环境中的电磁骚扰的情况。微机保护装置一般被安装在变电站内, 变电站是复杂电磁环境的代表, 绝大多数的电磁骚扰现象在变电站中均有发生。形成电磁干扰必须同时具备三个因素:电磁骚扰源、对此种类型的干扰能量敏感的接受器 (敏感设备) 、将能量从干扰源藕合到敏感设备的媒质, 即祸合通道。下面说几种常见骚扰。
2.1 系统短路故障引起的暂态骚扰
系统短路时, 大电流经接地点泄入接地网, 使接地点乃至整个接地网的电位升高。如果二次回路和接地网的接地点与大电流入地点的距离比较近, 这些接地点的电位也会升高, 在二次回路中就会产生共模骚扰电压。变电站内高压母线的单相接地时, 在二次电缆的芯线上产生的骚扰电压比较严重, 骚扰电压的峰值可达到几十伏到近万伏, 最大为12.3k V, 暂态电压的频率约几千赫兹到几百千赫兹。
2.2 雷击引起的暂态骚扰
雷电是来自大气层中的频繁且强烈的电磁骚扰源。雷击分直接雷击和间接雷击。直接雷击是指雷击于输电线路或电气设备。由于避雷针的保护雷击变电站电气设备的情况较少发生。间接雷击是指雷击附近的物体。雷电放电电流是强烈的骚扰源, 在周围空间辐射电磁场, 从而使地面上的金属导体感应出很高的电压。系统中的信号线, 电源线上都可能由于感应雷的作用而产生浪涌高压脉冲。它可能会造成一次设备绝缘的破坏, 即使不破坏绝缘如此高的雷电压和雷电流通过容性藕合、感性祸合或阻性祸合而传到二次设备上, 也可能造成二次设备的不正确动作。
3 微机保护装置抗干扰措施
3.1 屏蔽措施
在微机保护的装置内部, 通常的屏蔽指的就是电磁感应屏蔽和静电屏蔽。通常微机保护装置内部的CT (电流互感器) 、PT (电压互感器) 的原边和副边线圈之间、开关电源的原边和副边线圈之间均需要采取屏蔽措施。
从目前的快速瞬变抗扰试验结果来看, CT、PT屏蔽层是否良好接地对试验的结果影响很大。除了某些CT、PT两侧线路布置不当的情形外, 通常是:在模拟量输入通道上施加快速瞬变骚扰, 屏蔽层接地的话, 装置可通过IEC61000-4-4要求的某个试验等级, 若装置的屏蔽层不接地或接地不好的话, 试验结果变得不太理想。这至少说明, 给CT、PT的原边和副边线圈之间加装屏蔽层是很有必要的, 特别是对那些数据采集系统采用逐次逼近A/D的保护装置, 由于A/D对快速瞬变骚扰很敏感, 应采取CT、PT的原边和副边线圈之间加装屏蔽层和屏蔽层良好接地两项措施。
3.2 接地措施
接地是抑制噪声的重要手段。良好的接地可以在很大的程度上抑制装置内部的噪声祸合, 防止外部电磁骚扰的侵入, 从而提高系统的抗干扰能力。
安全接地指的是当用电设备的绝缘物质层受到系统各种过电压的作用, 温度升高引起的绝缘老化以及外部的机械作用引起的损伤都有可能使得设备的绝缘水平大幅下降, 最终导致设备的金属外壳、操作手柄等导电部分出现较高的对地电压。EMC接地也即屏蔽接地。屏蔽接地可以有效地抑制静电感应和电磁感应骚扰。控制系统中的基准电位是回路工作的参考电位, 基准电位的连线称为工作地, 通常是控制回路直流电源的零线。工作地和大地的连接一般有三种方式, 分别为浮地方式、直接接地方式和电容接地方式。
3.3 滤波措施
微机保护装置的端口部位如能设置低通滤波器, 则效果将很明显, 这对增强硬件的抗干扰能力是一个极为有利的举措。应该设置滤波器的端口主要是电源端口。
传导骚扰是不可能完全消除的。设置滤波器的目的在于尽量将骚扰衰减到某一个要求的技术水平, 如对于外部骚扰而言, 不得导致装置工作故障。如前文所述, 在主要表现特征为电场的各类电磁骚扰中, 快速瞬变骚扰是比较严重的一类, 其频率成分最高可考虑到400MHz, 在有条件的场合应尽可能地采用低通滤波器, 从GB/TI762 6.1提供的快速瞬变骚扰的幅频特性图来看, 低通滤波器的截止频率应在2MHz以下, 实际的使用当中, 根据经验截止频率可以放宽到10MHz。
3.4 变电站应采取的措施
(1) 土建施工的防范措施:将保护室的结构地板及墙体中加强筋全部联网并接于地网, 以制造一个放置整个二次系统的极低阻抗地平面。控制室上的避雷针必须用多根周边导体与地网相联。金属结构与钢筋混凝土的加强筋必须联通, 上端与避雷针相联, 下部与地网相联, 形成有效的网格法拉第笼。
(2) 一次设备的防范措施:尽量降低电流互感器、电压互感器、避雷器等设备的接地阻抗, 使之构成一个低阻抗的接地网来降低变电所内的地电位差。对于电容式电压互感器和高频通道的祸合电容器, 应尽量降低电容器的底座高度, 接地引下线采用多股导线来增加接地线接入地网的密度。
(3) 二次设备的防范措施:对于二次回路中来回的两根芯线必须在同一根电缆中, 以避免产生过大的差模电压, 由电容式设备来的二次电缆应紧靠接地引下线敷设;禁止不同能量等级的强电与弱电回路共用一根电缆。
4 结语
文章论述了提高保护装置抗干扰能力的重要及必要性, 分析了微机保护装置中采用的常规抗干扰措施, 指出了采用的抗干扰措施的优点及不足之处, 并提出了改进措施, 同时认为在变电站建设时期, 也应采取的一些防范措施, 以便减少电磁干扰的产生。
摘要:文章首先对变电站电磁兼容做相关研究, 论述了提高保护装置抗干扰能力的重要及必要性, 分析了微机保护装置中采用的常规抗干扰措施, 指出了采用的抗干扰措施的优点及不足之处, 并提出了改进措施。
关键词:变电站,继电保护,抗干扰
参考文献
[1] 国际大电网会议36.04工作组发电厂和变电站电磁兼容导则中国电力科学院2000, 10.
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