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如何解决继电保护装置抗干扰问题

来源:美端电气   发布时间:2019-03-12 21:31

       在继电保护装置中广泛应用微电子器件,但其承受干扰的水平极低、且大多为电磁敏感设备,因而很容易受到干扰的影响和危害,可能会导致保护装置误动或拒动等各种异常现象的出现,从而严重影响了电网的安全(safe)、稳定运行(Windows)。高压变电所一次回路强电磁干扰和二次回路本身的电磁干扰,通过感应、耦合和辐射等途径,引入到半导体(semiconductor)型电子元器元件上。当干扰水平超过了装置逻辑元件和逻辑回路允许的干扰水平时,将引起装置逻辑回路的不正常工作,甚至直接造成这些元器件的损坏。

1 电磁干扰的来源和途径
       电力系统的电磁干扰源有外部干扰和内部干扰两个方面:外部干扰是指那些与系统结构无关,而是由使用条件(tiáo jiàn)和外部环境因素所决定的干扰,主要有其它物体和设备辐射的电磁波产生的强电场或强磁场,如雷击、隔离开关操作、中压开关柜操作、直流电源的中断与恢复、步话机辐射及来自电源的工频干扰等等。内部干扰是指由系统结构、元件布局和生产工艺等所决定的干扰,主要有杂散电感和电容的结合,引起的不同信号感应,长线(对高频信号而言)传输造成电磁波的反射,多点接地造成的电位差干扰,寄生振荡和尖峰信号引起的干扰等等。但是,不论是外部干扰还是内部干扰,都具有相同的物理特性,故而其消除和抑制的措施基本是相同的。
       在高压变电所内,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:辐射、感应和耦合。核相仪厂家频率传输校验时必须先装好天线后再校验,高压相位检测仪的外壳由聚碳酸酯制成,必须保持清洁各种污秽或湿气必须擦除,每次使用之后,可以用布蘸少许硅油擦试仪器。而被干扰设备接收的电磁干扰水平,往往源于几种耦合方式产生的综合效应。
       辐射:高频(Induction Heating)感应加热设备、高频焊接等工业设备以及电视发射台、雷达等大功率电子设备都可以通过电磁波辐射,干扰附近的精密(precise)仪器及仪表;架空输电线辐射出电磁场(electromagnetic field)也会通过供电线路侵入电子设备,造成干扰信号。
       感应:同一电缆内的感应,当同一电缆中某一芯线通过很强的干扰电流时,将在其他芯线感应出很高的干扰电压,并在终端联接设备上以共模干扰与差模干扰的形式出现。此外,不同能量等级的强电与弱电回路共用同一电缆时,当强电回路的电能突变,也会对弱电回路感应出不能接受的干扰,因而,应当尽量避免这种做法。
       耦合:在开关场,电磁干扰主要经电感耦合、电容耦合及传导耦合等途径引入二次设备。
      电感耦合:电感耦合有两个渠道。
   
  (1)当隔离开关操作产生的高频电流或雷电电流通过高压母线时,在高压母线周围产生了磁场(定义:传递实物间磁力作用的场),其中的一部分磁通 H2将二次电缆包围,因此在二次回路中感应出对地的共模干扰电压传到继电保护装置(device)等二次设备的端子上。如果二次回路来回的两根芯线在同一根电缆中时,由于相互间间隙极小,中间通过的磁通很小,因而感应产生的差模干扰电压不大。但如果二次回路的走线不合理,例如同一个回路中的一根导线利用了一根电缆中的一芯,而其回程导线却利用了另一根电缆的一芯时(例如为了节省缆芯或别的什么原因),由于这两根芯线间的距离很大,在它们之间将包围很大的磁通,从而会在同一回路的两根导线间产生很大的差模干扰电压,这种设计(Design)或施工中的失误,必须避免。
    
  (2)通过高压母线的高频电流(Electron flow),容易通过接在母线上的集中电容注入地网,电容式电压互感器(CTV)、高频通道的高压耦合电容器就是这样的高频电流入地通道。2 电磁干扰对继电保护装置的影响
       近年来,微机型继电保护装置在电力系统中得到了广泛的运用。高压语音核相仪主要应用于电力线路、变电所的相位校验和相序校验,具有核相、测相序、验电等功能,具备很强的抗干扰性,符合( EMC )标准要求,适应各种电磁场干扰场合。无线核相仪使高压数显核相这项危险性较大的而又必不可少的工作安全可靠,指针显示一目了然,重量只有用互感器的1/10—1/20,携带方便。实在是高压电工不可缺少的工具。和常规保护相比,微机保护具有先进的原理(Maxim)及结构,安装调试简单,运行维护方便,保护动作迅速、灵敏可靠,能自动记录故障信息等显著的优点。但是在现场运行过程中,如果运行环境(environment)差,抗干扰措施落实不当,则很容易受到外界环境的干扰,造成保护不正常,甚至发生保护误动作,严重威胁到电网的安全运行。
       微机保护装置(device)是以微机为核心的自动控制系统(system)。其硬件组成主要包括数据采集单元、数据处理单元、开关量输入输出系统、通信接口及电源。在干扰信号产生后,干扰对模拟电路和对数字部件所造成的后果是不同的。模拟电路在干扰作用(role)下往往使开关电路误翻转.在没有完善闭锁措施时,将会导致误操作(operate);数字电路受干扰作用往往造成数据或地址传送错误,从而导致微机运行故障或功能障碍。也能引起保护的不正确动作。干扰对微机保护装置的影响主要表现在以下几个方面。
       2.1 计算或逻辑错误
       微机保护装置的输入输出数据、微处理器计算(calculate )的中间结果、控制标志字都存放在随机存贮器RAM中。在强电磁干扰信号作用下,有可能使存放在RAM中的数据发生变化。这样,在进行读或写数据时,数据总线和地址总线可能在干扰的作用下,发生读写错误数据,或将数据传送到错误的地址上,造成计算错误或逻辑紊乱,引起装置误动或拒动。
       2.2 程序运行出轨
所谓程序只是微处理器可识别的机器码,在干扰信号的作用下,将可能出现微处理器无法识别的机器码,致使微处理器无法工作。此外,如果干扰信号改变了控制程序流向的标志字时,也将改变运行程序的执行顺序,使微机的运行程序出轨,出现死机等问题。
       2.3 元件损坏
       在微机保护装置中的一些半导体芯片(又称微电路),在强电磁干扰作用下,可能受到损坏,使装置无法工作。
3 电磁干扰的抑制措施
       3.1 构造继电保护装置(device)等电位面
       基于微机的继电保护装置的重要特点:一是具有自检能力;二是具有通信功能。如果微机继电保护装置集中在主控制室,为了实现可靠通信,必须将联网的中央计算机和各套微机保护,以及其他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以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网之间无电位差,保证联网通信的可靠运行。
       各微机设备都应有专用的、具有一定截面的接地线直接接到地等电位面上,设备上的各组件内外部的接地及零电位,都应由专用联线联到专用接地线上,专用接地线接到保护盘的专用接地端子,接地端子以适当截面的铜(化学式Cu)线(黄铜线)接到专用接地网上,这样就形成了一个等电位面的地网。
       构造等电位面有两种可能做法,一是将微机保护盘底部已有的接地铜(化学式Cu)排通过焊接联通,同时在尽头用专用100 mm2铜线联通,形成一个铜网格,这个网格与由电缆沟引来的粗铜导线联通。借该粗铜导线对控制室的接地点,形成要求的对地网的唯一一点接地。
       另外一种做法,是在保护盘底部的下面构造一个专用的铜网格,各保护盘的专用接线端子,经一定截面铜线联到此一铜网格来实现。
       3.2 高频同轴电缆屏蔽层两端分别接地
       高频同轴电缆(Cable)屏蔽层在开关场和控制室两端分别接地,可以显著地降低收发信机入口的干扰电压,保护收发信机的安全运行。若高频同轴电缆只在一端接地,在隔离开关操作空母线等情况下,必然在另一端产生暂态高电压,从而可能会在收发信机端子上产生高电压,中断收发信机的正常工作(job)。
       3.3 控制电缆(Cable)屏蔽层在两端同时接地
       当控制电缆为母线暂态电流产生的磁通所包围时,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。假定屏蔽作用理想,两者共同作用的结果,将使被屏蔽层完全包围的电缆芯线中的磁通为零,屏蔽层形成了一个理想的法拉第笼。这也和带有二次短路线圈的理想变压器(Transformer)一样,铁芯中的磁通将为零。
       当雷电经避雷器注入地网,使变电所地网中的冲击电流(Electron flow)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,与正常交流电阻相比,地电阻常常增大10倍以上。
       当低压控制电缆在上述地电位升高的附近敷设时,电缆电位将随地电位的波动而受干扰。因此,接地浪涌电流(Electron flow)引起的地电位升高,将可能对低压控制回路的绝缘配合带来严重影响。
       继电保护装置抗干扰措施是一项十分重要的工作,深入开展保护装置抗干扰措施的研究,对电网安全稳定运行有着重要的现实意义。针对保护装置实际运行存在的电磁干扰问题,提出了相应的抑制措施,实践证明能有效提高变电所继电保护装置等二次设备的可靠性。
       继电保护装置  抗干扰
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