188宝金博页面版

2014 年 4 月大 科 技探究 110kV 无人值守变电站的抗干扰保护策略周 凌（国网湖南省电力公司邵阳供电分公司 湖南 邵阳 422000）1 引 言电力系统以变压器、隔离开关、断路器等直接传输电能设备的一次主设备在技术和制造工艺水平得到前所未有的提升，大大提高了设备的安全可靠性。负责监控、测量、控制和保护的二次设备向微机化与信息化方向发展，形成典型的综合自动化系统。无人值守变电站是一个通过设计来优化软、硬件的资源的，实现资源合理共享全微机变电站。它取代了常规测量系统，改变了常规的操作机构，彻底地改变传统二次设备观念与模式的新型系统，给变电站的二次系统与二次设备带来革命性的变化，使得变电站自动化水平迈上新的台阶。然而在运行过程中，往往容易受到雷击、各种静电放电、微机保护装置以及不兼容的试验仪器与电子设备影响产生干扰，这些干扰通过感应、传导和辐射进入二次设备，干扰自动化系统正常工作，甚至影响系统的安全稳定，引起广泛的关注。2 电磁干扰的起因2.1 阻性藕合干扰在变电站常常出现由于系统对地短路、雷击等原因导致地电位上升，威胁着电力设备，特别是对二次回路具有很大的干扰作用。特别是在变电站接地装置长期失修或者不正确维修，引起接地网腐蚀严重，引下线出现断裂，大量的通讯设备、二次设备遭受损坏，使得变电站正常运行受到严重的威胁，事故频繁发生。一旦发生单相接地短路或者是直击雷击中变电站，就会有非常大的电流通过接地点流入地网，致使整个地网电位上升。2.2 工频干扰变电站外部系统一旦发生接地故障，变电站的中性点接地电力变压器就有大量的电流通过中性点流过。由于发生接地故障，接地系统不能有效地接地，大地变电站地网都有接地故障电流通过，通过地网分布，使得大部分流入大地的电流都回归到故障点，小部分通过地网中的屏蔽线也回到了故障点，便产生了 50Hz 工频干扰，工频干扰效应主要有两点：（1）由于变电站中同一个网格状地网系统，就有“每 1kA 故障电流在完全位于同一地网范围内的最大期望纵向电压为 10V”这样的规律。因此，不能认为分布接地电流通过同一等电位平面的接地网，在电流通过过程中还会产生相位差，故有在地网不同点产生不同的工频地电位差；（2）接地短路发生后，变电站的大部分入地电流经过了地网中的接地阻抗，致使地网电位比大地的电位要高，而且入地电流大小以及接地电流直接决定了电位的高低。当地网与大地发生电位差时，这都会影响到变电站外部引入的通讯线和继电保护用的导线，电位差越大，造成的问题就越严重。2.3 隔离刀闸操作干扰隔离刀闸在带电的情况下对短线段或者空母线进行操作具有三大特性：（1）当隔离刀闸断开电容负荷那一瞬间，负荷侧电压随着电源侧电压呈阶梯方式变化；（2）向电容断开的逆过程的特性曲线几乎等同于向电容合闸时的情况；（3）隔离刀闸分、合电容性负载。当隔离刀闸缓慢合上时，两触点间的电场强度不断增大，直至闪络的发生，第一次闪络几乎是集中发生在工频电压达到最大值时刻。当闪络发生时，电容迅速充电，隔离刀闸触点间电压持续下降，直至充满电压时，触点间电压为零。但电源侧的触点电位马上又随着电源的工频电压变化而变化，跨过隔离刀闸触点间的电压也在不断增大，最后负载侧触点电位与电源侧触点电位变换了极性。随着触点间电压增大以致超过击穿电压时，开关触点间隙就会再次被击穿，而且第二次击穿的电压往往会高于第一次闪络电压。由于每次电压特变时都会引起高频电流，最严重的情况下还会产生是无剩余电荷下的两倍操作过电压。发生闪络时，行波会沿母线传播，形成高频衰减振荡波。高频衰减振荡电流的频率在10kHz~5MHz 之间，高频衰减振荡频率值却可以最高达到 100MHz。由于弧光闪络产生的行波与变电站的运行电压成正比，暂态母线电流及电压幅值与变电站运行电压也成正比，因此，电压越高，对开关场与控制电缆的电磁干扰就越大。2.4 高频辐射干扰局部放电是高压变电站长期以来一直存在的干扰源。主要是由于在高压的环境下，导线表面和绝缘子金具的尖端部位接触不良产生的火花放电、电晕放电和表面污秽绝缘子产生火花等等因素都会导致电磁辐射的产生，从而形成辐射干扰源。还有变电站中的高频载波和日常用的对讲机、如电台等附近大功率的发射机同样也会产生较大的辐射干扰。对于 220kV 变电站而言，以电晕为例，在实践中受到调频辐射干扰源原因进行分析。电晕在放电时可以形成巨大的流注，在这流注引起的电流脉冲的作用下产生较强的电磁波，扩散到空间，由于电晕的起始和熄灭阶段都存在半周内，加上工频电压作用下，有大量的电磁波辐射出来，从而形成电磁干扰。电晕干扰强度受到如导线尺寸、表示电位梯度、几何位置、表面状态、海拔高度、气候条件等因素的影响。3 综合自动化系统抗干扰途径3.1 接地消除干扰正确、合理的继电保护二次系统接地方式是保证微机型继电保护避免电磁干扰而安全、正常工作的必要保证。而为了避免电磁干扰，就必须有效地屏蔽微机型继电保护、监控、自动装置等相关设备，还要对这些设备进行有效的滤波和接地。如采取合理的接地方式或屏蔽电缆可以防御来自高压开关场的电磁干扰；采用灵敏的钳形电流表钳入引下线，消除因变电站地网电位骤升和地电位差形成的环路电流流过电缆屏蔽层降低电缆抗干扰效应；建立一个使得二次系统低环路电流等电位面，用地位作为屏蔽，以防御各渠道共模干扰等等。以 110kV 变电站系统接地为例，工程实践中系统接地需要注意五点：（1）系统接地时，在电连接良好的前提下，确保安全接地螺栓连接到系统外壳上；（2）将设备外壳地线连接机柜外壳，机柜外壳地线又与系统相连接；（3）确保接地镀锌钢管打入表层 50mm 以下，长度大于 2.0m。将盐水倒入其中，使得一般接地电阻不大于 4，移动设备接地电阻最大也不能超过 10；（4）在由于负载用电量及不同时性造成系统三相电源供电时出现三相不平衡，电源中心点电位偏移时把电源地线与安全接地螺栓连上，调整电源的中心电位点回到零电位，防止干扰；（5）铺设一条信号母线与一条屏蔽地和机柜外壳地母线，这两条母线的特点是半环形，其中部靠近安全接地螺栓，而且互相并行并与系统外壳绝缘。信号母线接系统的信号地，屏蔽地和机柜外壳地母线接各屏蔽地及摘 要：随着电力工业的快速发展和电网规模不断壮大，变电站的安全可靠运行显得越来越重要，抗干扰问题成为了电力技术探讨的热点问题。本文以 110kV 无人值守变电站为例，通过分析系统产生的各种干扰源及其传播途径，探讨接地、引入微机保护装置消除干扰措施，以保证电力系统安全稳定运行。关键词：无人值守变电站；抗干扰；微机保护；电磁干扰中图分类号：TM774 文献标识码：B文章编号：1004-7344（2014）09-0109-02电力建设109