变电站继电保护装置抗电磁干扰问题的研究

邓兵华，何腾芳，戴 亦，陈 媛

（国网湖南省电力有限公司水电分公司，湖南 长沙 410000）

1 电磁干扰的影响

1.1 电磁干扰对变电站二次系统的影响

目前，随着电力工程发展需求的提高，它的应用技术不断更新。变电站继电保护装置的主要应用形式是微机型继电保护装置[1]。与传统继电保护相比，它具备结构先进、安装简单、维护方便及保护可靠的特点。实践过程中，微机型继电保护装置对运行环境的要求较为苛刻。一旦继电保护抗干扰措施利用不当，将导致整体运行环境的恶化，从而影响继电保护装置的正常运行。具体而言，电磁干扰对变电站二次系统的影响表现在三个方面。第一，电磁干扰影响变电站二次系统的组成和控制系统，造成模拟电路的开关电路误翻转，影响电力系统电力资源的正常传输；第二，数字电路是当前电力工程的重要技术支持，在电磁干扰下，数字电路运行会出现数据传输错误、地址转接错误等危害；第三，电磁干扰损坏变电站二次系统电气元件，从而造成计算或逻辑错误，阻碍程序系统的正常运行。实践过程中，为有效避免这些问题的影响，电力工作人员须在分析电磁干扰源的基础上，合理规范继电保护装置，进而提升继电保护质量。

1.2 继电保护装置电磁干扰源

1.2.1 内部干扰源

内部干扰源是继电保护装置电磁干扰的主要因素。电力系统运行结构、电气元件布局方式及电力资源生产工艺等都影响继电保护装置，形成了电力系统内部电磁干扰。生活实践中，一旦杂散电感和电容的结合匹配度降低，将造成不同的信号感应；长距离传输将形成电磁波反射[2]；多点接地则将引发电位差干扰。

1.2.2 外部干扰源

继电保护装置应用过程中，外部环境影响其使用条件，形成外部干扰。在雷击、开关隔离、中压开关柜操作、直流电源断电及恢复过程中，变电站周围将形成较强的电场和磁场，从而导致强电磁波信号的产生，影响继电保护装置的正常运行。

2 变电站继电保护装置电磁干扰的耦合途径

变电站继电保护装置应用过程中，在降低电磁干扰影响的基础上，需提升电力系统质量。电力工作人员须科学分析电磁干扰的耦合渠道，并针对性地予以防治。

2.1 继电保护装置电磁干扰的直接耦合

直接耦合是继电保护装置电磁干扰最常见的耦和途径[3]。一旦两个电流回路的阻抗相同，继电保护装置将发生直接耦合形成电磁干扰。通常，引发直接耦合的阻抗具有多样性和常见性特点，一段导线、一个梁端网络等都可成为耦合的阻抗。如图1所示，电路Ⅰ、Ⅱ中，阻抗Z通用于两个电流回路内部。一旦两个电流回路的功率差值较小，则电路Ⅰ、Ⅱ中的电流信号将形成干扰，导致其电池干扰的Z阻抗共同引线或是共同地线，而电压降的叠加造成了继电保护装置电磁干扰的直接形成。

2.2 继电保护装置电磁干扰的电耦合

电力工程建设中，点耦合常发生于不同电位的两个电流回路间。如图2所示，220 V的引线和回路Ⅱ之间存在一个微型电场。继电保护装置应用过程中，工频电压在杂散电容的支撑下，实现了位移电流的产生，然后在接地装置的应用下，实现了位移电流向中性线的转移。当经过C1线段时，位移电流会在回路Ⅱ的发射机和接收机中产生电压降。当该电压降与有用电路信号重叠时，以电容器为耦合阻抗的电耦合在电路模型中形成，造成继电保护装置电磁干扰的电耦合。

图1 电流回路Ⅰ、Ⅱ共同阻抗直接耦合

图2 继电保护装置的电耦合

2.3 继电保护装置电磁干扰的磁耦合

继电保护装置磁耦合基于干扰源之间的互感产生。具体而言，一旦存在两个或多个电路环路，则当某一回路存在电流时，将对其余的电回路形成耦合感应，从而产生磁耦合[4]。当电路磁场对另一回路产生互感作用时，干扰源的电流是造成磁耦合发生的主要原因。譬如，在同一电回路中，若某导线的芯线与回程导线的芯线应用不一，将因芯线的距离差距产生较大磁场，并在两根导线之间形成差模干扰电压，促使继电保护装置发生电磁干扰的磁耦合。

2.4 继电保护装置电磁干扰的辐射耦合

敷设耦合是变电站继电保护装置电磁干扰耦合的重要途径。在电磁场形式下，电磁脉冲能量和接收器进行耦合，形成电磁干扰。社会实际过程中，影响继电保护装置抗干扰能力的辐射耦合具有多样性。譬如，架空输电线辐射出电磁场、广播电视发射台和雷达等大功率电子设备等会造成辐射耦合现象的发生，干扰电子设备和信号的同时，降低变电站继电保护装置的应用质量。

3 变电站继电保护装置抗电磁干扰策略应用

当前，实现电力资源的高质量应用已成为电力工程建设的重要目标。电力工作人员提升继电保护装置抗电磁干扰能力，必须注重三种策略的具体应用。

3.1 实现电磁场的有效屏蔽

作为一种物理场，电磁场对变电站继电保护装置的应用具有重大影响。实践过程中，确保变电站二次设备电磁场的屏蔽具有以下价值：第一，变电站继电保护装置内部具有一定的敷设电磁能，在磁场屏蔽作用下降低对外界的影响；第二，在电磁场屏蔽支撑下，有效隔离外来辐射，避免影响变电站基本区域。变电站继电保护过程中，微机保护是其控制的重点。对于集成电路和微机的保护屏应采用柜式结构，保护装置本身必须接地，实现变电站二次设备的规范、合理应用。

3.2 合理控制继电保护室的建设

电力系统继电保护装置抗电磁干扰建设中，继电保护室和控制室的建设对于提升抗电磁干扰能力具有重大影响。因此，电力工作者应具体把控三方面内容。第一，进行一次干扰源的规范控制，降低接地阻抗，实现电磁干扰水平的有效控制；接地网络建设中，合理控制暂态电位升，降低变电站内地电位差，有效管理二次回路和设备干扰因素。第二，进行二次设备的质量建设，如合理应用电气元件材料、实现变电站布局优化及创新电力资源生产方式等，有效提升变电站二次设备的抗干扰能力，承担传递到设备上的干扰信号。第三，实现继电保护室和控制室的屏蔽。一方面，建设人员应进行保护室房体结构加强筋和钢结构的焊接联通，增强屏蔽效果；另一方面，设置控制室地板夹层，实现连续金属的有效拼比。此外，为增强保护能力，人们在控制室设置了避雷针，确保其通过多根周边导体与地网相连。同时，系统连接金属结构与钢筋混凝土的加强筋，有效建立网络法拉第笼，提升变电站继电保护装置的抗干扰能力。

3.3 实现变电站控制电位面建设

现代电力工程建设中，电位面建设是提升变电站继电保护装置抗电磁干扰能力的重要方式[5]。主控制室是微机保护装置的主要存放地点，此时若将联网的中央计算机、微机保护及微机控制装置建立在同一电位面，则可提升通信可靠性和抗电磁干扰能力。电位面建设过程中，电力工作人员首先将保护和控制屏的铜排连成一体，并进行一点接地处理，其次并联电缆沟接地导线，确保接地网的高效建立，最后连接控制室地网，提升变电站保护装置抗电磁干扰能力。

4 结 论

变电站继电保护装置抗电磁干扰控制是确保电力系统运行稳定、提升电力系统应用质量的有效措施。电力工作人员只有充分认识电磁干扰对变电站二次设备的影响，在分析电磁干扰来源和耦合路径的基础上进行较高质量的技术防治，才能提升变电站继电保护装置抗电磁干扰能力、变电站二次系统运行质量以及人们的生活质量。