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2019-04-22
在繼電保護(hù)裝置中廣泛應(yīng)用微電子器件,但其承受干擾的水平極低、且大多為電磁敏感設(shè)備,因而很容易受到干擾的影響和危害,可能會導(dǎo)致保護(hù)裝置誤動或拒動等各種異常現(xiàn)象的出現(xiàn),從而嚴(yán)重影響了電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。高壓變電所一次回路強(qiáng)電磁干擾和二次回路本身的電磁干擾,通過感應(yīng)、耦合和輻射等途徑,引入到半導(dǎo)體型電子元器件上。當(dāng)干擾水平超過了裝置邏輯元件和邏輯回路允許的干擾水平時,將引起裝置邏輯回路的不正常工作,甚至直接造成這些元器件的損壞。
1電磁干擾的來源和途徑
電力系統(tǒng)的電磁干擾源有外部干擾和內(nèi)部干擾兩個方面:外部干擾是指那些與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無關(guān),而是由使用條件和外部環(huán)境因素所決定的干擾,主要有其它物體和設(shè)備輻射的電磁波產(chǎn)生的強(qiáng)電場或強(qiáng)磁場,如雷擊、隔離開關(guān)操作、中壓開關(guān)柜操作、直流電源的中斷與恢復(fù)、步話機(jī)輻射及來自電源的工頻干擾等等。內(nèi)部干擾是指由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、元件布局和生產(chǎn)工藝等所決定的干擾,主要有雜散電感和電容的結(jié)合,引起的不同信號感應(yīng),長線(對高頻信號而言)傳輸造成電磁波的反射,多點(diǎn)接地造成的電位差干擾,寄生振蕩和尖峰信號引起的干擾等等。但是,不論是外部干擾還是內(nèi)部干擾,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。
在高壓變電所內(nèi),有多種渠道將電磁干擾源和受干擾的二次回路和二次設(shè)備聯(lián)接起來,這些耦合渠道包括:輻射、感應(yīng)和耦合。而被干擾設(shè)備接收的電磁干擾水平,往往源于幾種耦合方式產(chǎn)生的綜合效應(yīng)。
輻射:高頻感應(yīng)加熱設(shè)備、高頻焊接等工業(yè)設(shè)備以及電視發(fā)射臺、雷達(dá)等大功率電子設(shè)備都可以通過電磁波輻射,干擾附近的精密儀器及儀表;架空輸電線輻射出電磁場也會通過供電線路侵入電子設(shè)備,造成干擾信號。
感應(yīng):同一電纜內(nèi)的感應(yīng),當(dāng)同一電纜中某一芯線通過很強(qiáng)的干擾電流時,將在其他芯線感應(yīng)出很高的干擾電壓,并在終端聯(lián)接設(shè)備上以共模干擾與差模干擾的形式出現(xiàn)。此外,不同能量等級的強(qiáng)電與弱電回路共用同一電纜時,當(dāng)強(qiáng)電回路的電能突變,也會對弱電回路感應(yīng)出不能接受的干擾,因而,應(yīng)當(dāng)盡量避免這種做法。
耦合:在開關(guān)場,電磁干擾主要經(jīng)電感耦合、電容耦合及傳導(dǎo)耦合等途徑引入二次設(shè)備。
電感耦合:電感耦合有兩個渠道。
(1)當(dāng)隔離開關(guān)操作產(chǎn)生的高頻電流或雷電電流通過高壓母線時,在高壓母線周圍產(chǎn)生了磁場,其中的一部分磁通H2將二次電纜包圍,因此在二次回路中感應(yīng)出對地的共模干擾電壓傳到繼電保護(hù)裝置等二次設(shè)備的端子上。如果二次回路來回的兩根芯線在同一根電纜中時,由于相互間間隙極小,中間通過的磁通很小,因而感應(yīng)產(chǎn)生的差模干擾電壓不大。但如果二次回路的走線不合理,例如同一個回路中的一根導(dǎo)線利用了一根電纜中的一芯,而其回程導(dǎo)線卻利用了另一根電纜的一芯時(例如為了節(jié)省纜芯或別的什么原因),由于這兩根芯線間的距離很大,在它們之間將包圍很大的磁通,從而會在同一回路的兩根導(dǎo)線間產(chǎn)生很大的差模干擾電壓,這種設(shè)計或施工中的失誤,必須避免。
(2)通過高壓母線的高頻電流,容易通過接在母線上的集中電容注入地網(wǎng),電容式電壓互感器(CTV)、高頻通道的高壓耦合電容器就是這樣的高頻電流入地通道。2電磁干擾對繼電保護(hù)裝置的影響
近年來,微機(jī)型繼電保護(hù)裝置在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的運(yùn)用。和常規(guī)保護(hù)相比,微機(jī)保護(hù)具有*原理及結(jié)構(gòu),安裝調(diào)試簡單,運(yùn)行維護(hù)方便,保護(hù)動作迅速、靈敏可靠,能自動記錄故障信息等顯著的優(yōu)點(diǎn)。但是在現(xiàn)場運(yùn)行過程中,如果運(yùn)行環(huán)境差,抗干擾措施落實(shí)不當(dāng),則很容易受到外界環(huán)境的干擾,造成保護(hù)不正常,甚至發(fā)生保護(hù)誤動作,嚴(yán)重威脅到電網(wǎng)的安全運(yùn)行。
微機(jī)保護(hù)裝置是以微機(jī)為核心的自動控制系統(tǒng)。其硬件組成主要包括數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理單元、開關(guān)量輸入輸出系統(tǒng)、通信接口及電源。在干擾信號產(chǎn)生后,干擾對模擬電路和對數(shù)字部件所造成的后果是不同的。模擬電路在干擾作用下往往使開關(guān)電路誤翻轉(zhuǎn).在沒有完善閉鎖措施時,將會導(dǎo)致誤操作;數(shù)字電路受干擾作用往往造成數(shù)據(jù)或地址傳送錯誤,從而導(dǎo)致微機(jī)運(yùn)行故障或功能障礙。也能引起保護(hù)的不正確動作。干擾對微機(jī)保護(hù)裝置的影響主要表現(xiàn)在以下幾個方面。
2.1計算或邏輯錯誤
微機(jī)保護(hù)裝置的輸入輸出數(shù)據(jù)、微處理器計算的中間結(jié)果、控制標(biāo)志字都存放在隨機(jī)存貯器RAM中。在強(qiáng)電磁干擾信號作用下,有可能使存放在RAM中的數(shù)據(jù)發(fā)生變化。這樣,在進(jìn)行讀或?qū)憯?shù)據(jù)時,數(shù)據(jù)總線和地址總線可能在干擾的作用下,發(fā)生讀寫錯誤數(shù)據(jù),或?qū)?shù)據(jù)傳送到錯誤的地址上,造成計算錯誤或邏輯紊亂,引起裝置誤動或拒動。
2.2程序運(yùn)行出軌
所謂程序只是微處理器可識別的機(jī)器碼,在干擾信號的作用下,將可能出現(xiàn)微處理器無法識別的機(jī)器碼,致使微處理器無法工作。此外,如果干擾信號改變了控制程序流向的標(biāo)志字時,也將改變運(yùn)行程序的執(zhí)行順序,使微機(jī)的運(yùn)行程序出軌,出現(xiàn)死機(jī)等問題。
2.3元件損壞
在微機(jī)保護(hù)裝置中的一些半導(dǎo)體芯片,在強(qiáng)電磁干擾作用下,可能受到損壞,使裝置無法工作。
3電磁干擾的抑制措施
3.1構(gòu)造繼電保護(hù)裝置等電位面
基于微機(jī)的繼電保護(hù)裝置的重要特點(diǎn):一是具有自檢能力;二是具有通信功能。如果微機(jī)繼電保護(hù)裝置集中在主控制室,為了實(shí)現(xiàn)可靠通信,必須將聯(lián)網(wǎng)的中央計算機(jī)和各套微機(jī)保護(hù),以及其他基于微機(jī)的控制裝置,都置于同一等電位平臺上。這個等電位面應(yīng)該與控制室地網(wǎng),只有一點(diǎn)的聯(lián)系,這樣的等電位面的電位可以隨地網(wǎng)的電位變化而浮動,同時也避免控制室地網(wǎng)的地電位差竄入等電位面,從而保持聯(lián)網(wǎng)微機(jī)設(shè)備的地網(wǎng)之間無電位差,保證聯(lián)網(wǎng)通信的可靠運(yùn)行。
各微機(jī)設(shè)備都應(yīng)有的、具有一定截面的接地線直接接到地等電位面上,設(shè)備上的各組件內(nèi)外部的接地及零電位,都應(yīng)由聯(lián)線聯(lián)到接地線上,接地線接到保護(hù)盤的接地端子,接地端子以適當(dāng)截面的銅線接到接地網(wǎng)上,這樣就形成了一個等電位面的地網(wǎng)。
構(gòu)造等電位面有兩種可能做法,一是將微機(jī)保護(hù)盤底部已有的接地銅排通過焊接聯(lián)通,同時在盡頭用100mm2銅線聯(lián)通,形成一個銅網(wǎng)格,這個網(wǎng)格與由電纜溝引來的粗銅導(dǎo)線聯(lián)通。借該粗銅導(dǎo)線對控制室的接地點(diǎn),形成要求的對地網(wǎng)的wei一一點(diǎn)接地。
另外一種做法,是在保護(hù)盤底部的下面構(gòu)造一個的銅網(wǎng)格,各保護(hù)盤的接線端子,經(jīng)一定截面銅線聯(lián)到此一銅網(wǎng)格來實(shí)現(xiàn)。
3.2高頻同軸電纜屏蔽層兩端分別接地
高頻同軸電纜屏蔽層在開關(guān)場和控制室兩端分別接地,可以顯著地降低收發(fā)信機(jī)入口的干擾電壓,保護(hù)收發(fā)信機(jī)的安全運(yùn)行。若高頻同軸電纜只在一端接地,在隔離開關(guān)操作空母線等情況下,必然在另一端產(chǎn)生暫態(tài)高電壓,從而可能會在收發(fā)信機(jī)端子上產(chǎn)生高電壓,中斷收發(fā)信機(jī)的正常工作。
3.3控制電纜屏蔽層在兩端同時接地
當(dāng)控制電纜為母線暫態(tài)電流產(chǎn)生的磁通所包圍時,在電纜的屏蔽層中將感應(yīng)出屏蔽電流,由屏蔽電流產(chǎn)生的磁通,將抵消母線暫態(tài)電流產(chǎn)生的磁通對電纜芯線的影響。假定屏蔽作用理想,兩者共同作用的結(jié)果,將使被屏蔽層*包圍的電纜芯線中的磁通為零,屏蔽層形成了一個理想的法拉第籠。這也和帶有二次短路線圈的理想變壓器一樣,鐵芯中的磁通將為零。
當(dāng)雷電經(jīng)避雷器注入地網(wǎng),使變電所地網(wǎng)中的沖擊電流增大時,將產(chǎn)生暫態(tài)的電位波動,同時地網(wǎng)的視在接地電阻也將暫時升高,與正常交流電阻相比,地電阻常常增大10倍以上。
當(dāng)?shù)蛪嚎刂齐娎|在上述地電位升高的附近敷設(shè)時,電纜電位將隨地電位的波動而受干擾。因此,接地浪涌電流引起的地電位升高,將可能對低壓控制回路的絕緣配合帶來嚴(yán)重影響。
繼電保護(hù)裝置抗干擾措施是一項十分重要的工作,深入開展保護(hù)裝置抗干擾措施的研究,對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。針對保護(hù)裝置實(shí)際運(yùn)行存在的電磁干擾問題,提出了相應(yīng)的抑制措施,實(shí)踐證明能有效提高變電所繼電保護(hù)裝置等二次設(shè)備的可靠性。
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