摘要：本文針對變電站二次回路抗干擾的來源及產(chǎn)生的機理，從三個要點看出干擾對微機保護(hù)的危害。
　　關(guān)鍵詞：二次回路；抗干擾措施；危害；
　　1干擾的危害
　　微機保護(hù)和監(jiān)控裝置既有數(shù)字部件，又有模擬部件，而干擾對數(shù)字部件和模擬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)致動作；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)致裝置運行故障或功能故障。由此可見，干擾輕則造成數(shù)據(jù)傳送錯誤，重則造成保護(hù)拒動或誤動，都會影響電力系統(tǒng)供電的可靠性。
　　
　　2干擾的主要來源
　　所謂干擾，就是指除正常信號外，還有可能對監(jiān)視和操作裝置的正常工作造成不利影響的且不規(guī)則變化的信號。經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，變電站的干擾源主要有以下幾種：
　　2.1二次回路的過電壓干擾
　　變電站二次回路中存在許多不同作用的線圈，它們都有一定電感量。這些線圈除了具有電感外，還有電阻及線圈連線間、匝間存在的分布電容。若將分布電容用一個等值集中電容代替并聯(lián)到線圈兩端，就構(gòu)成一個RLC的衰減振蕩電路(見圖1)，其繼電器的觸點在回路中起開關(guān)作用。
　　
　　圖1RLC二振蕩衰減電路 
　　由圖可知，當(dāng)回路的開關(guān)斷開時，往往產(chǎn)生較大反電勢。電容器兩端電壓按一定規(guī)律變化，其電壓波形是一個正弦衰減振蕩電壓。由于此電壓不受電源控制，所以又叫自由分量電壓，此電壓經(jīng)過1／4周期稍長的時間達(dá)到最大值當(dāng)電阻值R<2√L/C且R較小時，電容器兩端電壓較大，往往比電源電壓高出幾倍或十幾倍，這就是產(chǎn)生在二次回路中的過電壓。圖l中，(√ω0-δ2t+θ)
　　δ=R/2L,ω0=1/√L/C。其中A和0是待定常數(shù)，
　　δ=R/2L,ω0=1/√L/C。
　　由于過電壓的存在，使觸點間的距離尚未到達(dá)足夠大時就已經(jīng)被擊穿。高電壓進(jìn)入直流操作電源系統(tǒng)，電壓承受水平較低的半導(dǎo)體器件就會受到不同程度的破壞及影響。因為半導(dǎo)體器件的過電壓承受水平較低，反應(yīng)靈敏，會造成損壞或無法正常工作，因此二次回路的過電壓對微機保護(hù)影響較大，而它對電磁元件影響不大，因為其絕緣水平較高，并且動作過程有一定的惰性，所以不會造成誤動作影響正常工作。
　　2.2感性(磁性)耦合干擾
　　在變電站里的變壓器、有大電流通過的電纜、電抗器和電容等的周圍都有極強的交變磁場。在交變磁場里的二次設(shè)備，包括導(dǎo)線、網(wǎng)絡(luò)通信回路都會受到它感應(yīng)，這些感應(yīng)形成干擾電壓，如圖2所示。兩鄰近導(dǎo)線之間存在分布互感M,M=φ21/I1(其中，I1是流過導(dǎo)線1的電流，Φ21是電流I1產(chǎn)生的與導(dǎo)線2交鏈的磁通)，由互感耦合在導(dǎo)線2上形成的互感電壓為U2=U2=2ωMI1，此電壓在導(dǎo)線上是串聯(lián)的。從式中可知U2與干擾的頻率和互感量成正比。這些干擾電壓會導(dǎo)致二次設(shè)備CPU運行出錯，內(nèi)存數(shù)據(jù)改變、當(dāng)?shù)乇O(jiān)控的顯示器圖像變形扭曲和閃爍，網(wǎng)絡(luò)通信中數(shù)據(jù)改變或通信中斷，造成設(shè)備異常運行，對控制系統(tǒng)的破壞性最強。交變磁場干擾是變電站內(nèi)最普遍的干擾。
　　
　　圖2導(dǎo)線的磁耦合
　　2.3容性(電場)耦合干擾
　　由于一次設(shè)備載流體對二次回路間存在電容，因此一次設(shè)備上的電壓對二次電纜產(chǎn)生容性(電場)耦合，在二次設(shè)備上產(chǎn)生干擾電壓。另外，在變電站內(nèi)還存在導(dǎo)線之間的相互耦合、電源線與系統(tǒng)的相互耦合。這些電場耦合是干擾二次設(shè)備工作的原因之一。圖3
　　為平行導(dǎo)線間的容性耦合示意圖。圖3a中，導(dǎo)線1和導(dǎo)線2是兩條平行線，C1和C2，分別是各線對地的分布電容，C12是兩線間分布的耦合電容，是導(dǎo)線1對地電壓，R是導(dǎo)線2對地電阻。圖3b為等效電路。
　　
　　由圖3b等效電路可得導(dǎo)線1電壓通過耦合導(dǎo)線2上產(chǎn)生的電壓U2為
　　U2=jωC12RU1/[1+jω(C12+C2)R](1)
　　但R＞＞1/jω(C12+C2)時，式（1）可簡化為
　　U2=C12U1/(C12+C2)（2）
　　此時U2按電容風(fēng)壓，這種耦合情況是嚴(yán)重的。
　　當(dāng)R＜＜1/[jω(C12+C2)]時，則式（1）可簡化為
　　U2jωC12RU1（3）
　　
　　由式(1)～式(3)可知，容性耦合干擾隨著耦合電容的增大而增大。
　　
　　圖3平行導(dǎo)線容性耦合示意圖
　　2.4地電位差干擾
　　在電力系統(tǒng)中，由于對地絕緣不良，都會產(chǎn)生不穩(wěn)定的泄漏電流，地電流在大地中流動會產(chǎn)生電壓差，使站內(nèi)兩端接地纜芯和屏蔽層產(chǎn)生電流形成干擾。如果二次設(shè)備接地地點選擇不當(dāng)，漏電流會使各點之間存在電壓差，使二次設(shè)備常常產(chǎn)生不確定的故障。
　　2.5電源系統(tǒng)引入的干擾
　　許多二次設(shè)備采用直流穩(wěn)壓電源，一般均為由電網(wǎng)交流電經(jīng)濾波穩(wěn)壓后提供，有時會因某種原因凈化不佳，對系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。這種電源如果濾波電容上積累的能量使端電壓的某一值不能達(dá)到設(shè)計要求的電壓時，會被裝置判斷為斷電或故障，引起裝置閉鎖，而誤動或拒動。
　　2.6自然干擾
　　自然干擾是指大自然現(xiàn)象所引起的干擾以及來自宇宙的電磁波輻射干擾，如雷電、大氣低層電場的變化、電離變化以及太陽黑子的電磁輻射等，是不可消除的干擾。其中雷電干擾最為嚴(yán)重，因雷電能在傳輸線上產(chǎn)生幅值很高的高頻涌浪電壓，雷電不僅會造成二次電源模塊的損壞，還會燒毀通信口和輸入模塊。變電站的二次設(shè)備受到的干擾不僅僅是以上幾種，干擾源也是各種各樣的，但以上這些是最常見的，我們必須采取相應(yīng)的軟硬件措施來消除或削弱。
　　3抗干擾的措施
　　3.1二次回路過電壓的防范
　　(1)線圈兩端并聯(lián)非線性電阻二極管是常用的非線性電阻。為防止操作時的過電壓，常用方法是在線圈兩端并聯(lián)一個非線性電阻，當(dāng)突然切斷電感電路的電流時，往往會產(chǎn)生較大的反電勢，由于并聯(lián)二極管，反電勢通過二極管被短路，線圈中的自由分量電流是按指數(shù)形式衰減。線圈的端電壓等于二極管的壓降，其值遠(yuǎn)小于電源電壓。這樣，二極管就能消除振蕩過電壓的產(chǎn)生，但這種辦法不適用于交流電路。
　　(2)線圈兩端并聯(lián)阻容支路這種辦法不僅適用于直流電路也適用于交流電路，其接線方式是把阻容支路并聯(lián)在線圈兩端。在增加的并聯(lián)支路所組成的回路中，電阻被調(diào)整到臨界值，因而當(dāng)開關(guān)切斷載流線圈電流時不產(chǎn)生振蕩。另一方面，由于兩支路的時間常數(shù)相等，因而不管總電流隨時間如何變化，兩支路中的自由電流分量總是大小相等，方向相反。電源支路中自由電流分量等于零；也就是說，當(dāng)開關(guān)切斷線圈電流時，線圈兩端的電壓為零。所以這種接線方式，不僅可消除過電壓，同時也消除了在切斷感性負(fù)載時開關(guān)觸點間產(chǎn)生的電弧及火花。
　　3.2感性耦合．容性耦合干擾的防范
　　對這類干擾的防范主要采用具有金屬屏蔽層的電纜。當(dāng)二次回路中的電纜靠得較近時，為減小耦合，最好采用有金屬屏蔽的電纜，并將屏蔽層兩端分別接地，從而使電壓的磁力線絕大部分集中在屏蔽層，不會進(jìn)入電纜內(nèi)部，從而避免電壓的傳遞。如果電纜沒有金屬屏蔽層時，將電纜內(nèi)備用纜芯接地，可起到同樣的效果。
　　3.3地電位差干擾的防范‘
　　二次設(shè)備接地地點正確選擇，是防止地電位差干擾的主要措施。變電站一般有以下幾套不同接地系統(tǒng)：
　　(1)電氣接地系統(tǒng)用于UPS和隔離變壓器屏蔽層接地，以防止電網(wǎng)雜波竄入系統(tǒng)。
　　(2)變電站室內(nèi)屏蔽和防靜電接地系統(tǒng)用于所內(nèi)屏蔽接地、防靜電系統(tǒng)接地和設(shè)備機箱外殼接地。
　　(3)變電站防雷接地系統(tǒng)用于防止雷擊等危害。
　　(4)控制系統(tǒng)專用地系統(tǒng)為二次設(shè)備專用的措施，不允許與其他任何設(shè)備相連，以免造成干擾。
　　上述四套接地系統(tǒng)絕對不允相互混用，在接地位置上要保證有一定安全距離。
　　3.4電源系統(tǒng)干擾的防范
　　對電源系統(tǒng)的干擾可采取以下的防范措施：
　　(1)要保證供電電壓波形穩(wěn)定，可使用UPS來穩(wěn)定工作電源，并盡可能使用變電站的直流電源，變電站的直流電源選擇紋波系數(shù)小的產(chǎn)品。
　　(2)應(yīng)采用隔離變壓器，隔離共模干擾，防止電網(wǎng)噪聲干擾竄入控制系統(tǒng)，或強雷電壓對裝置的損壞。
　　(3)使輸出回路盡可能短，以降低感應(yīng)噪聲，使用的電纜芯不能過小，減小壓降，或提高其工作電源。
　　3.5正確的施工工藝是抗干擾的重要手段
　　變電站二次設(shè)備的安裝應(yīng)注意以下幾點：
　　(1)正確安裝電纜的屏蔽層，采用帶屏蔽層的控制電纜。
　　(2)弱信號導(dǎo)線不得與強電導(dǎo)線共用一根電纜，盡可能將它們分開排放；交直流回路禁止共用同一根電纜，防止造成相互干擾。
　　(3)規(guī)范控制電纜的鋪設(shè)，變電站設(shè)計時應(yīng)考慮好電纜溝的走向，避免與電力電纜距離過近。
　　(4)為二次設(shè)備和二次電纜鋪設(shè)專用接地銅排構(gòu)造等電位面。
　　(5)電流互感器、電壓互感器的二次回路應(yīng)保證一點接地。
　　(6)電壓互感器回路應(yīng)相互獨立。
　　(7)可在信號輸入端加裝無源濾波器，削弱竄入的干擾信號。
　　(8)變電站的所有開關(guān)量的輸入和輸出觸點(跳閘出口和監(jiān)視信號)和數(shù)字量輸出(如串口)都應(yīng)采用光電隔離。
　　3.6軟件抗干擾措施
　　軟件抗干擾是指在軟件設(shè)計中采取針對性措施，防止竄入微機保護(hù)和控制裝置內(nèi)部的干擾信號。二次設(shè)備的軟件抗干擾就是把采集到二次設(shè)備的干擾信號用各種數(shù)字進(jìn)行濾波消除或削弱。數(shù)字濾波是通過程序?qū)崿F(xiàn)的，所以在設(shè)備選型時就應(yīng)該考慮，它無需增加硬件設(shè)備，只需修改一下軟件。
　　4結(jié)束語
　　綜上所述，由于變電站的特殊環(huán)境，高電壓的電場和大電流的磁場等眾多因素的存在，使變電站的二次設(shè)備受到各種各樣的干擾，沒有很好的預(yù)防措施，將常常引發(fā)保護(hù)誤動及產(chǎn)生大量的誤報，嚴(yán)重影響了變電站安全可靠運行。因此，了解各類干擾源，針對其不同的性質(zhì)采取相應(yīng)的抗干擾措施對變電站二次設(shè)備的穩(wěn)定運行至關(guān)重要，所以需要在實踐中不斷總結(jié)和實踐經(jīng)驗。