发电厂升压站电磁干扰及二次抗干扰的分析研究

　　摘要：集成电路及微机保护'>微机保护的应用越来越广泛，电磁干扰'>电磁干扰对二次回路的影响已经不可忽视。本文针对发电厂升压站一次设备对二次回路的干扰进行了分析和研究，阐述干扰产生的来源，并提出相应有效的措施，从而达到抑制外部干扰的目的。

　　1 前言

　　随着计算机的发展，变电自动化技术得到越来越快的发展，从自动跟踪消弧线圈，到微机保护'>微机保护，以及变电综合自动化装置,大多实现了微机自动控制。固然这些控制保护设备功能强、体积小，但对外界电磁干扰的敏感性远大于传统设备，发电厂升压站的一次高压设备与二次设备很集中，丈量、控制、通讯及保护回路电缆不但在一起排列，而且还要穿越高压设备区，这些回路及控制保护设备极易受到干扰。因此，有必要对升压站电磁干扰加以分析，总结抗干扰经验，逐渐达到升压站电磁兼容的要求。

　　2 干扰来源

　　电磁干扰主要有二种类型：一是磁场干扰，二是电容耦合干扰。

　　2.1 磁场干扰

　　由于发电厂升压站一次设备中一般通过的通常是交流电，因此它将在二次回路敷设空间产生交变磁场，由于磁场的变化，它就会在二次回路中产生交变的感应电压。如图1所示。设L0为一次线路，L2为二次电缆，Lm为电缆屏蔽层，I0为一次电路的电流值，M20为一次线路与二次电缆芯线的互感，ω为I0的角频率，Mm0为一次回路与电缆屏蔽层的互感。当屏蔽层两端不接的时，I0对电缆芯产生的干扰电压E2为:

　　E2=-jωM20I0=-jωMm0I0 (1)

　　由式(1)可知，干扰电压的大小由Mm0(或M20)的大小决定，即由一次设备与二次回路的相互空间位置来决定。

　　2.2 电容耦合干扰

　　由于一次设备载流体对二次回路间存在有电容，如电压互感器和电流互感器高低压线圈之间的电容，电容式电压互感器的中间变压器两线圈之间的电容以及高压母线与二次回路之间的寄生电容等等，因此一次设备对二次电缆产生电容干扰，如图2所示。设U1为一次设备带电体电压; C1a为一次设备与二次电缆间的电容; Caa为二次电缆对地电容; ω为频率; Ua为由电容耦合在电缆芯上产生的电压。则得:

　　Ua=U1C1a/(Caa+C1a) (2)

　　因Caa>C1a，故(2)式变为:

　　Ua=U1C1a/Caa (3)

　　2.3 干扰电压源

　　下面就二次回路干扰电压源作些探讨。

　　二次回路中的干扰电压主要来源于一次回路和二次回路本身。一次回路遭受雷击、短路、断路器或隔离开关操纵时，产生的突变电流都会对二次回路产生严重干扰。而二次回路的继电器或接触器动作，或380/220V交流电也会对弱电回路产生严重的干扰。此外，无线电也会对二次设备特别是集成电路型保护装置产生干扰。

　　一次回路中的干扰电压主要通过以下几个途径作用于二次回路:

　　(1)一次设备和二次设备之间的静电耦合，包括一次母线和二次电缆间的静电耦合及互感器一次绕组和二次绕组之间的静电耦合。

　　(2)一次回路和二次回路间的电磁耦合，包括一次母线和二次回路及互感器一次绕组和二次绕组之间的电磁耦合。

　　(3)当一次系统发生接地短路或遭受雷击而使避雷器动作时，会有很大的电流流进发电厂升压站的接点网，产生所谓的“反击电压”，这一电位差将对二次回路产生干扰。

　　3 抗干扰措施

　　要抑制以上几种一次回路的干扰电压，可采取以下措施: 增大耦合阻抗; 充分利用自然屏蔽物; 减小互感阻抗; 采用静电屏蔽; 采用电磁屏蔽。下面就二次回路采用屏蔽电缆'>屏蔽电缆进行抗干扰作些讨论。

　　3.1 屏蔽层一端接地

　　3.1.1 屏蔽电缆在一次被控设备处接地，在计算机控制系统处悬空

　　屏蔽电缆的屏蔽层在一次被控设备处接地，在微机控制器处悬空的接线如图(3)所示，其等值电路如图(4)所示。

　　设被控设备的接地电阻为Rb，当从被控设备处有接地电流Ib流进大地时，这时在电阻Rb上产生压降，这个压降同时加在屏蔽电缆的屏蔽层对芯线电容C1和芯线与计算机各器件对地的杂散电容C2上，那么

　　Ub=U1+U2

　　由于C1和C2是串联的，电容上所分配的电压与电容的大小成反比，即

　　U1/U2=C2/C1

　　式中 Rb 设备接地电阻

　　C1 电缆芯线对屏蔽层电容

　　C2 计算机器件对地杂散电容

　　即电容量小时分压大，电容量大时分压小，因C1>C2,故屏蔽层对芯线的电容量远远大于计算机器件对地的杂散电容，此时有

　　U1=U2×C2/C1=Ub×C2/C1/(1+C2/C1)=Ub/(1+1/C2/C1)≈0

　　U2=Ub/(1+C2/C1)=Ub

　　即升高的电位通过电容的耦合，几乎全部加到计算机的内部器件对地之间，对计算机控制系统构成了很大的威胁。在计算机控制系统中不能使用此种接地方式，由于这样接地方式会把地网的局部电位升高引进到计算机内部打坏芯片。

　　3.1.2 屏蔽电缆在一次被控设备处悬空，在计算机控制器处接地

　　如图(5)所示，这时如被控的一次设备有接地电流通过接地电阻Rb进地，由于屏蔽电缆的屏蔽层在此点悬空只要Rb上的电压不足以高到向电缆反击，那么这个升高的电位就不会被引到计算机控制系统内。

　　但这种接地方式主要是防止反击题目，这就要求被控设备的接地电阻要小，与地网的连接要就近连接，以限制反击电压。

　　关于微机控制系统的电源要采用隔离变压器进行隔离，并应采取一系列的措施以防止各种干扰，如谐波干扰、雷电干扰和地电位干扰，特别是地网的均压要可靠，以保证控制系统可靠运行。

　　3.2 屏蔽层两端接地

　　理论分析表明，采用屏蔽层两端接地对减少磁场感应电压的效果是明显的。对于电容耦合干扰，由于电缆屏蔽层接地，这时式(3)中的对地电容Caa就变成了芯线与屏蔽层的电容值，该值较屏蔽层不接地时芯线的对地电容有较大的进步，因此根据(3)式计算出的电容耦合干扰也大大降低，可见屏蔽层接地将减少一次设备对电缆芯线的电容耦合干扰。

　　3.3 屏蔽层两端多点接地

　　屏蔽层两端多点接地，使电缆的屏蔽层与接地网构成闭合回路，干扰磁通在这一闭合回路中感应出的电流可产生反向磁通，从而减弱了干扰磁通对芯线的影响。

　　在实际施工中，控制电缆采用多点接地有困难，通常采用控制电缆屏蔽层两端接地，既控制电缆屏蔽层在开关场与控制室两端接地。

　　4 施工中应留意的抗干扰题目

　　设备选型时要选符合电磁兼容要求的设备，在设备布置时要充分利用发电厂升压站中的自然屏蔽物，想法增大一、二次系统的耦合阻抗。对易受电磁干扰的薄弱环节预先采取措施，如设备电磁屏蔽物，敷设屏蔽电缆，电缆走向尽量与一次载流垂直。同一回路的电缆芯应安排在一根电缆之间，有条件时信号输进采用双绞线。不但交直流不能共用一根电缆，而且不同电平的回路也不宜安排在同一根电缆内。

　　5 结束语

　　以上分析可以看出屏蔽电缆的接地是施工中保证质量、防止继电保护误动的一个重要环节。此外，还应留意，保护屏各行下应敷设不小于100mm2的铜排作为屏蔽电缆的接地连接点，用不小于50mm2软铜线将保护屏内接地铜排与100mm2的接地铜排用螺栓或铜焊连接，接地铜排的首末端必须用铜焊连接好，形成闭环回路，还应与控制室地网相连接。同时专用接地铜排应敷设到户外端子箱处，与端子箱接地铜排可靠连接。