分散式布置变电站的二次设备抗干扰性研究.doc

分散式布置变电站的二次设备抗干扰性研究 摘要：继电保护设备直接安装在开关场地中，成为500kV变电所建设的一种发展趋势。目前全国采用保护下放到就地保护小室安装的已投运变电所有五十多个，为保证电力系统安全稳定运行，必须对变电站电磁干扰性质、传导方式、设备的电磁兼容性、抗干扰措施和效果等进行深入研究。分析了变电站及自动化设备的电磁环境，并根据实验结果对二次设备抗干扰措施等进行论证。 关键词：分散式布置变电站；电磁干扰；屏蔽；接地 500kV变电站具有电压高、容量大、控制对象多等特点。因此，对二次设备的自动化水平、可靠性、抗干扰性能要求更严格。二次设备的分散布置方式比二次设备集中布置方式更适合这种要求，并且计算机技术和通信技术的发展为变电站自动化水平的提高创造了有利条件。另一方面，由于二次设备下放后工作环境的恶劣，系统的可靠性和抗干扰问题变得更加突出。本文希望通过对变电站干扰源、传导途径、抗干扰措施的分析，为这种布置方式在后续工程中的设计和应用供作参考。 1.变电站的主要干扰源及其耦合方式 变电站在正常运行和故障情况下都易产生各种电磁干扰。主要有： (a)正常运行的一次设备；(b)雷电在高压母线的高频行波；(c)一次系统的短路故障及断路器或隔离开关操作引起的暂态过程；(d)局部放电；(e)二次回路自身干扰，如继电器触点断开电感元件引起暂态干扰电压；(f)无线电通信设备干扰。 电磁干扰途径可分为电场耦合、磁场耦合和电磁场辐射。其主要原因有： (a)电场干扰是由二次回路对地阻抗(共模阻抗)和一、二次回路间的耦合阻抗而加到二次回路的，达到一定程度会引起二次设备不正确动作或绝缘击穿； (b)磁场干扰是由于一、二次回路存在互感引起的，在二次回路产生干扰电压； (c)电磁波辐射干扰是一次系统产生的高频电磁波通过空间辐射形式传播到二次系统而形成差模或共模干扰； (d)公共阻抗耦合是当雷击或短路电流流入地网时，尽管地网电阻很小，但毕竟不为零，因而使地电位升高，且各点电位也不同，造成对二次设备干扰和不正确动作。 2.不同布置方式变电站特点 500kV变电站二次设备布置方式，有集中布置和分散布置两种。集中布置是将变电站中所有的控制、保护和自动装置都集中在主控室内。分散布置是将继电保护、测控装置等二次设备按电压等级分散布置到各配电装置的分控室内。分散布置与集中布置变电站的优、缺点见表1。 3.变电站电磁兼容环境分析 3.1二次设备抗干扰性能指标及试验 控制和保护设备的抗骚扰性能是保证电力系统安全可靠运行的重要条件，保护下放则对控制和保护设备的抗骚性能提出了更高的要求。分散布置的二次设备不仅要求制造质量好，年运行率高，还需达到相应的电气设备电磁兼容性国际标准。对应于变电所的电磁骚扰现象，经国家经贸委2000.11.03批准，DL/Z713-2000《500kV变电所保护和控制设备抗扰度要求》已作为电力行业编制指导性技术文件执行，表2为抗扰度试验项目和试验等级。 注：信号线包括电压信号、电流信号、网络线、四遥线等. 在以上的标准中，Ⅳ级快速瞬变干扰是较主要的一项。根据国际国内类似布置变电站运行经验证明，达到上述标准的二次设备是满足分散布置电磁兼容性要求的，不致因干扰而误动作。 3.2分散布置变电站二次设备抗干扰措施 (1)二次设备的工作电源 保护、测控装置的工作电源大部分是从电网中交流220V交换为直流供电，而电网的噪声就有可能通过电源电路干扰装置内部电子电路，因此抑制电源的干扰是二次设备稳定可靠运行的基本前提。抑制电源干扰措施为： (a)采用宽工作电压范围并有隔离作用的开关电源，以提高抗电网电压跌落能力； (b)采用TVP(TransientVoltageSuppressor)抑制尖峰和浪涌干扰； (c)采用电源滤波器抑制高频干扰； (d)分布式供电结构(DistributePowerArchitecture-DPA)具有二次稳压效果，兼有线路滤波作用。 (2)测控、保护设备的本体电磁兼容性设计 (a)采用低功耗、工作电压范围宽、噪声容限高的芯片及总线不出芯片技术； (b)模拟量输入回路、开入/开出回路及通信接口采用光电耦合器件隔离； (c)CPU冗余设计； (d)印刷电路板抗干扰设计； (e)采用设备接地及屏蔽措施。 (3)分控室及与主控空间二次线路的抗干扰措施 (a)二次电缆屏蔽层接地，特别是两端接地对电磁场高频干扰很有效。对于传输敏感信号的二次电缆，选择双层屏蔽电缆，且外屏蔽层两点接地，内屏蔽层一点接地。在干扰严重的地方采用光纤； (b)采取均衡地电位、分流等措施。沿电缆沟铺设并联接地导体后可减少50%～90%的感应电压； (c)分控室采用六面屏蔽措施以抵御电磁辐射干扰，尽量减少屏蔽缺口。采用以上措施后，屏蔽效能远高于40dB的要求； (