通过实例看倒闸操作产生的电磁干扰对电网运行的影响
尤卫华
摘要：本文讨论了电网高压设备在倒闸操作时产生的电磁干扰问题，并通过实际案例介绍了晶体管型保护装置的抗电磁干扰应用，同时提出了相应的解决方案。
关键词：电网倒闸操作电磁干扰应用案例
变电站的开关操作都会产生大量电磁暂态干扰，变电站的类型、电压，以及变电站开关的切换速度和类型等因素，决定着电磁暂态干扰的波形变化、幅值和次数，其特点是：与断路器相比，隔离开关切换所产生的暂态干扰的次数、幅值都比较大。其原因在于断路器的切换速度大于隔离开关的切换速度，断路器设置了很好的灭弧和限制振荡的措施。
暂态的相对幅值的变化一般都很大，而且从分闸到最后或刚开始合闸时为幅值变化的最大值。如果仅仅一次开关操作就引起较大的暂态干扰，这说明干扰量较大。切换暂态的主频率，其变化频率一般在几百kHz到几百MHz之间。变化频率与变电站电压等级往往成反比，其原因是电压等级较高的变电站一般尺寸都比较大，波的传播时间也长。耦合的效果随变化频率的增高而越发明显，某些由微处理器组成的设备，其敏感度还可能随着脉冲重复频率的增高而更加敏感。
一般来讲，变电站电压等级越高，暂态电磁干扰的幅值就越高，反之，电压等级越低，暂态电磁干扰幅值就越低，变电站电压等级越高，其引起的最大暂态电磁干扰的峰值就越高。因为过渡时，高压导线上发生的最大暂态幅值主要取决于其冲击阻抗及瞬时最大相对的系统电压，而二次回路中的电磁干扰既起源于暂态高压导线电流、电压，其相对幅值与变电站电压等级成正比。综上所述，变电站中针对开关操作引起的暂态电磁干扰常采取以下防护措施：
①虽然调快开关切换的速度不一定能够降低最大暂态的幅值，但其可能会有效减少电磁干扰量。
②一般来讲，二次电缆屏蔽层只在一端接地或根本不接地，都会造成部件损坏。一端接地的目的是防止电缆屏蔽层产生过多的环流，但在开关操作过程中若采取这种接地方式，屏蔽层上会产生较大的感应电压，而采取两端接地的方式，相对而言，感应电压就不会太大。
③改善电缆屏蔽。较好的屏蔽能够有效降低传递阻抗和传递阻抗耦合。同时，屏蔽层的接地方式也需要做一些改进。屏蔽层接地时，尽量使用屏蔽层的同轴端，或缩短与导线平行的引线，以免引线耦合。
④除了电缆屏蔽，还应该采用抗冲击保护设备，尤其是能与高压导线传导耦合的TV、TAV二次侧设备。
⑤要提升设备自身的抗干扰性能，就必须最大限度的减少设备拾取的干扰信号，使设备恢复正常运行。一般抗干扰的方法包括硬件抗干扰及软件抗干扰。
⑥我们一般通过以下方式来提升硬件抗干扰性能：
a布线时，不应设置过多的回路环，以防感应干扰过高。
b地线、电源线不宜过细，平时注意减小压降和耦合干扰。
c不宜悬空放置单片机闲置的I/O口，可接电源或接地，实时监控单片机的电源，可使整个电路的抗干扰性能大大提升。
d如果速度已达到了设计要求，则需降低单片机的晶振，并采用低速数字电路。
e选用优质、符合运行要求的元器件。
⑦软件抗干扰指的是在设计软件时，有目的的运用相应的措施，避免CPU的运算结果、开关指令受到窜入微机保护及控制装置内部的干扰信号的影响。
变电站综合自动化目前在国外已得到了较普遍的应用。由于电网综合自动化系统内部各个子系统都为低电平的弱电系统，高压设备在倒闸操作时电弧的熄灭和重燃，断路器合跳时发生的电磁干扰，由隔离开关切合空短线及空母线导致的高频振荡会产生大量电磁波，这些电磁波会利用电流互感器、电压互感器与相邻的二次回路发生耦合，由此产生干扰电压会传输至继电保护和安全自动装置的二次回路上；因为大部分干扰电磁波均为脉冲式干扰，而且可能造成继电保护、综自设备的电子及数字电路运行失常。如石家庄市某用户于2002年新建的10KV配电室投入运营后，在一个时间段内发生了3次送母联开关，跳1＃主变开关的现象，且每次掉牌都没有任何预警。每次都检查电缆开关柜、电缆和变压器，但并未发现接地、短路等问题，但每次掉牌时都和开关存在一定的联系，因此，可确定跳闸不是由短路引起的。
该用户变电站采用JGL型静态继电器作为1＃主变，这种继电器是由集成电路组成的电磁性GL继电器的替代品。CT二次电流通过I/V电源变换器为继电器提供工作电源，继电器是直流24V的中间继电器，中间继电器的接点直接与控制回路上的跳闸回路相连接，同时，这个用户变电站采用的是直流电磁开关柜，所以经分析后将跳闸的原因初步判定为，是在合闸操作过程中，对交系统和直流系统对该用户造成了干扰而致使保护动作失误。
一般情况下，用户配电室内的弹簧储能机构在合闸时只会产生几安培的冲击电流，不会过多影响直流系统的运行，而电磁机构在合闸时则会产生几十安培或上百安培冲击电流，就会干扰直流系统的正常运行，而且也会影响由集成电路组成的装置的运行，进而出现误跳闸的现象。
根据上述理论分析，结合现场试验发现：在开关操作的过程中，1＃变JGL出口中间继电器线圈两端存在9－11V的直流电压，而且与出口继电器的动作值相当接近，若干扰电压大于继电器的动作值，就可能引发1＃变开关的误动作。
此外，还要考虑一个问题：对于同一变电站的2＃变，和1＃主变采取同样的接线方式，其保护装置却不存在误动作现象。当2＃变JGL出口继电器线圈两端感应出的电压时，这个电压还不到6V，与1＃主变的感应电压相比要低很多，而且也大大缩短了干扰电压的持续时间。实验表明，1＃变压器开关柜中的JGL继电器与2＃变压器的继电器相比，抗干扰能力明显较低。
根据上述分析，建议这个用户按照以下方案对配电室作某些改进：
①更换1＃变压器开关柜中的JGL继电器。更换后实测了冲击试验时出口继電器线圈两端感应出的电压，测得电压值不超过6V的为合格。
②在变压器开关柜的跳闸回路中增加一个跳闸出口中间继电器，通过此中间继电器的固有动作时间来躲过干扰电压持续的时间。
实践证明，该用户按照上述方案，对变电站配电室进行改进后，有效避免了保护装置误动作等情况的发生。
随着配网自动化水平的提高，电气设备正常运行时的电磁干扰问题就日渐显现，这就要求配网自动化在设计、制造、施工、调试以及后来的运行过程中，要把防电磁干扰做为保证配网运行的重要课题，以提高电网运行的可靠性。
摘要：本文讨论了电网高压设备在倒闸操作时产生的电磁干扰问题，并通过实际案例介绍了晶体管型保护装置的抗电磁干扰应用，同时提出了相应的解决方案。
关键词：电网倒闸操作电磁干扰应用案例
变电站的开关操作都会产生大量电磁暂态干扰，变电站的类型、电压，以及变电站开关的切换速度和类型等因素，决定着电磁暂态干扰的波形变化、幅值和次数，其特点是：与断路器相比，隔离开关切换所产生的暂态干扰的次数、幅值都比较大。其原因在于断路器的切换速度大于隔离开关的切换速度，断路器设置了很好的灭弧和限制振荡的措施。
暂态的相对幅值的变化一般都很大，而且从分闸到最后或刚开始合闸时为幅值变化的最大值。如果仅仅一次开关操作就引起较大的暂态干扰，这说明干扰量较大。切换暂态的主频率，其变化频率一般在几百kHz到几百MHz之间。变化频率与变电站电压等级往往成反比，其原因是电压等级较高的变电站一般尺寸都比较大，波的传播时间也长。耦合的效果随变化频率的增高而越发明显，某些由微处理器组成的设备，其敏感度还可能随着脉冲重复频率的增高而更加敏感。
一般来讲，变电站电压等级越高，暂态电磁干扰的幅值就越高，反之，电压等级越低，暂态电磁干扰幅值就越低，变电站电压等级越高，其引起的最大暂态电磁干扰的峰值就越高。因为过渡时，高压导线上发生的最大暂态幅值主要取决于其冲击阻抗及瞬时最大相对的系统电压，而二次回路中的电磁干扰既起源于暂态高压导线电流、电压，其相对幅值与变电站电压等级成正比。综上所述，变电站中针对开关操作引起的暂态电磁干扰常采取以下防护措施：
①虽然调快开关切换的速度不一定能够降低最大暂态的幅值，但其可能会有效减少电磁干扰量。
②一般来讲，二次电缆屏蔽层只在一端接地或根本不接地，都会造成部件损坏。一端接地的目的是防止电缆屏蔽层产生过多的环流，但在开关操作过程中若采取这种接地方式，屏蔽层上会产生较大的感应电压，而采取两端接地的方式，相对而言，感应电压就不会太大。
③改善电缆屏蔽。较好的屏蔽能够有效降低传递阻抗和传递阻抗耦合。同时，屏蔽层的接地方式也需要做一些改进。屏蔽层接地时，尽量使用屏蔽层的同轴端，或缩短与导线平行的引线，以免引线耦合。
④除了电缆屏蔽，还应该采用抗冲击保护设备，尤其是能与高压导线传导耦合的TV、TAV二次侧设备。
⑤要提升设备自身的抗干扰性能，就必须最大限度的减少设备拾取的干扰信号，使设备恢复正常运行。一般抗干扰的方法包括硬件抗干扰及软件抗干扰。
⑥我们一般通过以下方式来提升硬件抗干扰性能：
a布线时，不应设置过多的回路环，以防感应干扰过高。
b地线、电源线不宜过细，平时注意减小压降和耦合干扰。
c不宜悬空放置单片机闲置的I/O口，可接电源或接地，实时监控单片机的电源，可使整个电路的抗干扰性能大大提升。
d如果速度已达到了设计要求，则需降低单片机的晶振，并采用低速数字电路。
e选用优质、符合运行要求的元器件。
⑦软件抗干扰指的是在设计软件时，有目的的运用相应的措施，避免CPU的运算结果、开关指令受到窜入微机保护及控制装置内部的干扰信号的影响。
变电站综合自动化目前在国外已得到了较普遍的应用。由于电网综合自动化系统内部各个子系统都为低电平的弱电系统，高压设备在倒闸操作时电弧的熄灭和重燃，断路器合跳时发生的电磁干扰，由隔离开关切合空短线及空母线导致的高频振荡会产生大量电磁波，这些电磁波会利用电流互感器、电压互感器与相邻的二次回路发生耦合，由此产生干扰电压会传输至继电保护和安全自动装置的二次回路上；因为大部分干扰电磁波均为脉冲式干扰，而且可能造成继电保护、综自设备的电子及数字电路运行失常。如石家庄市某用户于2002年新建的10KV配电室投入运营后，在一个时间段内发生了3次送母联开关，跳1＃主变开关的现象，且每次掉牌都没有任何预警。每次都检查电缆开关柜、电缆和变压器，但并未发现接地、短路等问题，但每次掉牌时都和开关存在一定的联系，因此，可确定跳闸不是由短路引起的。
该用户变电站采用JGL型静态继电器作为1＃主变，这种继电器是由集成电路组成的电磁性GL继电器的替代品。CT二次电流通过I/V电源变换器为继电器提供工作电源，继电器是直流24V的中间继电器，中间继电器的接点直接与控制回路上的跳闸回路相连接，同时，这个用户变电站采用的是直流电磁开关柜，所以经分析后将跳闸的原因初步判定为，是在合闸操作过程中，对交系统和直流系统对该用户造成了干扰而致使保护动作失误。
一般情况下，用户配电室内的弹簧储能机构在合闸时只会产生几安培的冲击电流，不会过多影响直流系统的运行，而电磁机构在合闸时则会产生几十安培或上百安培冲击电流，就会干扰直流系统的正常运行，而且也会影响由集成电路组成的装置的运行，进而出现误跳闸的现象。
根据上述理论分析，结合现场试验发现：在开关操作的过程中，1＃变JGL出口中间继电器线圈两端存在9－11V的直流电压，而且与出口继电器的动作值相当接近，若干扰电压大于继电器的动作值，就可能引发1＃变开关的误动作。
此外，还要考虑一个问题：对于同一变电站的2＃变，和1＃主变采取同样的接线方式，其保护装置却不存在误动作现象。当2＃变JGL出口继电器线圈两端感应出的电压时，这个电压还不到6V，与1＃主变的感应电压相比要低很多，而且也大大缩短了干扰电压的持续时间。实验表明，1＃变压器开关柜中的JGL继电器与2＃变压器的继电器相比，抗干扰能力明显较低。
根据上述分析，建议这个用户按照以下方案对配电室作某些改进：
①更换1＃变压器开关柜中的JGL继电器。更换后实测了冲击试验时出口继電器线圈两端感应出的电压，测得电压值不超过6V的为合格。
②在变压器开关柜的跳闸回路中增加一个跳闸出口中间继电器，通过此中间继电器的固有动作时间来躲过干扰电压持续的时间。
实践证明，该用户按照上述方案，对变电站配电室进行改进后，有效避免了保护装置误动作等情况的发生。
随着配网自动化水平的提高，电气设备正常运行时的电磁干扰问题就日渐显现，这就要求配网自动化在设计、制造、施工、调试以及后来的运行过程中，要把防电磁干扰做为保证配网运行的重要课题，以提高电网运行的可靠性。
