變電站自動化系統(tǒng)防雷及抗干擾措施

1、變電站自動化系統(tǒng)防雷及抗干擾措施2006-9-21 9:40:13摘  要文章探討了變電站中的各種干擾對自動化系統(tǒng)的影響和破壞，分析了干擾產(chǎn)生的原因和危害，提出解決系統(tǒng)抗干擾有效措施，從而達到抑制干擾的目的。對自動化系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行起到極其重要的作用。 關(guān)鍵詞 變電站抗干擾屏蔽 浪涌保護 光電隔離 隨著科學(xué)技術(shù)的進步和電力體制改革的不斷深化，變電自動化技術(shù)得到越來越快的發(fā)展，從電磁型保護到晶體管保護，再發(fā)展到微機型保護，以及變電綜合自動化裝置大多數(shù)實現(xiàn)了微機自動控制。它們以通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，把各種繼電保護裝置、自動裝置、RTU（遠程終端）和調(diào)度端連接起來，使變電站實現(xiàn)高質(zhì)量、高速度

2、、高靈活性和低成本的生產(chǎn)管理。但由于變電站的特殊環(huán)境，如強電磁場、雷電等眾多因素的影響，使變電站的自動化系統(tǒng)受到各種各樣的干擾，為提高其運行的安全和工作的可靠性，應(yīng)根據(jù)不同的干擾源，采取相應(yīng)的防雷及抗干擾措施。 1變電所內(nèi)電磁干擾來源、傳輸途徑和信號模式1.1電磁干擾的來源電力系統(tǒng)的電磁干擾源有外部干擾和內(nèi)部干擾兩個方面。外部干擾包括了高壓開關(guān)操作、雷電、短路故障、電暈放電、高電壓大電流的電纜和設(shè)備向周圍輻射電磁波、高頻載波、對講機等輻射干擾源，及附近電臺、通信等產(chǎn)生的電磁干擾、靜電放電等。內(nèi)部干擾是由自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、元件布置和生產(chǎn)工藝等決定的。主要有雜散電感、電容引起的不同信號感應(yīng)，長線傳

3、輸造成的波反射、寄生振蕩和尖峰信號引起的干擾等。但是，不論是內(nèi)部還是外部干擾，它們都具有相同的物理特性，所以消除和抑制的措施基本是相同的。1.2 電磁干擾的傳輸途徑可分為兩大類：傳導(dǎo)干擾和輻射干擾。傳導(dǎo)干擾是通過干擾源和被干擾設(shè)備之間的公共阻抗進行傳播的，輻射干擾是通過電磁波進行傳播的。兩者之間會相互轉(zhuǎn)換，輻射干擾經(jīng)過導(dǎo)線可轉(zhuǎn)換成傳導(dǎo)干擾，傳導(dǎo)干擾又可通過導(dǎo)線形成輻射干擾。例如雷電泄放即為這一相互轉(zhuǎn)換的典型過程，如圖1所示圖1 雷電通過耦合侵入導(dǎo)線回路1.3 電磁干擾的信號模式電磁干擾信號按其出現(xiàn)的方式，可分成兩種模式：差模干擾和共模干擾。以串聯(lián)的方式出現(xiàn)在信號源回路之中的干擾信號稱為差模干擾

4、，主要是由長線路傳輸?shù)幕ジ旭詈纤?。而共模干擾則是由網(wǎng)絡(luò)對地電位發(fā)生變化而引起的干擾，共模干擾有時也稱為對地干擾，它是造成自動化裝置不能正常工作的主要原因。2 自動化系統(tǒng)防雷及抗干擾措施（1） 正確接地與屏蔽對于微機保護裝置、自動化控制系統(tǒng)的通信信號線最好采用帶屏蔽層的雙絞屏蔽電纜，應(yīng)盡可能與強電導(dǎo)線分開排放，并且保證電纜屏蔽層接地始終只有一點。因為變電站自動化系統(tǒng)裝置既有模擬電路又有數(shù)字電路，因此數(shù)字地與模擬地必須要分開，最后只在一點相連，如果兩者不分，則會互相干擾，嚴(yán)重時還會損壞設(shè)備。（2） 加裝浪涌保護器變電站的開關(guān)操作、靜電放電和閃電放電產(chǎn)生的瞬態(tài)浪涌過電壓將會對設(shè)備造成物理上的摧毀或

5、加速老化。 圖2 浪涌保護器原理圖對浪涌的防護方法主要是加裝浪涌保護器。浪涌保護器是采用等電位的原理，提前將浪涌電流泄放入地，典型原理如圖2所示。當(dāng)過電壓出現(xiàn)時，瞬變電壓抑制二極管（TVS）作為速度最快的元件首先動作，開始泄放電流，并將輸出鉗位在其截止電壓上，有效地防止了過電壓對設(shè)備的損害。當(dāng)加在TVS上的放電電流隨著幅值的上升而使充氣式放電器（GDT）兩端電壓超過其點火電壓UG(即US+UUG)時，GDT動作，也開始泄放電流。此時GDT呈低阻狀態(tài)，兩端僅有10至30伏的電弧電壓，因此可以避免因過電壓持續(xù)時間較長而將TVS燒毀。浪涌保護器除了使用氣體放電管（GDT）、瞬變電壓抑制二極管（TVS

6、）構(gòu)成以外，有時也會用到壓敏電阻（MOV）、齊納二極管（ZENA）、金屬間隙等元件。所有這些元器件都有各自特殊的優(yōu)點，為了起到最佳的作用，可以通過對這些元件進行相互調(diào)整配合來組建相應(yīng)的保護電路。壓敏電阻（MOV）、瞬變電壓抑制二極管（TVS）及氣體放電管（GDT）的特性曲線圖分別如圖35所示。圖3 壓敏電阻的特征曲線圖4 瞬變電壓抑制二極管特征曲線圖5 充氣式放電器的特性曲線（3） 加裝光電隔離器對于RS-232、RS-485以及CAN等數(shù)據(jù)通訊接口的防雷和抗干擾，加裝光電隔離器也是個不錯的方法。它可以將自動化系統(tǒng)與各種傳感器、開關(guān)、執(zhí)行機構(gòu)從電氣上隔離開來，使很大一部分干擾被阻擋。對應(yīng)于RS

7、-485、RS-232及CAN接口的光電隔離器接線或原理圖分別如圖67所示。圖6 RS-485通訊口光電隔離器原理圖圖7 RS-232通訊口光電隔離器接線圖（設(shè)備端口為DB9）圖8 CAN通訊口光電隔離器原理圖（4） 其他抗干擾措施A、選用抗干擾性能好的設(shè)備選用抗干擾性能好的設(shè)備可以從根本上解決干擾問題。例如可以用帶光電隔離的長線收發(fā)器取代傳送RS-232數(shù)字信號的調(diào)制解調(diào)器。調(diào)制解調(diào)器的輸入輸出元件一般采用音頻變壓器。這種音頻變壓器可以實現(xiàn)低頻和直流信號電氣隔離，對高頻率信號卻無能為力，而干擾信號（比如雷電）對設(shè)備的影響一般都表現(xiàn)為一種高頻雜波，因此調(diào)制解調(diào)器的防雷、抗干擾性能很差。帶光電隔

8、離的長線收發(fā)器可以實現(xiàn)所有信號的電氣隔離，因此用它取代調(diào)制解調(diào)器后可以大大提高抗干擾及抗雷擊能力。B、合理布置自動化設(shè)備安裝位置現(xiàn)在大多數(shù)RTU子站（或一體化微機保護裝置等）都安裝在高壓室的開關(guān)柜上，“四遙”信息通過一根由高壓室接到主控室的通信電纜，以RS-485等接口方式與RTU（或通信管理機等）進行傳送。因此電纜很容易受到來自開關(guān)操作、電力負荷波動以及強電電纜產(chǎn)生的電磁場干擾，這些干擾輕則增大“四遙”信息的誤碼率，重則會使RS-485等接口損壞。另外，高壓室內(nèi)的溫度在夏天時較高，RTU子站（或一體化微機保護裝置等）內(nèi)部因熱量而產(chǎn)生的噪聲干擾不容忽視。針對以上問題，可以將RTU子站（或一體化微機保護裝置等）在主控室集中組屏，這樣不僅能減少各種干擾源（包括溫度）對裝置的影響，改善設(shè)備的運行環(huán)境，還能方便檢修、試驗人員對裝置的年檢預(yù)試工作。3結(jié)語總體來說，自動化系統(tǒng)的抗干擾及防雷不是簡單的避雷、抗干擾設(shè)備的安裝和堆砌，而是一項要求高、難度大的系統(tǒng)工程，涉及多方面的因素。因此在自動化系統(tǒng)的防雷及抗干擾實施過程中一定要從現(xiàn)場實際出發(fā)，本著經(jīng)濟、實用、高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求、高起點、高可靠性的原則進行，嚴(yán)格遵照國家和行