(电气工程专业论文)变电站综合自动化抗干扰与接地技术研究.pdf_第1页
(电气工程专业论文)变电站综合自动化抗干扰与接地技术研究.pdf_第2页
(电气工程专业论文)变电站综合自动化抗干扰与接地技术研究.pdf_第3页
(电气工程专业论文)变电站综合自动化抗干扰与接地技术研究.pdf_第4页
(电气工程专业论文)变电站综合自动化抗干扰与接地技术研究.pdf_第5页
已阅读5页,还剩46页未读 继续免费阅读

(电气工程专业论文)变电站综合自动化抗干扰与接地技术研究.pdf.pdf 免费下载

版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领

文档简介

山东大学工程硕士学位论文 a b s t r a ct w i t hd e v e l o p m e n to fc h i n a sp o w e rg r i d s ,m o r ea n dm o r ei m p o r t a n c eh a s b e e na t t a c h e dt os a f ea n dr e l i a b l eo p e r a t i o no fs u b s t a t i o n s v a r i o u s i n t e r f e r e n c e si ns u b s t a t i o n sw i l l b e ,i n e v i t a b l y ,l e d i n t ot h e s e c o n d a r y e q u i p m e n tv i ai n d u c t i o n ,c o n d u c t i o n ,r a d i a t i o na n do t h e rm e a n s i nc a s et h e i n t e r f e r e n c el e v e lg o e sb e y o n dt h ew i t h s t a n d i n gc a p a b i l i t yo fs u c he q u i p m e n t , t h e i ri n c o r r e c to p e r a t i o n sm a yr e s u l t ,w h i l et h eq u a l i t yo fs u b s t a t i o ng r o u n d i n g s y s t e mc a nh a v eag r e a ti n f l u e n c eo ne l i m i n a t i n gi n t e r f e r e n c e i nt h ee v e n to f s y s t e mf a u l t ,i n t e r f e r e n c em a yc a u s ei n c o r r e c to p e r a t i o no fs u c he q u i p m e n t , w h i c hm a yd i r e c t l yi n f l u e n c et h es e c u r i t ya n dr e l i a b i l i t yo fs y s t e m ,a n dm a y h a v eav e r ys e v e r ec o n s e q u e n c e w i t ha p p l i c a t i o no fs u b s t a t i o ni n t e g r a t e d a u t o m a t i o ne q u i p m e n t ,t h eu n a t t e n d e do p e r a t i o nh a sb e e nm a d ep o s s i b l e a t p r e s e n t ,t h es u b s t a t i o n so ft h i sk i n da r ei n c r e a s i n g l yd e v e l o p i n g ,a n dt oe n s u r e t h es m o o t hc o m m u n i c a t i o nf o rt h es u b s t a t i o n so ft h i sk i n dh a sb e c o m et h e i s s u et h a ts h o u l dn o tb en e g l e c t e d t os t u d ya n ds o l v et h ei s s u eo fr e s i s t a n c et oi n t e r f e r e n c eo fi n t e g r a t e d a u t o m a t i o ns y s t e mf o c u s e so nt w op o i n t s :o n ei st of o r m u l a t et h ec r i t e r i o no f a n t i - i n t e r f e r e n c el e v e lo fp r o d u c t s ,a n dp u te m p h a s i so ns t u d y i n gt h es t a n d a r d t e s tm e t h o d sa n dr e l e v a n tf a c i l i t i e so fv a r i o u si n t e r f e r e n c ep e r f o r m a n c e s , w h i c hc a nr e c u ru n d e rt h ec o n d i t i o no ft e s t i n gl a b o r a t o r y ,a n dm a yb e e n c o u n t e r e di na c t u a l o p e r a t i o n s t h eo t h e ri s t o a c t u a l l ym e a s u r et h e e l e c t r o m a g n e t i cf i e l ds t r e n g t hu n d e rd i f f e r e n tc o n d i t i o n so fr e a lo p e r a t i o n s , t h el e v e l sa n dp e r f o r m a n c e so fi n t e r f e r e n c e sl e di n t ot h es e c o n d a r ye q u i p m e n t , a s s e s st h ep o s s i b l em a xi n t e r f e r e n c ev a l u e ,s e e ka n de v a l u a t et h ep r a c t i c a b l e a n df e a s i b l et e c h n i c a lm e a s u r e sa v a i l a b l et or e d u c et h ei n t e r f e r e n c e1 e v e l t h e r e f o r e ,i ti su n a v o i d a b l ea n di n d i s p e n s a b l et ot a k ea na p p r o a c ht ot h e p r o b l e mo fi n t e r f e r e n c eo fi n t e g r a t e da u t o m a t i o ns y s t e m ,p r o t e c t i v ed e v i c e s , s a f ea n da u t o m a t i o nd e v i c e s ,a sw e l la st h eg r o u n d i n go fs e c o n d a r ys y s t e m 山东大学工程硕士学位论文 b a s e do nt h ed e t a i l e da n a l y s i so ni n t e r f e r e n c et y p ea n dm e t h o do fi n t e g r a t e d a u t o m a t i o n s u b s t a t i o n ,t h i s t h e s i sh a sp u tf o r w a r dt h e c o 玎e s p o n d i n g a n t i i n t e r f e r e n c ep r o p o s a la i m i n ga tt h ep r a c t i c a ls i t u a t i o ni nf i e l d k e y w o r d s :s u b s t a t i o ni n t e g r a t e da u t o m a t i o ns y s t e m ;i n t e r f e r e n c e ; g r o u n d i n g 原创性声明 本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下, 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究作出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方 式标明。本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名:乞砸日期:二逸乏在监l 关于学位论文使用授权的声明 本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印刷 件和电子版,允许论文被查阅和借阅;本人授权山东大学可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采 用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名:磊觚导师签名: 日期:冽 山东大学工程硕士学位论文 第一章引言 1 1变电站综合自动化系统中干扰的来源 变电站综合自动化系统运行中,电力系统发生短路故障,变电站内进 行一次系统的操作,变电站遭遇雷击时的雷电流通过架空线路传入变电站 的母线,运行、检修人员使用步话机,以及由于各种原因产生的静电放电, 现场使用一些不符合电磁兼容标准的试验仪器和和电子设备,当然也有微 机型继电保护装置及二次回路自身原因形成的干扰等,都构成影响继电保 护及安全自动装置安全可靠工作的干扰源。 1 2变电站综合自动化系统中干扰的危害 这些干扰不可避免地通过感应、传导和辐射等各种途径引入到二次设 备中,当干扰水平超过了这些电子设备的耐受能力时,将导致这些设备不 正确动作。更重要的是在系统发生故障情况下,这些重要的设备将因干扰 的影响发生不正确动作行为,直接影响到系统的安全稳定,其后果将可能 是十分严重的。因此,解决微机型监控系统和保护及安全自动装置的抗干 扰问题就成了一个不可回避和不容忽视的重要问题。 随着综合自动化系统的应用,使变电站无人值守成为可能,并得到广 泛的应用。这样,综自系统通讯的可靠性日益显现出其重要性,干扰的引 入会导致通讯系统工作不正常、信号误报或整体通讯瘫痪,变电站失去相 应的监控,极大影响变电站综自系统的运行。 1 3消除或削弱干扰影响的措施 为了继电保护及安全自动装置能安全、可靠地运行,一是要求继电保 护及安全自动装置应具有必要的耐受干扰能力,同时这些装置自身也不应 对周边电子设备产生不能允许的干扰,这就是所谓应当具有电磁兼容性。 另一方面是应该保证引入到这些装置的干扰必须低于装置本身可以耐受的 水平。也就是说制造部门应研制生产出更高标准的抗干扰水平的产品,而 l 山东大学工程硕士学位论文 设计、安装和运行部门则应为进入运行现场的这些设备提供良好的运行环 境和合适的二次回路设计、施工与检修,以及相应合理的运行管理工作。 两者相辅相成,缺一不可。 研究和解决微机型继电保护装置抗干扰问题的重点也集中在两个方 面,一是制订产品的抗干扰水平的标准,并着重研究在试验室条件下可以 重现的适应于各种实际可能遭遇到的干扰特性的标准试验方法及其相应设 施。另一方面是实际测定在各种真实运行条件下变电站的电磁场强度和引 入到二次设备的干扰的水平和特性,并对可能产生最大干扰值进行评估, 同时找寻与评价各种降低干扰水平的切实可行的技术措施。 1 4 本文主要工作 本文针对变电站现场所能出现的工频干扰、隔离刀闸操作产生干扰、 断路器操作干扰、雷击干扰、辐射干扰、静电放电干扰、直流冲击干扰等 常见电磁干扰源的机理进行分析,提出一定抑制电磁干扰源的措施的方案。 另外对现场的接地种类和方式进行汇总讨论,详细阐述接地抗干扰、滤波 抗干扰及屏蔽抗干扰等常见抗干扰措施,通过对各种抗干扰措施机理和作 用的分析,本论文分析在不同环境中需要采取的抗干扰措施。最后,东方 电子做综合自动化已经十多年,期间因为装置受干扰和接地不好引起的通 讯瘫痪和装置故障有很多,总结了大量的经验教训。随着综自系统的日益 完善,现场安装时对变电站抗干扰和接地提出了一些具体的要求,保证现 场安全运行。针对以上情况,本论文主要从事以下三个方面的工作: 2 1 4 1 针对综合自动化变电站所处环境,广泛分析综自设备所受的干扰类 型和接地要点; 1 4 2 吸取前人研究成果,详细分析目前使用的微机型综合自动化系统所 遭受的干扰对保护及通讯方面的影响; 1 4 3 结合现场运行实际情况,通过一定的案例,对干扰的消除措施,重 点对接地技术对消除干扰的措施进行总结,提出具体的解决方案, 山东大学工程硕士学位论文 保障综合自动化系统的可靠运行。 山东大学工程硕士学位论文 2 1 工频干扰 第二章综自系统干扰来源以及危害 当在变电站外部系统发生了接地故障,变电站中中性点接地的电力变 压器将通过相应的中性点电流,如图2 1 所示。由于在有效接地系统中发 生了接地故障,使变电站地网中和地中通过了接地故障电流产生。 地 图2 1 接地故障变压器中性点电流 这一中性点电流通过地网分布,大部分流入大地中回到故障点,另一 小部分则经地网通过接到变电站地网上的送电线路接地屏蔽线也回到故障 点,就产生了5 0 h z 工频的干扰并由此产生了以下效应: 4 1 ) 变电站的大部分入地电流,通过地网接地阻抗,使接地短路发生后 的变电站地网电位高于大地电位,其值决定于接地电阻及入地电流 大小。地网电位与大地电位不一致,还对变电站外部引入变电站的 通信线及继电保护用导引线带来严重问题。 2 ) 分布的接地电流通过并不是一个等电位平面的接地网而产生电位 差,从而在地网的不同点间引起了工频地电位差。国际大电网会议 3 6 0 4 工作组的报告则指出:“在同一网格状地网系统的变电站内, 每一千安故障电流在完全位于同一地网范围内的最大期望纵向电 压为1 0 v 。 山东大学工程硕士学位论文 事故统计分析表明:接地短路时的工频电位差,对二次设备的安全性 和可靠性形成威胁,也曾对继电保护的正确动作产生过严重影响。应该看 到,国际大电网会议3 6 0 4 工作组的报告的数据主要来自于美、加和西欧, 而这些国家的电力系统接地网普遍使用铜材。而我国则大部分使用铁材, 其电阻值的增加将有可能导致更高的过电压。由此可知: a ) 地电位差与电压等级、短路电流水平有关,电压等级高、短路电流 大的变电站将会遇到更高幅值的地电位差,安装在这些变电站的微 机型继电保护及安全自动装置将面临着更为严重的电磁干扰。 b ) 按国内相关技术标准规定,1 1 0 - 5 0 0 k v 变电站的接地电阻值不得 大于0 5 q 。根据故障电的入地电流值,即可求得最高地网电位升幅 度。在计算入地电流时,还应当计及短路电流可能全偏移的情况, 即最大峰值电压应取为计算地网电位升的2 8 倍。 c ) 按在同一网格状地网系统的变电站内,每一千安故障电流在完全位 于同一地网范围内的最大期望纵向电压为i o v 的结论来看,使用铁 质的接地网将可能产生更高的地电位差。 d ) 如果计及短路故障电流中暂态的直流和交流分量时,地网对所流过 的暂态高次分量将呈现高阻抗而产生很高的暂态地电位升和地电 位差。 2 2 隔离刀闸操作 隔离刀闸带电操作( 合上或断开) 空母线或短线段,是对变电站中二 次回路及二次联接设备产生高强度干扰的重要来源之一,隔离刀闸在操作 时呈如下特性: 1 ) 隔离刀闸分、合电容性负载, 2 ) 向电容合闸时的特性曲线非常接近于断开情况的逆过程, 5 山东大学工程硕士学位论文 3 ) 当隔离刀闸断开电容负荷时,负荷侧电压以阶梯方式随电源侧电压 变化。 隔离刀闸带电操作空母线引起的暂态过程见图2 2 。 1 5 p u 残留电荷 l 尚殳, 矿宁vv 可vv 可fuvv1 | c j 可1 1 0 b aa b l j “ u 二一, 矗 恿只al vv vvvv l j rvfv 乌a 箭a 翻f 3 9a 痢角尚内0 角1 5 p 翩 铲vv ¥可v 咎可vv 汀亨p 糊v 图2 2 隔离刀闸操作过程中的负荷侧与电源侧电压 当隔离刀闸的两触点逐渐接近时,触点间的电场强度也随之增大,直 到发生闪络。由于隔离刀闸的合闸速度缓慢,第次闪络差不多总是发生 在工频电压最大值的附近;如果取闪络瞬间跨过隔离刀闸触点问的电压为 6 d n “厶 n 山东大学工程硕士学位论文 u ,当发生闪络时,电流将通过隔离刀闸触点向电容迅速充电。当电容充 满电压时,隔离刀闸触点间电压变为零,触点间的回路自然开断,但其后 隔离刀闸电源侧的触点电位将继续随电源的工频电压而变化,跨过隔离刀 闸触点间的电压又因而随之增大,逐渐地,隔离刀闸的负载侧触点电位与 电源侧触点电位倒换了极性。当触点间电压增大到大于触点间隙的击穿电 压时,大约在电源电压刚刚过零不久时,开关触点间隙第二次被击穿。 由于隔离刀闸触点的结构不对称,不同极性有不同的间隙击穿电压。 一般地说,第一次闪络大多发生在可动触点处于相对负极性的时刻,从而 第二次闪络电压往往高于第一次闪络电压。当隔离刀闸触点间隙逐步靠近, 触点间的闪络电压也随而逐步降低,每一工频周波的再击穿次数也随之增 多,每一步的网络电压幅值也愈来愈小。所以,当合闸继续进行时,所产 生的过电压严重性将迅速降低,参见图2 2 ( b ) 。 隔离刀闸由合间状态转为分间状态时的过程特性,几乎是上述全过程 的倒叙。不同的是当最后一次闪络断开后,将在母线上留下剩余电荷,参 见图2 2 ( a ) ,剩余电荷的大小与隔离刀闸两触点的不对称性和操作速度 相关。实际上,每次闪络的电弧燃烧时间,比图2 2 ( a ) 的简单集中回路 所估算的要长得多,因为每一次电压突变时总是引起高频电流,该高频电 流的衰减时间可以长达数十微秒。最严重的情况是当电容上的残余电压为 电源电压峰值时,在电源为反极性最大值时实现合闸,此时发生的第一次 闪络,将产生两倍于无剩余电荷情况下的操作过电压。 一般隔离刀闸的分闸速度较低,在母线上留下的剩余电荷产生的残留 电压在o 1 0 5 p u 间,以o 3 p u 居多,在此一情况下将产生1 1 1 5 倍于 无剩余电荷情况下的操作过电压。对于快速刀闸,特别是断路器的分闸操 作,则往往可能使母线上的残余电压为1 o p u 。 无论何种结构的隔离刀闸,在发生闪络时将产生前沿很陡的行波并向 触点两侧沿母线传播。多次反射形成了高频衰减振荡波,其频率值与母线 长度相关。在空气绝缘变电站,波前的上升时间为5 0 “s 2 0 0 肚s ,高频衰 7 山东大学工程硕士学位论文 减振荡电流的频率在1 0 0 k h z 到5 m h z 间;在气体绝缘变电站,波前沿上 升时间在3 9 s 6 - - 2 0 9 s 之间,其高频衰减振荡的主要频率值在5 1 0 m h z 间, 但其最高值可达1 0 0 m h z 。 在空气绝缘变电站中操作高压隔离刀闸的整个操作过程中,大约会产 生数千甚至是上万个单独的暂态过程,其幅值变化达6 0 d b 。气体绝缘变电 站在相同情况下,依开关的类型及操作速度而异,总的暂态次数较少。总 的暂态过程时间为4 0 m s 到2 s ,每一单个衰减振荡的持续时间不超过10 1 t s - - 一 1 5 1 x s ,而在气体绝缘变电站则小于4 1 a s 。慢动作手摇式隔离刀闸的操作, 产生最严重的引起暂态总次数最多与幅值最高的暂态过程。而断路器操作 则产生比隔离刀闸高得多的频率分量,但暂态的次数较少,幅值也较低。 在总的暂态过程中,当隔离刀闸触点间距离最远时发生闪络,将产生最高 幅值的单个暂态。如果隔离刀闸动作慢,上述最高幅值的单个暂态虽然只 在每工频半周发生一次,但却在后续的工频周波内会连续发生,最多可能 多次重复出现。在隔离刀闸操作时,这种现象最可能发生在合闸后的第一 次闪络和分闸时的最后一次闪络。 干扰信号的频率在1 0 0 m h z 以下时,电弧本身并不是主要的干扰源。 主要的干扰源来自母线段与设备间的耦合。操作隔离刀闸或断路器时,在 高压母线的每一相上产生了一系列的高频行波电流及暂态电压,母线行波 电流以暂态电场及磁场形式向周围辐射能量。母线暂态电流同时也耦合到 直接联接于母线的低压设备上,如电容式电压互感器和用于高频保护的结 合率波器等设备。因此,在变电站某一点的总暂态电磁干扰将是传导耦合 与辐射耦合两者之和。而在某一点的电场与磁场为来自三相母线与地以及 由邻近导电结构散布来的影响的总和。 断路器、隔离刀闸的操作、系统短路故障以及雷击引起的闪络,都将 引起原已经有足够的电压差的变电站导线发生突然的弧光闪络,因此而产 生的暂态电流峰值取决于导线的波阻抗与瞬时相对地电压峰值。 1 1o 5 0 0 k v 变电站的导线波阻抗均约在3 5 0 q 4 0 0 q 左右,因而弧光 山东大学工程硕士学位论文 闪络产生的行波电流将正比于变电站运行电压。由于开关场与控制电缆的 电磁干扰来源于暂态母线电流及电压,而其相对幅值一般又将正比于变电 站运行电压。所以,较高电压变电站将会有较高的电磁干扰水平。 闪络放电引起的暂态电压波的前沿上升时间,主要决定于整个变电站 的母线结构,它随闪络所激励的回路几何尺寸的增大而增大,反之则减少。 试验得到的结果表明5 0 0 k v 空气及气体绝缘变电站的干扰水平最高。在同 样的条件下,离激励源愈近,电场与磁场就愈强。在同一变电站中,如果 以直接位于母线下方的地面电场与磁场为基准,变电站其他处所的电场及 磁场可能高或者低于该值。当将场测量点相对于任意参考地向母线移近或 挪开数米,最大场强往往会变化2 倍及以上。因开关操作而在母线段上产 生的高频衰减振荡电流,在地面附近产生的磁场强度( 单位a m ) 与母线 电流i 单位安( a ) 成正比,并与距离母线的高度h 单位米( m ) 成 反比,地面反射将增大磁场强度。同时地面反射也将增大电场强度。由于 在每次闪络后母线残留电荷,因而在整个操作过程中,电场将随每一次闪 络由某一准稳态值向另一准稳态值过渡。由于隔离刀闸操作时的闪络率在 4 0 k h z 到2 倍工频之间变化,电场的准稳态分量的滞留时间将在2 5 1 x s - l0 m s 间变化。在隔离刀闸分闸的情况下,最终的电场将稳态分量的滞留时 间将大于1 0 m s 。测试数据表明: 1 ) g i s 暂态主频率至少高于空气绝缘变电站所测得的1 0 倍以上,原 因无疑是因为变电站尺寸较小; 2 ) 在g i s 中的场峰值较空气绝缘变电站者为小。 3 ) g i s 电场无准稳态分量,和磁场一样快速衰减为零。 4 ) g i s 暂态的持续时间明显的短于空气绝缘变电站情况。 后两种现象出现,可能是因为g i s 气体容器在这些变电站内多点接地。 在5 0 0 k v 空气绝缘变电站靠近继电器的端子处测得,电流互感器导线 9 山东大学工程硕士学位论文 对地的峰值电压高达4 k v ,到峰值上升时间约为2 0 0 n s ,最高频率达2 0 m h z 。 同时测定的控制线电流大约在3 p s 内升至10 5 a ,其中主频率约为 0 2 5 m h z 、0 5 m h z 及1 0 m h z 。 总的结论是: 1 ) 在所有情况下,电压等级较高的变电站的电磁干扰水平均要高于电 压等级较低的变电站。 2 ) 断路器在切除短路产生的电磁干扰最高,但持续时间较短,在操作 隔离刀闸时产生的电磁干扰虽然比断路器切除故障时要低,但持续 的时间要比断路器分、合闸的时间长的多。 3 ) 操作隔离刀闸除了引起母线上通过高频电流外,还由于母线与外部 终端设备( 例如电容式电压互感器) 的集中电容所形成的谐振回路, 在母线上还将流过较低频率的振荡衰减电流。 2 3 雷击 雷击是二次回路设备及相关回路的重要干扰源。研究结果表明:雷击 相似于幅值可能超过1 0 0 k a ( 平均2 5 k a ) 的冲击型电流源,其上升时间从 l 斗s 5 0 p s ,衰减到半幅值的时间从5 0 微秒到数百微秒。直接雷击在变电 站内或线路上的雷击波最终将经变电站母线传播并经避雷器入地。由于电 与磁的耦合,在导线与地间产生了干扰电压,这种干扰在屏蔽电缆中感应 的电压波形取决于电缆本身的波阻抗特性。 雷击的另一重要影响是雷电流入地后产生的暂态地电位升。当对变电 站接地部件直接雷击或雷电流经避雷器入地时,由于下列因素,高频电流 在变电站地网系统中引起了暂态电位升高。 1 0 1 ) 地网对流过的高频电流呈高阻抗。从设备到地网的接地线的高阻抗,其 值约为1 “h m 。l m 长的接地线在1 0 m h z 时的感抗约为6 0 q ,因而 产生高暂态地电位升。 山东大学工程硕士学位论文 2 ) 短的电流上升时间和o 3 m n s 的传波速度,在短的传播距离内产生 很高的电位差。 暂态地电位升产生的后果是多方面的:因地电位差将在电缆屏蔽层中 产生电流从而影响被屏蔽的回路:接地部件之间如果电位差过大,将在两 者间引起闪络。这些影响都将降低变电站的整体可靠性水平,因而必须采 取特殊措施以避免与暂态地电位升有关的干扰。 调查表明,多数变电站都遇到过暂态地电位升问题,其中主要的是气 体绝缘变电站的操作与空气绝缘变电站的雷击。反映的问题涉及到雷击影 响的包括雷击空气绝缘变电站中接地部件所产生的暂态地电位升,直接引 起了安装在变电站内的一些电子设备与控制回路不正确动作,甚至是损坏。 为此,首要的也是最重要的措施就是改进避雷器的结构和避雷针的接地, 从根源上降低暂态地电位升。此外,对不正确动作的二次设备采用限压器 件以降低干扰对其影响。 在调查中还看到由于电位经由联接两个相邻变电站的控制电缆的转移 引起控制设备损坏的事故。事后的补救措施是与控制和保护的电缆并行敷 设两根铜排或是铜缆,以分流控制电缆屏蔽层大部分电流并降低感应电压。 对于空气绝缘变电站,从来源上降低雷击引起的暂态地电位升的措施 的一个重要方面,来自为变电站绝缘配合所必需采取的常规措施将有利于 降低暂态地电位升的频度和幅值,如: 1 ) 为保护变电站本身,装设了避雷针和屏蔽线。因为屏蔽线固定在变 电站结构上,雷电流将经过多点注入地网;但避雷针则将雷电流集 中于一点注入地网,以期控制地电位骤升。 2 ) 由于绝缘配合的需要,高压架空输电线路都配置了一根或数根屏蔽 接地线,经屏蔽接地和输电线路的铁塔将雷电流引入大地,从而极 大地降低了对变电站地网的影响。 山东大学工程硕士学位论文 3 ) 由于线路采取屏蔽措施,限制了雷击波的幅值,也就减少了避雷器 的动作次数,从而降低了因避雷器放电引起的变电站暂态地电位升 的频度及幅值。 4 ) 为了降低接地阻抗,避雷器、结构、避雷针等均应至少用两根联线 接到地网。被调查者反映,特别是在避雷器和避雷针的周围,有的 选用密集网格的地网,有时还在地中打入辅助接地棒以改善接地。 一种好的办法是将这些设备在地网导线交叉点处接入地网,以获得 4 条联线或者由联线形成辅助网格。如图2 3 所示,将设备联接到 地网a 在地网导线交叉处;b 、c 经辅助联接。将有效抑制地电位升 带来的影响。 j 一、 l _j 、 1 , - + 图2 - 3 变电站接地网联接 降低因雷击或是短路引起暂态地电位升的另一重要措施,就是降低地 网系统到二次回路间的耦合。可行的方案是采用指数型接地网技术,即在 可能的电流注入点按指数规律铺设接地网的连接导体,有效降低故障电流 流经接地网而产生的纵向电位差。 从来源和从对二次回路的耦合两方面着手,实际上可以显著地降低雷 击引起的暂态地电位升的影响,但雷击事件都是可不重复的自然现象,对 此尚无法做出定量的估计,目前也只能对于某一特定变电站,通过数学计 算和测试技术的配合对由于雷击引起的二次回路暂态干扰做出较为客观的 1 2 山东大学工程硕士学位论文 评价。 2 4 步话机辐射干扰 在步话机的附近将产生强辐射电场和相应的磁场。变化的磁场耦合到 附近微机型保护装置中的电子器件和回路中,将感生高频电压并形成了一 个假的信号源,其中的音频分量经滤波形成为连续波,经过整流后可能使 数字回路的逻辑电位偏移,音频分量也可能成为线性回路的噪声。 电场强度是发射功率、无线长度与方向、离器件的距离与反射条件的 函数。制造厂标示的步话机功率是最后一级的输出功率而非天线功率。半 波天线效率最高,在自由空间中在最大辐射方向半波偶极子产生的电场 强度为 e :7 0 1x f f d ( 2 1 ) 公式2 1 中:e 为电场强度,v m ;d 为距离,m ;p 为发射功率,w 。 实用的天线长度决定于波长,7 0 m h z 以上高频用i 4 波长天线( 天 4 ) ;而2 7 m h z 步话机一般取1 8 波长天线( 九8 ) 。 与空间情况相比较,从地面、钢制箱体等产生的反射可以使电场降为 零( 入射波与无衰减的反射波反相) 或增大为入射波的两倍( 入射波与无 衰减的反射波同相) ,很难预计。除此之外,由于步话机由人手执机操作, 可望有附加的损耗。 一般在运行、检修现场使用的步话机频率在1 4 6 - - - 1 7 4 m h z 与4 2 0 - - - 4 7 0 m h z 频带范围内,当步话机与被辐射的设备距离增大,则快速衰减。 因此在安装微机型监控和保护的运行场所最好是不用步话机,至少应慎用 无线通信设备。 1 3 山东大学工程硕士学位论文 2 5 断开直流回路电感线圈 断开直流控制回路中的电感线圈,会产生高频过电压。开关断开时, 断开了线圈的电流,但储积在线圈中的磁能不能突然释放,通过与杂散电 容形成的串联高频谐振回路,产生高频电流,将电容充电到高电压。如果 加到间隙上的电容上的电压与电源电压超过触点间隙的闪络电压水平,触 点间隙被重新击穿,电容电压为电源电压。如此反复进行,随着触点距离 逐步拉大,最终确实断开为止。一般情况下继电器触点击穿电压约为l k v 3 k v ,而自动开关和接触器则为5 k v 。电压上升时间极快,约为数十纳秒。 但所产生高频电压的频谱可达5 0 m h z 。每次开关触点闪络,都要在回路 中产生一次波过程,多次的断开及再网络将出现一连串的暂态,直接影响 同一电源上的回路,同时通过电磁耦合将对其他回路产生严重干扰。 2 6 静电放电 在干燥环境和采用化纤织物的条件下,运行、检修人员的身上将可能 带上很高的静电电压。电子设备可能直接遭受上千伏的静电放电,依化纤 织物类别及环境相对湿度而定。当电子设备附近的金属物间发生放电时, 将遭受电磁辐射。影响设备误动作或损坏的主要因素是放电电流的参数( 上 升时间、期限等) ,其特点如下: 1 4 1 ) 如果电子设备外壳与导电地板导通良好,则放电将直接经外壳入 地。其放电特性取决于放电源的电容、电阻和回路中的感抗,将产 生前沿极陡,约为数纳秒的波长及长数十纳秒的衰减波尾。 2 ) 如果设备未接地或接地不良,将通过放电源回路放电,其感抗将使 其上升时间较上一情况要高一个数量级。 3 ) 当大量放电电流通过金属件或放电源回路入地时,回路中的元件将 置于感应耦合或辐射之下。 4 ) 当放电回路由某一偶合回路沿相联电缆流通时,工作信号可能受到 山东大学工程硕士学位论文 强烈的干扰。 2 7 中压开关柜操作 柜式断路器多用于发电厂的厂用和中压配电网6 10 k v 系统。大部分 供电公司和发电公司都是将微机型继电保护及控制装置直接装在开关柜面 板上。由于电子设备距离带电部分极近,在断路器进行分、合闸操作和断 开短路电流时将对微机型设备产生极强烈的干扰。有的国外厂家提供了如 下实测数据。试验用开关柜的一侧接电源,其另一侧接6 m 中压电力电缆。 当断路器合闸于1 4 k v 相对地短路故障时,在地面上1 3 5 m ,距断路器l m 处测得的磁场强度峰值为h 1 7 7 a m ,5 0 m h z ,电场强度峰值为e 。6 6 k v m 。由1 4 k v 给电时,距供电开关l m 处测得磁场强度峰值为8 7 a m , 8 0 m h z ,电场强度峰值e 一3 2 k v m 。 2 8 直流电源的中断及恢复 这是在实际运行中对微机保护装置产生的不可回避的一种干扰。当相 邻直流回路上发生故障与切除故障或因其他人为原因产生的短时直流电源 中断与恢复。 在高压变电站和大型发电厂,直流回路的对地电容的数值往往会很大。 相邻回路故障切除后或其他人为原因引起的直流电源中断后恢复时,保护 装置的直流电压可能是瞬时恢复,也可能按指数特性缓慢恢复。在直流电 压的中断和恢复过程中,微机保护装置内部的逻辑的时序与配合关系将偏 离设计要求的正常值,造成数字电路的逻辑紊乱而误发信号甚至是跳闸命 令。因此相关国家标和行业标准都严格要求继电保护装置在直流电压的中 断和恢复过程中不得误发信号,更不允许有不正确动作行为。这是由制造 部门必须保证的一项基本性能要求。也是运行部门在投运前必须进行检验 的一个项目。 山东大学工程硕士学位论文 第三章电磁干扰的途径 气体绝缘变电站内的隔离刀闸或断路器操作时,引起的电弧将形成前 沿极陡的电磁波。同时,这些电磁波将在金属外壳的端部( 引出的架空线 路或电缆) 产生反射,频谱由低直到高达数十兆赫。虽然主要的电磁场脉 冲将限制在具有良好屏蔽性能的金属壳中,但到引出的线路或电缆端部处, 内外波阻抗不等,同时屏蔽在这些部位都有连接点,从而使得电磁波得以 沿线路或电缆外泄。由气体绝缘变电站引出的电流测量及电压测量的外引 线,也是传播干扰的良好渠道。通过各种传播方式,将对安装在与气体绝 缘变电站同一小室内的继电保护及控制设备带来严重的干扰。 在空气绝缘变电站内的一次设备操作,及在控制室和保护室内拉、合 直流电源,以及继电器、接触器开闭过程产生的弧光也是辐射源之一。 与来自高压开关场的直接电磁干扰与步话机相比,其干扰强度不仅高 出3 4 个数量级,而且干扰的频谱也更宽。 为了人身和设备的安全,在二次回路上任何时候都必须保持一点接地, 二次回路一点接地也解决由高压经层间电容传到二次回路上的电压。 通过高压母线对二次电缆以及二次电缆对地的电容引入二次电缆的电 容耦合分量( 共模值) ,如果电缆中的导线对地电容不对称,还将产生差模 电压。 电容式电压互感器的应用已很普遍。当电网短路故障发生时,由于电 容器的作用,二次电压不能立即反映一次电压的变化,这就是电容式电压 互感器的暂态响应问题。也是在继电保护应用方面的主要问题之一。由电 容器件和电感器件构成电容式电压互感器( c v t ) 中的电感器件为铁磁非 线性电感器件。在系统电压作用下,可能产生铁磁性串联谐振。为抑制铁 磁谐振,必须装设阻尼器,合理设计阻尼器参数可有效抑制铁磁谐振,但 增加c v t 的计量误差并影响暂态响应。为改善暂态响应特性,应合理匹配 电容器、补偿电抗器和中间变压器等各元件参数。电容式电压互感器与电 1 6 山东大学工程硕士学位论文 磁式电压互感器的不同点在于:通过电容分压器接入,对电力系统呈容性, 为提高准确度,接入补偿电抗使互感器接近工频( 串联) 谐振。 在升压站( 开关场) ,经传导、感应及电容耦合等途径对二次设备引入 电磁干扰,最具典型的就是电容式电压互感器的情况,如图3 1 所示。 图3 1 开关场的各种耦合途径 在隔离刀闸带电合空载母线时,隔离刀闸触点发生闪络的初瞬间,电 压行波沿母线传播,到母线终端或路遇接地电容元件,由于阻抗不匹配, 电压行波将折返,如此反复,形成了电压和电流的衰减振荡波,其特性决 定于所接母线长短及所遇集中电容的情况。第一个振荡波的波前电压值, 决定于闪络开始时的触点间电压,第一个振荡波的波前上升时间,主要决 定于母线长度。操作产生的高频电流通过母线,将在母线周围产生很强的 电场和磁场,从而对相关二次回路和二次设备产生干扰;高频电流通过接 地电容( 如电容式电压互感器) 注入变电站地网,引起暂态地电位升高, 并相应产生以下效应: 1 ) 通过电与磁的耦合,在邻近的二次电缆回路中感应出干扰电压,并 传入装设在控制室中的继电保护和自动装置等二次回路设备上。 2 ) 注入电网中的高频电流在地网系统中四散分布,在地网的不同点引 起高频电位差。在二次控制电缆的屏蔽层及设备箱体中感应出电 1 7 山东大学工程硕士学位论文 流,从而对被屏蔽的电缆芯线和被屏蔽的设备造成干扰。 3 ) 在母线附近产生强烈的辐射电磁干扰。 当隔离刀闸操作时产生的高频电流通过高压母线时,在高压母线周围 产生了磁场,其中的一部分将二次电缆包围,因此在二次回路中感应出对 地的共模干扰电压传到二次设备的端子上。如果二次回路来回的两根芯线 在同一根电缆芯中时,由于相互间间隙极小,中间通过的磁通很小,因而 感应产生的差模干扰电压不大。但如果二次回路的走线不合理,例如同一 个回路中的一根导线使用了电缆中的一芯,而其回程导线却利用了另一根 电缆的其中一芯时( 如现场为节省缆芯而常有的做法) ,由于这两根芯线间 的距离很大,在它们之间将包围很大的磁通,从而会在同一回路的两根导 线间产生很大的差模电压。 通过高压母线的高频电流,最容易通过接在母线上电容式电压互感器、 高频通道的高压耦合电容器形成的集中电容注入地网,当高频电流经母线 所接高压电容器入地时,二次电缆、电容式电压互感器的中间变压器的高 低压线圈层间、互感器的接地线、变电站地网和二次电缆所接负载形成了 一个闭合回路,包围了由高频电流产生的磁通,在闭合回路中感应出电压, 传到二次设备端子上。在高压变电站,通过传导、电容耦合、感应耦合和 辐射等方式将电磁干扰源和受干扰的二次回路和二次设备联接起来。 虽然从理论上可以把不同方式的耦合机理明确地予以区分,但在实际 上,被干扰设备接收的电磁干扰水平,则往往源于几种耦合方式产生的综 合效应。干扰源的直接辐射,可以使弱电子控制设备特别是继电保护设备 不正确动作。当干扰源过强时,也可能产生设备损坏。 目前采用的对继电保护设备有关辐射电磁场的标准,主要是针对步话 机的影响。当然,也覆盖了其他的电磁场辐射源,如固定的无线电广播及 电视台的影响,但它们的影响场强均较步话机弱。应指出:现行继电保护 设备的抗辐射干扰能力的标准,只是适用于设备位于控制室和保护室内、 1 8 山东大学工程硕士学位论文 采用符合规定要求的步话机、距离继电器不小于规定最小距离的这种条件。 所以在安装微机监控设备、微机继电保护及安全自动装置和d c s 的场所最 好不使用无线通信设备。 1 9 山东大学工程硕士学位论文 第四章微机保护外部端口分析 综自变电站中的设备众多,即有一次强电设备又有二次弱电设备,且 布置分散,它们的接地导线连成一个接地网。正确的接地能够消除干扰, 是提高变电站控制设备抗干扰能力的重要手段之一,而不正确的接地反而 会引入干扰,影响设备的正常工作。 微机保护中的基准电位是各回路工作的参考电位,基准电位的连接线 成为系统地,通常是直流电源的零伏导线。但系统地是否要接大地和如何 接大地,则与保护的工作稳定性有密切关系,这正是微机保护接地技术中 的重要议题。本章以防治浪涌干扰为主要目的,根据干扰在保护装置各端 口回路中的传输路径,分析系统接地后对装置产生的影响。 4 1浪涌问题 4 1 1 浪涌防护概述 浪涌干扰的产生主要有以下两方面原因:其一是来自于开关的瞬态,如 电容器组切换,或者负荷切换时对主电源系统产生的切换干扰,或者电子 开关切换时产生的谐振,或者由于电弧故障、接地短路等系统故障的瞬态; 其二是来自于雷电的瞬态。从其产生的原理来看,它是一种具有极强破坏 能力的共模干扰。浪涌干扰是由高能量的低频分量和辐射能力极强的高频 分量组成,这种外界的高能浪涌干扰可以通过保护装置的各种外接电缆作 用到装置上,对保护装置造成极大的威胁。对于低频分量因其能量大,一 旦进入装置内部而又没有良好的泄放通道将对装置产生破坏性影响,对其 应主要采取吸收技术,对高频分量应主要采用隔离技术。 4 1 2 浪涌防护器件的局限性 2 0 浪涌防护器件虽然可以有效的泄放浪涌能量,但实际工程中并不提倡 山东大学工程硕士学位论文 大量使用。因其存在以下不利因素: ( 1 ) 保护装置对外直接连接的端1 3 有电源端口、开关量输入端口、开关 量输出端口、模拟量输入端口、通信端口,浪涌可能从其中任何端口进入 装置内部,而这些端口的出线多达几十路,要为它们都加装浪涌抑制器件 显然是不现实的。 ( 2 ) 大量安装浪涌器件有可能改变原有回路的阻抗特性而产生意想不 到的后果,而且器件寿命短,一旦击穿则可能引起整台装置无法正常运行, 留下了事故隐患,增加了现场服务的工作量。 ( 3 ) 浪涌器件大大增加了装置的成本。 因此,浪涌防护器件在装置设计中应该慎用,而我国微机保护的系统 普遍采用的是浮空方式,这给浪涌问题的解决带来了难题。雷击所产生的 浪涌电压一般是共模的,对其的防护方法只能是分级采用浪涌抑制器,以 及减小装置的分布电容和提高元器件绝缘。但对于较大的控制设备,分布 电容很难做到很小,而器件的绝缘也不是能够无限度提高的。因此,在浮 地系统中浪涌问题很难得到有效控制。 从以往的经验来看,对装置影响比较严重的是浪涌中低频率高能量的 部分,装置的开入端口和开出端口中的光藕由于耐压性较差,在较高等级 的浪涌干扰来临时往往会被击穿,使干扰进入装置内部,进而耦合到其他 电压等级系统,使装置无法正常动作,对电网安全造成了很大威胁。 4 2 保护装置对外端口电磁回路分析 4 2 1 电源回路分析 电源插件为整个装置的各个回路提供电源,是整个装置的核心和心脏。 然而电源回路也是电磁干扰最容易进入的通道,所以在电磁兼容标准中, 对同一试验等级,电源回路的试验电压比其它回路要高。因此,电源回路 2 l 山东大学工程硕士学位论文 应比其它回路更引起注意和采取更多的抗干扰措施。 微机保护中一般采用开关电源。开关电源具有体积小、重量轻、效率 高的特点,尤其适合微机保护这类数字控制设备。一般来说,干扰进入保 护装置弱电系统的途径主要是通过的电源,这一方面是因为电源与干

温馨提示

  • 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
  • 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
  • 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
  • 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
  • 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
  • 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
  • 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

最新文档

评论

0/150

提交评论