电气二次回路基础讲解

第四篇电气二次回路第十九章二次回路的抗干扰一、概述（1）电力系统经常遇到雷电侵扰，还不时发生短路等各类故障，为了满足系统运行方式及设备检修的需要，经常还会对一次高压设备（断路器、隔离开关等）进行各种操作，此时都会产生暂态干扰电压，通过静电耦合、电磁耦合或直接传导等途径进入继电保护继电保护装置，其峰值高达几百V至几千V，甚至数几十kV，频率则在几百kHz至几千kHz，甚至高达几MHz。

一、概述（2）这些电磁信号称为电磁干扰信号，常常对我们变电站的控制系统及继电保护装置产生不可忽视的影响，特别是大量采用电子元器件及计算机监控及保护系统的今天，这种影响尤其不能忽视，如果不采取有效措施防御，容易造成继电保护及安全自动装置的误动或拒动，造成监控系统的数据混乱及死机等现象，严重时会损坏二次回路的绝缘及保护装置中的电子元器件，对电网的安全构成严重威胁。

二、干扰信号的分类（1）不同的干扰会对二次回路造成不同的影响，为了更好地研究和避免这些干扰的影响，需要对干扰进行分类。二、干扰信号的分类（2）按干扰信号的频率进行划分，可以分为低频干扰与高频干扰两类。低频干扰包括工频与其谐波以及频率在几千Hz的振荡。高频干扰则有高于低频的振荡、无线电信号，还包括频谱含量丰富的快速瞬变干扰，如雷电冲击波等。

二、干扰信号的分类（3）干扰按发源地来分，可以分为内部干扰与外部干扰。

二、干扰信号的分类（4）干扰按其形态或信号源组成的等值电路来分，有共模干扰和差模干扰两种。共模干扰是发生在回路中一点与接地点之间的干扰。差模干扰是指发生在回路两线之间的干扰，它的传递途径与有用信号的传递途径相同。

二、干扰信号的分类（5）按干扰信号造成的不同后果来划分，可以分为引起设备或元器件损坏的干扰与造成保护或断路器异常动作的干扰。一般来说，高频干扰或共模干扰容易损坏元器件；低频或差模信号则常引起保护装置的不正确动作。图19－1是共模信号与差模信号作用于二次回路的示意图。图19－1共模与差模干扰信号对二次回路的作用三、二次回路干扰电压的来源（1）二次回路的干扰信号主要来源于一次回路或二次回路本身，也可以来源于雷电波及无线电信号。一次回路在正常运行情况下，电压、电流都是对称的，对二次回路的干扰很小。

三、二次回路干扰电压的来源（2）一次回路对二次回路的干扰，主要产生在一次系统的暂态过程中和不对称运行时。其中包括，一次系统遭受雷击时，在高压母线上产生的高频行波；在一次系统发生的各种形式的短路；断路器或隔离开关的操作而引起的暂态过程。在高压隔离开关操作时，由于没有灭弧装置，且开断速度慢，往往要产生多次火花放电现象，该放电干扰的强度很大，频谱很广，对二次回路产生的干扰就更为严重，曾经发生过隔离开关操作失灵引起长时间火花放电，从而形成很大的干扰信号烧坏多台高频收发信机通道设备损坏的案例。

三、二次回路干扰扰电压的来源源（3）二次回路自身身的干扰，主主要是由于继继电器或接触触器的接点开开断电感元件件而引起的暂暂态干扰电压压。此外，380V/220V交流，无线电电干扰也会在在二次回路中中产生干扰电电压，在继电电器室使用对对讲机等大功功率的无线电电设备是很危危险的。三、二次回路干扰扰电压的来源源（4）一次回路中的的干扰电压主主要通过以下下途径作用于于二次回路。。（1）由于电气设设备、导线及及电缆间均存存在大小不等等的分布电容容，所以一次次设备对二次次设备之间的的静电耦合，，包括一次母母线对二次电电缆间的静电电耦合及互感感器一、二次次绕组间的静静电耦合。由由于一次的电电压幅值很高高，在二次回回路产生的干干扰也很可观观；三、二次回路干扰扰电压的来源源（5）（2）由于导体周周围都存在磁磁场，与其它它导体间存在在互感，所以以一次回路和和二次回路间间还存在电磁磁耦合，包括括一次母线和和二次电缆以以及互感器一一、二次绕组组间的电磁耦耦合，当一次次出现扰动或或暂态过程时时，会通过电电磁耦合传递递给二次侧，，对二次回路路形成干扰；；三、二次回路干扰扰电压的来源源（6）（3）当一次系统统发生接地短短路或避雷器器动作时，都都会有大电流流流入变电所所的接地网，，再通过接地地网分散进入入大地，使得得接地网中电电流流入点和和其它地方的的电位不同，，这一电位差差将会对二次次回路产生干干扰。三、二次回路干扰扰电压的来源源（7）干扰信号的来来源多种多样样，我们可以以通过图19－2来分析一次回回路对二次回回路的干扰途途径，并将二二次回路中产产生干扰电压压的主要因素素分析如下。。图19－2一次回路对二二次回路的干干扰途径UT=US×Z2/(Z1+Z2)三、二次回路干扰扰电压的来源源（8）一、静电耦合合产生的干扰扰一次的强电通通过静电耦合合到二次回路路的干扰电压压，实质上是是经由耦合电电容加到二次次回路的，如如图19－3所示为静电耦耦合产生干扰扰的简化电路路。其对地阻阻抗Z2包括电气连接接的二次回路路对地总阻抗抗，耦合阻抗抗Z1包括设备的一一、二次绕组组间以及一次次母线和二次次电缆之间的的耦合阻抗。。如一次干扰扰源的干扰电电压为US，则二次回路产产生的干扰电电压UT可由下式表达达图19－3静电耦合产生生干扰的简化化电路图UT=US×Z2/(Z1+Z2)三、二次回路干扰扰电压的来源源（9）在不对称的二二次回路中，，静电耦合的的等效电路如如图19－3所示，因二次次回路的对地地绝缘阻抗远远大于负载阻阻抗，故二次次回路对地阻阻抗近似等于于负载阻抗，，在这种情况况下干扰电压压能在二次回回路的负载上上产生一个附附加的电压，，此电压大到到一定程度会会引起二次设设备的不正确确动作。这种种干扰类似于于加到电流、、电压互感器器二次回路的的干扰电压。。三、二次回路干扰扰电压的来源源（10）在对称的二次次回路中，静静电耦合的等等效电路如图图19－4所示，其二次次回路对地的的阻抗为二次次设备和控制制电缆的对地地电容。因为为在一般情况况下二根电缆缆芯和设备的的二次绕组对对地分布电容容是相等的，，所以，在对对称电路的两两部分上产生生相等的干扰扰电压，而加加在负载上的的干扰电压UL接近为零，但但当干扰电压压达到一定幅幅值时会造成成二次设备或或电缆芯的绝绝缘击穿。这这种干扰类似似于加到直流流控制母线上上的干扰电压压。图19－4对称二次回路路的静电耦合合三、二次回路干扰扰电压的来源源（11）二、电磁感应应产生的干扰扰电磁感应产生生的干扰电压压，是由一次次回路和二次次回路之间、、二次回路的的强电与弱电电之间、交流流与直流之间间存在互感而而引起的。干干扰电压的大大小与各回路路之间的互感感阻抗、干扰扰源的电流的的大小、电流流的频率以及及各回路的相相对位置有关关。现用图19－5对回路间电磁磁感应的大小小作一分析。。图19－5平行导线间的的电磁干扰三、二次回路干扰扰电压的来源源（12）图中干扰源与与被干扰导线线平行（其等于0），当干扰源流流过一电流i＝Isin（ωt＋φ）时，两者之间间的互感可以以下式计算：：M=μ0Lln（b/a）cosφ/2π式中：μ0－－空气的导磁系系数；L－－平行的电缆芯芯长度；a、b－－两根导线分别别与干扰源的的距离；Φ－－干扰源与导线线间的夹角。。三、二次回路干扰扰电压的来源源（13）此时负载上产产生的干扰电电压可按下式式计算：UT=M×di/dt从式（19－3）可以看出，，干扰源通过过电磁干扰加加到负载上的的干扰电压大大小，与导线线的长度及通通过的干扰源源电流成正比比，与干扰源源的频率成正正比，还与两两者之间的平平行度有关，，当两者平行行时，干扰电电压最大，当当两根导线与与干扰源的距距离相等时，，干扰电压最最小，反之则则增大。通过过分析（19－3）式，我们可可以理解影响响电磁干扰电电压大小的因因素，寻找出出降低电磁干干扰的办法。。三、二次回路干扰扰电压的来源源（14）三、由地电位位差而产生的的干扰在变电所中，，为了减少地地电位差对电电气设备及人人员造成的安安全威胁，建建设了相对完完善的地电网网，但由于接接地体本身存存在一定的电电阻与电感，，要做到完全全等电位是不不可能的。当当大电流接地地系统发生单单相或两相接接地短路时，，变电所的接接地网中会流流过很大的故故障电流，此此电流流经接接地体的阻抗抗时便会产生生电压降，使使得变电所内内各点的地电电位有较大的的差别。三、二次回路干扰扰电压的来源源（15）当同一回路连连接到变电所所的不同区域域并且有多点点接地时，各各接地点间地地电位差就会会在连接的电电缆芯中产生生电流。例如如，在主变差差动回路中，，如果各侧电电流互感器二二次回路的中中性点各自单单独在端子箱箱中接地，而而各侧电流回回路又在保护护屏处有电气气连接，如图图19－6所示，这是在在有地电位差差时将在差动动回路中流过过电流，影响响差动保护动动作准确性。。图19－6地电位差在两两点接地回路路中引起的干干扰三、二次回路干扰扰电压的来源源（16）在变电所中，，曾经在故障障时测量到地地电位差达3万多伏的情况况，当时这一一干扰电压使使全所的计算算机监控系统统失灵，由此此可见电位差差造成的干扰扰是不能忽视视的。这一电电位差将形成成很大的地网网电流，当这这一电流通过过电缆线或外外皮时，可能能会将其烧断断。三、二次回路干扰扰电压的来源源（17）四、二次回路路自身产生的的干扰变电所的二次次回路回路错错综复杂，有有强有弱，当当它们通过各各种控制信号号及电压、电电流时，会对对其它的回路路产生干扰电电压，但其中中最为严重的的干扰来源于于二次回路开开断继电器及及断路器分、、合闸线圈等等电感元件。。三、二次回路干扰扰电压的来源源（18）电感元件在在接通或断断开电源时时将产生暂暂态干扰电电压，其幅幅值与电感感元件的工工作电压、、工作电流流、电感量量大小及相相应的回路路参数有关关。在直流流系统中接接有中间继继电器时，，如果没有有采取相应应的抗干扰扰措施，切切断该继电电器的电感感电流将产产生数千伏伏的干扰电电压，如果果二次回路路及保护装装置不采取取相应的抗抗干扰措施施，这一干干扰电压足足以使保护护装置起动动甚至误动动。三、二次回路干干扰电压的的来源（19）如果在二次次回路设计计施工中不不注意按规规程要求合合理布置电电缆等二次次线，不将将强弱电、、动力电缆缆与控制电电缆、直流流电缆与交交流电缆分分开，则他他们相互之之间将产生生干扰，这这一干扰也也有可能造造成保护装装置的不正正确动作。。三、二次回路干干扰电压的的来源（20）五、无线电电信号的干干扰在无线电通通讯如此发发达的今天天，无线电电信号可谓谓无所不在在。在变电电所中无线线电对二次次回路的除除来源于通通信设备发发射的高频频电磁信号号外，还有有高压电气气设备的电电晕放电及及电弧放电电等。对来来自一次设设备的无线线电干扰，，通常可通通过对设备备发射的无无线电干扰扰水平的限限制或通过过电磁屏蔽蔽措施有效效地预防。。三、二次回路干干扰电压的的来源（21）目前，无线线电干扰对对二次设备备构成威胁胁的主要来来自无线电电对讲机及及手机等通通讯设备，，由于对讲讲机的发射射功率较大大，所以威威胁更大，，在运行现现场曾经多多次发生使使用无线通通讯设备而而造成集成成电路型保保护动作的的情况。四、二次回路的的抗干扰措措施（1）干扰信号对对二次回路路安全及保保护装置动动作正确性性的危害有有目共睹，，对各类干干扰采取针针对性的措措施，抑制制其强度，，减小其危危害是必要要的。一面面就列出抑抑制干扰的的几种常用用措施如下下。四、二次回路的的抗干扰措措施（2）一、防止静静电耦合干干扰的措施施抑制静电耦耦合产生的的干扰，可可以采用增增大耦合阻阻抗，对二二次回路及及保护装置置进行屏蔽蔽，合理选选择二次设设备元器件件参数等方方法进行一一致。四、二次回路的的抗干扰措措施（3）（1）从式UT=US×Z2/(Z1+Z2)可以看出，，在相同干干扰源电压压Us情况下，当当耦合阻抗抗Z1增大时，二二次回路的的干扰电压压UT将下降。耦耦合阻抗Z1主要是干扰扰源与被干干扰回路间间的分布电电容C1的容抗。适适当合理布布置干扰源源与被干扰扰回路的相相对位置，，可以减小小分布电容容C1，可以增加耦耦合阻抗，，从而降低低干扰电压压UT。四、二次回路的的抗干扰措措施（4）（2）在二次回回路适当地地点增加抗抗干扰电容容，如在保保护装置的的电源入口口处及电流流、电压互互感器二次次回路接入入保护装置置前，可以以将式UT=US×Z2/(Z1+Z2)中的Z2减小。四、二次回路的的抗干扰措措施（5）（2）图19－7是采用抗干干扰电容后后的静电干干扰的简化化电路图，，图中C1为漏电容，，对应为式式19－1中的Z1；C3为增加的抗抗干扰电容容，其容量量一般为几几分之1μF~几十μF，等效阻抗为为Z3；C2为二次回路路与大地间间的分布电电容。此时时加到二次次回路上的的耦合电压压由下式表表达。图19－7电容对干扰扰信号的抑抑制四、二次回路的的抗干扰措措施（6）按Z2=Z2×Z3/(Z2+Z3)计算式中Z2’为考虑抗干干扰电容后后的阻抗，，由于一般般C4的值比C2值大很多，，所以Z2’与Z2相比比将将小小很很多多，，对对照照式式UT=US×Z2/(Z1+Z2)，干扰扰电电压压UT也将将下下降降很很多多。。四、、二次次回回路路的的抗抗干干扰扰措措施施（7）采用用抗抗干干扰扰电电容容不不但但可可以以防防止止静静电电感感应应的的干干扰扰，，对对无无线线电电干干扰扰及及二二次次回回路路内内容容产产生生的的高高频频干干扰扰也也有有很很好好的的抑抑制制作作用用。。但但是是该该抗抗干干扰扰电电容容对对二二次次回回路路也也会会带带来来一一些些副副作作用用，，如如果果容容量量太太大大，，可可能能会会造造成成不不良良后后果果。。图图19－8可以以从从一一个个方方面面说说明明抗抗干干扰扰电电容容对对控控制制回回路路的的影影响响。。19－8抗干干扰扰电电容容对对控控制制回回路路的的影影响响四、、二次次回回路路的的抗抗干干扰扰措措施施（8）在图图19－8电路路中中，，由由于于直直流流绝绝缘缘监监察察系系统统的的存存在在，，并并假假定定控控制制母母线线的的额额定定电电压压为为Ue，正负负控控制制母母线线对对地地的的绝绝缘缘电电阻阻相相等等，，则则正正常常运运行行时时+KM对地地的的电电压压为为＋＋50％Ue，－－KM对地地的的电电压压为为－－50％Ue。可以以看看出出，，这这时时在在抗抗干干扰扰电电容容上上的的充充电电电电压压为为50％Ue，四、、二次次回回路路的的抗抗干干扰扰措措施施（9）如果果在在出出口口继继电电器器CKJ的正正电电源源侧侧接接地地，，接接于于负负电电源源侧侧的的抗抗干干扰扰电电容容C3将通通过过两两个个接接地地电电沿沿着着虚虚线线对对CKJ放电电，，当当C3的容容量量足足够够大大并并CKJ的动动作作电电压压小小于于50％Ue时，，CKJ将动动作作跳跳闸闸。。这这也也是是规规程程中中要要求求直直接接用用于于跳跳闸闸的的出出口口继继电电器器其其动动作作电电压压不不能能低低于于50％Ue的原原因因。。四、、二次次回回路路的的抗抗干干扰扰措措施施（10）采用用屏屏蔽蔽电电缆缆并并将将屏屏蔽蔽层层可可靠靠与与地地网网连连接接，，可可以以有有效效抑抑制制静静电电干干扰扰。。使使用用屏屏蔽蔽电电缆缆的的抗抗干干扰扰原原理理可可以以用用图图19－9来表表示示。。19－9电缆缆屏屏蔽蔽的的抗抗干干扰扰作作用用图中中由由耦耦合合电电容容C1传递递给给二二次次回回路路的的干干扰扰信信号号被被电电缆缆的的屏屏蔽蔽层层屏屏蔽蔽并并通通过过接接地地点点传传人人地地网网。。四、二次回路的抗抗干扰措施（11）试验表明，采采用屏蔽电缆缆能将干扰电电压降低95％以上，是一一种非常有效效的抗干扰措措施。当然采用屏蔽蔽电缆的抗干干扰效果与屏屏蔽层使用的的材料、制作作工艺、接地地方式等有关关。下表是在在现场试验中中测得的各种种电缆在操作作500kV隔离开关时的的干扰电压，，试验中采用用的平行于500kV母线的电缆长长度为80m，母线长度为250m。试验数据四、二次回路的抗抗干扰措施（12）从上表中可以以看出，在隔隔离开关操作作过程中产生生的干扰电压压很大，当使使用无屏蔽的的塑料电缆时时，其干扰电电压最大达9000V；当使用屏蔽电电缆时，对干干扰电压的抑抑制效果很好好，其干扰电电压的幅值被被抑制到5％以下；不同同的屏蔽层材材料抑制干扰扰效果很接近近。四、二次回路的抗抗干扰措施（13）屏蔽电缆除了了对静电干扰扰有较好的抑抑制作用外，，对电磁干扰扰和高频干扰扰也有很好的的抑制作用，，所以屏蔽电电缆在变电所所二次回路中中得到广泛的的应用。四、二次回路的抗抗干扰措施（14）（3）充分利用变变电所中的自自然屏蔽物，，还可以进一一步提高抗静静电干扰的效效果。在控制制电缆敷设的的路径上或二二次设备的安安装现场，有有很多自然的的屏蔽物，例例如，电缆隧隧道和电缆沟沟盖板中的钢钢筋，各种金金属构件，建建筑物中的钢钢筋等，都是是良好的自然然屏蔽物。只只要在施工中中注意将它们们与变电所的的接地网连接接起来就能形形成良好的静静电屏蔽。四、二次回路的抗抗干扰措施（15）二、防止电磁磁感应干扰的的措施（1）减少干扰源源与二次回路路间的互感减减小由于电磁磁感应在二次次回路产生的的干扰电压。。从式（19－2）可知，互感感M与控制电缆及及一次导线的的长度L、相互的平行度度有关，还受受同一回路的的两根电缆芯芯与一次导线线的距离之比比b/a影响，所以在在电缆沟道的的布置时应尽尽可能与一次次载流导体成成直角，减少少平行段的长长度。从公式式（19－3）还可以看出出，当a＝b时，二次回路路负载上的干干扰电压为零零。四、二次回路的抗抗干扰措施（16）为此，应尽可可能使同一回回路的电缆芯芯安排在一根根电缆内，尽尽量避免同一一回路的“＋＋”“－”极极电缆芯或电电流、电压互互感器二次回回路中的ABCN四芯不在同一一电缆内。这这是降低感应应电压最为有有效的的措施施，并且对任任何频率的干干扰电压都是是有效的。四、二次回路的抗抗干扰措施（17）（2）电磁干扰需需要磁性材料料来进行屏蔽蔽。在干扰源源与二次环路路之间设置电电磁屏蔽物，，使感应磁通通不能进入二二次环路，即即可消除二次次回路的感应应电压。工程程中常用的措措施就是使用用带电磁屏蔽蔽的控制电缆缆，其屏蔽效效果与屏蔽层层材料的导磁磁系数、高频频时的集肤效效应、屏蔽层层的电阻等因因素有关。四、二次回路的抗抗干扰措施（18）屏蔽层采用高高导磁材料时时，外部磁力力线大部分偏偏移到屏蔽层层中，而不与与屏蔽层内导导线相关链，，因而不会在在导线上产生生感应电势。。高导磁材料料的屏蔽层对对各种频率的的外磁场都有有屏蔽作用。。我们常用的的钢带铠装电电缆，钢板做做成的保护柜柜，就具有较较好的磁屏蔽蔽作用。四、二次回路的抗抗干扰措施（19）非磁性材料的的屏蔽层，其其导磁率与空空气的导磁率率相近，故干干扰磁通仍可可达到电缆芯芯线。但在高高频干扰磁场场的情况下，，干扰磁场会会在屏蔽层上上感应出涡流流，建立起反反磁通与干扰扰磁场抵消，，使芯线不受受影响。此种种屏蔽的有效效频率与屏蔽蔽层的电导率率、厚度和电电缆外径成反反比，有效频频率一般在10－100kHz之间。四、二次回路的抗抗干扰措施（20）在较低频率时时，涡流产生生反磁通的效效应小，因而而对外面干扰扰磁通场的抵抵御作用也小小，为增强对对低频干扰磁磁场的屏蔽，，电缆的屏蔽蔽层两端或多多点接地，使使电缆的屏蔽蔽层与接地网网构成闭合回回路。干扰磁磁通在这一闭闭合回路中感感应出的电流流可产生反向向磁通，减弱弱干扰磁通对对芯线的影响响。四、二次回路的抗抗干扰措施（21）减少屏蔽层和和地环路