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摘要：随着我厂系统容量的增加和自动化水平的不断提高，现在我厂的继电保护等二次设备已经广泛使用集成电路型或微机型的保护装置。这些微机型保护装置的应用对提高系统的稳定运行是很有用的，但是相应的也提出来一些新的问题。比如因为微机保护装置都是采用的电子元件，单片机构成的，而它是运行在高电压的环境下，这就有如何来抗电磁干扰的问题,而以前的常规电磁式保护装置受这方面的影响就不是很明显。本文针对一次设备对二次回路的干扰进行了定量分析，阐述了干扰产生的来源，并提出相应有效的措施，从而达到有效抑制外部干扰的目的。
关键词：电磁干扰；屏蔽电缆；接地
前言
在计算机技术迅猛发展的同时，发变电自动化技术也得到越来越快的应用，从自动调节励磁到保护装置，大多实现了微机自动控制和运行。虽然这些控制保护设备功能强、体积小，但对外界电磁干扰的敏感性远大于传统设备。在发电厂及变电所中所有用于连接由开关场引入控制室继电保护设备的电流、电压和直流跳闸线等，都可能由开关场引入干扰电压到基于微电子器件的继电保护的二次回路。这是因为发电厂变电站的一次高压设备与二次设备很集中，测量、控制、通信及保护回路电缆不但在一起排列，而且还要穿越高压设备区，这些回路及控制保护设备极易受到干扰。因此，有必要对变电站电磁干扰加以分析，总结抗干扰经验，逐渐达到变电站电磁兼容的要求。
一、干扰来源
电磁干扰主要有二种类型：一是磁场干扰，二是电容耦合干扰。
1.1磁场干扰
由于发电厂变电站一次设备中一般通过的是交流电，因此它将在二次回路敷设空间产生交变磁场，就会在二次回路中产生交变的感应电压。如图1所示。设L0为一次线路，L2为二次电缆，Lm为电缆屏蔽层，I0为一次电路的电流值，M20为一次线路与二次电缆芯线的互感，ω为I0的角频率，Mm0为一次回路与电缆屏蔽层的互感。当屏蔽层两端不接地时，I0对电缆芯产生的干扰电压E2为：
E2＝－jωM20I0=－jωMm0I0 （1）
由式（1）可知，干扰电压的大小由Mm0（或M20）的大小决定，即由一次设备与二次回路的相互空间位置来决定。
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图1
1.2电容耦合干扰
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图2
由于一次设备载流体对二次回路间存在有电容，如电压互感器和电流互感器高低压线圈之间的电容，高压母线与二次回路之间的寄生电容等，因此一次设备对二次电缆产生电容干扰，如图2所示。设U1为一次设备带电体电压，C1a为一次设备与二次电缆间的电容，Caa为二次电缆对地电容；ω为角频率；Ua为由电容耦合在电缆芯上产生的电压。则得：
Ua=U1C1a／(Caa＋C1a) （2）
因Caa》C1a，故（2）式变为：
Ua＝U1C1a／Caa （3）
1.3干扰电压的来源
二次回路中的干扰电压主要来源于一、二次回路。一次回路遭受雷击、短路、断路器或隔离开关操作时，产生的突变电流对二次回路产生严重干扰。而二次回路的继电器或接触器动作，或380／220V交流电也会对弱电回路产生严重干扰。此外，无线电也会对二次设备特别是集成电路型保护装置产生干扰。
一次回路中的干扰电压主要通过以下几个途径作用于二次回路：
（1）一次回路和二次回路间的电磁耦合，包括一次母线和二次回路及互感器一次绕组和二次绕组之间的电磁耦合。
（2）当一次系统发生接地短路或遭受雷击而使避雷器动作时，会有很大的电流流入发电厂变电站的接点网，产生所谓的“反击电压”，这一电位差将对二次回路产生干扰。
二、抗干扰措施
要抑制以上一次回路的干扰电压，可采取以下措施：增大耦合阻抗；充分利用自然屏蔽物；减小互感阻抗；采用静电屏蔽；采用电磁屏蔽。下面就二次回路采用屏蔽电缆进行抗干扰作些讨论。
2.1屏蔽层一端接地
2.1.1屏蔽电缆在一次被控设备处接地，在微机保护控制系统处悬空。
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图3
屏蔽电缆的屏蔽层在一次被控设备处接地，在微机保护控制系统处悬空的接线如图(3)所示，其等值电路如图（4）所示。
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图4
设被控设备的接地电阻为Rb，当从被控设备处有接地电流Ib流入大地时，这时在电阻Rb上产生压降，这个压降同时加在屏蔽电缆的屏蔽层对芯线电容C1和芯线与计算机各器件对地的杂散电容C2上，那么：
Ub＝U1＋U2；
由于C1和C2是串联的，电容上所分配的电压与电容的大小成反比，即：
U1／U2＝C2／C1；
式中：Rb设备接地电阻；
C1电缆芯线对屏蔽层电容；
C2计算机器件对地杂散电容；
即电容量小时分压大，电容量大时分压小，因C1>C2,故屏蔽层对芯线的电容量远远大于计算机器件对地的杂散电容，此时有：
U1=U2×C2／C1＝Ub×C2／C1／(1+C2／C1)=Ub／(1+1／C2／C1)≈0；
U2＝Ub／（1＋C2／C1）＝Ub；
即升高的电位通过电容的耦合，几乎全部加到计算机的内部器件对地之间，对计算机控制系统构成了很大的威胁。在计算机控制系统中不能使用此种接地方式，因为这样接地方式会把地网的局部电位升高引入到计算机内部打坏芯片。
2.1.2屏蔽电缆在一次被控设备处悬空，在计算机控制器处接地。
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图5
如图(5)所示，这时如被控的一次设备有接地电流通过接地电阻Rb入地，由于屏蔽电缆的屏蔽层在此点悬空只要Rb上的电压不足以高到向电缆反击，那么这个升高的电位就不会被引到计算机控制系统内。但这种接地方式主要是防止反击问题，这就要求被控设备的接地电阻要小，与地网的连接要就近连接，以限制反击电压。
2.2屏蔽层两端接地
理论分析表明，采用屏蔽层两端接地对减少磁场感应电压的效果明显。对于电容耦合干扰，由于电缆屏蔽层接地，这时式（3）中的对地电容Caa就变成了芯线与屏蔽层的电容值，该值较屏蔽层不接地时芯线的对地电容有较大的提高，因此根据（3）式计算出的电容耦合干扰也大大降低，可见屏蔽层接地将减少一次设备对电缆芯线的电容耦合干扰。
2.3屏蔽层两端多点接地
屏蔽层两端多点接地，使电缆的屏蔽层与接地网构成闭合回路，干扰磁通在这一闭合回路中感应出的电流可产生反向磁通，从而减弱了干扰磁通对芯线的影响。
在实际施工中，控制电缆采用多点接地有困难，通常采用控制电缆屏蔽层两端接地，既控制电缆屏蔽层在开关场与控制室两端接地。
三、施工中应注意的抗干扰问题
设备选型时要选符合电磁兼容要求的设备，在设备布置时要利用发电厂、变电站中的自然屏蔽物，设法增大一、二次系统的耦合阻抗。对易受电磁干扰的薄弱环节预先采取措施，如设备电磁屏蔽物，敷设屏蔽电缆，电缆走向尽量与一次载流垂直。同一回路的电缆芯应安排在一根电缆之间，有条件时信号输入采用双绞线。不但交直流不能共用一根电缆，而且不同电平的回路也不宜安排在同一根电缆内。
四、结论
以上分析可以看出屏蔽电缆的接地是施工中保证质量、防止微机继电保护误动的一个重要环节。此外，还应注意，保护屏下应敷设不小于100平方毫米的铜排作为屏蔽电缆的接地连接点，用不小于50平方毫米软铜线将保护屏内接地铜排与100平方毫米的接地铜排用螺栓或铜焊连接，接地铜排的首末端必须用铜焊连接好，形成闭环回路，还应与控制室地网相连接。同时专用接地铜排应敷设到户外端子箱处，与端子箱接地铜排可靠连接。采取正确完善的抗干扰措施，改善微机保护装置运行环境，对于保证微机继电保护装置动作的可靠性具有十分重要的意义。
参考文献
[1]李焕明.电力系统分析.中国电力出版社，1999
[2]西北电力设计院.发电厂变电所电气接线和布置.水利电力出版社,1992.7
[3]吴必信.电力系统继电保护.中国电力出版社,2000