变电站自动化系统防雷及抗干扰措施

随着科学技术的进步和电力体制改革的不断深化，变电自动化技术得到越来越快的发展，从电磁型保护到晶体管保护，再发展到微机型保护，以及变电综合自动化装置大多数实现了微机自动控制。它们以通信网络技术为基础，把各种继电保护装置、自动装置、RTU（远程终端）和调度端连接起来，使变电站实现高质量、高速度、高灵活性和低成本的生产管理。但由于变电站的特殊环境，如强电磁场、雷电等众多因素的影响，使变电站的自动化系统受到各种各样的干扰，为提高其运行的安全和工作的可靠性，应根据不同的干扰源，采取相应的防雷及抗干扰措施。 

2 变电所内电磁干扰来源、传输途径和信号模式
2.1电磁干扰的来源

电力系统的电磁干扰源有外部干扰和内部干扰两个方面。外部干扰包括了高压开关操作、雷电、短路故障、电晕放电、高电压大电流的电缆和设备向周围辐射电磁波、高频载波、对讲机等辐射干扰源，及附近电台、通信等产生的电磁干扰、静电放电等。内部干扰是由自动化系统的结构、元件布置和生产工艺等决定的。主要有杂散电感、电容引起的不同信号感应，长线传输造成的波反射、寄生振荡和尖峰信号引起的干扰等。但是，不论是内部还是外部干扰，它们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。
2.2 电磁干扰的传输途径

可分为两大类：传导干扰和辐射干扰。传导干扰是通过干扰源和被干扰设备之间的公共阻抗进行传播的，辐射干扰是通过电磁波进行传播的。两者之间会相互转换，辐射干扰经过导线可转换成传导干扰，传导干扰又可通过导线形成辐射干扰。例如雷电泄放即为这一相互转换的典型过程，如图1所示。

2.3 电磁干扰的信号模式

电磁干扰信号按其出现的方式，可分成两种模式：差模干扰和共模干扰。以串联的方式出现在信号源回路之中的干扰信号称为差模干扰，主要是由长线路传输的互感耦合所致。而共模干扰则是由网络对地电位发生变化而引起的干扰，共模干扰有时也称为对地干扰，它是造成自动化装置不能正常工作的主要原因。
3 .自动化系统防雷及抗干扰措施
（1）正确接地与屏蔽

对于微机保护装置、自动化控制系统的通信信号线最好采用带屏蔽层的双绞屏蔽电缆，应尽可能与强电导线分开排放，并且保证电缆屏蔽层接地始终只有一点。因为变电站自动化系统装置既有模拟电路又有数字电路，因此数字地与模拟地必须要分开，最后只在一点相连，如果两者不分，则会互相干扰，严重时还会损坏设备。
（2）加装浪涌保护器

变电站的开关操作、静电放电和闪电放电产生的瞬态浪涌过电压将会对设备造成物理上的摧毁或加速老化。

对浪涌的防护方法主要是加装浪涌保护器。浪涌保护器是采用等电位的原理，提前将浪涌电流泄放入地，典型原理如图2所示。当过电压出现时，瞬变电压抑制二极管（TVS）作为速度最快的元件首先动作，开始泄放电流，并将输出钳位在其截止电压上，有效地防止了过电压对设备的损害。当加在TVS上的放电电流随着幅值的上升而使充气式放电器（GDT）两端电压超过其点火电压UG(即US+ΔU≥UG)时，GDT动作，也开始泄放电流。此时GDT呈低阻状态，两端仅有10至30伏的电弧电压，因此可以避免因过电压持续时间较长而将TVS烧毁。

浪涌保护器除了使用气体放电管（GDT）、瞬变电压抑制二极管（TVS）构成以外，有时也会用到压敏电阻（MOV）、齐纳二极管（ZENA）、金属间隙等元件。所有这些元器件都有各自特殊的优点，为了起到最佳的作用，可以通过对这些元件进行相互调整配合来组建相应的保护电路。压敏电阻（MOV）、瞬变电压抑制二极管（TVS）及气体放电管（GDT）的特性曲线图分别如图3～5所示。
（3）加装光电隔离器
　　对于RS-232、RS-485以及CAN等数据通讯接口的防雷和抗干扰，加装光电隔离器也是个不错的方法。它可以将自动化系统与各种传感器、开关、执行机构从电气上隔离开来，使很大一部分干扰被阻挡。

（4）其他抗干扰措施
A、选用抗干扰性能好的设备
　　选用抗干扰性能好的设备可以从根本上解决干扰问题。例如可以用带光电隔离的长线收发器取代传送RS-232数字信号的调制解调器。调制解调器的输入输出元件一般采用音频变压器。这种音频变压器可以实现低频和直流信号电气隔离，对高频率信号却无能为力，而干扰信号（比如雷电）对设备的影响一般都表现为一种高频杂波，因此调制解调器的防雷、抗干扰性能很差。带光电隔离的长线收发器可以实现所有信号的电气隔离，因此用它取代调制解调器后可以大大提高抗干扰及抗雷击能力。
B、合理布置自动化设备安装位置
　　现在大多数RTU子站（或一体化微机保护装置等）都安装在高压室的开关柜上，“四遥”信息通过一根由高压室接到主控室的通信电缆，以RS-485等接口方式与RTU（或通信管理机等）进行传送。因此电缆很容易受到来自开关操作、电力负荷波动以及强电电缆产生的电磁场干扰，这些干扰轻则增大“四遥”信息的误码率，重则会使RS-485等接口损坏。另外，高压室内的温度在夏天时较高，RTU子站（或一体化微机保护装置等）内部因热量而产生的噪声干扰不容忽视。
　　针对以上问题，可以将RTU子站（或一体化微机保护装置等）在主控室集中组屏，这样不仅能减少各种干扰源（包括温度）对装置的影响，改善设备的运行环境，还能方便检修、试验人员对装置的年检预试工作。
4结语
　　总体来说，自动化系统的抗干扰及防雷不是简单的避雷、抗干扰设备的安装和堆砌，而是一项要求高、难度大的系统工程，涉及多方面的因素。因此在自动化系统的防雷及抗干扰实施过程中一定要从现场实际出发，本着经济、实用、高标准、严要求、高起点、高可靠性的原则进行，严格遵照国家和行业有关标准，以达到更好的防护效果。
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