張建 胡浩 牛霞 廣漢供電局
[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。
[關鍵詞] 變電站 抗干擾 屏蔽 浪涌保護 光電隔離
隨著科學技術的進步和電力體制改革的不斷深化，變電自動化技術得到越來越快的發(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實現了微機自動控制。它們以通信網絡技術為基礎，把各種繼電保護裝置、自動裝置、RTU（遠程終端）和調度端連接起來，使變電站實現高質量、高速度、高靈活性和低成本的生產管理。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，應根據不同的干擾源，采取相應的防雷及抗干擾措施。
2 變電所內電磁干擾來源、傳輸途徑和信號模式
2.1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部干擾兩個方面。外部干擾包括了高壓開關操作、雷電、短路故障、電暈放電、高電壓大電流的電纜和設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、通信等產生的電磁干擾、靜電放電等。內部干擾是由自動化系統(tǒng)的結構、元件布置和生產工藝等決定的。主要有雜散電感、電容引起的不同信號感應，長線傳輸造成的波反射、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。
2.2 電磁干擾的傳輸途徑
可分為兩大類：傳導干擾和輻射干擾。傳導干擾是通過干擾源和被干擾設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。兩者之間會相互轉換，輻射干擾經過導線可轉換成傳導干擾，傳導干擾又可通過導線形成輻射干擾。例如雷電泄放即為這一相互轉換的典型過程，如圖1所示。
圖1 雷電通過耦合侵入導線回路
2.3 電磁干擾的信號模式
電磁干擾信號按其出現的方式，可分成兩種模式：差模干擾和共模干擾。以串聯的方式出現在信號源回路之中的干擾信號稱為差模干擾，主要是由長線路傳輸的互感耦合所致。而共模干擾則是由網絡對地電位發(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。
3 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，應盡可能與強電導線分開排放，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字電路，因此數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，嚴重時還會損壞設備。
（2） 加裝浪涌保護器
變電站的開關操作、靜電放電和閃電放電產生的瞬態(tài)浪涌過電壓將會對設備造成物理上的摧毀或加速老化。
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。當過電壓出現時，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備的損害。當加在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+ΔU≥UG)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）構成以外，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整配合來組建相應的保護電路。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3～5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等數據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、執(zhí)行機構從電氣上隔離開來，使很大一部分干擾被阻擋。
對應于RS-485、RS-232及CAN接口的光電隔離器接線或原理圖分別如圖6～8所示。
圖6 RS-485通訊口光電隔離器原理圖
圖8 RS-232通訊口光電隔離器接線圖（設備端口為DB9）
圖10 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備
選用抗干擾性能好的設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數字信號的調制解調器。調制解調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）對設備的影響一般都表現為一種高頻雜波，因此調制解調器的防雷、抗干擾性能很差。帶光電隔離的長線收發(fā)器可以實現所有信號的電氣隔離，因此用它取代調制解調器后可以大大提高抗干擾及抗雷擊能力。
B、合理布置自動化設備安裝位置
現在大多數RTU子站（或一體化微機保護裝置等）都安裝在高壓室的開關柜上，“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操作、電力負荷波動以及強電電纜產生的電磁場干擾，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，高壓室內的溫度在夏天時較高，RTU子站（或一體化微機保護裝置等）內部因熱量而產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，改善設備的運行環(huán)境，還能方便檢修、試驗人員對裝置的年檢預試工作。
4結語
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場實際出發(fā)，本著經濟、實用、高標準、嚴要求、高起點、高可靠性的原則進行，嚴格遵照國家和行業(yè)有關標準，以達到更好的防護效果。
參考文獻：
1、GB50057－94《建筑物防雷設計規(guī)范》；
2、YDJ26-89《通信局(站)接地設計暫行技術規(guī)定》；
3、YD5078-98《通信工程電源系統(tǒng)防雷技術規(guī)定》；
4、GA173-1998《計算機信息系統(tǒng)防雷保安器》。
