文档介绍：第十二章地电位干扰及抗干扰措施研究
发电厂变电所的各类保护和控制系统目前均为计算机控制的综合自动化系统,这与过去传统的保护和控制装置相比,是一次技术上的革命。但是计算机综合自动化系统现在面临的一个问题,就是各种干扰的问题。因为计算机综合自动化系统在运行中面对的是高电压、强电场、电磁环境非常复杂。特别是当系统接地短路时,大电流流经接地装置时由地电位差引起的地电位干扰, 在雷击时由雷电流入地时,引起的冲击电位升高所造成的干扰,和过渡过程干扰以及电网中各种内过电压干扰。而微机保护和综合自动化系统的计算机则比较脆弱、、控制回路、电源和通信回路造成影响。如果某一环节出现问题,这种干扰就会对综合自动化系统造成较大的危害,比如会使逻辑混乱,计算机死机,芯片损坏、保护“失灵”等,严重时会危及发电机、变压器等一些主设备。
由各类干扰造成微机保护或综合自动化系统“失灵”的事故在最近几年可以说曾多次出现,有的还发展成主设备烧毁事故。国内、外曾多次发生在雷击时或在厂、站内接地短路时微机保护误动或死机,使事故扩大烧毁主设备或发展为“火烧连营”事故,事后分析原因大都是因微机保护或综合自动化系统受到地电位干扰造成。因而有必要对地网在接地短路时局部电位升高,对微机保护和综合自动化系统、调度自动化系统的干扰和影响进行研究,通过研究找出现有抗干扰措施上的不足,找出改进完善措施,从而提高微机保护综合自动化系统和调度自动化统的抗干扰水平,确保电网的安全稳定运行有着非常重要的。重点在于找出防止地电位干扰的措施,确保电力系统特别是微机保护和综合自动化系统的安全运行。
一、发电厂、变电所地电位干扰分析
1、发电厂、变电所内雷电流入地造成的冲击电压干扰
在接地体附近冲击电位的梯度比工频电位的梯度大,这是因为冲击电流通过接地体时,接地体附近的阻抗区除有工频电流相似的电阻分量外,由于磁场和集肤效应的作用,还包括了较为显著的与频率有关的电阻和电感分量,故电位梯度较大;离开接地体愈远,由于电流通过的地层截面增大,后一分量所占的比例显著减小,因而地面冲击电位分布和工频电位分布相似。当雷电流经构架避雷线或避雷器的接地引下线进入发电厂、变电所的接地网,再经接地网流入大地时,会造成接地网的局部电位升高,地网附近的电缆沟内往往有二次保护、计量、通信、控制等低压电缆,如因接地的局部电位升高超过一定数值,严重者会向二次电缆反击形成灾难性的事故。
如信阳平桥电厂1987年 7月11日因雷电造成地网局部电位升高,并向电缆沟内的电缆反击,引起电缆着火,使继电保护失灵,造成灾难性的事故。又如商城七星岗变电所在1992年接地网改造以前,多次发生雷击时,地网因局部电位升高向电缆沟内的电缆反击,打坏控制和计量表计的事故。
接地网的冲击电压干扰通道主要有
(1)互感耦合,即当二次线附近的接地体流过雷电流时,会通过互感耦合在二次线上产生干扰电压,干扰电压的大小与雷电流的大小及雷电流的流通通道和二次线的距离有关。当雷电流通过接地引下线流入大地肘,并在周转的空间产生很强的电磁场,这时会在二次线上产生感应电压u。
图12-1 雷电流的电感效应
U—引下线的电压;
DC—引下线;
P—对地电容为Ce对引下线电容为Cg的孤立金属部件;
L—与引下线之间的互感为M的金属环路。
N点和t点之间的电位差uNt将为
uNt=uNo +uot =uNo-uto
其中
(12-2)

从而
式(12-1)—式(12-3)中
(12-1)
(12-2)
M——防雷地接地引下线与设备的接地引下线之间的互感;
iL——雷电流;
RG——接地电阻;
R1——防雷接地引下线的电阻;
L1——防雷接地引下线的自感;
互感M愈大,ut就愈大,当防雷接地引下线与设备的接地引下线互感 M近似于L1。此时,感应电压ut与接地线上电压uN几乎相等, 对设备的威胁也就愈大。
当设备的接地引下线与防雷接地引下线靠近时,由于L1≈ M,uNt=就减小为uNt段的电阻压降iLR1。此时,虽然t点和N点的距离较近并不会产生反击。当两种引线间的距离增大时,M就减小,如果距离大到一定程度,M就越近于零,则有
(12-4)

此时uNt也将增大,但由于t点和N点的距离也相应增大,也不会使tN点间出现反击。
如果设备的外壳或引线靠近设备接地引线,而设备的引下线和防雷接地引下线的距离增大时, N点和t点将出现反击。为防止反击,设备应离开防雷接地引下线,设备的接地引下线应用绝缘导线。 (2)电容耦合在偶尔情况下,金属部件P与引下线或某一接地部分间的电场可以增强到发生击穿的程度。与此相比,在金属环路中感应出危险电压的情况经常出现。但总的来说这种危险只出现于陡度