维普资讯 http://www.cqvip.com 科技信息 。机械与电子ｏ ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ２００７年第３１期 微机继电保护的电磁兼容及防护措施 谭江平 ｆ广东省电力设计研究院【摘广东广州 ５１０６００） 要】本文分析了微机继电保护装置工作环境中的电磁干扰，继而从屏蔽、接地、滤渡及二次回路设计等四个方面提出相应的抗干扰措 施，并对继电保护装置硬件部分的抗干扰设计提出解决途径。 【关键词】电磁兼容；微机继电保护；电磁干扰；抗干扰 【Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｉｎ ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｗｈｉｃｈ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ—ｂａｓｅｄ ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ ｒｅｌａｙ ｗｏｒｋｓ ｉｎ，ｔｈｅｎ ｐｒｏｐｏｓｅｓ ｔｈｅ ａｎｔｉ—ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｈｉｅｌｄ、ｔｈｅ ｅａｒｔｈ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｉｌｔｅｒ，ａｎｄ ｐｒｏｐｏｓｅｓ ｔｈｅ ａｎｔｉ—ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ａｐｐｒｏａｃｈｅｄ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ－ｂａｓｅｄ ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ ｒｅｌａｙ’Ｓ ｈａｒｄｗａｒｅ． 【ｋｅｙ ｗｏｒｄｓｌＥＭＣ；Ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ—Ｂａｓｅｄ Ｒｅｌａｙ；ＥＭｌ；ＡｎｔＩ－ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ １．引言 电磁干扰主要是通过微机继电保护装置的各个端１３，以共模的形 从传统的电磁式继电保护到微机继电保护，是继电保护领域引入 式进入微机保护装置的内部，如果装置内部的某回路或元件的对地分 并进而形成对该回路 微电子设备从而大大提高其工作效率的重大飞跃。经过农网、城网改 布参数不对称，共模干扰将转化为异模的形式，造。以微电子设备为主要构成器件的微机保护装置已经广泛地应用于 或器件的干扰。在干扰的传播过程中，其主要的表现方式为传导干扰 电力系统及牵引供电系统各电压等级的变电站、发电厂中。然而，变电 方式。屏蔽、接地、滤波是抑制电磁干扰的三种基本方法，此外，在二次 对抑制电磁干扰也是不可忽视的。下面就从这三个 站中各种电磁干扰源如雷电、操作冲击以及各种放电现象，造成了变 回路的设计方面， 电站复杂而恶劣的电磁环境。这样，以微电子技术为基础的微机继电 方面分别讨论微机继电保护装置的抗干扰措施：３．１微机保护装置的屏蔽 保护装置的自身抗干扰能力，就成为科研、工程人员所关注的主题。因 对于微机保护装置而言，为防止外部的干扰直接耦合到装置的内 此。探究微机继电保护装置所处工作环境的电磁干扰及其影响，并探 究改善微机保护装置的抗干扰能力，将成为提高微机继电保护装置可 部插件和元器件上，所有的插件用机箱来屏蔽。 微机保护的装置内部．通常的屏蔽指的就是电磁感应屏蔽和静电 靠性的一个重要的方面 屏蔽。为了进一步考察电磁干扰在进入装置的内部之后，需要采取电 微机保护装置一般被安装在变电站内、发电厂内，变电站是复杂 磁屏蔽和静电屏蔽的环节，我们不妨考察一下电磁干扰在装置内部的 电磁环境的代表，绝大多数的电磁干扰现象在变电站中均有发生。下 传播途径。Ａ．从电源端口进入的传导干扰 面对变电站中电磁干扰的特性分别描述： ２．微机继电保护装置工作环境中的电磁干扰 ２．１雷电冲击 般说来，雷击不会直接作用于二次回路，而是由两个渠道间接 一般．快速瞬变干扰从 ２２０／１１０电源进入到微机保护 一对其产生干扰： ◇雷击在高压线路上产生暂态过电压以大气行波的方式向变电 站传播．然后经ＣＴ、ＰＴ等传递到二次回路。 ◇雷击在变电站的接地元件上时。接地网将注入暂态电流，使地 电位发生变化。流过两端接地电缆外皮的电流将增加。 Ｚ２系统短路故障 当大电流接地系统发生接地短路时。短路电流经接地点流入接地 网，使接地点乃至整个接地网的电位升高。如果二次回路和接地网的 装置的电源插件，然后进一步 通过直流弱电回路向其它的 插件进行传播。 Ｂ．从输入激励量端口、输 入端口、输出端口、通讯端口 图１ 电源端口引入的传导干扰 进入的传导干扰。微机保护装 置的输入激励量端口指的是 交流模拟量输入端；输入端１３ ３则指开关量输出端；通讯 接地点与大电流入地点的距离比较近，这些接地点的电位也会升高， 则指微机保护装置的开关量输入；输出端１端１３则指装置所用的通信网络端口和与ＰＣ机进行通信的端１３．电磁 在二次回路中就会产生共模干扰电压。 干扰可以从输入激励量、输入、输出、通讯的任一端口以传导的形式进 ２．３开关操作 变电站内的开关操作一般有以下几种形式： ◇断路器操作高压母线和高压线路。 ◇隔离开关操作高压母线。 ． 入到装置内部，然后再继续传播。 当电磁干扰为高频干扰时． 还将向周围的设备通过电容耦 合的方式进行干扰。这就需要 采取电磁感应屏蔽和静电屏蔽 的措施。 ◇电容器组的投入和退出。 ◇变压器及电抗器的投入和退出。 由于以上被操作的元件均为电容电感等储能元件，电容上的电荷 量、电感的磁链均不能发生突变，在开关操作使其状态发生变化时，会 产生暂态过电压。这些暂态过电压表现为一个衰减振荡的过程．然后， 这一衰减振荡波通过ＣＴ，ＰＴ等直接耦合到二次回路当中去。这样，在 二次回路当中可出现大量的、快速衰减的、振荡的脉冲。 ２．４高压线路产生的工频电磁场 在变电站中，高压线路或母线会产生工频电磁场。一般说来，电压 通常微机保护装置内部的 ＣＴ、ＰＴ的原边和副边线圈之间 需要采取屏蔽措施；开关电源 的原边和副边线圈之间需要采 取屏敝措施。特别是对那些数 据采集系统采用逐次逼近Ａ／Ｄ 的保护装置，由于Ａ，Ｄ对快速 图２信号流程图 等级越高，电场强度越大，磁场强度相应减小。 ２．５辐射场的干扰 瞬变干扰很敏感。应采取ＣＴ、 ＰＩ１的原边和副边线圈之间加装 屏蔽层良好接地两项措施。 辐射场的干扰，主要来自于变电站内工作人员用的无线电通信工 具如步话机等。此外，站内设备的局部放电所产生的辐射干扰也是不 容忽视的。 进行数据通信的线路通常也应该要采用蔽屏措施．屏蔽体应该采 用两点接地。 ３．２微机保护装置的接地 ２．６另外还有静电放电和快速瞬变脉冲群干扰等。 ３．微机继电保护装置抗干扰的措施 ｌ１９ 维普资讯 http://www.cqvip.com 科技信息 ０机械与电子Ｏ ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ２００７年第３ｉ期 ３．２．ｉ安全接地 方式主要用于工作地和大地问存在直流或低频电位差的情况，所用的 安全接地指的是当用电设备的绝缘物质层的绝缘水平下降，导致 电容器应具有良好的高频特性和耐压性能。 设备的金属外壳等导电部分出现较高的对地电压。当人触及这些部位 ３．３微机保护裳置的滤波 时，会发生触电危险。所以，需要设法降低设备外壳上的对地电位。 传导干扰是不可能完全消除的。设置滤波器的目的在于尽量将干 微机继电保护装置外壳的接地起到了抑制电磁干扰和安全接地 扰衰减到某一个要求的技术水平。 的双重作用。 试验证明，微机保护装一置的端口部位如能设置低通滤波器．则 ３．２．２屏蔽接地 效果将很明显，这对增强硬件的抗干扰能力是一个极为有利的举措。 屏蔽接地可以有效地抑制静电感应和电磁感应干扰。目前。微机 ３．４微机继电保护二次回路设计中的抗干扰措施 保护装置屏蔽接地广泛采用的方式是：装置内部需要屏蔽接地的屏蔽 采用微机继电保护时，为防止保护装置因干扰误动作。除保护装 层、屏蔽体通过接地线连接到装置的外壳。然后再将装置的外壳通过 置本身必须采取有效的抗干扰措施外。还应当对外部二次回路的设计 低阻抗的接地线接到变电站的主接地网 采取必要的抗干扰措施。具体就是：１、降低干扰源和干扰对象之间的 ３．２．３工作接地 耦合电容和电感。２、降低屏蔽层的阻抗值。３、降低二次回路附近的电 信号回路和工作地的连接称为工作接地，接地的方式通常有单点接地 气值。 多点接地。一点接地又可分为串联一点接地和并联一点接地。由于任 ４ 结束语 何导体都有阻抗。串联一点接地方式会导致各接地点的电位不同，而 通过本文的分析我们知道： 且某一点电位还要受其它电路工作电流的影响。采用并联一点接地方 变电站中的电磁干扰对微机继电保护装置内部器件的作用是通 式可以避免各工作电路的地电流的耦合．减少相互干扰。 过装置的各个端口进入到装置内部，然后主要以传导的形式向周围传 采用多层板的微机保护装置中．基本采用了多点接地。因为有专 播，包括直接通过导线进行的传导、近区的电场耦合和磁场耦合。 用的接地层，地线很宽，接地效果还是很理想的。 共模干扰形成电磁干扰环境，但对某一回路或元件而言。只有当 工作地和大地的连接一般有三种方式：分别为浮地方式、直接接 共模干扰转化为异模干扰时，才有可能转化为对该回路或元件的干 地方式和电容接地方式。 扰。因此，微机继电保护装置的硬件部分在抗干扰设计上可采用以下 Ａ．浮地方式 途径： 采用浮地方式的优点是：一般可以使浮地系统对地的电阻很大， 阻塞共模干扰的耦合通道，减少共模干扰在装置内形成电磁干扰 对地的分布电容很小，这样就可以使系统不受大地电流的影响，提高 环境。具体做法是：选用优良、合理的机箱结构，使装置具有较好的屏 了系统的抗干扰能力，但是，浮地方式的有效性取决实际的悬浮程度。 蔽、接地功能：电源滤波；模入量的静电屏蔽；开入量、开出量的光电隔 实践证明，较大的电子设备系统因为有较大的对地分布电容有时很难 离。 实现真正的悬浮。 提高敏感回路的抗干扰能力，特别是保护装置内部的弱电回路所 Ｂ．直接接地方式 采取的抗干扰措施。 直接接地通常指电源的零线直接与大地相连，对微机保护装置而 总之，微机继电保护装置的抗干扰的思想在装置的设计开发阶段 言，指的是将直流５Ｖ，１５Ｖ。２４Ｖ系统的零线和变电站的接地网相连。 就应体现。否则在制造过程中发现的问题所需解决费用很高，而在运 采用这种接地方式，当变电站的接地网上没有干扰电流流动时，保护 行阶段发现的问题所需的解决费用将更高。 装置的直流电源系统的零线不会向被供电的设备传播干扰，也不会向 途经的设备或回路耦合干扰。 【参考文献】 但是，如果变电站的接地网上电位升高时，直流电源系统的零线 ［１】王定华，赵家升．电磁兼容原理与设计．电子科技大学出版社． 上的电位也将升高。然后进一步将此干扰电压传播到被供电的设备或 ［２】贺景亮．电力系统电磁兼容．北京：中国水利水电出版社． 耦合到此电源零线途经的设备或回路上。 ［３】陈德树．计算机继电保护原理与技术．北京：中国水利水电出版社． Ｃ．电容接地方式 ［４】路宏敏．工程电磁兼容．西安：西安电子科技大学出版社． 电容接地方式指的是经过电容器将工作地和大地相连，其目的是 ［５】王幸之．单片机应用系统抗干扰技术．北京：北京航空航天大学出版社 要为高频干扰提供对地的通道，而在低频时，仍然保持浮地。电容接地 ［责任编辑：韩铭】 （上接第１１０页）从本地实际出发，夯实互联网管理的日常基层基础工 媒体沟通，运用多种形式开展国家信息安全法律制度的宣传。各信息 作。（１）采取“属地监控”与“内容监控”相结合的方式，落实网上巡查处 系统运营使用部门要认真学习相关政策、法规，掌握网络安全的基本 置责任。将互联网划分为本地、国内和境外三个“片区”，并组建巡查小 业务知识，积极推动各有关部门和单位做好开展网络安全的各项工 组．将境内外重点网站的监控任务逐个落实到人，对涉及本地的信息 作。对企业职工要加强网络安全教育，使他们对网络安全有正确的理 实行分区作业。（２）整合社会技术力量，增强处置突发事件的能力。有 解和认识，要有防范意识和忧患意识。同时，还要通过各种形式开展对 关部门组成网络突发事件应急响应小组，应对随时发生的网络黑客攻 网民的网络安全宣传教育，增强法制观念。强化法律意识，减少网络犯 击、计算机病毒暴发等事宜，并成立网络联席会议制度，采取例会的形 罪的发生。此外，还要加强网络道德教育，尤其要加强青少年网络道德 式。开展经常性的经验及技术交流，增强本地网站的凝聚力。（３）以“面 教育，并通过教育引导青少年将他们的才智和精力用于保护 络安 上巡、后台找”的方式。及时主动把握网络舆情。改变以往被动处置的 全、预防网络犯罪上，教育他们为人类、社会的进步作出贡献。● 做法。变事后监管为全面掌握网上情况，加强网络舆情的事先预测、过 程分析和走向预测。（４）布置虚拟警力，建设舆情控制的社会辅助力 【参考文献】 量。在本县市重点网站论坛建立多个网民帐号，形成等级不同的网上 ［１］中国互联网发展状况统计报告冲国互联网信息中心２００７．１． 虚拟警力队伍；建立由网站版主、活跃网民等组成的网上舆情控制的 ［２］网络信息污染监管的难点与监管策略；ｈｔｔｐ：／／ｂｂｓ．ｅｙｏ１．ＣＯｔｔｌ，２００７．４． 社会辅助力量；设立网络评论员组织，对网络言论进行正面引导和评 ［３］中国互联网２００６年度信息安全报告．《中国新技术新产品精选》．２００７年第３ 论，随时发贴，快速反应，开展网上舆情控制，促进主流思想意识的健 期． 康发展。确立网络舆情汇报制度，发现网络舆论情况，及时汇报和采取 ［４］旷野，欧阳武，我国信息化法制建设的现状与建议，《中国社会科学院研究生 有效措施，控制网络舆论导向。（５）积极探索改进网络防控工作模式。 院学报》，２００７．３． 将过去以删、堵为主的有害信息防控模式变为删、堵、查、引，网上网下 作者简介：张志坚，１９６６．５，男，本科，副教授，研究方向，思想政治教育。 立体化防控模式，达到堵疏结合，基本杜绝有害信息上网的目的。 ’４．进一步加强网络安全宣传工作各职能管理部门要积极与新闻 ｝ ［责任编辑：翟成梁］ ｌ２０