電力系統中的信號,對繼電保護和自動裝置而言,可分為有用信號和非有用信號。通常50Hz(工頻或基波)、100Hz、150Hz和行波等信號屬有用信號,其它各種噪聲都屬非有用信號,俗稱噪聲干擾。通常,噪聲的頻率高、幅度大、持續時間短,比較容易通過各種途徑侵入裝置。噪聲干擾可導致計算機程序出格和計算錯誤,進而會造成保護的誤動或拒動,甚至燒壞元器件,正因為如此,對噪聲干擾所造成的影響,以及抑制措施,進行有針對性的分析很有必要。
1、噪聲的分類
從電磁干擾模式看,噪聲可分為差模噪聲和共模噪聲兩類,
信號線上的幾種噪聲
1.1 差模噪聲
又稱線間感應噪聲、串模噪聲或常模噪聲。噪聲侵入往返在兩導線之間,N為噪聲源,UN為噪聲電壓,IN、IS分別為噪聲電流和有用信號。差模噪聲可能是由于平行線路間互感的影響、分布電容的相互干擾及工頻干擾等原因造成的,這種噪聲可采用低通濾波器來抑制,但低頻差模干擾卻不易被濾波器吸收。
1.2 共模噪聲
又稱對地感應噪聲、縱向噪聲或不對稱噪聲。IN在兩條線上流過一部分,以地為公共回路,IS只在往返兩條線路中流過,這種噪聲是由網絡對地電位發生變化而引起的干擾,是造成微機保護、自動裝置不正常工作的重要原因。
此外若導線對地阻抗Z1=Z2,則UN1=UN2,從而IN1=IN2,即此時噪聲電流不流過負載ZL,這種噪聲就是共模噪聲;通常Z1≠Z2,則UN1≠UN2,IN1≠IN2,出現UN1-UN2=UN,IN=UN/ZL,這種噪聲就是差模噪聲。可見,如發現差模噪聲,則首先要考慮導線的阻抗是否平衡。阻抗不平衡對信號的不良影響,與其不平衡程度成比例。
2 噪聲干擾的來源及危害
電力系統中噪聲干擾的來源,大都是操作引起的噪聲干擾、耦合引起的噪聲干擾、地磁引起的噪聲干擾、直流和廠(站)用電系統操作引起的干擾、大規模集成電路工作時引起的噪聲干擾等等。
2.1 操作引起的噪聲干擾
當發生高壓線路或高壓母線空載投入或切斷、補償電容器投切、電容式電壓互感器投切、電力系統跳閘等情況時,均可引起瞬時過電壓(浪涌)和高頻振蕩。浪涌電壓和高頻振蕩電流的噪聲可達相當大的數值,通過電磁感應、靜電感應和公共電路的耦合竄入二次回路,造成對裝置的干擾。
運行實踐表明,高壓瞬變電壓的頻帶為5kHz~10MHz,振蕩周期在50μs以內,重復率為1~100次/s、尖峰電壓為200~3000V、衰減時間達數秒,嚴重地威脅了繼電保護的正常工作。
2.2 耦合引起的噪聲干擾
不同耦合方式產生不同耦合噪聲,即電磁耦合、靜電耦合和公共阻抗耦合,將產生不同的噪聲干擾。
電磁耦合產生的干擾是電容式電壓互感器(CVT)投人時,通過電磁感應在二次回路中所引起的噪聲。如圖2(a)所示,變壓器繞組和斷路器帶電部分的分布電容,CVT的分壓電容C1、C2,高壓線路電感、引線電感及接地網的電阻、電感等形成高頻振蕩回路。該回路所產生的高頻振蕩電流,流過接地網和兩端都接地的中性線。如果CVT的二次引線與接地網、高壓線路平行,則電磁耦合將在二次回路內產生很高的電壓,此電壓施加在繼電保護裝置的機殼,將產生高達數千伏的共模噪聲。由于電壓回路的控制電纜芯間對地阻抗往往不相等,因而在電壓二次回路各相間可引起很大的差模噪聲。
3 幾種抑制噪聲的方法
分析了噪聲產生的原因后,根據實際情況,可以采用下列幾種方法來解決噪聲干擾問題。
屏蔽措施:屏蔽共分兩種,即電場屏蔽及磁場屏蔽。電場屏蔽是利用電的良導體封閉噪聲源,或噪聲接收敏感電路,使其在電磁場內產生渦流效應,防止干擾信號發出或接收;磁場屏蔽采用高通導磁材料制成屏蔽層,以防止低頻磁通干擾。電子設備、測量儀器及儀表屏蔽時遵循以下原則:電場屏蔽罩必須與被屏蔽的電路零信號基準電位相接;磁場屏蔽罩必須封閉形成磁通路,不能有縫隙。合理設置接地點是抑制噪聲與防止干擾的主要措施。特別應注意的是接地線盡可能短,例如變壓器屏蔽層,一、二次繞組間的屏蔽層都需要接地,可以有效防止耦合電容、匝間分布電容的噪聲傳遞。
隔離措施:隔離是使電路相互獨立,不成回路。有效地切斷噪聲通道,常用方法有三種:采用光電耦合器件;用繼電器隔離(因為繼電器的信號動作與控制觸點動作分在兩個電路中);用隔離變壓器隔離,選頻濾波用RC或LC濾波電路,消除或抑制直流電源傳遞的噪聲。
加裝浪涌保護器:對于開關操作等所產生的瞬態浪涌過電壓,常用的保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。
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