第五章 微機保護抗干擾措施

第五章微機保護抗干擾措施1第一頁，共二十四頁，2022年，8月28日二、干擾和干擾源

1.系統(tǒng)操作引起的噪聲高壓設(shè)備（如：斷路器、隔離開關(guān)）在投入或斷開時，可引起瞬時過電壓和高頻振蕩，通過電磁感應(yīng)、靜電感應(yīng)對裝置造成干擾。2.耦合引起的噪聲◆電磁耦合：電容式電壓互感器在投入時，通過電磁感應(yīng)在電壓信號的二次回路中產(chǎn)生噪聲。◆靜電耦合：控制電纜分布在強電場環(huán)境下，通過分布電容耦合及靜電感應(yīng)耦合產(chǎn)生噪聲?！艄沧杩柜詈希鹤冸娝淮位芈贰⒍位芈芬约拔C保護裝置等的地最終接入接地網(wǎng)，當(dāng)發(fā)生接地故障時，噪聲電流在公共地線上產(chǎn)生電壓降，引起有用信號的畸變。3.直流系統(tǒng)操作引起的噪聲突然切斷電感的各種繼電器、接觸器、跳合閘線圈時，在電感線圈的兩端會產(chǎn)生很高的感應(yīng)電壓。

4.大規(guī)模集成電路工作時引起的噪聲

芯片工作電流突然增大（信號工作頻率高），通過電路耦合會產(chǎn)生很大的尖峰噪聲。

2第二頁，共二十四頁，2022年，8月28日噪聲電流在信號線與地線之間傳輸，由噪聲源經(jīng)兩條傳輸線通過地回路產(chǎn)生噪聲電壓UN，從而改變地電位，對信號線造成干擾。按干擾侵入裝置的方式可分為兩種：差模干擾和共模干擾。1.共模干擾

噪聲電流信號電流三、干擾的形式5.諧波◆變壓器空載投入產(chǎn)生的勵磁涌流；◆電氣化鐵路中的電力機車負荷；◆空載投入高壓輸電線路或帶并聯(lián)電抗器的線路時，將產(chǎn)生高次諧波；◆直流輸電系統(tǒng)中的換流器工作時產(chǎn)生的高次諧波。消除共模干擾的方法：◆浮空隔離技術(shù)（浮地）◆系統(tǒng)一點接地◆隔離變壓器◆光電耦合3第三頁，共二十四頁，2022年，8月28日2.差模干擾◆噪聲電流與信號電流同時在兩條信號線之間傳輸；◆差模干擾一般是由長線傳輸?shù)幕ジ旭詈匣蚓€間分布電容耦合產(chǎn)生。噪聲電流信號電流四、硬件抗干擾措施1.隔離與屏蔽措施

◆屏蔽措施：機箱屏蔽、電流電壓變換器的原副邊屏蔽?！舾綦x措施：光電隔離、變壓器隔離、繼電器隔離等。2.濾波與去耦

◆數(shù)據(jù)采集單元中的模擬低通濾波器；◆集成電路芯片的去耦電路（旁路高頻燥聲等）；◆每個插件的電源入口處的抗干擾電容。3.硬件自復(fù)位電路4.硬件多重化冗余設(shè)計：保護裝置、裝置中的插件雙重化。

5.出口跳閘回路的多重閉鎖措施◆采用雙線驅(qū)動命令編碼方式（1個開出由兩位控制）；◆出口電源受告警繼電器和啟動元件控制；4第四頁，共二十四頁，2022年，8月28日五、軟件抗干擾措施1.對輸入采樣值的抗干擾糾錯◆某些模擬量輸入之間存在可以利用的規(guī)律例如，三相電流和零序電流、三相電壓和零序電壓之間滿足：所有模擬量在同一時刻采樣，則對任意一次采樣k，都滿足：※（1）式和（2）式短時不成立※（1）式和（2）式連續(xù)不成立※（1）式成立、（2）式不成立干擾數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)損壞TV斷線◆自身的若干次采樣值之間的變換規(guī)律◆重要模擬量輸入采用雙重化同一信號設(shè)置兩個采樣通道，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，比較兩個數(shù)據(jù)是否一致，甚至采樣三重化，用三取二表決的方法。5第五頁，共二十四頁，2022年，8月28日2.運算過程的校核將運算過程進行兩次或多次，核對運算是否有誤?！魞纱芜\算利用同樣的原始數(shù)據(jù)比較兩次運算結(jié)果，直到兩次結(jié)果一致。◆兩次運算不利用完全相同的原始數(shù)據(jù)設(shè)算法要求的數(shù)據(jù)窗為N+1點，則：第一次運算采用x(k),x(k-1),…,x(k-N)；第二次運算采用x(k+1),x(k),…,x(k-N+1)；對于阻抗或電流、電壓有效值等的計算結(jié)果應(yīng)當(dāng)十分接近。3.出口閉鎖說明：標(biāo)志1由啟動元件、保護動作判斷程序生成。跳閘程序的閉鎖6第六頁，共二十四頁，2022年，8月28日六、自動檢測1.存儲器自檢2.程序和定值自檢3.數(shù)據(jù)采集單元自檢

4.開關(guān)量輸出回路自檢基本原理是：在確保繼電器不動作的情況下，短時發(fā)出開出驅(qū)動信號，檢測反饋信號。

5.開關(guān)量輸入通道自檢

基本原理：采用冗余設(shè)計（1個輸入信號接入2個開入通道）。

7第七頁，共二十四頁，2022年，8月28日七、電磁兼容1.基本概念①電磁兼容的定義國際電工委員會（IEC）對電磁兼容的定義為：設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。包含兩方面的內(nèi)容：◆設(shè)備或系統(tǒng)在電磁環(huán)境中能夠承受電磁騷擾，并保證正常工作；◆設(shè)備或系統(tǒng)不應(yīng)該產(chǎn)生電磁騷擾。電磁騷擾產(chǎn)生的三個因素：騷擾源、傳播途徑和受騷擾系統(tǒng)。②電磁兼容三要素◆電磁兼容通常需要指明某個特定的空間；◆電磁兼容必須同時存在騷擾的發(fā)射體和感受體；◆電磁騷擾通過一定的煤體（耦合途徑）將發(fā)射體和感受體聯(lián)系在一起，如：空間、公共電網(wǎng)或公共阻抗等。③電磁騷擾源◆自然騷擾源：主要由閃電、太陽輻射等?！羧藶轵}擾源：靜電放電、核電磁脈沖、無線電、高頻加工設(shè)備、數(shù)字電路、高壓輸電線路及絕緣子表面放電、電網(wǎng)開關(guān)操作、電壓波動等。8第八頁，共二十四頁，2022年，8月28日④電磁騷擾傳播途徑◆輻射途徑：騷擾源通過空間向外輻射電磁波?！魝鲗?dǎo)途徑：騷擾源通過與其連接的導(dǎo)線向外發(fā)射；通過公共阻抗耦合或接地回路耦合?！舾袘?yīng)耦合途徑：電容耦合、電感耦合2.微機保護的電磁兼容微機保護電磁兼容的研究重點：能不能承受工作環(huán)境中的電磁騷擾。微機保護裝置在某個等級下進行EMC試驗時，有如下情況出現(xiàn)：①在技術(shù)范圍內(nèi)，性能正常；②功能或性能暫時降低或喪失，但可自行恢復(fù)；③功能或性能暫時降低或喪失，要由人工干預(yù)或系統(tǒng)復(fù)位才能恢復(fù)正常；④設(shè)備或軟件損壞、數(shù)據(jù)喪失、造成不可自行恢復(fù)的功能降低或喪失；IEC認為：設(shè)備滿足①的情況，則判定為通過；設(shè)備出現(xiàn)③、④的情況，則判定為不通過；微機保護的EMC試驗一般包括如下幾項：⑴靜電放電抗擾性試驗?zāi)M操作人員或物體在接觸設(shè)備時的放電，及人或物體對鄰近物體的放電，評估被試設(shè)備抗靜電放電干擾的能力。9第九頁，共二十四頁，2022年，8月28日◆直接放電試驗：放電電極直接對被試設(shè)備進行放電，直接放電點包括用戶可能觸及到的任何地方。（接觸放電）◆間接放電試驗：通過對被試設(shè)備附近耦合板的放電來模擬人體對被試設(shè)備的放電。（空氣放電）等級試驗電壓(kV)接觸放電空氣放電1222443684815X特定特定X是開放等級，必須在專用設(shè)備的規(guī)范中規(guī)定靜電放電抗擾性試驗等級微機保護的正常試驗等級為3級⑵射頻電磁場輻射抗擾性試驗?zāi)M電磁場的影響，評估電氣和電子設(shè)備抗輻射電磁場干擾的能力。等級試驗場強(V/m)1123310X特定射頻電磁場輻射抗擾性試驗等級⑶電快速瞬變脈沖群抗擾性試驗評估電氣和電子設(shè)備的供電電源、信號和控制端口在受到重復(fù)的快速瞬變（脈沖群）干擾時的抵御能力。本試驗是模擬被試設(shè)備對來自操作暫態(tài)過程（如：切換電感性負載、繼電器觸頭分合等）中的各種瞬變擾動的抗擾性。這類干擾的特點：上升時間短、重復(fù)率高、能量低。微機保護的正常試驗等級為3級10第十頁，共二十四頁，2022年，8月28日等級開路輸出試驗電壓（±10%）和脈沖的重復(fù)率（±20%）在供電電源和保護地端口在輸入/輸出信號、控制端口電壓峰值(kV)重復(fù)率(kHz)電壓峰值(kV)重復(fù)率(kHz)10.550.2552150.5532515442.525X特定特定特定特定微機保護的正常試驗等級為3級電快速瞬變脈沖群抗擾性試驗等級⑷浪涌抗擾性試驗浪涌是一種沿電源線或電路傳播的快速上升、緩慢下降的電流、電壓、功率瞬變波，模擬由各種操作或雷電瞬變過電壓引起的干擾影響，評估設(shè)備抵御大能量騷擾的能力。雷電瞬變主要是模擬間接雷擊，模擬雷電擊中戶外電力線或物體后，通過下列途徑對設(shè)備產(chǎn)生干擾：◆雷擊戶外線路后，電流流經(jīng)外部線路或接地電阻，從而產(chǎn)生干擾電壓；◆在設(shè)備周圍產(chǎn)生電磁場，使設(shè)備對外連接端子出現(xiàn)感應(yīng)電壓和電流；◆雷擊產(chǎn)生的地電流通過設(shè)備所在的接地系統(tǒng)，產(chǎn)生干擾電壓。等級開路試驗電壓±10%（Kv）10.5213244X特定浪涌抗擾性試驗等級微機保護的正常試驗等級為3級11第十一頁，共二十四頁，2022年，8月28日⑸工頻磁場抗擾性試驗工頻磁場由導(dǎo)體中的工頻電流產(chǎn)生，少量由鄰近的其它裝置（如變壓器的漏磁通）產(chǎn)生。主要考核兩種情況：◆正常工作條件下，穩(wěn)定、連續(xù)電流產(chǎn)生的磁場，幅值相對較小；◆電力系統(tǒng)故障條件下，短路電流產(chǎn)生的磁場，幅值較高、持續(xù)時間短。等級穩(wěn)定的磁場強度A/m（峰值）1～3秒的短時磁場強度A/m（峰值）11不采用23不采用310不采用43030051001000X特定特定微機保護的正常試驗等級為4級以上⑹脈沖磁場抗擾性試驗脈沖磁場主要由以下幾種情況產(chǎn)生：◆雷擊建筑物和其它金屬構(gòu)架；◆電力系統(tǒng)故障的暫態(tài)起始階段；◆操作高壓母線和高壓線路的斷路器。脈沖磁場的試驗等級、環(huán)境條件與短時工頻磁場的要求是一樣的，兩者的區(qū)別主要是：短時工頻磁場的持續(xù)時間為1～3秒，而脈沖磁場的持續(xù)時間僅為十幾微秒到幾十微秒。工頻磁場抗擾性試驗等級12第十二頁，共二十四頁，2022年，8月28日⑺阻尼振蕩磁場抗擾性試驗阻尼振蕩磁場是指發(fā)電廠、變電站中，由隔離刀閘在分合高壓母線時產(chǎn)生的騷擾磁場，阻尼磁場的試驗等級、環(huán)境條件與短時工頻磁場的要求是一樣的，阻尼磁場的電磁波是衰減的振蕩波，電磁波的周期是1～10us。⑻振蕩波抗擾性試驗振蕩波是電力系統(tǒng)操作、絕緣閃絡(luò)、燃弧、故障或雷擊低壓電纜等情況下，通過設(shè)備連接電纜侵入的騷擾，分為振鈴波和阻尼振蕩波?！粽疋彶ㄓ呻娋W(wǎng)和無功負荷的操作、電力線路絕緣閃絡(luò)和故障、雷擊電壓電纜等原因引起的感應(yīng)騷擾。等級共模(kV)差模(kV)10.50.25210.5321442X特定特定振鈴波試驗等級微機保護的正常試驗等級為3級◆阻尼振蕩波在電廠、變電站以及重工業(yè)設(shè)施中，由各種操作引起的電弧燃燒、電壓波反射，從而在設(shè)備端口上產(chǎn)生騷擾影響。等級共模(kV)差模(kV)10.50.25210.532.514不采用不采用X特定特定阻尼振蕩波波試驗等級微機保護的正常試驗等級為3級13第十三頁，共二十四頁，2022年，8月28日端口定義：3.微機保護相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)①電磁兼容要求14第十四頁，共二十四頁，2022年，8月28日15第十五頁，共二十四頁，2022年，8月28日16第十六頁，共二十四