对于一起电磁干扰引发厂用变停电事故浅析

对于一起电磁干扰引发厂用变停电事故浅析

王静思

中国石化股份有限公司齐鲁分公司

【摘要】

随着科学进步，大量的电气电子设备越来越广泛的应用于日常生活和工作，一方面促进了社会的进步，另一方面也带来了负面的影响，即电磁干扰的问题。本文对所辖热电厂在极端雷雨天气下，由于部分微机保护抗干扰能力弱，造成厂用变停电事故的原因、改进措施及如何提高微机保护装置的抗电磁干扰性进行了浅析。

【关键词】 微机保护；抗干扰性；非电量

1 简要事故经过

由于事发当天，热电厂周边地区有强对流天气，造成强降雨，并伴有雷电，厂用直流系统反复多次接地，部分厂用变和低厂变重瓦斯保护误动作跳闸，致使厂用电中断，使锅炉、汽机等全部设备停运。

2 事故原因分析

2.1 保护设计缺陷

经过对相关现场报文进行试验分析，发现厂用变瓦斯继电器现场接点直接启动非电量保护，作用于跳闸，由于设备投用较早，当时保护厂家未考虑外部干扰对该非电量的影响。非电量保护是光电耦合器，经过试验测量，高厂变和低厂变非电量保护起动电压134.6V，电流0.19mA，启动功率0.0256W。如图一所示。

图一：微机实现瓦斯保护原理

而国家电网18项反措中要求所有涉及直接跳闸的重要回路应采用动作电压在额定直流电源电压的55%-70%范围以内的中间继电器，并要求其动作功率不低于5W。同时部分（瓦斯、压力释放除外）直接跳闸回路的开入量，没有设置必要的延时防抖回路，来防止由于开入量的短暂干扰造成保护装置勿动的措施。

2.2充放电脉冲的干扰

厂用直流系统正常运行时，正负极对地电容是平衡的，当一极接地时，该极电容放电，另一极电容充电，产生一个充放电脉冲，脉冲对本回路及相邻设备都会产生干扰。现场测量厂用变瓦斯继电器接点间电容为8.7nF，其控制电缆长度大约60米， 低厂变瓦斯继电器接点间电容为16.7nF，其控制电缆长度大约120米。直流接地对非电量保护造成干扰。

2.3 雷电电磁波干扰

避雷针受到雷击，雷电从避雷针等防雷系统进入变电站接地网并流入大地，一方面将在接地网中产生冲击，导致接地网电位升高，另一方面将在周围空间中产生强大的暂态电磁场，从而在二次设备中产生暂态过电压，影响二次设备正常运行。

综上所述，突遇暴雨雷电造成直流系统间歇性接地情况下，引起控制电缆对地和线间电容充放电过程的反复，形成多次干扰信号，经瓦斯继电器接点的杂散电容起动保护逻辑跳闸，造成高厂变、低厂变瓦斯保护误动作，导致厂用电系统大面积停电，这是事故的根本原因。

3 改进措施

3.1 方案1

对全厂所有非电量直跳回路进行检查，对小型变压器的非电量保护（如干式变压器的超温跳闸）加0.1S延时，以躲过保护误动作，并联系厂家将装置进行升级，更换非电量保护模块。此方案实施性简单，但是局限性比较大。

3.2 方案2

对不能加延时的非电量保护二次回路进行改造（如重瓦斯），在开入量前加装大功率继电器，其动作功率8.4W（起动电压140V、起动电流60mA）。非电量保护由直接跳闸改为告警信号，保护装置仅记录动作信号。用大功率继电器的接点启动开入量跳闸，以降低外部干扰对于开入量的影响，提高开入量保护的可靠性，有效避免了再次发生误动作。此方案增加了中间继电器固有动作时间，延长了保护出口时间，但比较可靠。

方案2：改造后的开入量图

方案2：改造后的跳闸出口图

注：1ZJ、2ZJ为加装中间继电器。

3.3 方案3

对其不具备加装大功率继电器的二次回路，在开入量前并联一8KΩ电阻，（其余二次回路不做更改）。由于启动电压不变，增加并联电阻阻值，使其动作功率达到6W，提高了抗干扰动作功率。此方案如果将电阻设在外部回路如下图，增加了故障率。若将电阻焊接在保护装置开入板上，可靠性提高。

方案3：改造后的开入量图

注：R为加装并联电阻

3.4方案4

也可增设阻容吸收保护，即在开入量前并联阻容吸收回路。可有效吸收小电流冲击对设备的干扰。（此方案未实际实施）

方案4：开入量图

4 微机保护装置提高抗电磁干扰的措施

从上边这次事故，反映出继电保护电磁干扰性问题的重要性。现代化的电力系统本身是一个多种电磁干扰并存的复杂电磁环境，微机保护在这种环境中面临的电磁干扰性问题也十分严重。干扰产生的原因很多，有的来自系统结构无关的外部环境，如引起这次事故的雷电，开关操作等。也有的来自系统内部的问题，如系统结构及元件布局不合理等。总之，要解决好电磁干扰的问题，必须围绕：抑制干扰源，阻断干扰源，阻断干扰传播通道以及提高设备自身抗干扰能力。除了上边利用的添加中间继电器，电阻增加设备自身动作功率；以及利用阻容吸收电路阻断干扰源等抗干扰措施外，又归纳了以下几种常见的微机保护抗干扰方法：

4.1硬件措施

在设计继电保护装置或二次回路时，若在硬件上采用一些抗干扰措施，可有效的抑制干扰信号的侵入，提高装置的抗干扰能力。基本防止电磁干扰的硬件措施包括以下几个方面：

4.1.1 隔离

为了有效的抑制共模干扰，通常将保护装置中与外界相连的导线，电源线等经过隔离后再连入装置内部。隔离的作用是隔离与外接线路（信号线，电源线）地电位的联接，以抑制共模干扰。从较远距离引至计算机或其他低电平电子器件的线路应经隔离器接入，要联接的两台设备（电路）两者的地电位可能相差很大时，应该经隔离器联接。常用的隔离器件有光电耦合器和隔离变压器。

4.1.2 屏蔽

屏蔽主要是用来阻隔来自空间电磁场的辐射干扰。主要有：静电屏蔽，其作用是消除容性耦合，适用于对静电场和准稳态电场的屏蔽。磁场屏蔽，其作用是抑制感性耦合，适用于对静磁场和低频磁场的屏蔽。为了提高屏蔽效果，必要时可使用多层磁屏蔽。电磁屏蔽，其作用是抑制辐射电磁场的电磁耦合，它是由于金属屏蔽体对入射电磁波的反射损耗和吸收损耗而产生的。电磁波到达金属表面，一部分透入，一部分反射。透入导体的电磁波，在导体内感应产生涡流，引起功率损耗。故电磁波在导体内的传播过程中将不断衰减。

4.1.3 功率接地

将微机保护电源回路串入的干扰信号、低通滤波回路耦合进的干扰信号滤除。方法是通过把装置中两点或多点接地点用低阻抗导体连在一起，为内部危机电路提供一个电位基准。

4.1.4 屏蔽接地

将保护装置外壳以及电流、电压变换器的屏蔽层接地，以防外部电磁场干扰以及输入回路串入的干扰。

4.2 软、硬件结合抗干扰措施

采用硬件抗干扰措施可以大大提高微机保护装置的可靠性，但不是所有的干扰都可以通过硬件措施完全解决。采用一些软、硬件结合的措施，不但可以弥补硬件抗干扰措施不足，而且可使装置结构简化，降低成本。

4.2.1软、硬件结合的程序异常复位措施

使用独立于CPU的定时中断来监视程序的运行情况，具体方法是设置定时器的定时时间略大于程序周期运行时间，并在保护程序周期性执行中对定时器时间刷新操作。

4.2.2 关键输出口编码校核

为防止失控程序对重要的输出口进行非正常操作，导致如保护跳闸等误动作，必须对输出口的操作进行校核，解决的办法是使用软件编码后，经硬件解码才能启动出口驱动电路。

4.2.3 软件指令冗余技术

指令冗余指在一些对程序流向起着决定作用的指令（如跳转指令）及对系统工作状态至关重要的指令（如中断指令）前面，人为地插入几条空操作指令，以保证跑飞的程序能重返正常轨道。指令冗余得以实现的前提是程序跑飞到程序区并执行了空操作，否则指令冗余不起作用。应当注意的是在一个程序中“指令冗余”不要使用过多，以免降低程序的执行效率。

4.2.4软件陷阱

指在非用户程序区（如未使用的E-PROM区、未使用的中断向量区、数据表格区的周围）填充空操作指令并周期性写入一条指引指令，当程序跑飞到这些区域时，强行将程序引向一个指定的地址，在那里有一段专门对程序出错处理的程序，以便引导程序进入正常的运行状态。

结束语：由于这次事故，使我们深刻认识到电磁干扰的危害性，解决继电保护装置抗干扰的问题，是一项十分重要的工作，深入开展保护装置的抗干扰研究，势在必行。

【参考文献】

1. 国家电网公司：十八项电网重大反措事故措施（修订版）【Z】

2. 许建安.电力系统微机保护【M】中国水利出版社2001（8）

作者简介：王静思（1985-），男，甘肃金昌人，电气工程及自动化本科，研究方向为继电保护。