張建 胡浩 牛霞 廣漢供電局
[摘 要]文章探討了變電站中的各種干擾對自動化系統的影響和破壞，分析了干擾產生的原因和危害，提出解決系統抗干擾有效措施，從而達到抑制干擾的目的。對自動化系統安全穩定運行起到極其重要的作用。
[關鍵詞] 變電站 抗干擾 屏蔽 浪涌保護 光電隔離
隨著科學技術的進步和電力體制改革的不斷深化，變電自動化技術得到越來越快的發展，從電磁型保護到晶體管保護，再發展到微機型保護，以及變電綜合自動化裝置大多數實現了微機自動控制。它們以通信網絡技術為基礎，把各種繼電保護裝置、自動裝置、RTU（遠程終端）和調度端連接起來，使變電站實現高質量、高速度、高靈活性和低成本的生產管理。但由于變電站的特殊環境，如強電磁場、雷電等眾多因素的影響，使變電站的自動化系統受到各種各樣的干擾，為提高其運行的安全和工作的可靠性，應根據不同的干擾源，采取相應的防雷及抗干擾措施。
2 變電所內電磁干擾來源、傳輸途徑和信號模式
2.1電磁干擾的來源
電力系統的電磁干擾源有外部干擾和內部干擾兩個方面。外部干擾包括了高壓開關操作、雷電、短路故障、電暈放電、高電壓大電流的電纜和設備向周圍輻射電磁波、高頻載波、對講機等輻射干擾源，及附近電臺、通信等產生的電磁干擾、靜電放電等。內部干擾是由自動化系統的結構、元件布置和生產工藝等決定的。主要有雜散電感、電容引起的不同信號感應，長線傳輸造成的波反射、寄生振蕩和尖峰信號引起的干擾等。但是，不論是內部還是外部干擾，它們都具有相同的物理特性，所以消除和抑制的措施基本是相同的。
2.2 電磁干擾的傳輸途徑
可分為兩大類：傳導干擾和輻射干擾。傳導干擾是通過干擾源和被干擾設備之間的公共阻抗進行傳播的，輻射干擾是通過電磁波進行傳播的。兩者之間會相互轉換，輻射干擾經過導線可轉換成傳導干擾，傳導干擾又可通過導線形成輻射干擾。例如雷電泄放即為這一相互轉換的典型過程，如圖1所示。
圖1 雷電通過耦合侵入導線回路
2.3 電磁干擾的信號模式
電磁干擾信號按其出現的方式，可分成兩種模式：差模干擾和共模干擾。以串聯的方式出現在信號源回路之中的干擾信號稱為差模干擾，主要是由長線路傳輸的互感耦合所致。而共模干擾則是由網絡對地電位發生變化而引起的干擾，共模干擾有時也稱為對地干擾，它是造成自動化裝置不能正常工作的主要原因。
3 自動化系統防雷及抗干擾措施
（1） 正確接地與屏蔽
對于微機保護裝置、自動化控制系統的通信信號線最好采用帶屏蔽層的雙絞屏蔽電纜，應盡可能與強電導線分開排放，并且保證電纜屏蔽層接地始終只有一點。因為變電站自動化系統裝置既有模擬電路又有數字電路，因此數字地與模擬地必須要分開，最后只在一點相連，如果兩者不分，則會互相干擾，嚴重時還會損壞設備。
（2） 加裝浪涌保護器
變電站的開關操作、靜電放電和閃電放電產生的瞬態浪涌過電壓將會對設備造成物理上的摧毀或加速老化。
圖2 浪涌保護器原理圖
對浪涌的防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，典型原理如圖2所示。當過電壓出現時，瞬變電壓抑制二極管（TVS）作為速度最快的元件首先動作，開始泄放電流，并將輸出鉗位在其截止電壓上，有效地防止了過電壓對設備的損害。當加在TVS上的放電電流隨著幅值的上升而使充氣式放電器（GDT）兩端電壓超過其點火電壓UG(即US+ΔU≥UG)時，GDT動作，也開始泄放電流。此時GDT呈低阻狀態，兩端僅有10至30伏的電弧電壓，因此可以避免因過電壓持續時間較長而將TVS燒毀。
浪涌保護器除了使用氣體放電管（GDT）、瞬變電壓抑制二極管（TVS）構成以外，有時也會用到壓敏電阻（MOV）、齊納二極管（ZENA）、金屬間隙等元件。所有這些元器件都有各自特殊的優點，為了起到最佳的作用，可以通過對這些元件進行相互調整配合來組建相應的保護電路。壓敏電阻（MOV）、瞬變電壓抑制二極管（TVS）及氣體放電管（GDT）的特性曲線圖分別如圖3～5所示。
圖3 壓敏電阻的特征曲線
圖4 瞬變電壓抑制二極管特征曲線
圖5 充氣式放電器的特性曲線
（3） 加裝光電隔離器
對于RS-232、RS-485以及CAN等數據通訊接口的防雷和抗干擾，加裝光電隔離器也是個不錯的方法。它可以將自動化系統與各種傳感器、開關、執行機構從電氣上隔離開來，使很大一部分干擾被阻擋。
對應于RS-485、RS-232及CAN接口的光電隔離器接線或原理圖分別如圖6～8所示。
圖6 RS-485通訊口光電隔離器原理圖
圖8 RS-232通訊口光電隔離器接線圖（設備端口為DB9）
圖10 CAN通訊口光電隔離器原理圖
（4） 其他抗干擾措施
A、選用抗干擾性能好的設備
選用抗干擾性能好的設備可以從根本上解決干擾問題。例如可以用帶光電隔離的長線收發器取代傳送RS-232數字信號的調制解調器。調制解調器的輸入輸出元件一般采用音頻變壓器。這種音頻變壓器可以實現低頻和直流信號電氣隔離，對高頻率信號卻無能為力，而干擾信號（比如雷電）對設備的影響一般都表現為一種高頻雜波，因此調制解調器的防雷、抗干擾性能很差。帶光電隔離的長線收發器可以實現所有信號的電氣隔離，因此用它取代調制解調器后可以大大提高抗干擾及抗雷擊能力。
B、合理布置自動化設備安裝位置
現在大多數RTU子站（或一體化微機保護裝置等）都安裝在高壓室的開關柜上，“四遙”信息通過一根由高壓室接到主控室的通信電纜，以RS-485等接口方式與RTU（或通信管理機等）進行傳送。因此電纜很容易受到來自開關操作、電力負荷波動以及強電電纜產生的電磁場干擾，這些干擾輕則增大“四遙”信息的誤碼率，重則會使RS-485等接口損壞。另外，高壓室內的溫度在夏天時較高，RTU子站（或一體化微機保護裝置等）內部因熱量而產生的噪聲干擾不容忽視。
針對以上問題，可以將RTU子站（或一體化微機保護裝置等）在主控室集中組屏，這樣不僅能減少各種干擾源（包括溫度）對裝置的影響，改善設備的運行環境，還能方便檢修、試驗人員對裝置的年檢預試工作。
4結語
總體來說，自動化系統的抗干擾及防雷不是簡單的避雷、抗干擾設備的安裝和堆砌，而是一項要求高、難度大的系統工程，涉及多方面的因素。因此在自動化系統的防雷及抗干擾實施過程中一定要從現場實際出發，本著經濟、實用、高標準、嚴要求、高起點、高可靠性的原則進行，嚴格遵照國家和行業有關標準，以達到更好的防護效果。
參考文獻：
1、GB50057－94《建筑物防雷設計規范》；
2、YDJ26-89《通信局(站)接地設計暫行技術規定》；
3、YD5078-98《通信工程電源系統防雷技術規定》；
4、GA173-1998《計算機信息系統防雷保安器》。
