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电力系统中的噪声干扰及抑制方法(1)

北极星电力网技术频道    作者:史登祥   2012/7/10 15:51:21   

  所属频道:  农电    关键词:  电力系统 信号 噪声干扰

电力系统中的信号,对继电保护和自动装置而言,可分为有用信号和非有用信号。通常50Hz(工频或基波)、100Hz、150Hz和行波等信号属有用信号,其它各种噪声都属非有用信号,俗称噪声干扰。通常,噪声的频率高、幅度大、持续时间短,比较容易通过各种途径侵入装置。噪声干扰可导致计算机程序出格和计算错误,进而会造成保护的误动或拒动,甚至烧坏元器件,正因为如此,对噪声干扰所造成的影响,以及抑制措施,进行有针对性的分析很有必要。

1 噪声的分类

从电磁干扰模式看,噪声可分为差模噪声和共模噪声两类,如图1所示。

图1 信号线上的几种噪声

1.1 差模噪声

又称线间感应噪声、串模噪声或常模噪声。在图1(a)中,噪声侵入往返在两导线之间,N为噪声源,UN为噪声电压,IN、IS分别为噪声电流和有用信号。差模噪声可能是由于平行线路间互感的影响、分布电容的相互干扰及工频干扰等原因造成的,这种噪声可采用低通滤波器来抑制,但低频差模干扰却不易被滤波器吸收。

1.2 共模噪声

又称对地感应噪声、纵向噪声或不对称噪声。见图1(b),IN在两条线上流过一部分,以地为公共回路,IS只在往返两条线路中流过,这种噪声是由网络对地电位发生变化而引起的干扰,是造成微机保护、自动装置不正常工作的重要原因。

此外,通过图1(c)所示,若导线对地阻抗Z1=Z2,则UN1=UN2,从而IN1=IN2,即此时噪声电流不流过负载ZL,这种噪声就是共模噪声;通常Z1≠Z2,则UN1≠UN2,IN1≠IN2,出现UN1-UN2=UN,IN=UN/ZL,这种噪声就是差模噪声。可见,如发现差模噪声,则首先要考虑导线的阻抗是否平衡。阻抗不平衡对信号的不良影响,与其不平衡程度成比例。

2 噪声干扰的来源及危害

电力系统中噪声干扰的来源,大都是操作引起的噪声干扰、耦合引起的噪声干扰、地磁引起的噪声干扰、直流和厂(站)用电系统操作引起的干扰、大规模集成电路工作时引起的噪声干扰等等。

2.1 操作引起的噪声干扰

当发生高压线路或高压母线空载投入或切断、补偿电容器投切、电容式电压互感器投切、电力系统跳闸等情况时,均可引起瞬时过电压(浪涌)和高频振荡。浪涌电压和高频振荡电流的噪声可达相当大的数值,通过电磁感应、静电感应和公共电路的耦合窜入二次回路,造成对装置的干扰。

运行实践表明,高压瞬变电压的频带为5kHz~10MHz,振荡周期在50μs以内,重复率为1~100次/s、尖峰电压为200~3000V、衰减时间达数秒,严重地威胁了继电保护的正常工作。

2.2 耦合引起的噪声干扰

不同耦合方式产生不同耦合噪声,即电磁耦合、静电耦合和公共阻抗耦合,将产生不同的噪声干扰。

电磁耦合产生的干扰是电容式电压互感器(CVT)投人时,通过电磁感应在二次回路中所引起的噪声。如图2(a)所示,变压器绕组和断路器带电部分的分布电容,CVT的分压电容C1、C2,高压线路电感、引线电感及接地网的电阻、电感等形成高频振荡回路。该回路所产生的高频振荡电流,流过接地网和两端都接地的中性线。如果CVT的二次引线与接地网、高压线路平行,则电磁耦合将在二次回路内产生很高的电压,此电压施加在继电保护装置的机壳,将产生高达数千伏的共模噪声。由于电压回路的控制电缆芯间对地阻抗往往不相等,因而在电压二次回路各相间可引起很大的差模噪声。

结合CVT具体安装情况,进一步说明电磁耦合的另一途径。如图2(b)所示,若CVT安装底座对地高2m,高压侧接地线一般垂直进入电缆沟。当CVT投入或进行其它操作时,流过CVT高压侧接地线的高频振荡电流,将在接入装置的二次控制电缆中感应噪声电压。

来源:农村电气化
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