电力系统中的噪声干扰及抑制方法

噪声会使开关电路翻转和数字电路中误传数据或地址，造成逻辑紊乱或计算出错，引起保护装置误动或拒动；有的还带来附加延时，严重时还会将元器件损坏。通过对噪声的来源及其危害的具体分析，有针对性地提出了相应的抑制措施。
　　[color="#0000ff"]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。
　　
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　　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
　　
　　[color="#0000ff"]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、[color="#0000ff"]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[color="#0000ff"]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，[color="#0000ff"]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[color="#0000ff"]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[color="#0000ff"]控制电缆中感应噪声电压。
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　　图2 电容式电压互感器引起的干扰
　　
　　静电耦合产生的干扰，是[color="#0000ff"]控制电缆处在[color="#0000ff"]发电机母线、[color="#0000ff"]电力[color="#0000ff"]变压器、高压线路和高压设备带电部分的强大电场时，[color="#0000ff"]控制电缆、带电体与大地间存在分布电容，通过静电耦合或电容耦合，在二次[color="#0000ff"]控制电缆内产生差模噪声，差模电压是由于两电缆芯对干扰源或大地的电容不相等所引起的
公共阻抗耦合产生的干扰是电容式电压互感器（CVT）投入时，所产生的暂态电流流过图2（b）所示的接地线，如将接地线分布电阻和电感用集中参数表示，图中未画出，暂态电流在集中阻抗上引起压降，使CVT二次绕组中性点和接地点电位升高，在装置外壳呈现过电压，使低压设备和[color="#0000ff"]控制电缆烧毁。
　　
　　[color="#0000ff"]发电厂和[color="#0000ff"]变电所内的一、二次回路及屏、箱的外壳多处接地，并且最终接入接地网，噪声电流将部分或全部流过接地网的金属结构，从而引起公共阻抗耦合噪声。
　　
　　2.3 直流和站用电系统操作引起的噪声干扰
　　
　　当突然切断带电感的中间继电器、电磁阀、接触器、断路器操作线圈时，这类带电感器件的两端将出现感应电压，这是一个主要的噪声源。
　　
　　现以继电器触点断开为例，开断电感器件时，在其线圈两端会产生暂态过电压，其电压波形中含有高频暂态分量，经导线分布电容和绝缘电阻侵入数字逻辑系统，导致逻辑关系紊乱，可引起装置误动作。
　　
　　3 几种抑制噪声的方法
　　
　　分析了噪声产生的原因后，根据实际情况，可以采用下列几种方法来解决噪声干扰问题。
　　
　　屏蔽措施：屏蔽共分两种，即电场屏蔽及磁场屏蔽。电场屏蔽是利用电的良导体封闭噪声源，或噪声接收敏感电路，使其在电磁场内产生涡流效应，防止干扰信号发出或接收；磁场屏蔽采用高通导磁材料制成屏蔽层，以防止低频磁通干扰。电子设备、测量仪器及仪表屏蔽时遵循以下原则：电场屏蔽罩必须与被屏蔽的电路零信号基准电位相接；磁场屏蔽罩必须封闭形成磁通路，不能有缝隙。合理设置接地点是抑制噪声与防止干扰的主要措施。特别应注意的是接地线尽可能短，例如[color="#0000ff"]变压器屏蔽层，一、二次绕组间的屏蔽层都需要接地，可以有效防止耦合电容、匝间分布电容的噪声传递。
　　
　　隔离措施：隔离是使电路相互独立，不成回路。有效地切断噪声通道，常用方法有三种：采用光电耦合器件；用继电器隔离（因为继电器的信号动作与[color="#0000ff"]控制触点动作分在两个电路中）；用隔离[color="#0000ff"]变压器隔离，选频滤波用RC或LC滤波电路，消除或抑制直流电源传递的噪声。
　　
　　加装浪涌保护器：对于开关操作等所产生的瞬态浪涌过电压，常用的保护方法主要是加装浪涌保护器。浪涌保护器是采用等电位的原理，提前将浪涌电流泄放入地，典型原理如图3所示。

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　　图3 浪涌保护器原理图
　　
　　当过电压出现时，瞬[color="#0000ff"]变电压抑制二极管（TVS）作为速度最快的元件首先动作，开始泄放电流，并将输出电位在其截止电压上，有效地防止了过电压对设备的损害。
　　
　　抗干扰方法中，最重要的是屏蔽技术和接地技术，正确应用这两种技术，将会显著减小噪声干扰，另外再辅以相应的隔离措施，则可基本消除干扰，从而确保继电保护装置的正确工作，实现[color="#0000ff"]电力系统的安全、稳定运行。

举个实际应用的例子最好

噪声干扰主要是对微机自动保护系统的干扰较大，对继电器保护的干扰较小。但对噪声消除比较困难，多采用对弱电系统屏蔽的方法。