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第七章第七章 变电所电磁骚扰的防护变电所电磁骚扰的防护 第一节第一节 电缆的屏蔽原理电缆的屏蔽原理 第二节第二节 变电所设计中应考虑的几个问题变电所设计中应考虑的几个问题 第三节第三节 交流电源系统中的电磁暂态交流电源系统中的电磁暂态 （电涌）防护（电涌）防护 第四节第四节 提高二次设备抗骚扰能力的措施提高二次设备抗骚扰能力的措施 第五节第五节 计算机受电网骚扰的抑制方法计算机受电网骚扰的抑制方法 既然电力系统中各种电磁骚扰的存在是既然电力系统中各种电磁骚扰的存在是不可避免的，那末尽量不可避免的，那末尽量减小减小它们对供用它们对供用电线路、供用电设备绝缘的电线路、供用电设备绝缘的破坏破坏，尽量，尽量降低降低它们在二次控制、保护线路和设备它们在二次控制、保护线路和设备上的上的感应量感应量，尽量，尽量提高提高二次设备的二次设备的抗骚抗骚扰能力扰能力就成为电力系统电磁骚扰防护研就成为电力系统电磁骚扰防护研究的主要任务究的主要任务常见的抗骚扰措施有：屏蔽、接地和滤常见的抗骚扰措施有：屏蔽、接地和滤波等，本章简要介绍变电所电磁骚扰的波等，本章简要介绍变电所电磁骚扰的防护原理和方法防护原理和方法 第一节第一节 电缆的屏蔽原理电缆的屏蔽原理 敷设在高压导线附近的二次电缆，如果敷设在高压导线附近的二次电缆，如果不采取屏蔽措施，一次回路或其它骚扰不采取屏蔽措施，一次回路或其它骚扰源会通过容性耦合或感性耦合在电缆芯源会通过容性耦合或感性耦合在电缆芯线上产生骚扰电压。

线上产生骚扰电压 现场的实测表明，在现场的实测表明，在220kV高压母线下方高压母线下方平行放置的一根平行放置的一根135m长的无屏蔽的塑料长的无屏蔽的塑料电缆，当用隔离开关切合空载母线时，电缆，当用隔离开关切合空载母线时，电缆芯线上的感应电压可达到电缆芯线上的感应电压可达到15001600V 如果采用金属外皮的屏蔽电缆如果采用金属外皮的屏蔽电缆,而且电缆外皮两而且电缆外皮两端接地端接地,则不论对容性耦合或感性耦合产生的骚则不论对容性耦合或感性耦合产生的骚扰都有明显的抑制作用扰都有明显的抑制作用为了避免较大的地中电流流过金属外皮而将其烧为了避免较大的地中电流流过金属外皮而将其烧毁，在外界磁场较小的情况下，可采取一端接地毁，在外界磁场较小的情况下，可采取一端接地的方式接地点最好选在近端，以降低感应电压接地点最好选在近端，以降低感应电压屏蔽电缆的屏蔽作用分为屏蔽电缆的屏蔽作用分为:静电屏蔽静电屏蔽低频电磁屏蔽低频电磁屏蔽高频电磁屏蔽高频电磁屏蔽一、静电屏蔽一、静电屏蔽 静电屏蔽适用于抑制容性耦合产静电屏蔽适用于抑制容性耦合产生的骚扰生的骚扰高压母线和电缆之间静电耦合的高压母线和电缆之间静电耦合的原理示意图如图原理示意图如图7-1(a)所示，其所示，其等值电路如图等值电路如图7-1(b)所示。

所示 图图7-1 7-1 高压母线和屏蔽电缆静电耦合方式高压母线和屏蔽电缆静电耦合方式 ( (a) a) 耦合方式示意图；耦合方式示意图； ( (b) b) 等值电路等值电路在一般情况下，在一般情况下， ，则电缆，则电缆外皮上感应电压可按下式近似计算外皮上感应电压可按下式近似计算: 电缆芯线上的感应电压则为电缆芯线上的感应电压则为: 由上式可以看出，为了降低芯线由上式可以看出，为了降低芯线上的感应电压，应尽量减小电缆上的感应电压，应尽量减小电缆外皮电位外皮电位, ,最有效的办法是最有效的办法是: : 减小外皮的接地阻抗减小外皮的接地阻抗Z ZS S ， 将外皮接地点尽量靠近被保护将外皮接地点尽量靠近被保护的二次设备，的二次设备， 必要时可沿电缆增加接地点必要时可沿电缆增加接地点 二、低频电磁屏蔽二、低频电磁屏蔽 低频电磁屏蔽适用于抑制感性耦合产生低频电磁屏蔽适用于抑制感性耦合产生的骚扰屏蔽原理主要是利用外皮上的感应电流屏蔽原理主要是利用外皮上的感应电流产生二次场来抵消骚扰源一次场的作用产生二次场来抵消骚扰源一次场的作用所以屏蔽回路应当两端接地，显然，屏所以屏蔽回路应当两端接地，显然，屏蔽回路的纵向阻抗及接地电阻愈小，回蔽回路的纵向阻抗及接地电阻愈小，回路内的感应电流愈大，屏蔽效果愈明显。

路内的感应电流愈大，屏蔽效果愈明显 图图7-2 7-2 阻抗关系图阻抗关系图 11骚骚扰扰母母线线； 22电电缆缆芯芯线线；33电电缆缆外外皮皮屏蔽效果一般用屏蔽系数来衡量屏蔽效果一般用屏蔽系数来衡量屏蔽系数屏蔽系数K0定义为定义为: :屏蔽以后和屏蔽以前屏蔽以后和屏蔽以前电缆芯线上纵向感应电势之比电缆芯线上纵向感应电势之比忽略回路间互阻抗的实数部分，屏蔽系数忽略回路间互阻抗的实数部分，屏蔽系数可写成下列形式可写成下列形式 ：式式中中 M13、M23、M12 各各回回路路间间互互感感系系数；数； R3、L3 屏蔽回路单位长度的电阻屏蔽回路单位长度的电阻和自感屏蔽电缆的屏蔽电缆的理想屏蔽系数理想屏蔽系数K0 不难看出，要减小屏蔽系数不难看出，要减小屏蔽系数, ,提高屏蔽效提高屏蔽效果，应当减小屏蔽回路的电阻并增大其果，应当减小屏蔽回路的电阻并增大其自感 当考虑当考虑“外皮一大地外皮一大地”回路的横向导纳，回路的横向导纳，即外皮对地的泄漏时即外皮对地的泄漏时( 见图见图7-3 )，电缆外皮，电缆外皮的实际屏蔽系数可按下列公式计算的实际屏蔽系数可按下列公式计算 其中其中式中式中 K0外皮的理想屏蔽系数，外皮的理想屏蔽系数，骚扰母线和电缆的平行段长度；骚扰母线和电缆的平行段长度；电缆的长度；电缆的长度；“外皮外皮大地大地”回路的传输常数；回路的传输常数；Rn外皮与地之间的泄漏电阻；外皮与地之间的泄漏电阻；ZH外皮终端接地阻抗；外皮终端接地阻抗；Zc 电缆的波阻抗。

电缆的波阻抗 图图7-3 7-3 计及外皮对地阻抗时的屏蔽原理图计及外皮对地阻抗时的屏蔽原理图提高低频电磁屏蔽效果的措施：提高低频电磁屏蔽效果的措施： ( 1 ) ( 1 ) 减小减小R3，( ( 减小减小K0 ) ) ( 2 ) ( 2 ) 增大增大L3，( ( 减小减小K0) ) ( 3 ) ( 3 ) 减小端部接地阻抗减小端部接地阻抗ZH ( 4 ) ( 4 ) 降低对地泄漏电阻降低对地泄漏电阻, ,多点接地多点接地 ( 5 ) ( 5 ) 在电缆铠装外加绕钢丝或将电缆放在在电缆铠装外加绕钢丝或将电缆放在铁管中铁管中( 6 ) ( 6 ) 两条结构相同的电缆在同一沟内平行两条结构相同的电缆在同一沟内平行敷设，相互屏蔽，屏蔽效果有一定程度的敷设，相互屏蔽，屏蔽效果有一定程度的提高三、高频电磁屏蔽三、高频电磁屏蔽 高频电磁屏蔽适用于抑制高频辐射高频电磁屏蔽适用于抑制高频辐射产生的骚扰产生的骚扰 高频屏蔽的基本原理高频屏蔽的基本原理: ( 1 ) 利用波阻抗变化，电磁波在屏蔽利用波阻抗变化，电磁波在屏蔽界面反射，减弱骚扰能量界面反射，减弱骚扰能量 ( 2 ) 利用屏蔽内涡流衰减电磁波，使利用屏蔽内涡流衰减电磁波，使骚扰能量进一步减弱。

骚扰能量进一步减弱以简单的平面型屏蔽体为例如图以简单的平面型屏蔽体为例如图7-47-4所示，所示，E E0 0及及H H0 0分别代表入射的骚分别代表入射的骚扰电场强度和磁场强度，扰电场强度和磁场强度，EE0 0和和HH0 0分别代表在屏蔽体界面上产生的反分别代表在屏蔽体界面上产生的反射场强，穿过屏蔽体以后骚扰场强射场强，穿过屏蔽体以后骚扰场强减弱为减弱为: : E E0 0 及及 H H0 0，其中其中 为高频屏蔽系数为高频屏蔽系数 图图7-4 7-4 平面型屏蔽体的屏蔽作用平面型屏蔽体的屏蔽作用根据边界条件可求出高频屏蔽系数根据边界条件可求出高频屏蔽系数式中式中 : N : N 介质波阻抗与屏蔽体介质波阻抗与屏蔽体 波阻抗之比值波阻抗之比值 b b 屏蔽体厚度屏蔽体厚度 高频屏蔽系数高频屏蔽系数 决定于决定于( )( )和和N，其中其中 代表屏蔽内涡流引起的屏代表屏蔽内涡流引起的屏蔽效果；而蔽效果；而N 则反映了折反射引起则反映了折反射引起的屏蔽效果的屏蔽效果从前者考虑，钢的屏蔽效果最好，从前者考虑，钢的屏蔽效果最好，铜、铝、铅次之而从后者考虑，铜、铝、铅次之而从后者考虑，则铜的屏蔽效果最好，钢最差。

则铜的屏蔽效果最好，钢最差故在实际中有时采用多层屏蔽保护故在实际中有时采用多层屏蔽保护 第二节第二节 变电所设计中应考虑的变电所设计中应考虑的几个问题几个问题 在变电所设计中，采用合理的方在变电所设计中，采用合理的方式敷设二次电缆及选择正确的走向式敷设二次电缆及选择正确的走向等措施可以避免或减少周围电磁场等措施可以避免或减少周围电磁场对二次电缆的骚扰对二次电缆的骚扰一、将高、低电平的信号电缆分开一、将高、低电平的信号电缆分开-主要抑制容性耦合骚扰主要抑制容性耦合骚扰 电缆中一个芯线的暂态信号可以通过芯线间的电缆中一个芯线的暂态信号可以通过芯线间的电容或电感耦合到另一芯线上电容或电感耦合到另一芯线上 据实测，在一段约据实测，在一段约10m长的多芯塑料电缆的一长的多芯塑料电缆的一根芯线上施加骚扰电压时，另一芯线上感应电根芯线上施加骚扰电压时，另一芯线上感应电压可达压可达60%左右在这种情况下在这种情况下, ,无论是将电缆外皮接地或者将无论是将电缆外皮接地或者将备用芯线接地，都不能有效地削弱这种骚扰备用芯线接地，都不能有效地削弱这种骚扰有效的方法是将不同类别电路的导线分置于不有效的方法是将不同类别电路的导线分置于不同的电缆中。

同的电缆中 二、二、 二次电缆在变电所内走向尽二次电缆在变电所内走向尽可能呈辐射状，避免环路可能呈辐射状，避免环路-抑制感性耦合骚扰抑制感性耦合骚扰 变电所内的电磁场分布十分复杂，因此电缆的变电所内的电磁场分布十分复杂，因此电缆的走向要成辐射状，如图走向要成辐射状，如图7-67-6，即每一回路的往，即每一回路的往返导线要在全程内安排在同一根多芯电缆内，返导线要在全程内安排在同一根多芯电缆内，避免形成环路避免形成环路 从控制室到变电所内的任一点只能有一条电缆从控制室到变电所内的任一点只能有一条电缆到达，而且同一个设备的所有联络线具有同一到达，而且同一个设备的所有联络线具有同一个走向途径个走向途径否则，两条导线间出现电位差，流过骚扰电流否则，两条导线间出现电位差，流过骚扰电流图图7-6 7-6 电缆的辐射状布置电缆的辐射状布置采用绞对线电缆可改善两根导线对采用绞对线电缆可改善两根导线对骚扰源的平衡度，减小在静电耦合骚扰源的平衡度，减小在静电耦合作用中由于不对称而在导线间产生作用中由于不对称而在导线间产生的电位差的电位差( (差模）差模）, ,如图如图7-87-8所示 通过两根导线不断换位，反复改变通过两根导线不断换位，反复改变导线内电磁感应电势的方向，从而导线内电磁感应电势的方向，从而起互相抵消的作用，使电磁骚扰起互相抵消的作用，使电磁骚扰( (差差模）电压降低。

模）电压降低 图图7-7 7-7 同一线路的不对称耦合同一线路的不对称耦合 图图7-8 7-8 绞对线电缆的平衡作用绞对线电缆的平衡作用三、三、 二次电缆应尽量远离高压母二次电缆应尽量远离高压母线和暂态电流的入地点并尽量减线和暂态电流的入地点并尽量减少和母线的平行长度少和母线的平行长度 高压母线常是强骚扰源，增加电缆和高压高压母线常是强骚扰源，增加电缆和高压母线之间的距离是减少耦合的重要手段母线之间的距离是减少耦合的重要手段 二次电缆要尽可能离开高频暂态电流的入二次电缆要尽可能离开高频暂态电流的入地点，如避雷器、避雷针的接地点；地点，如避雷器、避雷针的接地点；CVT、耦合电容器和带电容型套管的设备的接地耦合电容器和带电容型套管的设备的接地点等四、利用电缆沟的屏蔽作用四、利用电缆沟的屏蔽作用 放置在地面以下电缆沟中的二次电缆可放置在地面以下电缆沟中的二次电缆可以利用大地的天然。