控制電纜屏蔽層接地方式存在的問(wèn)題
        近年來(lái)，綜合自動(dòng)化技術(shù)在變電站中得到了廣泛的應(yīng)用。微機(jī)型二次設(shè)備要想在這樣一個(gè)高強(qiáng)度電磁場(chǎng)、強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下安全、可靠的運(yùn)行，需要滿足兩個(gè)條件：一是這些二次設(shè)備應(yīng)具有一定的耐受電磁干擾的能力;二是進(jìn)入設(shè)備的電磁干擾水平必須低于設(shè)備自身的耐受水平，即要求盡量減少由控制電纜侵入的干擾和降低干擾信號(hào)的水平，選擇合適的屏蔽和接地的方法。提高二次電纜抗干擾的防護(hù)水平，需要正確理解電纜屏蔽層的作用及屏蔽層應(yīng)如何正確接地。本文主要就控制電纜屏蔽層電纜接地方式，結(jié)合變電站的主要干擾途徑、原理、屏蔽層作用等因素進(jìn)行討論，并提出相應(yīng)改進(jìn)措施。

　　1 問(wèn)題的提出和原因分析

　　升華熱電廠變電站是2005年新投建的35 kV等級(jí)變電站，全站采用南京力導(dǎo)微機(jī)保護(hù)裝置。變電站位于鐘管鎮(zhèn)，屬于多雷區(qū)，年平均雷暴日為34天，雷暴強(qiáng)度較大。在投運(yùn)后不久遭受雷害，發(fā)生燒毀微機(jī)保護(hù)裝置的事故。 信息來(lái)自:輸配電設(shè)備網(wǎng)

　　雷電是一種強(qiáng)烈的大氣過(guò)電壓，損壞設(shè)備可分為兩種情況，一種是受雷電直擊，直擊站內(nèi)設(shè)備概率很低;絕大多數(shù)損壞為感應(yīng)造成，通過(guò)耦合二次回路感應(yīng)干擾電壓等途徑對(duì)設(shè)備產(chǎn)生間接的有害影響。連接導(dǎo)線與設(shè)備的電纜端口是電磁干擾的主要傳播途徑，以電源線、接地線、信號(hào)線等方式傳播。通過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)：電源線串有抗干擾低通濾波電容，電源模塊采用的是高頻開(kāi)關(guān)，外殼金屬接地線及保護(hù)接地均完好，初步懷疑是由信號(hào)控制線引入的。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)一步察勘：電纜溝內(nèi)未采取多路分層的敷設(shè)方式，由于場(chǎng)地限制使眾多控制電纜密集的排列于電纜溝內(nèi)，且電纜溝內(nèi)控制電纜與接地線、固定電纜的鋼筋緊貼在一起，并且控制屏蔽電纜未采取接地措施。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員測(cè)量，雷擊過(guò)后控制電纜的屏蔽層電壓達(dá)200 V。因此，得出結(jié)論：升華熱電廠內(nèi)微電子設(shè)備眾多，各種線路、電纜錯(cuò)綜復(fù)雜并且大多敷設(shè)于電纜溝中與地線緊貼，當(dāng)控制電纜與接地線在同一條電纜溝布置時(shí)，地線遭受雷擊后會(huì)在周圍產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁場(chǎng)使控制電纜纜芯間及芯地間產(chǎn)生感應(yīng)過(guò)電壓，從而誤發(fā)信、誤動(dòng)作，嚴(yán)重的甚至損壞微機(jī)保護(hù)設(shè)備。

　　2 變電站的主要干擾傳播途徑

　　變電站的電磁干擾(EMI)途徑按介質(zhì)分為傳導(dǎo)性干擾和輻射性干擾兩大類。傳導(dǎo)性干擾是指通過(guò)電源線路、接地線和信號(hào)線傳播的干擾;輻射性干擾是指通過(guò)空間傳播的干擾。按性質(zhì)又可分為電容耦合、電感耦合[1] 。電磁干擾以電磁場(chǎng)的形式存在，主要通過(guò)電場(chǎng)、磁場(chǎng)、電磁場(chǎng)等途徑對(duì)信號(hào)傳輸線及設(shè)備信號(hào)產(chǎn)生影響。 信息來(lái)源:http://www.tede.cn

　　2.1 電容耦合

　　由于電氣設(shè)備間存在著分布電容，變電站高壓母線及設(shè)備上的電壓通過(guò)分布電容在控制電纜系統(tǒng)中產(chǎn)生干擾電壓。

　　電壓愈高，產(chǎn)生的電容耦合強(qiáng)度愈強(qiáng)，高壓部分距離二次設(shè)備愈近，其電容耦合強(qiáng)度愈強(qiáng)。

　　2.2 電感耦合

　　變電站高壓母線等一次設(shè)備流過(guò)交變的電流，將在控制電纜敷設(shè)空間產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)，由于磁場(chǎng)的變化，就會(huì)在控制電纜中產(chǎn)生感應(yīng)電壓。干擾電壓的大小由互感的大小來(lái)決定，由一次設(shè)備與二次電纜的相互間空間位置來(lái)決定。

　　在生產(chǎn)實(shí)際中，各種干擾源對(duì)二次回路的耦合方式是非常復(fù)雜的，同一干擾源往往會(huì)以多種干擾方式作用于二次回路。根據(jù)不同的干擾源，采取相應(yīng)的抗干擾措施，總結(jié)抗干擾的經(jīng)驗(yàn)，逐漸達(dá)到變電站電磁兼容的要求。

　　3 屏蔽電纜的作用及屏蔽層接地方式比較

　　目前大多變電站采取的防護(hù)電磁干擾手段是采用屏蔽電纜。控制、信號(hào)電纜多用帶鍍層的細(xì)銅絲編織層構(gòu)成的編織層，屏蔽層一般能覆蓋90%。針對(duì)變電站一次設(shè)備對(duì)二次控制電纜的干擾，目前我們主要采用的抗干擾方法是電纜屏蔽層接地，有兩種方式：電纜屏蔽層一端接地;電纜屏蔽層兩端接地。現(xiàn)對(duì)兩種抗干擾方式特點(diǎn)及適用條件加以討論。 信息來(lái)源:http://tede.cn

　　3.1 防止電容耦合

　　不接地的屏蔽層對(duì)電場(chǎng)干擾沒(méi)有屏蔽作用，而一端接地和兩端接地的屏蔽層對(duì)電場(chǎng)的屏蔽效果是一樣的。如果屏蔽層接地良好，則電場(chǎng)終止于屏蔽體直接耦合到地。

　　屏蔽電纜的金屬屏蔽層具有靜電屏蔽作用，使一次線高壓電源的強(qiáng)電力線終止于金屬屏蔽，內(nèi)部的電場(chǎng)強(qiáng)度為零，從而使處于屏蔽層內(nèi)的芯線免受外部強(qiáng)電場(chǎng)的干擾影響。從靜電屏蔽的角度出發(fā)，為了使屏蔽層表面是一個(gè)固定的等電位面，應(yīng)將屏蔽層一端接地。

　　3.2 防止電感耦合

　　屏蔽層兩端接地時(shí)，可以有效地抑制電磁感應(yīng)。

　　I1在電纜芯線上產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)為E 21 = jωM12I1

　　I1在屏蔽層上產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)為Em = jωM1mI1

　　屏蔽層一端接地時(shí)，在屏蔽層上有感應(yīng)電壓，但未構(gòu)成回路，屏蔽層上沒(méi)有電流流過(guò)，不改變空間磁場(chǎng)分布。

　　對(duì)二次電纜線芯上由電感耦合產(chǎn)生的感應(yīng)電壓沒(méi)有影響。

　　屏蔽層兩端接地時(shí)，則屏蔽層流過(guò)的感應(yīng)電流為Im = E m/(jωLm + Rm)

　　Im在二次電纜芯線上產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)為E 2m = jωM2mIm

　　二次電纜芯線上產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)E2 = E 21-E 2m

　　屏蔽層中流過(guò)的感應(yīng)電流是由外界電磁場(chǎng)感應(yīng)產(chǎn)生的，其實(shí)際作用是抵消外界電磁場(chǎng)的干擾。因此電纜屏蔽層兩端接地，可以有效地抑制電磁感應(yīng)。

　　4 采取相應(yīng)技術(shù)改造

　　根據(jù)上面論述，提出了對(duì)升華熱電廠控制電纜屏蔽層技術(shù)改造措施：對(duì)控制電纜屏蔽層兩端接地。屏蔽層能降低感應(yīng)過(guò)電壓的能力主要是基于屏蔽層電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)干擾電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)的抵消作用。采用屏蔽層兩端接地，是因?yàn)樵诙搪冯娏?、雷電流通過(guò)時(shí)，由于大短路電流、雷電流作用時(shí)間很短，所以不易燒毀屏蔽層。若屏蔽層一端接地，沒(méi)有電流回路，但其防止過(guò)電壓和抗干擾能力都很低，因而屏蔽層無(wú)法取得良好的屏蔽效果。整改措施：一是，控制電纜帶屏蔽層，將屏蔽層在開(kāi)關(guān)場(chǎng)與控制室同時(shí)接地，通信電纜的屏蔽層也應(yīng)正確可靠相連接地;二是，為二次設(shè)備和二次電纜敷設(shè)專用接地銅排，盡量消除地電位差干擾;三，變電站所有開(kāi)關(guān)量輸入輸出觸點(diǎn)都采用專用的光電隔離。 改造后，經(jīng)近一年多的運(yùn)行實(shí)踐，二次設(shè)備至今未發(fā)生過(guò)與雷電有關(guān)的故障，系統(tǒng)運(yùn)行情況大有改善，大大提高了供電可高性，作為升華熱電廠的廠用變電站，減少了停電時(shí)間，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。