控制電纜屏蔽層接地方式存在的問題

[當前欄目：控制電纜]????? [發(fā)布日期：2016-11-13]

控制電纜屏蔽層接地方式存在的問題
近年來，綜合自動化技術在變電站中得到了廣泛的應用。微機型二次設備要想在這樣一個高強度電磁場、強電磁干擾環(huán)境下安全、可靠的運行，需要滿足兩個條件：一是這些二次設備應具有一定的耐受電磁干擾的能力;二是進入設備的電磁干擾水平必須低于設備自身的耐受水平，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水平，需要正確理解電纜屏蔽層的作用及屏蔽層應如何正確接地。本文主要就控制電纜屏蔽層電纜接地方式，結合變電站的主要干擾途徑、原理、屏蔽層作用等因素進行討論，并提出相應改進措施。

　　1 問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等級變電站，全站采用南京力導微機保護裝置。變電站位于鐘管鎮(zhèn)，屬于多雷區(qū)，年平均雷暴日為34天，雷暴強度較大。在投運后不久遭受雷害，發(fā)生燒毀微機保護裝置的事故。信息來自:輸配電設備網(wǎng)

　　雷電是一種強烈的大氣過電壓，損壞設備可分為兩種情況，一種是受雷電直擊，直擊站內(nèi)設備概率很低;絕大多數(shù)損壞為感應造成，通過耦合二次回路感應干擾電壓等途徑對設備產(chǎn)生間接的有害影響。連接導線與設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、信號線等方式傳播。通過檢查發(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關，外殼金屬接地線及保護接地均完好，初步懷疑是由信號控制線引入的。經(jīng)過現(xiàn)場進一步察勘：電纜溝內(nèi)未采取多路分層的敷設方式，由于場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)場運行人員測量，雷擊過后控制電纜的屏蔽層電壓達200 V。因此，得出結論：升華熱電廠內(nèi)微電子設備眾多，各種線路、電纜錯綜復雜并且大多敷設于電纜溝中與地線緊貼，當控制電纜與接地線在同一條電纜溝布置時，地線遭受雷擊后會在周圍產(chǎn)生強烈的電磁場使控制電纜纜芯間及芯地間產(chǎn)生感應過電壓，從而誤發(fā)信、誤動作，嚴重的甚至損壞微機保護設備。

　　2 變電站的主要干擾傳播途徑

　　變電站的電磁干擾(EMI)途徑按介質分為傳導性干擾和輻射性干擾兩大類。傳導性干擾是指通過電源線路、接地線和信號線傳播的干擾;輻射性干擾是指通過空間傳播的干擾。按性質又可分為電容耦合、電感耦合[1] 。電磁干擾以電磁場的形式存在，主要通過電場、磁場、電磁場等途徑對信號傳輸線及設備信號產(chǎn)生影響。信息來源:http://www.tede.cn

　　2.1 電容耦合

　　由于電氣設備間存在著分布電容，變電站高壓母線及設備上的電壓通過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)生的電容耦合強度愈強，高壓部分距離二次設備愈近，其電容耦合強度愈強。

　　2.2 電感耦合

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

　　在生產(chǎn)實際中，各種干擾源對二次回路的耦合方式是非常復雜的，同一干擾源往往會以多種干擾方式作用于二次回路。根據(jù)不同的干擾源，采取相應的抗干擾措施，總結抗干擾的經(jīng)驗，逐漸達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電磁干擾手段是采用屏蔽電纜?？刂?、信號電纜多用帶鍍層的細銅絲編織層構成的編織層，屏蔽層一般能覆蓋90%。針對變電站一次設備對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)對兩種抗干擾方式特點及適用條件加以討論。信息來源:http://tede.cn

　　3.1 防止電容耦合

　　不接地的屏蔽層對電場干擾沒有屏蔽作用，而一端接地和兩端接地的屏蔽層對電場的屏蔽效果是一樣的。如果屏蔽層接地良好，則電場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電力線終止于金屬屏蔽，內(nèi)部的電場強度為零，從而使處于屏蔽層內(nèi)的芯線免受外部強電場的干擾影響。從靜電屏蔽的角度出發(fā)，為了使屏蔽層表面是一個固定的等電位面，應將屏蔽層一端接地。

　　3.2 防止電感耦合

　　屏蔽層兩端接地時，可以有效地抑制電磁感應。

　　I1在電纜芯線上產(chǎn)生的感應電勢為E 21 = jωM12I1

　　I1在屏蔽層上產(chǎn)生的感應電勢為Em = jωM1mI1

　　屏蔽層一端接地時，在屏蔽層上有感應電壓，但未構成回路，屏蔽層上沒有電流流過，不改變空間磁場分布。

　　對二次電纜線芯上由電感耦合產(chǎn)生的感應電壓沒有影響。

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

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

　　二次電纜芯線上產(chǎn)生的感應電勢E2 = E 21-E 2m

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

　　4 采取相應技術改造

　　根據(jù)上面論述，提出了對升華熱電廠控制電纜屏蔽層技術改造措施：對控制電纜屏蔽層兩端接地。屏蔽層能降低感應過電壓的能力主要是基于屏蔽層電流產(chǎn)生的磁場對干擾電流產(chǎn)生的磁場的抵消作用。采用屏蔽層兩端接地，是因為在短路電流、雷電流通過時，由于大短路電流、雷電流作用時間很短，所以不易燒毀屏蔽層。若屏蔽層一端接地，沒有電流回路，但其防止過電壓和抗干擾能力都很低，因而屏蔽層無法取得良好的屏蔽效果。整改措施：一是，控制電纜帶屏蔽層，將屏蔽層在開關場與控制室同時接地，通信電纜的屏蔽層也應正確可靠相連接地;二是，為二次設備和二次電纜敷設專用接地銅排，盡量消除地電位差干擾;三，變電站所有開關量輸入輸出觸點都采用專用的光電隔離。改造后，經(jīng)近一年多的運行實踐，二次設備至今未發(fā)生過與雷電有關的故障，系統(tǒng)運行情況大有改善，大大提高了供電可高性，作為升華熱電廠的廠用變電站，減少了停電時間，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益。

文章標簽:電纜屏蔽

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