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        變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)措施探析

        2012-08-15 00:54:11
        科技視界 2012年27期
        關(guān)鍵詞:觸點(diǎn)靜電繼電器

        蘇 楊

        (寧夏送變電工程公司 寧夏 銀川 750001)

        0 引言

        變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)除了實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場的監(jiān)測、控制和保護(hù)之外,更重要的是能實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)睾瓦h(yuǎn)方對(duì)現(xiàn)場的監(jiān)控、調(diào)節(jié)和保護(hù),概括起來即為:遙測、遙信、遙控、遙調(diào)的“四遙”功能和對(duì)保護(hù)定值的遠(yuǎn)方整定,從而最終達(dá)到變電站少人值班或無人值班的目的。

        1 干擾的來源

        1.1 雷電

        變電站可能直接遭受雷擊,更多情況下是線路遭受雷擊或者感受雷擊,雷電波沿線路侵入變電站,強(qiáng)大的雷電流和過電壓直接作用于一次設(shè)備,產(chǎn)生極強(qiáng)的脈沖電場和磁場,并通過一、二次電流間的耦合途徑或接地網(wǎng)進(jìn)入二次回路,嚴(yán)重時(shí)可能損壞系統(tǒng)設(shè)備。

        1.2 電網(wǎng)內(nèi)部

        在電網(wǎng)內(nèi)部輸電線路故障的發(fā)生及排除等運(yùn)行狀態(tài)的突然變化,各種開關(guān)設(shè)備的操作,配電線路相接的負(fù)載變化(例如大功率設(shè)備和大功率電機(jī)的啟動(dòng)、大型變壓器的勵(lì)磁沖擊電流等)都會(huì)造成供電電壓的瞬時(shí)變動(dòng),產(chǎn)生調(diào)電過電壓、電流沖擊或高頻振蕩等干擾。

        1.3 運(yùn)行中的電氣設(shè)備

        載流導(dǎo)線和運(yùn)行中的電力設(shè)備當(dāng)有短路故障時(shí),其短路電流會(huì)在附近產(chǎn)生很強(qiáng)的工頻磁場。另外,高壓導(dǎo)線表面及絕緣子金具尖端部分的電暈放電、接觸不良產(chǎn)生的火花放電以及臟污絕緣子表面的局部放電都會(huì)產(chǎn)生電磁輻射,形成輻射干擾。

        1.4 輻射電磁場

        高壓電站中的高頻載波、對(duì)講機(jī)等都是輻射干擾源,尤其是對(duì)講機(jī),已成為影響變電站綜合自動(dòng)化設(shè)備正常工作的主要輻射干擾源。另外,附近的電臺(tái)、通信等都會(huì)對(duì)變電站中的自動(dòng)化設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾。

        1.5 靜電放電

        帶靜電的人直接對(duì)設(shè)備接觸或者附近相鄰物體間放電都會(huì)引起靜電干擾。靜電放電可能引起電子測量和控制系統(tǒng)失靈,也可能使計(jì)算機(jī)程序出錯(cuò)或者丟失數(shù)據(jù)。

        2 干擾對(duì)系統(tǒng)的影響

        干擾對(duì)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的影響可從兩個(gè)方面來表述:對(duì)系統(tǒng)本身和對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的影響。一次回路正常運(yùn)行時(shí),電流、電壓是對(duì)稱的,對(duì)二次回路的干擾較少,當(dāng)系統(tǒng)處于暫態(tài)過程或不對(duì)稱運(yùn)行時(shí),干擾較大,一般包括一次系統(tǒng)遭雷擊或發(fā)生短路、斷路器和隔離開關(guān)操作引起母線的高頻諧波等情況。干擾主要以電磁耦合或靜電耦合形式出現(xiàn)。

        干擾可能使CPU讀取指令出錯(cuò),發(fā)生程序跑飛的現(xiàn)象;或讀取數(shù)據(jù)出錯(cuò),產(chǎn)生錯(cuò)誤的運(yùn)算結(jié)果或操作。如果干擾串入通信網(wǎng)絡(luò),可能造成通訊失敗,若輸入受干擾會(huì)使輸入的數(shù)據(jù)發(fā)生偏差,甚至誤判。嚴(yán)重時(shí)可能造成器件損壞。

        干擾對(duì)于變電站綜合自動(dòng)化設(shè)備可能造成2種危害,一是破壞絕緣、集成芯片的PN結(jié)擊穿或整個(gè)芯片燒毀,產(chǎn)生永久性破壞;二是干擾其正常工作,使其誤動(dòng),導(dǎo)致或擴(kuò)大一次設(shè)備故障,造成嚴(yán)重的損失。特別是綜合自動(dòng)化設(shè)備處理的信號(hào)電平可能僅變?yōu)楹练?jí),對(duì)于干擾具有極為明顯的敏感性和脆弱性。

        3 硬件抗干擾措施

        最重要的抗干擾措施是防止干擾進(jìn)入微機(jī)弱電系統(tǒng),就是采用各種隔離、屏蔽、合理布局和配線以及減少弱電源線傳遞干擾等方法,合理的硬件設(shè)計(jì)可以說是抗干擾的第一道防線;除了應(yīng)用常規(guī)的硬件狗等技術(shù)外,在新型的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中采用模塊化設(shè)計(jì),在一定的程度上將強(qiáng)電、弱電,交流、直流等分開設(shè)置,從而在一定程度上減少了相互間的干擾。

        3.1 選用抗干擾性能好的器件。如內(nèi)部通信采用以N總線,CAN總線本身就有一定的抗干擾能力,能自行檢驗(yàn)及糾錯(cuò),因而用以N作為內(nèi)部通信網(wǎng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力。

        3.2 開關(guān)量輸入、輸出的抗干擾措施。當(dāng)斷路器或隔離開關(guān)動(dòng)作時(shí),可能會(huì)干擾程序正常執(zhí)行,產(chǎn)生所謂的“程序跑飛”的軟故障,甚至損壞接口電路芯片或損壞CPU。因此,為了防止電磁干擾對(duì)CPU影響,必須采取干擾措施,抗干擾的方法較多:

        ①光電隔離:利用光電藕合器可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場開關(guān)量與計(jì)算機(jī)總線之間的完全隔離,光電藕合器由發(fā)光二極管和光敏三極管組成。

        ②繼電器隔離:對(duì)于發(fā)電廠、變電站現(xiàn)場的斷路器、隔離開關(guān)、繼電器的輔助觸點(diǎn)和主變壓器分接開關(guān)位置等開關(guān)信號(hào),輸入到系統(tǒng)的CPU時(shí)也可用繼電器隔離。在新系統(tǒng)中,開入端子的隔離主要用光電耦合器來實(shí)現(xiàn),而輸出端子為繼電器隔離。

        3.3 在模擬量輸入通道中,采用低通濾波電路減少工頻干擾信號(hào)對(duì)輸入信號(hào)的影響。

        3.4 在A/D轉(zhuǎn)換器芯片內(nèi)部模擬地和數(shù)字地分開,僅在系統(tǒng)中采用一點(diǎn)共地。

        3.5 在印刷電路板設(shè)計(jì)中,電源線、地線加寬,為信號(hào)線寬度的3倍。

        3.6 線間對(duì)地增加小電容濾波消除高頻干擾。

        4 軟件抗干擾措施

        實(shí)際上在采用硬件抗干擾的同時(shí),選用軟件抗干擾可有效地彌補(bǔ)硬件抗干擾的不足,且可以使裝置結(jié)構(gòu)簡化,降低成本,結(jié)合本裝置的特點(diǎn)提出了以下軟件抗干擾措施:

        4.1 出口編碼閉鎖

        在干擾造成程序出格后,CPU可能執(zhí)行一系列非預(yù)期的指令,如不采取一定的措施,則有可能執(zhí)行非預(yù)期的出口指令,而造成被控制設(shè)備的誤操作,可以在軟件上設(shè)置多個(gè)標(biāo)志或編碼,分布在程序的不同地方,當(dāng)程序出格時(shí),必須執(zhí)行多條置位標(biāo)志或其它的指令或編碼才可出口操作,可見這種方式減小了誤操作的可能性。

        4.2 設(shè)置軟件陷阱

        由于系統(tǒng)干擾可能破壞程序指針PC,PC一旦失控,使程序“亂飛”,可能進(jìn)入非程序區(qū),造成系統(tǒng)運(yùn)行的一系列錯(cuò)誤。設(shè)置軟件陷阱,可防止程序“亂飛”。

        4.3 軟件狗

        軟件狗的設(shè)置是為了防止程序執(zhí)行時(shí)進(jìn)入死循環(huán),在程序設(shè)置中,可在高級(jí)中斷中設(shè)置計(jì)數(shù)器來監(jiān)視主程序和低級(jí)中斷的執(zhí)行,系統(tǒng)主程序?qū)⒂?jì)數(shù)器復(fù)位,如系統(tǒng)或低級(jí)中斷出現(xiàn)死循環(huán)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)達(dá)限值時(shí),則啟動(dòng)復(fù)位電路。

        4.4 功能模塊之間的相互監(jiān)視

        主控裝置定時(shí)向各功能插件發(fā)送詢問命令,如功能插件正常工作,應(yīng)對(duì)該詢問進(jìn)行回答,如果經(jīng)多次詢問而無應(yīng)答,則認(rèn)為該插件工作出錯(cuò),轉(zhuǎn)入相應(yīng)的處理。同樣,底層的功能模塊也可對(duì)主控裝置進(jìn)行監(jiān)視。

        4.5 軟件防抖

        開入量是系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)的重要反映量,但是在判斷時(shí)經(jīng)常受到抖動(dòng)的干擾,造成誤判,實(shí)現(xiàn)開入量的防抖具有重要的意義。抖動(dòng)的原因主要由以下的兩個(gè)方面:

        ①二次設(shè)備本身在運(yùn)行過程中造成的遙信誤動(dòng)或抖動(dòng),如斷路器輔助觸點(diǎn)的機(jī)械傳動(dòng)部分出現(xiàn)間隙、觸點(diǎn)不對(duì)或接觸不良,觸點(diǎn)表面氧化等使之接觸不良,引起短時(shí)抖動(dòng);二次回路中信號(hào)繼電器因性能不穩(wěn),出現(xiàn)電顫、觸點(diǎn)接觸不良等造成的遙信誤動(dòng)或抖動(dòng)。

        ②從輔助接點(diǎn)到系統(tǒng)裝置的線路在傳輸時(shí)受到靜電或工頻干擾,產(chǎn)生抖動(dòng);在本系統(tǒng)中主要采用軟件防抖,對(duì)同一狀態(tài)多次采樣(一般3-4次),間隔時(shí)間10-20ms,然后判斷每次采樣值是否相同,如相同則采樣正確。通過此方法可有效的避免抖動(dòng)造成的影響。

        5 結(jié)束語

        隨著電力市場對(duì)變電站功能和可靠性要求的提高,這種情況函需改變。把現(xiàn)在仍然分隔的保護(hù)、監(jiān)視、控制、通信和量測等裝置(系統(tǒng))以合適的形式進(jìn)行集成,由少量的多功能集成數(shù)字裝置組成變電站自動(dòng)化系統(tǒng),減少組成變電站元件的數(shù)量,提高元件質(zhì)量,使變電站緊湊化,做到占用空間小,壽命周期成本小、環(huán)境友好是變電站自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢。

        [1]黃益莊.變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)[M].中國電力出版社,2000.

        [2]紀(jì)建偉.電力系統(tǒng)分析[M].北京:中國水利水電出版社,2002.

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