蘇 楊
(寧夏送變電工程公司 寧夏 銀川 750001)
變電站綜合自動化系統(tǒng)除了實現(xiàn)對現(xiàn)場的監(jiān)測、控制和保護之外,更重要的是能實現(xiàn)當(dāng)?shù)睾瓦h方對現(xiàn)場的監(jiān)控、調(diào)節(jié)和保護,概括起來即為:遙測、遙信、遙控、遙調(diào)的“四遙”功能和對保護定值的遠方整定,從而最終達到變電站少人值班或無人值班的目的。
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,強大的雷電流和過電壓直接作用于一次設(shè)備,產(chǎn)生極強的脈沖電場和磁場,并通過一、二次電流間的耦合途徑或接地網(wǎng)進入二次回路,嚴(yán)重時可能損壞系統(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,配電線路相接的負載變化(例如大功率設(shè)備和大功率電機的啟動、大型變壓器的勵磁沖擊電流等)都會造成供電電壓的瞬時變動,產(chǎn)生調(diào)電過電壓、電流沖擊或高頻振蕩等干擾。
1.3 運行中的電氣設(shè)備
載流導(dǎo)線和運行中的電力設(shè)備當(dāng)有短路故障時,其短路電流會在附近產(chǎn)生很強的工頻磁場。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、對講機等都是輻射干擾源,尤其是對講機,已成為影響變電站綜合自動化設(shè)備正常工作的主要輻射干擾源。另外,附近的電臺、通信等都會對變電站中的自動化設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾。
1.5 靜電放電
帶靜電的人直接對設(shè)備接觸或者附近相鄰物體間放電都會引起靜電干擾。靜電放電可能引起電子測量和控制系統(tǒng)失靈,也可能使計算機程序出錯或者丟失數(shù)據(jù)。
干擾對綜合自動化系統(tǒng)的影響可從兩個方面來表述:對系統(tǒng)本身和對通信網(wǎng)絡(luò)的影響。一次回路正常運行時,電流、電壓是對稱的,對二次回路的干擾較少,當(dāng)系統(tǒng)處于暫態(tài)過程或不對稱運行時,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,發(fā)生程序跑飛的現(xiàn)象;或讀取數(shù)據(jù)出錯,產(chǎn)生錯誤的運算結(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,若輸入受干擾會使輸入的數(shù)據(jù)發(fā)生偏差,甚至誤判。嚴(yán)重時可能造成器件損壞。
干擾對于變電站綜合自動化設(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,導(dǎo)致或擴大一次設(shè)備故障,造成嚴(yán)重的損失。特別是綜合自動化設(shè)備處理的信號電平可能僅變?yōu)楹练?,對于干擾具有極為明顯的敏感性和脆弱性。
最重要的抗干擾措施是防止干擾進入微機弱電系統(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化系統(tǒng)中采用模塊化設(shè)計,在一定的程度上將強電、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,能自行檢驗及糾錯,因而用以N作為內(nèi)部通信網(wǎng)具有較強的抗干擾能力。
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)動作時,可能會干擾程序正常執(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現(xiàn)現(xiàn)場開關(guān)量與計算機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)、繼電器的輔助觸點和主變壓器分接開關(guān)位置等開關(guān)信號,輸入到系統(tǒng)的CPU時也可用繼電器隔離。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對輸入信號的影響。
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)中采用一點共地。
3.5 在印刷電路板設(shè)計中,電源線、地線加寬,為信號線寬度的3倍。
3.6 線間對地增加小電容濾波消除高頻干擾。
實際上在采用硬件抗干擾的同時,選用軟件抗干擾可有效地彌補硬件抗干擾的不足,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)置多個標(biāo)志或編碼,分布在程序的不同地方,當(dāng)程序出格時,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”,可能進入非程序區(qū),造成系統(tǒng)運行的一系列錯誤。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)行時進入死循環(huán),在程序設(shè)置中,可在高級中斷中設(shè)置計數(shù)器來監(jiān)視主程序和低級中斷的執(zhí)行,系統(tǒng)主程序?qū)⒂嫈?shù)器復(fù)位,如系統(tǒng)或低級中斷出現(xiàn)死循環(huán)計數(shù)器計數(shù)達限值時,則啟動復(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)對該詢問進行回答,如果經(jīng)多次詢問而無應(yīng)答,則認為該插件工作出錯,轉(zhuǎn)入相應(yīng)的處理。同樣,底層的功能模塊也可對主控裝置進行監(jiān)視。
4.5 軟件防抖
開入量是系統(tǒng)運行的狀態(tài)的重要反映量,但是在判斷時經(jīng)常受到抖動的干擾,造成誤判,實現(xiàn)開入量的防抖具有重要的意義。抖動的原因主要由以下的兩個方面:
①二次設(shè)備本身在運行過程中造成的遙信誤動或抖動,如斷路器輔助觸點的機械傳動部分出現(xiàn)間隙、觸點不對或接觸不良,觸點表面氧化等使之接觸不良,引起短時抖動;二次回路中信號繼電器因性能不穩(wěn),出現(xiàn)電顫、觸點接觸不良等造成的遙信誤動或抖動。
②從輔助接點到系統(tǒng)裝置的線路在傳輸時受到靜電或工頻干擾,產(chǎn)生抖動;在本系統(tǒng)中主要采用軟件防抖,對同一狀態(tài)多次采樣(一般3-4次),間隔時間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造成的影響。
隨著電力市場對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、監(jiān)視、控制、通信和量測等裝置(系統(tǒng))以合適的形式進行集成,由少量的多功能集成數(shù)字裝置組成變電站自動化系統(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化技術(shù)的發(fā)展趨勢。
[1]黃益莊.變電站綜合自動化技術(shù)[M].中國電力出版社,2000.
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