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        變電站電快速瞬變脈沖群干擾微機保護裝置研究

        2013-08-20 00:58:44王懷俊
        科技視界 2013年27期
        關鍵詞:微機液晶中斷

        王懷俊

        (吳忠供電局,寧夏 吳忠751100)

        0 引言

        在電力系統中, 電快速瞬變脈沖群具有上升時間和持續(xù)時間短、幅值和重復頻率高等特點,其對微機保護裝置的干擾長期以來難以克服。 我國微機保護裝置抗電快速瞬變脈沖群的研究工作剛剛起步,主要集中在如何進行抑制的工程實踐上, 對電快速瞬變脈沖群的形成、耦合和作用機理缺乏深入的研究。

        1 電快速瞬變脈沖群干擾微機保護裝置的液晶顯示器

        筆者通過對液晶顯示器內部結構及其工作原理的分析,得出造成微機保護裝置顯示不正常的原因如下:

        1.1 微處理器向液晶顯示器發(fā)送指令的過程中受到電快速瞬變脈沖群的干擾,液晶顯示器接收到錯誤的指令,行、列驅動器的地址指針設置錯誤, 使輸入數據的顯示位置錯位或與原有數據顯示位置重疊,導致液晶屏幕上出現亂碼或花屏現象。

        1.2 微處理器向液晶顯示器發(fā)送數據的過程中受到電快速瞬變脈沖群的干擾,導致輸入到液晶顯示器的顯示數據鎖存器中的數據為錯誤信息,則液晶屏幕上會出現亂碼。

        1.3 顯示數據鎖存器受到電快速瞬變脈沖群的干擾, 內部鎖存的信息丟失或部分丟失,導致液晶屏幕花屏或黑屏。

        1.4 顯示起始行寄存器受到電快速瞬變脈沖群的干擾, 液晶屏幕上顯示信息的上下位置發(fā)生改動,嚴重可出現亂碼。

        1.5 顯示開/關觸發(fā)器受到電快速瞬變脈沖群的干擾, 液晶顯示屏呈不顯示狀態(tài),導致微機保護裝置黑屏。

        1.6 液晶顯示器的復位端受到電快速瞬變脈沖群的干擾, 它的控制器、RAM 和ROM 中的信息全部清零,液晶屏幕黑屏。

        2 電快速瞬變脈沖群干擾微機保護裝置使其誤動

        微機保護裝置通過它的出口繼電器控制中間繼電器、接觸器來完成各種保護的跳閘、信號報警及外部接點輸入等功能。 微機保護裝置正常工作時出口繼電器動作有以下三種情況:1)根據開關量輸入的信號,微機保護裝置發(fā)出保護出口繼電器動作指令。 2)微機保護裝置檢測到電力系統運行狀況異常,發(fā)出報警信號,實施保護。3)根據電力系統運行的需要,微機保護裝置執(zhí)行按鍵指令,出口繼電器動作。 但是,當微機保護裝置受到電快速瞬變脈沖群的干擾時,可導致保護出口繼電器誤動的事故。 誤動作的原因如下:

        2.1 電快速瞬變脈沖群干擾開關量輸入回路

        微機保護裝置的開關量輸入回路包括斷路器和隔離開關的輔助觸點輸入、跳合閘位置繼電器接點輸入,重合閘接點輸入等,如圖1 所示。 圖中,開關量輸入信號通過光電藕合器件產生一個微處理器能夠識別的信號S,微處理器通過檢測S 的狀態(tài)來判斷是否發(fā)出使保護出口繼電器動作的指令。

        圖1 開關量輸入回路

        當開關量輸入回路受到電快速瞬變脈沖群的干擾時,由于光禍器件的/瞬態(tài)飽和效應,雖然它的原邊無開關量輸入信號,但光藕也可能誤導通,微機保護裝置誤判,保護出口繼電器誤動。

        2.2 電快速瞬變脈沖群干擾數據采集系統

        微機保護裝置通過它的數據采集系統把被監(jiān)測信號轉化為所需的數字量送入微處理器, 微處理器內的程序對采集到的數據進行計算,與整定值進行比較,然后做出相應的判斷。數據采集系統包括電壓形成、模擬濾波,采樣保持,多路開關切換和模/數轉換等模塊。

        電快速瞬變脈沖群能從模擬電路和數字電路兩個方面干擾數據采集系統:1) 一次回路開關操作形成的電快速瞬變脈沖群經過電壓/電流互感器疊加到二次側電壓或電流上,使數據采集系統采集到錯誤的模擬電壓信號;2)數據采集系統將采集到的模擬電壓信號轉化為微處理器能夠識別的數字量信號,在傳輸過程中受到電快速瞬變脈沖群的干擾,使微處理器讀取到錯誤數據。因此,數據采集系統受到電快速瞬變脈沖群的干擾能使微機保護裝置誤判, 導致保護出口繼電器誤動。

        3 電快速瞬變脈沖群干擾微機保護裝置使其自動復位

        筆者通過對微處理器芯片復位功能的分析,得出微機保護裝置不斷自動復位可能由以下幾個方面的原因造成:

        3.1 微處理器芯片電源工作電壓受到電快速瞬變脈沖群的干擾,復位電路不斷發(fā)出復位信號,導致微機保護裝置不斷自動復位。

        3.2 軟件程序設計出現邏輯錯誤,不能及時“喂狗”,“看門狗”電路不斷發(fā)出復位信號,導致系統不斷自動復位。

        3.3 由于集成復位芯片出現“地彈”或“電源反彈”現象,復位芯片不斷發(fā)出復位信號,導致系統不斷自動復位。

        3.4 微處理器芯片受電快速瞬變脈沖群的影響嚴重, 內部程序經常跑飛或陷入死循環(huán),導致微機保護裝置無法正常工作,系統不斷自動復位。

        4 電快速瞬變脈沖群干擾微機保護裝置致使系統死機

        微處理器在繼電保護裝置中的應用,使繼電保護裝置具有許多優(yōu)越性能。與機電型、靜態(tài)型繼電保護裝置相比,微機保護裝置具有精度和可靠性高,靈活性大,調試和維護方便,易于實現綜合自動化等優(yōu)點。 但是,微處理器在繼電保護裝置中的應用也帶來一系列電磁兼容問題,當微機保護裝置進行3 級或4 級電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗時,有時微處理器會出現死機的現象,導致微機保護裝置拒動,這樣的微機保護設備若投入使用將嚴重威脅電力系統安全。 因此,微處理器的電磁兼容問題必須得到妥善解決,使微處理器具有抗電快速瞬變脈沖群的能力。

        4.1 電快速瞬變脈沖群干擾微處理器芯片的電源電壓電快速瞬變脈沖群能夠通過微機保護裝置端口藕合到微處理器芯片的供電電源引腳,雖然電快速瞬變脈沖群的單個脈沖能量低,但由于脈沖群中每個脈沖時間間隔很短,芯片的寄生電容沒有足夠的時間放電,就開始重新充電,經過累積效應,芯片的電源電壓最終超過微處理器芯片的抗擾度電平,導致微機保護裝置系統死機。

        4.2 電快速瞬變脈沖群干擾微處理器芯片的振蕩器引腳

        微處理器的振蕩器為芯片內運行的程序提供一個系統時鐘,當微處理器芯片的振蕩器引腳受到電快速瞬變脈沖群的干擾時,將出現短時鐘周期信號,使指令或數據地址錯誤,程序計數器和數據存儲器出錯,導致芯片內的程序跑飛。

        4.3 電快速瞬變脈沖群干擾微處理器芯片的復位引腳微處理器芯片的復位引腳對電快速瞬變脈沖群十分敏感, 當微處理器芯片的復位引腳出現幾個時鐘周期的復位信號,微處理器芯片將自動復位。但是,如果復位信號出現的時間短于正常復位所需的時間,將發(fā)生“不完全復位”現象,出現意想不到的后果。4.4 電快速瞬變脈沖群干擾微處理器芯片的外部中斷引腳

        一般情況下,微處理器芯片有一個最高優(yōu)先級的不可屏蔽中斷的外部中斷引腳來執(zhí)行一些重要功能。 但是,這個引腳對電快速瞬變脈沖群十分敏感,容易導致系統死機。 在電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗中,相鄰2 個脈沖的間隔時間是200μs,當不可屏蔽中斷的外部中斷引腳受到電快速瞬變脈沖群的干擾時, 每200μs 產生一個外部中斷。如果外部中斷在200μs 內沒有結束,下一次外部中斷將把上一次中斷的內容堆棧,依次類推,堆棧不斷加深,直至用盡所有的存儲器空間,堆棧溢出。

        5 結束語

        總之,通過研究電快速瞬變脈沖群的形成、耦合和作用機理,對于改善微機保護裝置所處的電磁環(huán)境, 增強微機保護裝置的抗擾度性能,有效抑制電快速瞬變脈沖群對微機保護裝置的干擾,保證微機保護裝置可靠工作,保障電力系統安全穩(wěn)定運行有重要意義。

        [1]張保會,尹項根.電力系統繼電保護[M].北京:中國電力出版社,2005.

        [2]羅鈕玲,呂鐵民,陳家媚.電力系統微機繼電保護[M].北京:人民郵電出版社,2005.

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