【摘 要】本文選擇故障率較高的CAN現(xiàn)場總線通信系統(tǒng)進行抗干擾研究,提高綜合自動化系統(tǒng)通信抗干擾能力,從CAN總線基本性能、光纖通信基本性能及地區(qū)變電站CAN總線通信故障情況綜合考慮,分析七方面干擾原因,確認主要原因,針對故障率較高的變電站內(nèi)CAN總線通信網(wǎng)絡(luò)布線進行改造及接地網(wǎng)改造,使干擾降到最低。
【關(guān)鍵詞】干擾原因;抗干擾;對策;通信網(wǎng)改造
0.引言
變電站綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)部各個子系統(tǒng)都為低電平的弱電系統(tǒng),工作環(huán)境是電磁干擾嚴重的強電場所,易受電磁干擾而不能正常工作。通過各廠家多年的努力,綜合自動化系統(tǒng)中通過強弱電隔離,就單個設(shè)備而言其抗干擾能力已能滿足要求。但作為它們之間聯(lián)系的通信系統(tǒng)因干擾經(jīng)常造成通信錯誤、設(shè)備損壞,嚴重時造成整個變電站通信中斷,嚴重影響電力系統(tǒng)的安全可靠運行。
由于人們對此重視不夠,現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)布線不合理,設(shè)計和施工方案不完善,管理和維護人員水平達不到要求,為干擾埋下隱患。本文一是為了解決現(xiàn)場實際問題,提高變電站通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性,二是培養(yǎng)管理和維護人員,提高通信系統(tǒng)的運行維護能力。
1.實施背景現(xiàn)狀調(diào)查
1.1 CAN總線的基本性能
在變電站綜合自動化系統(tǒng)電力監(jiān)控系統(tǒng)中,現(xiàn)場總線是變電所綜合自動化的流通動脈。由于現(xiàn)場總線靠近生產(chǎn)過程,面對的是苛刻的和特殊的環(huán)境條件,現(xiàn)場總線應(yīng)經(jīng)受得住這樣的環(huán)境并且能承受高的電磁干擾的影響。
CAN 現(xiàn)場總線作為一種面向底層控制通信網(wǎng)絡(luò),傳統(tǒng)CAN總線有如下局限性:
(1)現(xiàn)場情況復(fù)雜,以電纜為傳輸介質(zhì),通信可靠性不高,收到各種電磁干擾的影響。
(2)CAN 的直接通信距離最遠達10km(對應(yīng)通信速率在5kbps 以下),傳輸距離短,長距離傳輸易發(fā)生錯誤。
(3)通信發(fā)生的故障時,一般故障較為嚴重,甚至導(dǎo)致整個通信網(wǎng)絡(luò)癱瘓。
(4)節(jié)點與節(jié)點之間通訊通過數(shù)字模式,故對現(xiàn)場維護人員維護要求較高。
(5)雷擊損率較高,沿海地區(qū)通信出錯頻繁。
1.2光纖通信基本性能
光纖傳輸方式應(yīng)用在監(jiān)控領(lǐng)域里主要是為了解決兩個問題:一是傳輸距離,一是環(huán)境電磁干擾。由于光纖具有傳輸帶寬大、不受電磁干擾影響等諸多優(yōu)點,因此在一些強干擾的場所,也常采用光纖傳輸方式。光纖可以傳送監(jiān)控系統(tǒng)中需要的所有信號,傳輸距離可以達到上百公里。
唯一的缺點是接入設(shè)備(光端機)價格高昂,線纜端接專業(yè)性太強,后期維護費用較高。
1.3沿海區(qū)域CAN總線通信故障情況
在10kV及以下電壓等級中,保護及監(jiān)測裝置等二次設(shè)備,都采用了就近安裝于高壓開關(guān)柜上的分散布置方式,優(yōu)點突出。然而,由于微機裝置靠近高壓母線,如果變電站接地安裝過程中的屏蔽接地處理得不好,很容易使保護裝置的安全運行、通信安全正確性受到電磁干擾的威脅。
目前,電力系統(tǒng)CAN總線通信系統(tǒng)的電磁干擾源有外部干擾和內(nèi)部干擾兩個方面。電磁干擾的主要危害:
(1)降低數(shù)據(jù)采集的可靠性。
(2)程序運行失常。
(3)數(shù)據(jù)出錯。
(4)降低控制的靈敏性。
當(dāng)變電站遭雷擊或受到高壓設(shè)備操作過電壓的影響時,現(xiàn)場經(jīng)常出現(xiàn)多套保護裝置的元器件同時遭受損壞、保護裝置在運行中經(jīng)常出現(xiàn)“亂碼”或“通信中斷”等異?,F(xiàn)象,造成了變電站綜合自動化系統(tǒng)不能正常運行。
2.主要原因分析
針對主要因素確定CAN總線通信故障的原因有如下幾方面:
可能原因之一:雷電產(chǎn)生的磁場和脈沖電場的干擾。
可能原因之二:變電站高壓設(shè)備倒閘操作所產(chǎn)生的脈沖干擾?,F(xiàn)今的倒閘操作越來越標準規(guī)范,而且滅弧性能均已經(jīng)日益完善,此類故障發(fā)生少。
可能原因之三:施工調(diào)試方法不當(dāng)及接地方法不正確等操作問題。由于操作方法不當(dāng)引起的干擾現(xiàn)象,使得變電站通信計算機程序出錯或者丟失數(shù)據(jù)。
可能原因之四:工頻干擾。
可能原因之五:靜電放電。
可能原因之六:系統(tǒng)接地網(wǎng)存在缺陷。由于接地網(wǎng)的缺陷而導(dǎo)致的設(shè)備損壞事件時有發(fā)生。
可能原因之七:裝置內(nèi)部缺陷。
3.針對CAN總線變電站進行抗干擾對策實施
針對要因分析,查找此類型機構(gòu)相關(guān)資料,咨詢有關(guān)技術(shù)人員意見,聯(lián)系實際工作情況,完成相應(yīng)要因所對應(yīng)的抗干擾問題進行了解決:
3.1加裝CAN至光纖轉(zhuǎn)換器,采用光纖通信,進行通信網(wǎng)改造
安裝光纖轉(zhuǎn)換器,將光信號透明的轉(zhuǎn)換成CAN-bus/RS-232信號,實現(xiàn)一路 CAN-bus/RS-232 信號在光纖上的透明傳輸。利用光纖傳送數(shù)據(jù),不僅可以延長傳輸距離,而且還具有隔離保護、數(shù)據(jù)保密性好、工作穩(wěn)定、易于維護等諸多優(yōu)點,最主要的是徹底解決了由于不同節(jié)點之間地電位不同所引起的設(shè)備燒毀,以及強電磁感應(yīng)、高電壓引起的干擾,可安全工作在要求防爆的環(huán)境中。
3.2 CAN總線通信變電站實施通信總線分段改造
CAN 的直接通信距離最遠達10km(對應(yīng)通信速率在5kbps 以下),傳輸距離短,長距離傳輸易發(fā)生錯誤,在通信系統(tǒng)改造方面,利用變電站綜合自動化系統(tǒng)中原有的各個間隔設(shè)備和上位機設(shè)備所擁有的接口,通過分段CANBUS實現(xiàn)將原來變電站中各個保護設(shè)備分別分段短距離與CANBUS 互連,使得網(wǎng)絡(luò)中的各個node 接點都能夠以主機的形式向網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送數(shù)據(jù)和命令,同時使得網(wǎng)絡(luò)中的接點數(shù)通信距離變短,最重要是具有高可靠性。
圖-2 接地網(wǎng)改造示意圖
針對干擾類故障較為嚴重的變電站實施通信網(wǎng)分段改造,實現(xiàn)通信傳輸距離縮短,加裝光纖轉(zhuǎn)換器,在10kV開關(guān)室、35kV開關(guān)柜兩側(cè)的兩臺保護測控裝置CAN總線通信電纜切斷,加裝光纖轉(zhuǎn)換器。
3.3接地網(wǎng)改造
按《國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施》,使用微機保護的變電站接地電阻應(yīng)符合不大于0.5Ω的要求。銅網(wǎng)接地是從開關(guān)站到主控室沿電纜溝鋪設(shè),并與接地網(wǎng)一點相連,截面積為100mm2 以上的接地銅排所構(gòu)成。舊站改造時如果沒有銅網(wǎng)接地,必須增加。
對干擾嚴重的變電站進行接地網(wǎng)改造,確保變電所有一個完善的地電網(wǎng),采取了專用的接地銅網(wǎng)。接地銅網(wǎng)應(yīng)符合上圖要求。
4.結(jié)束語
變電站綜合自動化設(shè)備實施上述抗干擾措施,具有較好的實際運行成效,確保了變電站CAN總線通信的安全可靠。另外,解決好自動化設(shè)備的抗干擾問題,還需要制造廠家升級試驗和測試裝置,加強其設(shè)備抗干擾,試驗分析和硬軟件對策研究,由運行維護部門和廠家聯(lián)合起來,進一步完善抗干擾措施。 [科]
【參考文獻】
[1]柴江.變電站綜合自動化設(shè)備的抗干擾技術(shù)[J].煤礦安全,2006.
[2]余敏,張斌.微機保護裝置的抗干擾[J].湖北電力,2008.
[3]楊雪萍,丁書文.微機監(jiān)控系統(tǒng)傳輸信道的抗干擾技術(shù)[J].自動化儀表,2001.