三峽電力職業(yè)學(xué)院 王遠(yuǎn)瞧

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提高微型機(jī)繼電保護(hù)裝置可靠性措施的研究

三峽電力職業(yè)學(xué)院 王遠(yuǎn)瞧

【摘要】微機(jī)繼電保護(hù)裝置是由高集成度、總線不出芯片單片機(jī)、高精度電流電壓互感器、高絕緣強(qiáng)度出口中間繼電器、高可靠開(kāi)關(guān)電源模塊等部件組成。是用于測(cè)量、控制、保護(hù)、通訊為一體化的一種經(jīng)濟(jì)型保護(hù) 。它具有集保護(hù)、測(cè)量、監(jiān)視、控制、人機(jī)接口、通信等多種功能于一體；代替了各種常規(guī)繼電器和測(cè)量?jī)x表，節(jié)省了大量的安裝空間和控制電纜以及完善的自檢能力，發(fā)現(xiàn)裝置異常能自動(dòng)告警；具有自保護(hù)能力，有效防止接線錯(cuò)誤或非正常運(yùn)行引起的裝置永久性損壞等特點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】微型機(jī)繼電保護(hù)裝置；干擾信號(hào)；自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)

微型機(jī)繼電保護(hù)裝置的可靠性要求在電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中有兩個(gè)方面：（1）電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，它應(yīng)能做出正確的反映，在保護(hù)范圍內(nèi)故障時(shí)，應(yīng)能正確可靠的動(dòng)作；在相鄰元件的保護(hù)范圍內(nèi)故障時(shí)，應(yīng)能對(duì)相鄰元件的保護(hù)起到后備的作用，防止拒動(dòng)情況的發(fā)生。（2）電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，也要防止誤動(dòng)情況的發(fā)生。

我們?cè)诳紤]如何提高微機(jī)繼保裝置的工作可靠性時(shí)，應(yīng)該從構(gòu)成微型機(jī)繼電保護(hù)裝置的整體設(shè)計(jì)和采用的元器件及制造工藝水平的可靠性入手，我們要從在運(yùn)行過(guò)程中元器件出現(xiàn)故障時(shí)可能產(chǎn)生的后果等方面作為研究的基礎(chǔ)，從而找出解決問(wèn)題所需要采取的措施。

微型計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)裝置在其工作時(shí)，周圍存在著強(qiáng)電磁的干擾。一方面，高頻率、大幅度的干擾信號(hào)通過(guò)電磁耦合很容易就可以進(jìn)入微型機(jī)繼電保護(hù)裝置的內(nèi)部；另一方面，干擾信號(hào)的持續(xù)時(shí)間較短。由于微型機(jī)繼電保護(hù)裝置在運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)干擾信號(hào)，因此，目前有三種對(duì)策來(lái)提高微型機(jī)繼電保護(hù)裝置工作的可靠性，即減少故障和錯(cuò)誤出現(xiàn)的幾率；自動(dòng)自檢測(cè)技術(shù)；采取容錯(cuò)設(shè)計(jì)方式。

1 干擾對(duì)微型機(jī)繼電保護(hù)裝置的影響

干擾信號(hào)對(duì)微型機(jī)繼電保護(hù)裝置的工作有較大的影響。如果是由內(nèi)部繼電器的觸點(diǎn)在切換過(guò)程中產(chǎn)生的強(qiáng)高頻電磁信號(hào)，則是內(nèi)部干擾信號(hào)；如果是由接線端子排從外界引入的浪涌電壓，則是外部干擾信號(hào)。例如微型機(jī)繼電保護(hù)裝置的輸入、輸出線和地線等都是干擾進(jìn)入微型機(jī)繼電保護(hù)裝置的途徑。

干擾對(duì)微型機(jī)繼電保護(hù)裝置的影響，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）運(yùn)算或邏輯出現(xiàn)錯(cuò)誤：在運(yùn)行過(guò)程中，輸入輸出數(shù)據(jù)、微處理器計(jì)算的中間結(jié)果、控制程序流程的標(biāo)志字等都是存放在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的隨機(jī)存貯器RAM之中。但是在強(qiáng)電磁干擾信號(hào)作用下，有可能使存放在RAM中的數(shù)據(jù)發(fā)生變化，原因就是RAM的抗干擾能力較差；另外，在讀數(shù)據(jù)或?qū)憯?shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)總線和地址總線也可能互相干擾，導(dǎo)致數(shù)據(jù)總線上的數(shù)碼或地址總線的地址碼發(fā)生錯(cuò)誤，從而傳送到錯(cuò)誤的地址上。如果數(shù)據(jù)是控制程序流往的標(biāo)志字時(shí)，還將會(huì)導(dǎo)致運(yùn)算邏輯出現(xiàn)錯(cuò)誤等問(wèn)題。

（2）運(yùn)行程序出軌：在執(zhí)行運(yùn)行程序過(guò)程中，微處理器可識(shí)別的機(jī)器碼通常存放在只讀存儲(chǔ)器ROM之中，由于有干擾信號(hào)存在，機(jī)器碼也會(huì)隨之改變，有些機(jī)器碼可能會(huì)導(dǎo)致微處理器無(wú)法識(shí)別，而造成微處理器無(wú)法工作。此外，如果控制程序流程的標(biāo)志字也受到了改變，運(yùn)行程序的執(zhí)行順序也會(huì)隨之改變，使微型機(jī)的運(yùn)行程序出軌，出現(xiàn)死機(jī)等問(wèn)題。

（3）損壞微型機(jī)芯片：微型機(jī)中的一些半導(dǎo)體芯片在強(qiáng)電磁干擾的作用下可能受到損壞，使其無(wú)法正常工作。

2 微型機(jī)繼電保護(hù)裝置的抗干擾措施

干擾對(duì)微型機(jī)繼電保護(hù)裝置在線運(yùn)行有嚴(yán)重的影響，要是不采取有效的措施，將產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。從兩個(gè)方面來(lái)考慮解決抗干擾問(wèn)題的方法：

（1）從設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)的微型機(jī)芯片和其它的半導(dǎo)體元器件，因?yàn)楹侠淼木€路布局和制造工藝可以切斷各種電磁耦合的途徑，可以減弱擾動(dòng)對(duì)它的影響。

（2）盡管在微型機(jī)繼電保護(hù)裝置在制造過(guò)程中采取了一定的抗干擾措施，但干擾信號(hào)具有很強(qiáng)的隨機(jī)性，所以，一旦在微型機(jī)繼電保護(hù)裝置內(nèi)部出現(xiàn)干擾信號(hào)后，可能帶來(lái)許多問(wèn)題，應(yīng)采取相應(yīng)的對(duì)策予以解決。因此，我們可以采用自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)，把擾動(dòng)可能產(chǎn)生的不良后果減少到最低的程度。

共模干擾是使干擾信號(hào)耦合到敏感回路的主要原因。電力系統(tǒng)微型機(jī)繼電保護(hù)裝置在發(fā)電廠和變電所運(yùn)行時(shí)，其電源回路、模擬量輸入回路、開(kāi)關(guān)量輸入及輸出回路以及通信口都是通過(guò)電纜線引入到比較遠(yuǎn)的模擬元件上。干擾耦合到微型機(jī)繼電保護(hù)裝置的主要媒介就是這些回路，為了提高抗干擾能力，應(yīng)采用模擬量輸入回路的靜電屏蔽、磁屏蔽、提高敏感回路的抗干擾能力、合理設(shè)計(jì)接地泄放回路等各方面的措施。并且都應(yīng)該采用光電耦合器件對(duì)各個(gè)回路進(jìn)行隔離。

微型機(jī)繼電保護(hù)裝置在運(yùn)行的過(guò)程中，若出現(xiàn)采樣數(shù)據(jù)因干擾作用大，發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，產(chǎn)生的后果是嚴(yán)重的，將會(huì)導(dǎo)致整個(gè)保護(hù)功能的失敗。因此，在微型機(jī)繼電保護(hù)裝置的工作程序中，應(yīng)設(shè)置對(duì)不良采樣數(shù)據(jù)的

檢錯(cuò)和識(shí)別功能等子程序，確保軟件程序運(yùn)算結(jié)果的正確性，發(fā)揮正常的繼電保護(hù)功能。所以因干擾造成微型機(jī)繼電保護(hù)中使用數(shù)據(jù)發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，可以采取對(duì)輸入模擬量采樣數(shù)據(jù)的抗干擾、在運(yùn)算過(guò)程中的核對(duì)、出口閉鎖、防止程序出軌等措施來(lái)處理。

3 微型機(jī)繼電保護(hù)裝置的自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)

提高微型機(jī)繼電保護(hù)裝置可靠性的另一個(gè)重要措施是各元器件、接口設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)。微型機(jī)繼電保護(hù)裝置的自動(dòng)檢測(cè)是指對(duì)裝置的內(nèi)部各元件是否有損壞或故障的檢測(cè)。對(duì)于可靠性很高的裝置，首先要有正確的工作原理，其次要有合理的設(shè)計(jì)方案，以及物理元器件的選擇必須是優(yōu)質(zhì)的。對(duì)于當(dāng)裝置內(nèi)部的物理元件損壞時(shí)，可能發(fā)生的拒動(dòng)或誤動(dòng)作的情況，要求裝置在設(shè)計(jì)時(shí)就要能夠保證元件損壞時(shí)不發(fā)生誤動(dòng)，同時(shí)能發(fā)出報(bào)警信號(hào)，從而達(dá)到能夠及時(shí)有效恢復(fù)的最終目的。

目前，對(duì)各元件的自動(dòng)檢測(cè)都是采用自動(dòng)檢測(cè)軟件程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。檢測(cè)方式有即時(shí)檢測(cè)和周期檢測(cè)兩種。即時(shí)檢測(cè)是指在正常運(yùn)行時(shí)，CPU在相鄰兩個(gè)采樣間隔內(nèi)，總有一部分的時(shí)間來(lái)等待下一個(gè)采樣時(shí)刻的到來(lái)。周期檢測(cè)是指利用微型機(jī)繼電保護(hù)的執(zhí)行程序的小塊富裕時(shí)間的積零為整起來(lái)的累計(jì)時(shí)間進(jìn)行的檢測(cè)。其特點(diǎn)是時(shí)間較長(zhǎng)，用其來(lái)檢測(cè)微處理器CPU處理量較大的內(nèi)存元器件的檢測(cè)，例如只讀存儲(chǔ)器ROM和隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM等。

常用的檢測(cè)方法有：（1）微處理器CPU的檢測(cè)；（2）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的檢測(cè)；（3）隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM的檢測(cè)；（4）只讀存儲(chǔ)器ROM的檢測(cè)；（5）開(kāi)關(guān)量輸出通道的檢測(cè)。

參考文獻(xiàn)

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[2]馬麗英.微機(jī)繼電保護(hù)[J].供用電網(wǎng)絡(luò)繼電保護(hù),2008,6.

王遠(yuǎn)瞧（1991—），男，湖北宜昌人，工學(xué)學(xué)士，現(xiàn)任三峽電力職業(yè)學(xué)院電力與信息學(xué)院專業(yè)教師，助講，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)繼電保護(hù)及供用電技術(shù)。

作者簡(jiǎn)介：