余建

摘 要： 隨著信息化技術的發(fā)展，變電站綜合自動化水平越來越高。變電站綜合自動化多采用分層分布式結(jié)構，把控制和測量設備安置在變電站的高壓開關廠內(nèi)，有的直接安置在高壓設備處，所處的電磁環(huán)境極為惡劣。因此，必須采取行之有效的措施，保證系統(tǒng)安全可靠運行，防誤閉鎖系統(tǒng)就是具體措施之一。本文主要分析了干擾來源和抗干擾設計措施。

關鍵詞：變電站； 防誤閉鎖系統(tǒng)； 抗干擾設計

近年來，隨著我國電力調(diào)度自動化的實現(xiàn)，變電站綜合自動化系統(tǒng)的迅速發(fā)展，以及無人值班變電站的增加及對老化變電站改造的全面展開，迫切需要增強調(diào)度系統(tǒng)和變電站監(jiān)控系統(tǒng)的“五防”閉鎖功能提高系統(tǒng)的安全運行能力。在電力調(diào)度系統(tǒng)中是否能夠有效地防止電力誤操作，一直是關系到系統(tǒng)正常運行以及人身安全的重大問題。隨著變電站綜合自動化系統(tǒng)的不斷推廣，利用先進的計算機技術、電子技術、通信技術和信號處理技術，已經(jīng)實現(xiàn)了對全變電站的輸、配電設備的自動監(jiān)視、測量、控制和繼電保護，以及與調(diào)度通信等自動化功能。多種新技術的應用使得變電站綜合自動化水平越來越高，設備的可靠性也越來越高。因此，由設備故障原因引起的電力系統(tǒng)事故越來越少，而由人為操作原因引發(fā)的事故比例則逐漸提高，這就對現(xiàn)有的防誤閉鎖裝置提出了許多新的要求。下面談談變電站網(wǎng)絡化防誤閉鎖系統(tǒng)的抗干擾設計。

一、變電站干擾分析

目前，變電站的干擾主要包括以下幾方面：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應雷擊，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，嚴重時可能損壞系統(tǒng)設備。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，各種開關設備的操作，配電線路相接的負載變化都會造成供電電壓的瞬時變動，產(chǎn)生過電壓、電流沖擊或高頻振蕩等干擾。這些干擾通過供電線路或接地網(wǎng)絡進入系統(tǒng)設備，造成設備邏輯電路混亂，破壞RAM中的程序和數(shù)據(jù)，影響CPU的正常工作，導致系統(tǒng)癱瘓。3.運行中的電氣設備：載流導線和運行中的電力設備當有短路故障時，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。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備產(chǎn)生電磁干擾。5.靜電放電：帶靜電的人直接對設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丟失數(shù)據(jù)。

二、變電站硬件抗干擾方法

1.由于開關量輸入和開關量輸出所要檢測和控制的設備對象都工作在強電環(huán)境下，這些大電流的負載動作會通過系統(tǒng)的輸入和輸出通道對控制系統(tǒng)的工作產(chǎn)生干擾。因此，在系統(tǒng)中我們采用了TPL521-4光電耦合器件，信號的輸入和輸出都要通過光耦去干擾。之所以采用光耦去干擾，是因為它具有如下特點：a）光電耦合器件的輸入阻抗很小，一般在100歐—1K歐之間，由于干擾源內(nèi)阻較大，通常為105-108歐，因此分壓到光電耦合器上的干擾分量很小。b）干擾噪聲雖尖峰較高，但能量較小，只能造成微弱電流。由于光電耦合器輸入是工作在電流狀態(tài)，干擾電流不會對其造成較大的影響。c）光電耦合器是在器件內(nèi)部密封條件下傳輸，不會受到外界環(huán)境及條件的影響。輸入和輸出之間分布電容很小，僅為0.5-2PF，且絕緣電阻很大，通常1011-1012歐，輸入干擾信號難于饋送到輸出。

2.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.在與CAN總線接口通信電路的設計，為了防止總線上的干擾進入系統(tǒng)，在總線控制器與傳輸介質(zhì)之間添加了兩片高速光耦器件6N137，并且采用多十5V的開關電源給6N137兩邊的電源分開供電。CAN總線的傳輸介質(zhì)采用雙絞線傳輸，與同軸電纜相比，雖然頻帶較窄，但波阻抗高，抗共模噪聲能力強；

4.另外，由于下位機與上位監(jiān)控機之間有一定的距離，因此，通信中由于長線傳輸所造成的干擾也必須考慮。長線傳輸中的抗干擾主要是阻抗匹配問題，如匹配不好，會使信號產(chǎn)生反射，從而形成嚴重的失真。阻抗匹配值一般等于傳輸線的特性阻抗。所用雙絞線的特性阻抗大約為124歐，因此匹配阻抗也選為124歐。

三、軟件抗干擾措施

變電站軟件抗干擾措施主要包括：一是設置軟件陷阱。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。設置軟件陷阱，可防止程序“亂飛”。具體做法是在程序中每隔一些指令（十幾條即可），就把連續(xù)幾個單元設置成空操作（所謂陷阱），當失控程序掉入陷阱，也就是連續(xù)執(zhí)行幾個空操作后，程序自動恢復正常，繼續(xù)執(zhí)行后面的程序。二是設置看門狗定時器。干擾也可能導致程序跑飛，不按程序員預定安排的步驟運行，而是跳轉(zhuǎn)到其他地址去運行，產(chǎn)生一些錯誤的動作，甚至進入死循環(huán).為此在程序中我們通過不斷改變看門狗定時器輸入端WDI的電平狀態(tài)（所謂喂狗），可解決程序死循環(huán)問題。一旦程序進入死循環(huán)，在超出一定的時間間隔后（一般為1.6S），WDI端電平狀態(tài)沒有得到改變，看門狗定時器輸出RESET信號（低電平有效）。系統(tǒng)復位，程序從頭開始執(zhí)行。三是軟件冗余技術。軟件冗余技術就是多次使用同一功能的軟件指令，以保證指令執(zhí)行的可靠性。本系統(tǒng)程序主要把此技術應用于鍵盤、開關量去抖動中。由于鍵盤、開關量輸入存在抖動問題，這可能造成系統(tǒng)的誤判斷和誤操作，因此在程序中，我們采用了軟件去抖動方法，即對同一狀態(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。鍵盤和開關量狀態(tài)的一次采樣、處理控制輸出改為循環(huán)采樣、處理控制輸出。這種方法具有良好的抗偶然性作用。

四、結(jié)語

隨著變電站自動化水平的提高，變電站的防誤水平也有了很大的進步。對于新投產(chǎn)的綜合自動化變電站，根據(jù)需要基本上采取了以往比較成熟的防誤形式。

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