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微机继电保护测试仪和监控系统的抗干扰专题

发布日期:2014-08-12 |
责任编辑:一只前进的蜗牛

      安装于变电站现场的微机继电保护测试仪和监控系统,必须长期不间断地无故障运行。
其可靠性主要面临两个问题:一是各种干扰引起的功能差错;二是元器件损坏,若有一个元器件损坏,有可能造成保护误动或者拒动,信息不能正确及时传送。对保护和监控系统装置,工作环境的干扰情况比较严重,因此提高保护和监控装置可靠性的重点应是在抗干扰上。 

    微机保护和监控装置既有数字部件又有模拟部件,干扰对模拟电路和数字部件所造成的后果是不同的。模拟电路在干扰作用下往往使开关电路误翻转,在没有完善闭锁措施时将会导致误动作。数字电路受干扰作用往往造成数据或地址传送错误,从而导致装置运行故障或功能障碍。由此可见,干扰造成数据传送错误,重则造成保护拒动或误动,都会严重危及电力系统的安全可靠供电。 

    由于继电保护和监控装置在强电磁场环境下连续工作,所以必须采用故障自动检测以及容错设计技术。故障自检在于将装置故障及时告知值班人员,并自动采取隔离闭锁措施。容错设计是利用容错技术,使局部故障不降低整套装置的性能,不中断保护和监控装置的正常运行。 

    干扰就是除有用信号外,还有可能对装置的正常工作造成不利影响的内外电磁信号,干扰可分为外部干扰和内部干扰。外部干扰源只能通过合理的措施将它“拒之门外”,内部干扰源可以在设计和调试中使之尽量减少。  

    1 外部抗干扰措施  

    电源的抗干扰措施。开关电源具有效率高等优点,在电子设备中被广泛采用。有些开关电源虽然采用了静电屏蔽来抑制共模干扰,但由于开关电源内部元件布置得比较紧密,电源和输出线路导线之间距离较近,接地线又较长,因此防外来干扰的能力较差,高频时尤为明显。通常在电源入口处增设电源滤波器来防止电源干扰的侵入。滤波器的接地点应以最短距离可靠接地。所有电源线必须经过滤波器才能进入设备内部,即在机箱电源线入口处安装滤波器。 

    微机保护和监控装置要求有相互独立的多个电源供电。每块插件板上最好能采用独立功能块电源,以进一步控制相互干扰。 

    隔离措施。防止干扰危及保护装置的隔离对策,主要包括以下几个方面:交流电压、电流、功率等交流信号可经变送器转换为直流量送入微机,以防止交流信号的干扰。交流量均经小型中间电压互感器和电流互感器隔离,使交流“地”与直流“地”隔离,增加系统的抗干扰能力。所有模拟量都经光电隔离单元隔离后再送入主机,从而使微机内外系统的电源接地线在电气上完全隔离,提高系统的抗干扰能力。 

    变电站运行中所有开关量的输入和输出(包括跳闸出口、需监视的信号等)触点和数字量输出(如打印机接口)等,都应采用光电隔离。  

    屏蔽。机壳用铁质材料做成,以实现对电场和磁场的屏蔽,必要时应采用双层屏蔽措施,在电场很强的场合,还可以考虑在铁壳内加装铜网衬里。  

    通道干扰处理。为控制通道之间的干扰,减少来自电流互感器二次回路中产生的磁场耦合干扰和来自电压互感器二次线上的电场干扰,在变送器屏安装时绝对不允许把它们与变送器输出的弱电信号线捆绑在一起,两者必须单独走线,而且尽量远离,避免平行。每个变送器插件输出的直流电压信号都有一根线与微机电源的共同接地,为避免信号地线形成回路造成磁场干扰,必须采用一点接地方式。 

    合理分配和布置插件。接地、屏蔽和隔离措施并不能完全阻断干扰信号的窜入,为防止剩余浪涌引起的恶果,可以合理地将保护和控制电路分成若干个插件,将最怕干扰的部分集中在一个和几个插件上,放置在内层屏蔽箱内,并使之尽量远离干扰源和与干扰源有联系的部分。  

    2 内部抗干扰措施  

    由于现场环境复杂,外部抗干扰措施并不能保证万无一失,还应采取针对性措施,防止窜入微机保护和控制装置的内部干扰信号。  

    对输入采样值抗干扰纠错。由于干扰,采样输入数据有可能发生错误,为确保保护和监控的正确运行,必须找出错误的数据,并加以剔除,然后用随后输入的正确数据供保护和监控程序用。可以对每一个信号设两个通道,只有在两个通道读数一致时才可取用,否则应取用以后的数据,这样可以确保装置躲过干扰。  

     软件运算过程中的核对。干扰有可能造成软件运算出错,为了避免这种情况,可以对运算结果进行复算核对,比较计算结果是否一致。 

     程序出轨的自恢复。对于越过外部防线入侵到微机系统内部的干扰,可能导致程序运行出轨。可以采用看门狗WATCH DOG技术,看门狗有软件抗干扰和硬件抗干扰之分。 

     软件抗干扰实质上是一个由CPU复位的计数器,只要应用程序正常工作,它不会发生计时溢出。如果因干扰引起系统出错和程序出轨,内部定时器将会产生计时溢出脉冲,使系统自动复位,重新装入应用程序,这是一种很有效的抗干扰措施。  

     对遥控回路采用的抗干扰措施。 对遥控的码制采用比较好的保护码,如BCH保护码等,BCH码所检查的码位不多,编码效率高,实现电路不复杂,不仅可以检查错误,而且还可纠错,是一种抗干扰能力强,灵活性大的保护码。 

     提高单元码制的抗干扰能力。为保证信息传输的不失真,除了采用比较好的保护码保证较大的码距外,还必须提高单元码元在通道中的抗干扰能力,因为遥控的可靠性比其传输速率更为重要,所以应采用较慢的速率传输信息。遥控宜采用经常不传输的异步工作方式,这样可排除经常性的干扰。  

     3 提高可靠性的其他措施  

     系统容错设计技术。系统容错设计主要是指在硬件结构上采用冗余技术。硬件冗余技术主要有三种方法:静态冗余法、动态冗余法、混合冗余法。使用冗余技术设计容错系统,是为使各模块的工作彼此不受影响,各模块的时钟也应完全独立。 

     装置故障自动检测技术。装置的元器件损坏可能导致保护装置拒动或误动,也可能导致监控装置传输误码,所以要求装置上的元器件损坏时,应立即发现并报警,以便迅速采取措施予以修复。目前,微机保护和监控装置的硬件故障,都可以准确地查出损坏元件的部件并显示相应的信息。 

     对保护和监控装置出口回路的监控和闭锁。加强对遥控和保护回路的出口异常状态监视和必要的自动闭锁功能。对保护出口前,可以利用几个并行接口的不同位,使CPU必须执行多条指令才能构成跳闸条件,这样可以避免误动;遥控对象、执行继电器等在命令尚未下达的情况下,其常开触点不允许闭合,并对其触点进行监视;一旦触点状态不正常,能及时报警并自动闭锁执行回路。 

     从系统电路设计和结构形式上提高可靠性。微机保护和监控装置系统可以采用单CPU、双CPU备用方式以及多CPU方式。采用单CPU的系统,一旦此CPU出故障,则全套系统就不能正常工作。采用多CPU分层控制系统,把保护和控制装置分成各个功能单元,每个功能单元独立工作,互不干扰,当某一回路的单元部件发生故障时,可整体更换,而不影响其他回路的正常工作,这样可以大大提高系统的可靠性。  

    防止人为失误措施。当人在大脑疲劳或高度紧张的情况下,往往容易发生误操作。对于那些绝对不允许误操作的地方,设计时应考虑预防措施,以保证设备安全可靠地正确操作。例如,对断路器的分合闸,必须在硬件、软件上进行多重校验,在硬件上应设有操作锁,操作时必须打开规定的操作锁方可操作。  

     由于微机保护和监控系统是变电站的重要组成部分,是整个变电站二次设备的核心部分,其正确可靠地运行,直接关系到整个电网安全可靠的供电。由于运行环境的特殊性和复杂性,因此,如何保证微机保护和监控系统地正常可靠运行,提高其抗干扰的能力是非常值得探讨和研究的。特别是随着我国经济的快速发展,以及计算机技术和新的信息技术的不断应用和发展,为保证整个电网安全可靠的运行,微机保护和监控系统应进一步提高抗干扰能力。

 

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