繼電保護(hù)硬件裝置的抗干擾技術(shù)研究

摘要 本文介紹了變電站繼電硬件保護(hù)裝置的干擾源的種類，提出了繼電保護(hù)硬件裝置設(shè)計(jì)中抗干擾的主要措施。從為今后進(jìn)一步深入開(kāi)展繼電保護(hù)研究，提升電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的可靠性奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞變電站;繼電保護(hù);抗干擾

中圖分類號(hào) TM774文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào)1673-9671-(2009)111-0081-01

0前言

變電站本身是一個(gè)產(chǎn)生高強(qiáng)度電磁干擾的環(huán)境。在這樣的環(huán)境下工作的繼電保護(hù)裝置必然受其干擾。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及大規(guī)模集成電路的應(yīng)用，微機(jī)型保護(hù)裝置將取代以往的電磁保護(hù)裝置和其它老型號(hào)保護(hù)裝置?？墒俏C(jī)保護(hù)的微電子元器件所能承受的外界電磁干擾的水平極低，當(dāng)外界干擾超過(guò)它們所承受的能力時(shí)，保護(hù)裝置將不能正常工作，如誤動(dòng)、拒動(dòng)或數(shù)據(jù)傳送出錯(cuò)等，甚至保護(hù)裝置被損壞。這使變電站以至整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行受到嚴(yán)重威脅。因此，如何提高系統(tǒng)硬件的抗干擾能力是繼電保護(hù)研究中不可忽視的內(nèi)容。

1 影響繼電保護(hù)的干擾因素

1.1 雷擊

當(dāng)變電所的接地部件或避雷器遭受雷擊時(shí)，由于變電所的地網(wǎng)為高阻抗或從設(shè)備到地網(wǎng)的接地線為高阻抗，都將因雷擊產(chǎn)生的 高頻電流在變電所的地網(wǎng)系統(tǒng)中引起暫態(tài)電位的升 高，就可能導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)作或損壞靈敏設(shè)備與控制回路。

1.2 隔離操作

如果電力系統(tǒng)在隔離開(kāi)關(guān)的操作速度緩慢，操作時(shí)在隔離開(kāi)關(guān)的兩個(gè)觸點(diǎn)間就會(huì)產(chǎn)生電弧閃絡(luò)，從而產(chǎn)生操作過(guò)電壓，出現(xiàn)高頻電流，高頻電流通過(guò)母線時(shí)，將在母線周圍產(chǎn)生很強(qiáng)的電場(chǎng)和磁場(chǎng)從而對(duì)相關(guān)二次回路和二次設(shè)備產(chǎn)生干擾，高頻電流通過(guò)接地電容設(shè)備流人地網(wǎng)，將引起地電位的升高。

1.3 輻射干擾

目前，電力系統(tǒng)周圍經(jīng)常會(huì)手機(jī)和其他移動(dòng)通信等工具，那么它的周圍將產(chǎn)生強(qiáng)輻射電場(chǎng)和相應(yīng)的磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)耦合到附近的弱電設(shè)備的回路中，回路將感應(yīng)出高頻電壓，形成一個(gè)假信號(hào)源，從而導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置不正確動(dòng)作。

1.4 提高硬件裝置抗干擾的途徑

電力系統(tǒng)的電磁干擾由三個(gè)要素組成:傳導(dǎo)和輻射電磁能量的干擾源，干擾的傳播途徑，對(duì)干擾敏感的接收設(shè)備。要使產(chǎn)品不受電磁干擾，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中就要從分析干擾源，干擾傳播途徑及被干擾對(duì)象出發(fā)，根據(jù)產(chǎn)品性能要求采取有效措施，抑制干擾源，消除干擾的耦合通道和提高設(shè)備的抗干擾能力。

2 硬件裝置設(shè)計(jì)中抗干擾的主要措施

變電站繼電保護(hù)的硬件裝置易受電磁干擾的影響的部分有單片機(jī)管腳、印刷電路板、接地部分和各個(gè)連接部分。

2.1 單片機(jī)管腳抗干擾措施

單片機(jī)管腳的問(wèn)題主要是由于管腳的分布參數(shù)引起的，單片機(jī)的輸入、輸出信號(hào)是數(shù)字邏輯電平信號(hào)，管腳電容對(duì)信號(hào)的邊沿會(huì)有明顯的影響，由于相鄰線之間的互感和對(duì)地分布電容以及印制板電導(dǎo)的存在，還會(huì)引起串?dāng)_的問(wèn)題。由于單片機(jī)的管腳輸入阻抗很高，對(duì)外部的高頻電磁場(chǎng)比較敏感，為防止高頻輻射的入侵，設(shè)計(jì)中要采用一定措施，空置的管腳加上拉或下拉電阻。時(shí)鐘信號(hào)、復(fù)位信號(hào)、中斷信號(hào)和控制信號(hào)對(duì)噪聲干擾信號(hào)的敏感性最強(qiáng)，同時(shí)，單片機(jī)的外部地址、數(shù)據(jù)總線的抗干擾設(shè)計(jì)比較難，所以在設(shè)計(jì)中力求做到保護(hù)總線不出現(xiàn)芯片。實(shí)踐中常采用光電耦合器將單片機(jī)管腳與外界形成光隔離。

此外，單片機(jī)的輻射通道是通過(guò)管腳和連線組成的開(kāi)放式布線結(jié)構(gòu)形成的，其輻射強(qiáng)度與單片機(jī)運(yùn)行時(shí)的電流，也就是功率有關(guān)，選擇單片機(jī)最好是低功耗的，這樣輻射量也很小。

2.2 印刷電路板抗干擾措施

印刷電路板是電磁干擾傳播的重要途徑，因此，科學(xué)設(shè)計(jì)印刷電路，合理布線，盡量減少分布參數(shù)，是提高其抗干擾能力的最主要措施。建議采用含有接地平面的多層印制板去耦技術(shù)，主電源層和地線層相鄰，并處于疊層的中部，可增大電容使阻抗降低，大大降低系統(tǒng)各連線之間的分布參數(shù)的影響，提高抑制噪聲的能力。印制板使用低阻抗地線，電源線走線寬度≥1mm。要盡量縮短印制線的長(zhǎng)度、無(wú)分支和突然拐彎，那樣可能會(huì)導(dǎo)致反射和產(chǎn)生諧波;要盡量減小電源線走線的有效包圍面積，以減小電磁耦合;晶振及諧振電容布線要盡量靠近CPU芯片，晶振外殼必須接地。

2.3合理接地

接地往往是抑制干擾的重要手段之一。良好的接地能很大程度抑制內(nèi)部噪聲，防止外部干擾入侵，但接地處理不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致噪聲耦合，產(chǎn)生干擾。對(duì)于既有模擬部分又有數(shù)字部分的 ADC芯片內(nèi)部，為了防止數(shù)字信號(hào)耦合到模擬電路上，本身己經(jīng)將模擬地和數(shù)字地分開(kāi)了，在印制板上注意同樣將敏感的模擬器件與有噪聲的數(shù)字器件二者物理地分開(kāi)，應(yīng)分別設(shè)置模擬接地平面和數(shù)字接地平面，并采用數(shù)字地與模擬地的一點(diǎn)產(chǎn)生的地電位差在兩點(diǎn)接地電路中形成環(huán)路電流，這個(gè)地電位差是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輸入端共模干擾的主要來(lái)源?？蔀閿?shù)字電路與模擬電路各提供一條專門(mén)地線，使數(shù)字電路與模擬電路的地線分開(kāi)，防止地線干擾，將每個(gè)芯片上的模擬地接到模擬地線上，數(shù)字地接到數(shù)字地線上，然后在某個(gè)合適點(diǎn)把數(shù)字地和模擬地連接。要特別注意防止數(shù)字信號(hào)通過(guò)地線耦合到模擬信號(hào)上，而對(duì)系統(tǒng)的工作產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。

2.4 連接部分抗干擾措施

電壓形成回路中通過(guò)輸入小變壓器將裝置的交流輸入端子使系統(tǒng)弱電邏輯部分在二次回路上進(jìn)行了磁隔離。為防止交流二次回路的干擾信號(hào)進(jìn)入邏輯部分，這種隔離變壓器初級(jí)和次級(jí)線圈之間均用屏蔽層隔離，減少初、次級(jí)之間的分布電容，而且初級(jí)屏蔽層接大地，給共模噪聲提供通路，次級(jí)屏蔽層接系統(tǒng)地，因此有很高的共模抑制比，能有效地防止電網(wǎng)中噪聲干擾進(jìn)入繼電保護(hù)系統(tǒng)。

分析信號(hào)的頻率，根據(jù)信號(hào)的不同特征采用模擬低通濾波器和數(shù)字濾波器濾波。這種方法對(duì)抑制經(jīng)導(dǎo)線傳導(dǎo)耦合到電路中的噪聲干擾既簡(jiǎn)單又實(shí)用。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著繼電保護(hù)技術(shù)的提高，就硬件裝置的抗干擾能力就將進(jìn)一步提高，本文就干擾形成的三要素(傳導(dǎo)和輻射電磁能量的干擾源，干擾的傳播途徑)對(duì)繼電保護(hù)中的硬件裝置造成的進(jìn)行分析。探討了繼電保護(hù)裝置的抗干擾措施作了分析及建議，提出了提高繼電保護(hù)裝置可靠性的措施。

參考文獻(xiàn)

[1] GB500622-92.電力裝置的繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置設(shè)計(jì)規(guī)范[Z].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，1992.

[2] 周玉蘭，王玉玲，趙曼勇.2006年全國(guó)電網(wǎng)繼電保護(hù)與安全 [J].電網(wǎng)技術(shù)，2005，29(16):42-48.