SOE信號(hào)在電廠監(jiān)控系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集與處理功能探討

俸 梅

（龍灘水電開發(fā)有限公司，廣西 天峨 547300）

0 引言

隨著自動(dòng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，各種類型的開關(guān)量輸入信號(hào)被廣泛應(yīng)用于控制系統(tǒng)中，在復(fù)雜的水電站自動(dòng)控制或監(jiān)控系統(tǒng)中更是如此。對(duì)于水電站而言，這些開關(guān)量信號(hào)是否能夠正確反映監(jiān)測(cè)對(duì)象的動(dòng)作狀態(tài)和動(dòng)作時(shí)間，將會(huì)影響到整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的安全可靠性能。SOE量作為帶有動(dòng)作時(shí)間標(biāo)記的開關(guān)輸入量以動(dòng)作準(zhǔn)確、快速在水電站監(jiān)控系統(tǒng)中逐漸被廣泛使用，但是在使用中也發(fā)現(xiàn)了一些問題。本文就SOE量采集模塊在電廠監(jiān)控系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集與處理功能進(jìn)行探討。

1 SOE量的采集原理和作用

1.1 采集原理

SOE模塊產(chǎn)生的信號(hào)叫SOE量，即事件順序記錄（Sequenceofevent），目前主要應(yīng)用于要求準(zhǔn)確記錄開關(guān)量輸入時(shí)間的監(jiān)控對(duì)象，以便區(qū)分多個(gè)受控對(duì)象動(dòng)作的先后順序。SOE采集模塊通常要求能夠以毫秒級(jí)的時(shí)間間隔評(píng)估輸入信號(hào)狀態(tài)，能對(duì)模塊的輸入進(jìn)行預(yù)處理并以二進(jìn)制值、計(jì)數(shù)器值或事件的形式將這些輸入傳輸給PLC。數(shù)據(jù)采集原理見圖1。

圖1

由于時(shí)標(biāo)的存在，使得SOE模塊與常規(guī)的輸入模塊很不一樣。該類模塊通常使用軟件時(shí)鐘創(chuàng)建毫秒級(jí)間隔時(shí)間。該軟件時(shí)鐘通常借助外部時(shí)間信號(hào)（標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間接受器）以1 min的時(shí)間間隔進(jìn)行同步。外部時(shí)間信號(hào)可采用DCF77信號(hào)或者GPS時(shí)鐘對(duì)時(shí)。因此，從某種意義上說，SOE信號(hào)相當(dāng)于一個(gè)帶時(shí)標(biāo)的開入量，但它的分辨率更高。

1.2 SOE量的主要作用

在電廠監(jiān)控系統(tǒng)中，國(guó)家設(shè)計(jì)規(guī)范要求對(duì)機(jī)組的運(yùn)行工況（停機(jī)、發(fā)電、調(diào)相、抽水等）、6 kV及以上電壓斷路器、反映廠用電源情況的斷路器和自動(dòng)開關(guān)、反映系統(tǒng)運(yùn)行狀況的隔離開關(guān)的位置信號(hào)、主要設(shè)備的事故及故障信號(hào)、以及主要設(shè)備的總事故及總故障信號(hào)進(jìn)行采集。監(jiān)控系統(tǒng)采集的涉及故障、事故的繼電保護(hù)及系統(tǒng)安全自動(dòng)裝置的動(dòng)作信號(hào)，電壓等級(jí)等于或高于發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓的斷路器的位置信號(hào)，必須進(jìn)行順序記錄（SOE量）?？梢姡@些測(cè)點(diǎn)在故障和事故分析中比一般的開關(guān)量信號(hào)更加重要。

在水電站監(jiān)控系統(tǒng)中SOE量主要作用在于以下幾方面：

（1）重要的監(jiān)視功能，對(duì)一些比較重要的量上送中控室，給運(yùn)行人員進(jìn)行分析判斷；

（2）作為啟動(dòng)事故流程的啟動(dòng)源，對(duì)事故進(jìn)行處理，如事故低油壓信號(hào)、軸承溫度過高信號(hào)、密封水中斷、水導(dǎo)外循環(huán)冷卻水中斷、緊急停機(jī)按鈕動(dòng)作、保護(hù)動(dòng)作信號(hào)，一出現(xiàn)這些重要的事故信號(hào)立刻啟動(dòng)相應(yīng)的事故流程，如降負(fù)荷、跳開關(guān)、關(guān)導(dǎo)葉、滅磁動(dòng)作等；

（3）用來(lái)進(jìn)行事故追憶，當(dāng)發(fā)生事故時(shí)，自動(dòng)打印并顯示與事故有關(guān)的參數(shù)的歷史值和事故期間的采樣值，如追憶記錄220 kV及以上電壓的各段母線頻率及三相電壓、220kV及其以上電壓的出線三相電流、大型發(fā)電機(jī)的三相電壓、三相電流等，這些信息對(duì)事故分析都能起到很重要的作用；

（4）滿足電網(wǎng)安全的需要，把一些重要開關(guān)的分合及機(jī)組事故信號(hào)通過101、104通信及時(shí)上送調(diào)度部門，使調(diào)度員快速了解現(xiàn)場(chǎng)各種設(shè)備運(yùn)行及異常情況，對(duì)系統(tǒng)事故做出準(zhǔn)確的判斷和處理。如電廠必須把接入系統(tǒng)的重要開關(guān)的A、B、C三相最后一相的合閘變位精確動(dòng)作時(shí)間與最早一相的分閘變位精確動(dòng)作時(shí)間（精確到毫秒）通過通信系統(tǒng)直接將其打包成SOE報(bào)文后發(fā)送給調(diào)度單位主站系統(tǒng)，以便主站系統(tǒng)對(duì)事件和時(shí)間進(jìn)行記錄和分析。

2 SOE量應(yīng)用中的主要問題

隨著SOE模塊應(yīng)用越來(lái)越廣泛，相繼出現(xiàn)了一些問題，在一定程度上制約了它的使用，最主要的表現(xiàn)就是信號(hào)的誤報(bào)。誤報(bào)的主要原因有以下幾方面：

（1）敏感性過強(qiáng)

從SOE模塊的結(jié)構(gòu)上分析，該輸入模塊是智能事件記錄模塊，對(duì)外界信號(hào)變化反應(yīng)的確非常敏感。正常輸入測(cè)點(diǎn)電壓是24 V，實(shí)驗(yàn)中檢測(cè)門檻電壓為10.5V。即只要模塊輸入端出現(xiàn)大于等于10.5V的交流或者直流電壓都有可能使SOE信號(hào)產(chǎn)生上升沿，對(duì)捕捉到的錯(cuò)誤上升沿，如果不能在后期的濾波和校驗(yàn)中進(jìn)行識(shí)別剔除，就會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤變位。

（2）自身故障

在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，SOE模塊的某些內(nèi)部故障已可能導(dǎo)致信號(hào)變位，例如嚴(yán)重模塊錯(cuò)誤、參數(shù)化錯(cuò)誤、與PLC的通訊錯(cuò)誤，時(shí)間沒有同步、緩沖器溢出等等。有些模塊故障可以通過模塊的自檢發(fā)現(xiàn)，并經(jīng)軟件處理后屏蔽掉故障SOE量信號(hào)；而有些故障卻無(wú)法屏蔽。當(dāng)出現(xiàn)模塊與PLC通訊故障時(shí)，模塊本身并沒有故障，模塊本身測(cè)點(diǎn)的品質(zhì)仍然是好的，SOE量仍然在監(jiān)控軟件中有效使用，這就有可能造成了SOE信號(hào)的誤報(bào)。

（3）外部時(shí)鐘故障

SOE模塊在沒有收到外部的同步時(shí)鐘時(shí)，也可能出現(xiàn)SOE信號(hào)錯(cuò)誤變位。在SOE模塊采用GPS對(duì)時(shí)過程中，對(duì)時(shí)裝置要接受3顆或以上衛(wèi)星的發(fā)射信息來(lái)提取時(shí)間信息，當(dāng)這樣的接受信息受到電磁污染（如強(qiáng)發(fā)射器、交換站和機(jī)場(chǎng)）、封閉的空間或操作間、天線電纜長(zhǎng)度太長(zhǎng)、強(qiáng)降雪和降雨天氣的影響時(shí)，導(dǎo)致ERT的時(shí)鐘不能同步，會(huì)引起SOE量的錯(cuò)誤變位。

（4）外部干擾

由于SOE模塊工作在電廠復(fù)雜的電磁環(huán)境中，SOE信號(hào)還有可能受到各種干擾源的影響，如由于電源和控制線開關(guān)切換或雷擊引起并出現(xiàn)的振蕩波的干擾、來(lái)自切換瞬態(tài)過程（切斷感性負(fù)載、繼電器觸點(diǎn)彈跳等）的各種電快速瞬變脈沖群的干擾、工頻電流（故障條件下的電流幅值較大）產(chǎn)生的工頻磁場(chǎng)、來(lái)自操作者和對(duì)鄰近物體的靜電放電時(shí)的干擾、來(lái)自9 kHz～80 MHz頻率范圍內(nèi)射頻發(fā)射機(jī)電磁干擾等，這些都有可能導(dǎo)致模塊發(fā)生變位。個(gè)別產(chǎn)品在實(shí)驗(yàn)室中模擬到靜電放電試驗(yàn)產(chǎn)生的錯(cuò)誤信號(hào)變位現(xiàn)象。

為杜絕此問題，有關(guān)規(guī)程規(guī)定事件順序記錄量的數(shù)據(jù)采集與處理功能應(yīng)進(jìn)行狀態(tài)變位及防抖動(dòng)測(cè)試、分辨率測(cè)試、雪崩處理測(cè)試、抗干擾度試驗(yàn)等，并明確瞬時(shí)性的騷擾對(duì)測(cè)量值可以暫時(shí)偏差，數(shù)據(jù)傳輸可以暫時(shí)喪失功能，但應(yīng)是可以修復(fù)的。抗干擾度試驗(yàn)都屬于型式試驗(yàn)，只在產(chǎn)品定型前完成，一般不允許再在現(xiàn)場(chǎng)做，因此使用單位無(wú)法主動(dòng)查找，只能被動(dòng)防范。

3 SOE量防誤主要措施

SOE信號(hào)作為故障、事故輸入信號(hào)，一般都直接作用于啟動(dòng)事故停機(jī)流程，如果誤動(dòng)，將造成事故停機(jī)。大型電廠單機(jī)容量大，甩負(fù)荷過程中對(duì)系統(tǒng)的沖擊大，對(duì)電網(wǎng)的安全造成一定的危害，所以這樣的誤動(dòng)作電廠不能承受，必須采取相應(yīng)的防誤措施。

在使用中發(fā)現(xiàn)，雖然SOE量與普通開關(guān)量信號(hào)都是反應(yīng)狀態(tài)改變的信號(hào)，但開關(guān)量經(jīng)較長(zhǎng)時(shí)間的濾波，抗干擾能力總體上要比SOE量強(qiáng)，可靠性更高。在一些時(shí)間精度要求不是很高的場(chǎng)合，可以用開關(guān)量代替SOE量；但對(duì)需要精確上送時(shí)標(biāo)的開關(guān)量，還只能使用SOE量。因此，必須采取防誤報(bào)措施，常見的防誤方法一方面是軟件閉鎖，另一方面是硬件完善。

（1）軟件防誤措施

對(duì)SOE信號(hào)的軟件防誤的方法較多，實(shí)現(xiàn)相對(duì)較容易。SOE量?jī)H作為重要信息信號(hào)上送，不作為事故停機(jī)等重要控制操作的直接啟動(dòng)源，可以有效防止誤動(dòng)帶來(lái)的嚴(yán)重后果。具體做法是將監(jiān)控系統(tǒng)中重要的輸入，采取SOE量和普通開關(guān)量雙路上送方式。普通開關(guān)量信號(hào)穩(wěn)定、可靠，作為事故啟動(dòng)源和控制操作；SOE量分辨率高、反應(yīng)快，用于故障和事故分析。

在某些特殊條件下，SOE量必須參與控制，防止單一信號(hào)誤動(dòng)作，也可將SOE量、普通開關(guān)量、間接開關(guān)量、模擬量等信息進(jìn)行2取2、3取2必要的邏輯組合，或?qū)OE量延時(shí)處理提高邏輯判斷的正確性。

（2）硬件防誤措施

提高設(shè)備質(zhì)量和改善運(yùn)行條件是解決信號(hào)誤動(dòng)的根本方法。在硬件上采取的避免干擾的措施有：SOE量模塊配置的場(chǎng)地應(yīng)盡可能避開強(qiáng)電磁場(chǎng)、強(qiáng)振動(dòng)源和強(qiáng)噪聲源的干擾，同時(shí)保障場(chǎng)地環(huán)境溫度為0℃～40℃，改善運(yùn)行環(huán)境；采用不間斷電源供電，提高供電電源質(zhì)量；保證可靠的屏蔽層一點(diǎn)接地，對(duì)同一電纜的各芯線應(yīng)傳送電平等級(jí)相同的信號(hào)，減小感應(yīng)電壓影響；對(duì)SOE量的輸入以無(wú)源點(diǎn)方式接入或經(jīng)光隔接入，消除電磁干擾；在SOE量模塊的內(nèi)部參數(shù)上對(duì)去抖動(dòng)與反跳過濾器進(jìn)行合理設(shè)置，增加抗干擾性能；采用更完善的校驗(yàn)方法進(jìn)行模塊自檢；完善和改進(jìn)時(shí)鐘信號(hào)，提高可靠性。

4 結(jié)論

本文對(duì)SOE量誤報(bào)原因進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，結(jié)合在電廠中的使用經(jīng)驗(yàn)，從硬件與軟件兩方面提出了預(yù)防建議。任何元件的誤動(dòng)作，都是多方面因素造成的，最根本的辦法還是有關(guān)設(shè)備制造廠家改進(jìn)設(shè)計(jì)、提高元件制造水平和電磁兼容性，從根本上提高可靠性水平。

[1]DL/T 5065-2009水力發(fā)電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]DL/T 822-2002.水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)試驗(yàn)驗(yàn)收規(guī)程[S].