變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)措施探析

蘇 楊

（寧夏送變電工程公司 寧夏 銀川 750001）

0 引言

變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)除了實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場的監(jiān)測、控制和保護(hù)之外，更重要的是能實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)睾瓦h(yuǎn)方對現(xiàn)場的監(jiān)控、調(diào)節(jié)和保護(hù)，概括起來即為：遙測、遙信、遙控、遙調(diào)的“四遙”功能和對保護(hù)定值的遠(yuǎn)方整定，從而最終達(dá)到變電站少人值班或無人值班的目的。

1 干擾的來源

1.1 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受雷擊，雷電波沿線路侵入變電站，強(qiáng)大的雷電流和過電壓直接作用于一次設(shè)備，產(chǎn)生極強(qiáng)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(jìn)入二次回路，嚴(yán)重時(shí)可能損壞系統(tǒng)設(shè)備。

1.2 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(yùn)行狀態(tài)的突然變化，各種開關(guān)設(shè)備的操作，配電線路相接的負(fù)載變化（例如大功率設(shè)備和大功率電機(jī)的啟動(dòng)、大型變壓器的勵(lì)磁沖擊電流等）都會(huì)造成供電電壓的瞬時(shí)變動(dòng)，產(chǎn)生調(diào)電過電壓、電流沖擊或高頻振蕩等干擾。

1.3 運(yùn)行中的電氣設(shè)備

載流導(dǎo)線和運(yùn)行中的電力設(shè)備當(dāng)有短路故障時(shí)，其短路電流會(huì)在附近產(chǎn)生很強(qiáng)的工頻磁場。另外，高壓導(dǎo)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(huì)產(chǎn)生電磁輻射，形成輻射干擾。

1.4 輻射電磁場

高壓電站中的高頻載波、對講機(jī)等都是輻射干擾源，尤其是對講機(jī)，已成為影響變電站綜合自動(dòng)化設(shè)備正常工作的主要輻射干擾源。另外，附近的電臺(tái)、通信等都會(huì)對變電站中的自動(dòng)化設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾。

1.5 靜電放電

帶靜電的人直接對設(shè)備接觸或者附近相鄰物體間放電都會(huì)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(jì)算機(jī)程序出錯(cuò)或者丟失數(shù)據(jù)。

2 干擾對系統(tǒng)的影響

干擾對綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的影響可從兩個(gè)方面來表述:對系統(tǒng)本身和對通信網(wǎng)絡(luò)的影響。一次回路正常運(yùn)行時(shí)，電流、電壓是對稱的，對二次回路的干擾較少，當(dāng)系統(tǒng)處于暫態(tài)過程或不對稱運(yùn)行時(shí)，干擾較大，一般包括一次系統(tǒng)遭雷擊或發(fā)生短路、斷路器和隔離開關(guān)操作引起母線的高頻諧波等情況。干擾主要以電磁耦合或靜電耦合形式出現(xiàn)。

干擾可能使CPU讀取指令出錯(cuò)，發(fā)生程序跑飛的現(xiàn)象;或讀取數(shù)據(jù)出錯(cuò)，產(chǎn)生錯(cuò)誤的運(yùn)算結(jié)果或操作。如果干擾串入通信網(wǎng)絡(luò)，可能造成通訊失敗，若輸入受干擾會(huì)使輸入的數(shù)據(jù)發(fā)生偏差，甚至誤判。嚴(yán)重時(shí)可能造成器件損壞。

干擾對于變電站綜合自動(dòng)化設(shè)備可能造成2種危害，一是破壞絕緣、集成芯片的PN結(jié)擊穿或整個(gè)芯片燒毀，產(chǎn)生永久性破壞;二是干擾其正常工作，使其誤動(dòng)，導(dǎo)致或擴(kuò)大一次設(shè)備故障，造成嚴(yán)重的損失。特別是綜合自動(dòng)化設(shè)備處理的信號電平可能僅變?yōu)楹练墸瑢τ诟蓴_具有極為明顯的敏感性和脆弱性。

3 硬件抗干擾措施

最重要的抗干擾措施是防止干擾進(jìn)入微機(jī)弱電系統(tǒng)，就是采用各種隔離、屏蔽、合理布局和配線以及減少弱電源線傳遞干擾等方法，合理的硬件設(shè)計(jì)可以說是抗干擾的第一道防線；除了應(yīng)用常規(guī)的硬件狗等技術(shù)外，在新型的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中采用模塊化設(shè)計(jì)，在一定的程度上將強(qiáng)電、弱電，交流、直流等分開設(shè)置，從而在一定程度上減少了相互間的干擾。

3.1 選用抗干擾性能好的器件。如內(nèi)部通信采用以N總線，CAN總線本身就有一定的抗干擾能力，能自行檢驗(yàn)及糾錯(cuò)，因而用以N作為內(nèi)部通信網(wǎng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力。

3.2 開關(guān)量輸入、輸出的抗干擾措施。當(dāng)斷路器或隔離開關(guān)動(dòng)作時(shí)，可能會(huì)干擾程序正常執(zhí)行，產(chǎn)生所謂的“程序跑飛”的軟故障，甚至損壞接口電路芯片或損壞CPU。因此，為了防止電磁干擾對CPU影響，必須采取干擾措施，抗干擾的方法較多:

①光電隔離:利用光電藕合器可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場開關(guān)量與計(jì)算機(jī)總線之間的完全隔離，光電藕合器由發(fā)光二極管和光敏三極管組成。

②繼電器隔離：對于發(fā)電廠、變電站現(xiàn)場的斷路器、隔離開關(guān)、繼電器的輔助觸點(diǎn)和主變壓器分接開關(guān)位置等開關(guān)信號，輸入到系統(tǒng)的CPU時(shí)也可用繼電器隔離。在新系統(tǒng)中，開入端子的隔離主要用光電耦合器來實(shí)現(xiàn)，而輸出端子為繼電器隔離。

3.3 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。

3.4 在A/D轉(zhuǎn)換器芯片內(nèi)部模擬地和數(shù)字地分開，僅在系統(tǒng)中采用一點(diǎn)共地。

3.5 在印刷電路板設(shè)計(jì)中，電源線、地線加寬，為信號線寬度的3倍。

3.6 線間對地增加小電容濾波消除高頻干擾。

4 軟件抗干擾措施

實(shí)際上在采用硬件抗干擾的同時(shí)，選用軟件抗干擾可有效地彌補(bǔ)硬件抗干擾的不足，且可以使裝置結(jié)構(gòu)簡化，降低成本，結(jié)合本裝置的特點(diǎn)提出了以下軟件抗干擾措施：

4.1 出口編碼閉鎖

在干擾造成程序出格后，CPU可能執(zhí)行一系列非預(yù)期的指令，如不采取一定的措施，則有可能執(zhí)行非預(yù)期的出口指令，而造成被控制設(shè)備的誤操作，可以在軟件上設(shè)置多個(gè)標(biāo)志或編碼，分布在程序的不同地方，當(dāng)程序出格時(shí)，必須執(zhí)行多條置位標(biāo)志或其它的指令或編碼才可出口操作，可見這種方式減小了誤操作的可能性。

4.2 設(shè)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(jìn)入非程序區(qū)，造成系統(tǒng)運(yùn)行的一系列錯(cuò)誤。設(shè)置軟件陷阱，可防止程序“亂飛”。

4.3 軟件狗

軟件狗的設(shè)置是為了防止程序執(zhí)行時(shí)進(jìn)入死循環(huán)，在程序設(shè)置中，可在高級中斷中設(shè)置計(jì)數(shù)器來監(jiān)視主程序和低級中斷的執(zhí)行，系統(tǒng)主程序?qū)⒂?jì)數(shù)器復(fù)位，如系統(tǒng)或低級中斷出現(xiàn)死循環(huán)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)達(dá)限值時(shí)，則啟動(dòng)復(fù)位電路。

4.4 功能模塊之間的相互監(jiān)視

主控裝置定時(shí)向各功能插件發(fā)送詢問命令，如功能插件正常工作，應(yīng)對該詢問進(jìn)行回答，如果經(jīng)多次詢問而無應(yīng)答，則認(rèn)為該插件工作出錯(cuò)，轉(zhuǎn)入相應(yīng)的處理。同樣，底層的功能模塊也可對主控裝置進(jìn)行監(jiān)視。

4.5 軟件防抖

開入量是系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)的重要反映量，但是在判斷時(shí)經(jīng)常受到抖動(dòng)的干擾，造成誤判，實(shí)現(xiàn)開入量的防抖具有重要的意義。抖動(dòng)的原因主要由以下的兩個(gè)方面:

①二次設(shè)備本身在運(yùn)行過程中造成的遙信誤動(dòng)或抖動(dòng)，如斷路器輔助觸點(diǎn)的機(jī)械傳動(dòng)部分出現(xiàn)間隙、觸點(diǎn)不對或接觸不良，觸點(diǎn)表面氧化等使之接觸不良，引起短時(shí)抖動(dòng);二次回路中信號繼電器因性能不穩(wěn)，出現(xiàn)電顫、觸點(diǎn)接觸不良等造成的遙信誤動(dòng)或抖動(dòng)。

②從輔助接點(diǎn)到系統(tǒng)裝置的線路在傳輸時(shí)受到靜電或工頻干擾，產(chǎn)生抖動(dòng);在本系統(tǒng)中主要采用軟件防抖，對同一狀態(tài)多次采樣（一般3-4次），間隔時(shí)間10-20ms，然后判斷每次采樣值是否相同，如相同則采樣正確。通過此方法可有效的避免抖動(dòng)造成的影響。

5 結(jié)束語

隨著電力市場對變電站功能和可靠性要求的提高，這種情況函需改變。把現(xiàn)在仍然分隔的保護(hù)、監(jiān)視、控制、通信和量測等裝置（系統(tǒng)）以合適的形式進(jìn)行集成，由少量的多功能集成數(shù)字裝置組成變電站自動(dòng)化系統(tǒng)，減少組成變電站元件的數(shù)量，提高元件質(zhì)量，使變電站緊湊化，做到占用空間小，壽命周期成本小、環(huán)境友好是變電站自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢。

［1］黃益莊.變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)[M].中國電力出版社，2000.

［2］紀(jì)建偉.電力系統(tǒng)分析[M].北京:中國水利水電出版社，2002.