變電站電快速瞬變脈沖群干擾微機(jī)保護(hù)裝置研究

王懷俊

（吳忠供電局，寧夏 吳忠751100）

0 引言

在電力系統(tǒng)中， 電快速瞬變脈沖群具有上升時(shí)間和持續(xù)時(shí)間短、幅值和重復(fù)頻率高等特點(diǎn)，其對(duì)微機(jī)保護(hù)裝置的干擾長(zhǎng)期以來(lái)難以克服。 我國(guó)微機(jī)保護(hù)裝置抗電快速瞬變脈沖群的研究工作剛剛起步，主要集中在如何進(jìn)行抑制的工程實(shí)踐上， 對(duì)電快速瞬變脈沖群的形成、耦合和作用機(jī)理缺乏深入的研究。

1 電快速瞬變脈沖群干擾微機(jī)保護(hù)裝置的液晶顯示器

筆者通過(guò)對(duì)液晶顯示器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其工作原理的分析，得出造成微機(jī)保護(hù)裝置顯示不正常的原因如下：

1.1 微處理器向液晶顯示器發(fā)送指令的過(guò)程中受到電快速瞬變脈沖群的干擾，液晶顯示器接收到錯(cuò)誤的指令，行、列驅(qū)動(dòng)器的地址指針設(shè)置錯(cuò)誤， 使輸入數(shù)據(jù)的顯示位置錯(cuò)位或與原有數(shù)據(jù)顯示位置重疊，導(dǎo)致液晶屏幕上出現(xiàn)亂碼或花屏現(xiàn)象。

1.2 微處理器向液晶顯示器發(fā)送數(shù)據(jù)的過(guò)程中受到電快速瞬變脈沖群的干擾，導(dǎo)致輸入到液晶顯示器的顯示數(shù)據(jù)鎖存器中的數(shù)據(jù)為錯(cuò)誤信息，則液晶屏幕上會(huì)出現(xiàn)亂碼。

1.3 顯示數(shù)據(jù)鎖存器受到電快速瞬變脈沖群的干擾， 內(nèi)部鎖存的信息丟失或部分丟失，導(dǎo)致液晶屏幕花屏或黑屏。

1.4 顯示起始行寄存器受到電快速瞬變脈沖群的干擾， 液晶屏幕上顯示信息的上下位置發(fā)生改動(dòng)，嚴(yán)重可出現(xiàn)亂碼。

1.5 顯示開(kāi)/關(guān)觸發(fā)器受到電快速瞬變脈沖群的干擾， 液晶顯示屏呈不顯示狀態(tài)，導(dǎo)致微機(jī)保護(hù)裝置黑屏。

1.6 液晶顯示器的復(fù)位端受到電快速瞬變脈沖群的干擾， 它的控制器、RAM 和ROM 中的信息全部清零，液晶屏幕黑屏。

2 電快速瞬變脈沖群干擾微機(jī)保護(hù)裝置使其誤動(dòng)

微機(jī)保護(hù)裝置通過(guò)它的出口繼電器控制中間繼電器、接觸器來(lái)完成各種保護(hù)的跳閘、信號(hào)報(bào)警及外部接點(diǎn)輸入等功能。 微機(jī)保護(hù)裝置正常工作時(shí)出口繼電器動(dòng)作有以下三種情況：1）根據(jù)開(kāi)關(guān)量輸入的信號(hào)，微機(jī)保護(hù)裝置發(fā)出保護(hù)出口繼電器動(dòng)作指令。 2）微機(jī)保護(hù)裝置檢測(cè)到電力系統(tǒng)運(yùn)行狀況異常，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，實(shí)施保護(hù)。3）根據(jù)電力系統(tǒng)運(yùn)行的需要，微機(jī)保護(hù)裝置執(zhí)行按鍵指令，出口繼電器動(dòng)作。 但是，當(dāng)微機(jī)保護(hù)裝置受到電快速瞬變脈沖群的干擾時(shí)，可導(dǎo)致保護(hù)出口繼電器誤動(dòng)的事故。 誤動(dòng)作的原因如下：

2.1 電快速瞬變脈沖群干擾開(kāi)關(guān)量輸入回路

微機(jī)保護(hù)裝置的開(kāi)關(guān)量輸入回路包括斷路器和隔離開(kāi)關(guān)的輔助觸點(diǎn)輸入、跳合閘位置繼電器接點(diǎn)輸入，重合閘接點(diǎn)輸入等，如圖1 所示。 圖中，開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)通過(guò)光電藕合器件產(chǎn)生一個(gè)微處理器能夠識(shí)別的信號(hào)S，微處理器通過(guò)檢測(cè)S 的狀態(tài)來(lái)判斷是否發(fā)出使保護(hù)出口繼電器動(dòng)作的指令。

圖1 開(kāi)關(guān)量輸入回路

當(dāng)開(kāi)關(guān)量輸入回路受到電快速瞬變脈沖群的干擾時(shí)，由于光禍器件的/瞬態(tài)飽和效應(yīng)，雖然它的原邊無(wú)開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)，但光藕也可能誤導(dǎo)通，微機(jī)保護(hù)裝置誤判，保護(hù)出口繼電器誤動(dòng)。

2.2 電快速瞬變脈沖群干擾數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

微機(jī)保護(hù)裝置通過(guò)它的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)把被監(jiān)測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)化為所需的數(shù)字量送入微處理器， 微處理器內(nèi)的程序?qū)Σ杉降臄?shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，與整定值進(jìn)行比較，然后做出相應(yīng)的判斷。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括電壓形成、模擬濾波，采樣保持，多路開(kāi)關(guān)切換和模/數(shù)轉(zhuǎn)換等模塊。

電快速瞬變脈沖群能從模擬電路和數(shù)字電路兩個(gè)方面干擾數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：1） 一次回路開(kāi)關(guān)操作形成的電快速瞬變脈沖群經(jīng)過(guò)電壓/電流互感器疊加到二次側(cè)電壓或電流上，使數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集到錯(cuò)誤的模擬電壓信號(hào)；2）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將采集到的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為微處理器能夠識(shí)別的數(shù)字量信號(hào)，在傳輸過(guò)程中受到電快速瞬變脈沖群的干擾，使微處理器讀取到錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。因此，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)受到電快速瞬變脈沖群的干擾能使微機(jī)保護(hù)裝置誤判， 導(dǎo)致保護(hù)出口繼電器誤動(dòng)。

3 電快速瞬變脈沖群干擾微機(jī)保護(hù)裝置使其自動(dòng)復(fù)位

筆者通過(guò)對(duì)微處理器芯片復(fù)位功能的分析，得出微機(jī)保護(hù)裝置不斷自動(dòng)復(fù)位可能由以下幾個(gè)方面的原因造成：

3.1 微處理器芯片電源工作電壓受到電快速瞬變脈沖群的干擾，復(fù)位電路不斷發(fā)出復(fù)位信號(hào)，導(dǎo)致微機(jī)保護(hù)裝置不斷自動(dòng)復(fù)位。

3.2 軟件程序設(shè)計(jì)出現(xiàn)邏輯錯(cuò)誤，不能及時(shí)“喂狗”，“看門(mén)狗”電路不斷發(fā)出復(fù)位信號(hào)，導(dǎo)致系統(tǒng)不斷自動(dòng)復(fù)位。

3.3 由于集成復(fù)位芯片出現(xiàn)“地彈”或“電源反彈”現(xiàn)象，復(fù)位芯片不斷發(fā)出復(fù)位信號(hào)，導(dǎo)致系統(tǒng)不斷自動(dòng)復(fù)位。

3.4 微處理器芯片受電快速瞬變脈沖群的影響嚴(yán)重， 內(nèi)部程序經(jīng)常跑飛或陷入死循環(huán)，導(dǎo)致微機(jī)保護(hù)裝置無(wú)法正常工作，系統(tǒng)不斷自動(dòng)復(fù)位。

4 電快速瞬變脈沖群干擾微機(jī)保護(hù)裝置致使系統(tǒng)死機(jī)

微處理器在繼電保護(hù)裝置中的應(yīng)用，使繼電保護(hù)裝置具有許多優(yōu)越性能。與機(jī)電型、靜態(tài)型繼電保護(hù)裝置相比，微機(jī)保護(hù)裝置具有精度和可靠性高，靈活性大，調(diào)試和維護(hù)方便，易于實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。 但是，微處理器在繼電保護(hù)裝置中的應(yīng)用也帶來(lái)一系列電磁兼容問(wèn)題，當(dāng)微機(jī)保護(hù)裝置進(jìn)行3 級(jí)或4 級(jí)電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗(yàn)時(shí)，有時(shí)微處理器會(huì)出現(xiàn)死機(jī)的現(xiàn)象，導(dǎo)致微機(jī)保護(hù)裝置拒動(dòng)，這樣的微機(jī)保護(hù)設(shè)備若投入使用將嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)安全。 因此，微處理器的電磁兼容問(wèn)題必須得到妥善解決，使微處理器具有抗電快速瞬變脈沖群的能力。

4.1 電快速瞬變脈沖群干擾微處理器芯片的電源電壓電快速瞬變脈沖群能夠通過(guò)微機(jī)保護(hù)裝置端口藕合到微處理器芯片的供電電源引腳，雖然電快速瞬變脈沖群的單個(gè)脈沖能量低，但由于脈沖群中每個(gè)脈沖時(shí)間間隔很短，芯片的寄生電容沒(méi)有足夠的時(shí)間放電，就開(kāi)始重新充電，經(jīng)過(guò)累積效應(yīng)，芯片的電源電壓最終超過(guò)微處理器芯片的抗擾度電平，導(dǎo)致微機(jī)保護(hù)裝置系統(tǒng)死機(jī)。

4.2 電快速瞬變脈沖群干擾微處理器芯片的振蕩器引腳

微處理器的振蕩器為芯片內(nèi)運(yùn)行的程序提供一個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘，當(dāng)微處理器芯片的振蕩器引腳受到電快速瞬變脈沖群的干擾時(shí)，將出現(xiàn)短時(shí)鐘周期信號(hào)，使指令或數(shù)據(jù)地址錯(cuò)誤，程序計(jì)數(shù)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器出錯(cuò)，導(dǎo)致芯片內(nèi)的程序跑飛。

4.3 電快速瞬變脈沖群干擾微處理器芯片的復(fù)位引腳微處理器芯片的復(fù)位引腳對(duì)電快速瞬變脈沖群十分敏感， 當(dāng)微處理器芯片的復(fù)位引腳出現(xiàn)幾個(gè)時(shí)鐘周期的復(fù)位信號(hào)，微處理器芯片將自動(dòng)復(fù)位。但是，如果復(fù)位信號(hào)出現(xiàn)的時(shí)間短于正常復(fù)位所需的時(shí)間，將發(fā)生“不完全復(fù)位”現(xiàn)象，出現(xiàn)意想不到的后果。4.4 電快速瞬變脈沖群干擾微處理器芯片的外部中斷引腳

一般情況下，微處理器芯片有一個(gè)最高優(yōu)先級(jí)的不可屏蔽中斷的外部中斷引腳來(lái)執(zhí)行一些重要功能。 但是，這個(gè)引腳對(duì)電快速瞬變脈沖群十分敏感，容易導(dǎo)致系統(tǒng)死機(jī)。 在電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗(yàn)中，相鄰2 個(gè)脈沖的間隔時(shí)間是200μs，當(dāng)不可屏蔽中斷的外部中斷引腳受到電快速瞬變脈沖群的干擾時(shí)， 每200μs 產(chǎn)生一個(gè)外部中斷。如果外部中斷在200μs 內(nèi)沒(méi)有結(jié)束，下一次外部中斷將把上一次中斷的內(nèi)容堆棧，依次類(lèi)推，堆棧不斷加深，直至用盡所有的存儲(chǔ)器空間，堆棧溢出。

5 結(jié)束語(yǔ)

總之，通過(guò)研究電快速瞬變脈沖群的形成、耦合和作用機(jī)理，對(duì)于改善微機(jī)保護(hù)裝置所處的電磁環(huán)境， 增強(qiáng)微機(jī)保護(hù)裝置的抗擾度性能，有效抑制電快速瞬變脈沖群對(duì)微機(jī)保護(hù)裝置的干擾，保證微機(jī)保護(hù)裝置可靠工作，保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行有重要意義。

［1］張保會(huì),尹項(xiàng)根.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)[M].北京:中國(guó)電力出版社,2005.

［2］羅鈕玲,呂鐵民,陳家媚.電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)[M].北京:人民郵電出版社,2005.