遠(yuǎn)動(dòng)遙信信號(hào)誤報(bào)原因分析及應(yīng)對措施

周偉文

(深圳供電局有限公司，廣東深圳518000)

1 110 kV 線路開關(guān)遙信誤報(bào)事件

某地調(diào)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)SCADA 采用單點(diǎn)遙信狀態(tài)量方式顯示開關(guān)位置，某日該調(diào)度SCADA 系統(tǒng)不斷發(fā)出110 kV 某變電站110 kV 某線路開關(guān)變位告警，經(jīng)現(xiàn)場檢查開關(guān)實(shí)際位置，確認(rèn)為合閘狀態(tài)，檢查遠(yuǎn)動(dòng)RTU 裝置及接線未發(fā)現(xiàn)異常，再檢查遠(yuǎn)動(dòng)遙信轉(zhuǎn)接屏內(nèi)，該故障線路接線均正常，然后再使用萬用表檢查該線路遙信信號(hào)電平，發(fā)現(xiàn)電平不斷波動(dòng)，晃動(dòng)不定(即DC 0V 變?yōu)镈C 48V，然后 DC48V 變?yōu)?DC 0V)，同時(shí)發(fā)現(xiàn)后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)亦有與調(diào)度SCADA 系統(tǒng)同樣情況出現(xiàn)，遠(yuǎn)動(dòng)遙信信號(hào)誤報(bào)現(xiàn)象明顯。

2 遙信信號(hào)誤報(bào)的原因分析

通常情況下，數(shù)字量和狀態(tài)量共同組成遙信信號(hào)，這其中，數(shù)字量主要是指在變電站內(nèi)，由計(jì)算機(jī)構(gòu)成，自動(dòng)裝備或者與保護(hù)相關(guān)的信息;狀態(tài)量主要是指主變分接頭位置、斷路器狀態(tài)、同期檢查狀態(tài)、隔離開關(guān)狀態(tài)以及運(yùn)行告警信號(hào)、繼電保護(hù)信號(hào)等。遙信量的主要來源-開關(guān)輔助節(jié)點(diǎn)，通過元件抖動(dòng)或傳輸對遙信量采集過程的影響，誤報(bào)現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。

2.1 觸點(diǎn)抖動(dòng)

觸點(diǎn)的抖動(dòng)主要是因?yàn)樵谛盘?hào)傳送過程中輔助接點(diǎn)的抖動(dòng)不到位，常常發(fā)生在開關(guān)等設(shè)備的就地接點(diǎn)和遠(yuǎn)方、10 kV 和35 kV 的斷路器和小車隔離開關(guān)的接點(diǎn)處。當(dāng)在惡劣電磁干擾環(huán)境下的變電站現(xiàn)場斷路器或者隔離開關(guān)的輔助觸點(diǎn)，斷路器的輔助觸點(diǎn)就會(huì)因?yàn)閿嗦菲骰蛘吒綦x開關(guān)的變動(dòng)而發(fā)生抖動(dòng)，這對分分合閘位置判斷造成一定的影響，引起誤報(bào)信號(hào)。

2.2 強(qiáng)電磁干擾

直流24 V 一般是遙信信號(hào)采集回路通用的工作電壓，這表明該階段的遙信信號(hào)為弱點(diǎn)信號(hào)，電壓無法滿足要求。但是對于回路的采集是發(fā)生在高壓環(huán)境中的，以麥克斯韋電磁原理為基準(zhǔn)，磁場中可以產(chǎn)生變化的交流電場，變化的磁場也會(huì)產(chǎn)生變化的電場。變電站里，電磁波比較強(qiáng)烈，弱點(diǎn)信號(hào)，信號(hào)誤報(bào)也由此產(chǎn)生。

2.3 傳輸通道

遠(yuǎn)動(dòng)遙信信號(hào)之所以會(huì)造成外部環(huán)境通道的干擾主要是由于信號(hào)的傳輸主要是經(jīng)過溝道鋪設(shè)的電纜線路。再經(jīng)過數(shù)據(jù)打包的變電站信息和數(shù)據(jù)以編制的16 進(jìn)制碼源對應(yīng)后，穿過遠(yuǎn)動(dòng)通道至調(diào)度主站，經(jīng)過解碼，標(biāo)稱系統(tǒng)需要和識(shí)別的數(shù)據(jù)信息。在這個(gè)過程中，若通信通道的誤碼率很高，就會(huì)直接造成遙信的變位，信息也無法順利傳輸?shù)秸{(diào)度主站，進(jìn)而產(chǎn)生信息誤報(bào)。

2.4 信息量的采集問題

一般情況下，遠(yuǎn)動(dòng)遙信信號(hào)的采集只局限于站內(nèi)的開關(guān)位置，整個(gè)遙信信號(hào)量大概在100 多個(gè)左右，自動(dòng)化變電站中至少需要幾千條的信號(hào)，如此龐大的數(shù)據(jù)信息量，必然會(huì)增加信息誤報(bào)的概率［1］。

2.5 接口問題

不同廠家的微機(jī)保護(hù)裝置在和計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)之間進(jìn)行通信中，很多采用了接口單元或通信管理機(jī)。而在實(shí)際的應(yīng)用中，比如四方的CSM300E 單元，接口太多，串口的擴(kuò)展也多，運(yùn)行中時(shí)常也出現(xiàn)錯(cuò)誤。所以，不同廠家的系統(tǒng)有可能在信息翻譯中會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)差異，致使信息誤報(bào)。

3 遠(yuǎn)動(dòng)遙信信號(hào)誤報(bào)應(yīng)對措施

3.1 采用雙觸點(diǎn)的采集

采用雙觸點(diǎn)采集的方法，判別方法為兩個(gè)遙信信號(hào)，可以有效降低遙信誤報(bào)的概率。根據(jù)雙觸點(diǎn)的工作原理，把遙信信號(hào)接入到一對繼電器的常開閉觸點(diǎn)上，定義端外數(shù)字邏輯芯片電路的運(yùn)算是“與”和“非”，然后再處理輸入信號(hào)。在開關(guān)輔助裝置上取常閉接點(diǎn)或者是常開的接點(diǎn)1.2 兩對，通過采集裝置對遙信信號(hào)進(jìn)行采集并傳到主站系統(tǒng)，系統(tǒng)對信號(hào)進(jìn)行邏輯處理之后產(chǎn)生最終的遙信信號(hào)。這樣的方法雖然能夠有效地降低遙信誤報(bào)的概率，但是，隨著遙信信號(hào)的增加，使得現(xiàn)場工作量的處理量隨之增加，在這樣的情況下，就需要在一些關(guān)鍵點(diǎn)上采用雙觸點(diǎn)的方式進(jìn)行信號(hào)處理。

3.2 濾波消抖電路和電隔離技術(shù)

外部節(jié)點(diǎn)接通后電流通過發(fā)光二極管回路，導(dǎo)通光敏的三級(jí)管導(dǎo)通，斷開時(shí)截止了光敏三極管。外部觸點(diǎn)的狀態(tài)可以通過三極管的導(dǎo)通和截止來反映，這樣可以有效地削弱干擾。

圖1 消抖電路圖

串聯(lián)兩個(gè)常用的觸點(diǎn)，觸點(diǎn)信號(hào)經(jīng)過遙信采集裝置的采集之后，“與”的運(yùn)算在邏輯數(shù)字芯片中得以實(shí)現(xiàn)，并將輸出信號(hào)當(dāng)做RTU 的輸入信號(hào)。接下來并聯(lián)兩個(gè)常閉觸點(diǎn)，再用采集裝置采集這兩點(diǎn)的信號(hào)，計(jì)算“或非”的運(yùn)算，輸入信號(hào)可以用輸出信號(hào)來替代。這樣的一來一回，一開一閉，可以證明兩對觸點(diǎn)正常同時(shí)的動(dòng)作時(shí)才會(huì)發(fā)出遙信信號(hào)，較小的改動(dòng)二次回路實(shí)現(xiàn)良好的操作性。

3.3 改變電壓

將通用的工作電壓 DC 24V 提升為 DC 48V(DC48V 是RTU 變電站的遠(yuǎn)動(dòng)遙信信號(hào)電源，DC 110V 是綜自變電站的遙信信號(hào)電源)，提高抗干擾性主要是通過遙信電源的電壓來提高。運(yùn)行狀態(tài)的反應(yīng)主要是通過施工設(shè)計(jì)中的雙位置觸點(diǎn)來反映，只要有一個(gè)常開常閉觸電出故障，即會(huì)報(bào)出無效。

3.4 工藝隔離

工藝上增強(qiáng)隔離強(qiáng)電磁干擾能力的主要措施是選取對膠芯線和屏蔽線電纜材料，降低感應(yīng)耦合的差模干擾主要可以通過對膠芯線的雙絞線感應(yīng)對電壓進(jìn)行感應(yīng)干擾達(dá)成效果。分開布置強(qiáng)弱信號(hào)的線，對信號(hào)電纜和電力電纜進(jìn)行必要的隔離，盡量不使用同一根電纜走信號(hào)和電力，并保持一定的距離，使平行長度有效縮短，將中間傳輸環(huán)節(jié)大大減少。與此同時(shí)，改造二次信號(hào)回路，兩線之間的回路感應(yīng)進(jìn)行有效規(guī)避，信號(hào)源的可靠傳輸確保，采用光纖網(wǎng)絡(luò)布置站內(nèi)級(jí)聯(lián)用的通信線路，這樣能夠有效地提高干擾能力。

3.5 軟件消抖算例

Us-恒壓源。Rs-恒壓源內(nèi)阻，R-放電回路電阻，C-電容。

圖2 電路的電容充放電電路圖

當(dāng)切換開關(guān)在“1”的位置，則電路為充電狀態(tài)，恒壓源Us對電容充電是進(jìn)行充電的，當(dāng)t≥0 時(shí)，電容C 兩端的電壓計(jì)算公式為:Uc(t)=Us+(U0-Us)e-t/RC［2］。

當(dāng)切換開關(guān)在“0”的位置，則為放電狀態(tài)，及電容C 和電阻R 組成的多回路進(jìn)行放電，當(dāng)t≥0 時(shí)，電容C 兩端的電壓公式為 Uc(t)=U0e-t/RC［2］。

由此得知，電容兩端的充放電電壓與時(shí)間T 是一個(gè)一階指數(shù)關(guān)系，時(shí)間常數(shù)1/RsC 和1/RC 直接決定充放電時(shí)間的快慢。對反映電容兩端電壓隨時(shí)間變化過程的軟件模塊在調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中進(jìn)行相應(yīng)的增加，遙信狀態(tài)的分與合對應(yīng)如圖2 所示電路的充電與放電狀態(tài)。

定義遙信狀態(tài)“合”與“開”，設(shè)合是電容兩端的電壓為100，分時(shí)電容兩端的電壓為0。當(dāng)遙信狀態(tài)為“分”的狀態(tài)時(shí)，對應(yīng)的電容的電壓應(yīng)該由初始值100 將為0，當(dāng)遙信為“合”狀態(tài)時(shí)，對應(yīng)的電容的電壓應(yīng)該由初始值0 將為100。在調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中，定義當(dāng)遙信狀態(tài)為“分”與“合”時(shí)電容兩端電壓滿足如下關(guān)系:遙信狀態(tài)為“分”:電容兩端電壓由100 進(jìn)入小于5，并且小于5 的時(shí)間不短于T1。遙信狀態(tài)為“合”:電容兩端電壓由0 進(jìn)入大于95，并且大于95 的時(shí)間不短于T2。其中T1和 T2相當(dāng)于時(shí)間常數(shù)中的 1/RsC 和 1/RC［1］。

假設(shè)開關(guān)的某個(gè)遙信狀態(tài)由“合”到“分”，但是出現(xiàn)了一個(gè)抖動(dòng)的過程，其抖動(dòng)的過程為合-分-合-分-合-分。在每一個(gè)遙信狀態(tài)的過程持續(xù)時(shí)間分別為t1，t2，t3，t4和t5。在第一個(gè)抖動(dòng)狀態(tài)，遙信狀態(tài)由合—分，由于時(shí)間t1小于T1，故電容兩端的電壓U 不會(huì)由100 進(jìn)入小于5 的狀態(tài)，設(shè)此時(shí)的電容電壓設(shè)為U1＞5，故遙信狀態(tài)仍然為合。在第二個(gè)抖動(dòng)狀態(tài)，遙信狀態(tài)分—合，經(jīng)過時(shí)間t2，電容電壓U1大于95，但這個(gè)電壓的變化過程既不符合分的狀態(tài)也不符合合的狀態(tài)，故遙信狀態(tài)仍然為初始狀態(tài)合。同理對于第三個(gè)狀態(tài)和第四個(gè)狀態(tài)，電壓的變化過程既不符合分的狀態(tài)也不符合合的狀態(tài)，故遙信狀態(tài)仍然為初始狀態(tài)合。在第五個(gè)抖動(dòng)狀態(tài)，遙信狀態(tài)由合—分，由于抖動(dòng)過程結(jié)束，時(shí)間t2遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于T1，故電容兩端的電壓U 由100 進(jìn)入小于5 的狀態(tài)，故遙信狀態(tài)仍然為分［2］。

4 結(jié)語

在實(shí)際運(yùn)用中，通過以上的有效改良的確改善了遠(yuǎn)動(dòng)遙信信號(hào)誤報(bào)的現(xiàn)象，使得信號(hào)干擾信號(hào)頻發(fā)的現(xiàn)象得到有效消除，同時(shí)也規(guī)范了信息量，但是卻無形中增大了網(wǎng)絡(luò)的亢余性。在今后的實(shí)踐中還需要進(jìn)一步完善。

［1］嚴(yán)璽，高建海. 由控制回路斷線信號(hào)分析遙信去抖時(shí)間的作用與合理設(shè)置［C］//山東電機(jī)工程學(xué)會(huì). 山東電機(jī)工程學(xué)會(huì)2011 年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集，2011.

［2］曹艷. 遙信信號(hào)誤報(bào)的分析與處理［J］. 技術(shù)與應(yīng)用，2012(3).

［3］閻志剛.遠(yuǎn)動(dòng)遙信信號(hào)誤報(bào)原因分析及應(yīng)對措施［J］.內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2006(4).