淺談變電站防誤閉鎖系統(tǒng)抗干擾設(shè)計

余建

摘 要： 隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，變電站綜合自動化水平越來越高。變電站綜合自動化多采用分層分布式結(jié)構(gòu)，把控制和測量設(shè)備安置在變電站的高壓開關(guān)廠內(nèi)，有的直接安置在高壓設(shè)備處，所處的電磁環(huán)境極為惡劣。因此，必須采取行之有效的措施，保證系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，防誤閉鎖系統(tǒng)就是具體措施之一。本文主要分析了干擾來源和抗干擾設(shè)計措施。

關(guān)鍵詞：變電站； 防誤閉鎖系統(tǒng)； 抗干擾設(shè)計

近年來，隨著我國電力調(diào)度自動化的實(shí)現(xiàn)，變電站綜合自動化系統(tǒng)的迅速發(fā)展，以及無人值班變電站的增加及對老化變電站改造的全面展開，迫切需要增強(qiáng)調(diào)度系統(tǒng)和變電站監(jiān)控系統(tǒng)的“五防”閉鎖功能提高系統(tǒng)的安全運(yùn)行能力。在電力調(diào)度系統(tǒng)中是否能夠有效地防止電力誤操作，一直是關(guān)系到系統(tǒng)正常運(yùn)行以及人身安全的重大問題。隨著變電站綜合自動化系統(tǒng)的不斷推廣，利用先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、通信技術(shù)和信號處理技術(shù)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對全變電站的輸、配電設(shè)備的自動監(jiān)視、測量、控制和繼電保護(hù)，以及與調(diào)度通信等自動化功能。多種新技術(shù)的應(yīng)用使得變電站綜合自動化水平越來越高，設(shè)備的可靠性也越來越高。因此，由設(shè)備故障原因引起的電力系統(tǒng)事故越來越少，而由人為操作原因引發(fā)的事故比例則逐漸提高，這就對現(xiàn)有的防誤閉鎖裝置提出了許多新的要求。下面談?wù)勛冸娬揪W(wǎng)絡(luò)化防誤閉鎖系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計。

一、變電站干擾分析

目前，變電站的干擾主要包括以下幾方面：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應(yīng)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)重時可能損壞系統(tǒng)設(shè)備。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)載變化都會造成供電電壓的瞬時變動，產(chǎn)生過電壓、電流沖擊或高頻振蕩等干擾。這些干擾通過供電線路或接地網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入系統(tǒng)設(shè)備，造成設(shè)備邏輯電路混亂，破壞RAM中的程序和數(shù)據(jù)，影響CPU的正常工作，導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。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，其短路電流會在附近產(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產(chǎn)生電磁輻射，形成輻射干擾。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化設(shè)備正常工作的主要輻射干擾源。另外，附近的電臺、通信等都會對變電站中的自動化設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾。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，也可能使計算機(jī)程序出錯或丟失數(shù)據(jù)。

二、變電站硬件抗干擾方法

1.由于開關(guān)量輸入和開關(guān)量輸出所要檢測和控制的設(shè)備對象都工作在強(qiáng)電環(huán)境下，這些大電流的負(fù)載動作會通過系統(tǒng)的輸入和輸出通道對控制系統(tǒng)的工作產(chǎn)生干擾。因此，在系統(tǒng)中我們采用了TPL521-4光電耦合器件，信號的輸入和輸出都要通過光耦去干擾。之所以采用光耦去干擾，是因?yàn)樗哂腥缦绿攸c(diǎn)：a）光電耦合器件的輸入阻抗很小，一般在100歐—1K歐之間，由于干擾源內(nèi)阻較大，通常為105-108歐，因此分壓到光電耦合器上的干擾分量很小。b）干擾噪聲雖尖峰較高，但能量較小，只能造成微弱電流。由于光電耦合器輸入是工作在電流狀態(tài)，干擾電流不會對其造成較大的影響。c）光電耦合器是在器件內(nèi)部密封條件下傳輸，不會受到外界環(huán)境及條件的影響。輸入和輸出之間分布電容很小，僅為0.5-2PF，且絕緣電阻很大，通常1011-1012歐，輸入干擾信號難于饋送到輸出。

2.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.在與CAN總線接口通信電路的設(shè)計，為了防止總線上的干擾進(jìn)入系統(tǒng)，在總線控制器與傳輸介質(zhì)之間添加了兩片高速光耦器件6N137，并且采用多十5V的開關(guān)電源給6N137兩邊的電源分開供電。CAN總線的傳輸介質(zhì)采用雙絞線傳輸，與同軸電纜相比，雖然頻帶較窄，但波阻抗高，抗共模噪聲能力強(qiáng)；

4.另外，由于下位機(jī)與上位監(jiān)控機(jī)之間有一定的距離，因此，通信中由于長線傳輸所造成的干擾也必須考慮。長線傳輸中的抗干擾主要是阻抗匹配問題，如匹配不好，會使信號產(chǎn)生反射，從而形成嚴(yán)重的失真。阻抗匹配值一般等于傳輸線的特性阻抗。所用雙絞線的特性阻抗大約為124歐，因此匹配阻抗也選為124歐。

三、軟件抗干擾措施

變電站軟件抗干擾措施主要包括：一是設(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)行的一系列錯誤。設(shè)置軟件陷阱，可防止程序“亂飛”。具體做法是在程序中每隔一些指令（十幾條即可），就把連續(xù)幾個單元設(shè)置成空操作（所謂陷阱），當(dāng)失控程序掉入陷阱，也就是連續(xù)執(zhí)行幾個空操作后，程序自動恢復(fù)正常，繼續(xù)執(zhí)行后面的程序。二是設(shè)置看門狗定時器。干擾也可能導(dǎo)致程序跑飛，不按程序員預(yù)定安排的步驟運(yùn)行，而是跳轉(zhuǎn)到其他地址去運(yùn)行，產(chǎn)生一些錯誤的動作，甚至進(jìn)入死循環(huán).為此在程序中我們通過不斷改變看門狗定時器輸入端WDI的電平狀態(tài)（所謂喂狗），可解決程序死循環(huán)問題。一旦程序進(jìn)入死循環(huán)，在超出一定的時間間隔后（一般為1.6S），WDI端電平狀態(tài)沒有得到改變，看門狗定時器輸出RESET信號（低電平有效）。系統(tǒng)復(fù)位，程序從頭開始執(zhí)行。三是軟件冗余技術(shù)。軟件冗余技術(shù)就是多次使用同一功能的軟件指令，以保證指令執(zhí)行的可靠性。本系統(tǒng)程序主要把此技術(shù)應(yīng)用于鍵盤、開關(guān)量去抖動中。由于鍵盤、開關(guān)量輸入存在抖動問題，這可能造成系統(tǒng)的誤判斷和誤操作，因此在程序中，我們采用了軟件去抖動方法，即對同一狀態(tài)多次采樣（一般3-4次），間隔時間10-20ms，然后判斷每次采樣值是否相同，如相同則采樣正確。鍵盤和開關(guān)量狀態(tài)的一次采樣、處理控制輸出改為循環(huán)采樣、處理控制輸出。這種方法具有良好的抗偶然性作用。

四、結(jié)語

隨著變電站自動化水平的提高，變電站的防誤水平也有了很大的進(jìn)步。對于新投產(chǎn)的綜合自動化變電站，根據(jù)需要基本上采取了以往比較成熟的防誤形式。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳雷，張改玲.智能變電站微機(jī)五防閉鎖裝置優(yōu)化方案研究[J].通訊世界，2016（04）：195-196.

[2]熊樹國.分析變電站五防閉鎖在使用中出現(xiàn)的問題[J].電子技術(shù)與軟件工程，2014（15）：162.endprint