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繼電保護測試儀裝置和監控系統的抗干擾問題研究

發布日期:2014-11-13 |
責任編輯:一只前進的蝸牛

  安裝于變電站現場的繼電保護測試儀裝置和監控系統,必須長期不間斷地無故障運行。其可靠性主要面臨兩個問題:一是各種干擾引起的功能差錯;二是元器件損壞,若有一個元器件損壞,有可能造成保護誤動或者拒動,信息不能正確及時傳送。對保護和監控系統裝置,工作環境的干擾情況比較嚴重,因此提高保護和監控裝置可靠性的重點應是在抗干擾上。

  繼電保護測試儀裝置和監控裝置既有數字部件又有模擬部件,干擾對模擬電路和數字部件所造成的后果是不同的。模擬電路在干擾作用下往往使開關電路誤翻轉,在沒有完善閉鎖措施時將會導致誤動作。數字電路受干擾作用往往造成數據或地址傳送錯誤,從而導致裝置運行故障或功能障礙。由此可見,干擾造成數據傳送錯誤,重則造成保護拒動或誤動,都會嚴重危及電力系統的安全可靠供電。

  由于繼電保護測試儀裝置和監控裝置在強電磁場環境下連續工作,所以必須采用故障自動檢測以及容錯設計技術。故障自檢在于將裝置故障及時告知值班人員,并自動采取隔離閉鎖措施。容錯設計是利用容錯技術,使局部故障不降低整套裝置的性能,不中斷保護和監控裝置的正常運行。

  干擾就是除有用信號外,還有可能對裝置的正常工作造成不利影響的內外電磁信號,干擾可分為外部干擾和內部干擾。外部干擾源只能通過合理的措施將它“拒之門外”,內部干擾源可以在設計和調試中使之盡量減少。

  1外部抗干擾措施

  電源的抗干擾措施。開關電源具有效率高等優點,在電子設備中被廣泛采用。有些開關電源雖然采用了靜電屏蔽來抑制共模干擾,但由于開關電源內部元件布置得比較緊密,電源和輸出線路導線之間距離較近,接地線又較長,因此防外來干擾的能力較差,高頻時尤為明顯。通常在電源入口處增設電源濾波器來防止電源干擾的侵入。濾波器的接地點應以最短距離可靠接地。所有電源線必須經過濾波器才能進入設備內部,即在機箱電源線入口處安裝濾波器。

  繼電保護測試儀裝置和監控裝置要求有相互獨立的多個電源供電。每塊插件板上最好能采用獨立功能塊電源,以進一步控制相互干擾。

  隔離措施。防止干擾危及保護裝置的隔離對策,主要包括以下幾個方面:交流電壓、電流、功率等交流信號可經變送器轉換為直流量送入微機,以防止交流信號的干擾。交流量均經小型中間電壓互感器和電流互感器隔離,使交流“地”與直流“地”隔離,增加系統的抗干擾能力。所有模擬量都經光電隔離單元隔離后再送入主機,從而使微機內外系統的電源接地線在電氣上完全隔離,提高系統的抗干擾能力。

  變電站運行中所有開關量的輸入和輸出(包括跳閘出口、需監視的信號等)觸點和數字量輸出(如打印機接口)等,都應采用光電隔離。

  屏蔽。機殼用鐵質材料做成,以實現對電場和磁場的屏蔽,必要時應采用雙層屏蔽措施,在電場很強的場合,還可以考慮在鐵殼內加裝銅網襯里。

  通道干擾處理。為控制通道之間的干擾,減少來自電流互感器二次回路中產生的磁場耦合干擾和來自電壓互感器二次線上的電場干擾,在變送器屏安裝時絕對不允許把它們與變送器輸出的弱電信號線捆綁在一起,兩者必須單獨走線,而且盡量遠離,避免平行。每個變送器插件輸出的直流電壓信號都有一根線與微機電源的共同接地,為避免信號地線形成回路造成磁場干擾,必須采用一點接地方式。

  合理分配和布置插件。接地、屏蔽和隔離措施并不能完全阻斷干擾信號的竄入,為防止剩余浪涌引起的惡果,可以合理地將保護和控制電路分成若干個插件,將最怕干擾的部分集中在一個和幾個插件上,放置在內層屏蔽箱內,并使之盡量遠離干擾源和與干擾源有聯系的部分。

  2內部抗干擾措施

  由于現場環境復雜,外部抗干擾措施并不能保證萬無一失,還應采取針對性措施,防止竄入繼電保護測試儀裝置和控制裝置的內部干擾信號。

  對輸入采樣值抗干擾糾錯。由于干擾,采樣輸入數據有可能發生錯誤,為確保保護測試和監控的正確運行,必須找出錯誤的數據,并加以剔除,然后用隨后輸入的正確數據供保護和監控程序用。可以對每一個信號設兩個通道,只有在兩個通道讀數一致時才可取用,否則應取用以后的數據,這樣可以確保裝置躲過干擾。

  軟件運算過程中的核對。干擾有可能造成軟件運算出錯,為了避免這種情況,可以對運算結果進行復算核對,比較計算結果是否一致。

  程序出軌的自恢復。對于越過外部防線入侵到微機系統內部的干擾,可能導致程序運行出軌。可以采用看門狗WATCHDOG技術,看門狗有軟件抗干擾和硬件抗干擾之分。

  軟件抗干擾實質上是一個由CPU復位的計數器,只要應用程序正常工作,它不會發生計時溢出。如果因干擾引起系統出錯和程序出軌,內部定時器將會產生計時溢出脈沖,使系統自動復位,重新裝入應用程序,這是一種很有效的抗干擾措施。

  對遙控回路采用的抗干擾措施。對遙控的碼制采用比較好的保護碼,如BCH保護碼等,BCH碼所檢查的碼位不多,編碼效率高,實現電路不復雜,不僅可以檢查錯誤,而且還可糾錯,是一種抗干擾能力強,靈活性大的保護碼。

  提高單元碼制的抗干擾能力。為保證信息傳輸的不失真,除了采用比較好的保護碼保證較大的碼距外,還必須提高單元碼元在通道中的抗干擾能力,因為遙控的可靠性比其傳輸速率更為重要,所以應采用較慢的速率傳輸信息。遙控宜采用經常不傳輸的異步工作方式,這樣可排除經常性的干擾。

  3提高可靠性的其他措施

  系統容錯設計技術。系統容錯設計主要是指在硬件結構上采用冗余技術。硬件冗余技術主要有三種方法:靜態冗余法、動態冗余法、混合冗余法。使用冗余技術設計容錯系統,是為使各模塊的工作彼此不受影響,各模塊的時鐘也應完全獨立。

  裝置故障自動檢測技術。裝置的元器件損壞可能導致保護裝置拒動或誤動,也可能導致監控裝置傳輸誤碼,所以要求裝置上的元器件損壞時,應立即發現并報警,以便迅速采取措施予以修復。目前,繼電保護測試儀裝置和監控裝置的硬件故障,都可以準確地查出損壞元件的部件并顯示相應的信息。

  對保護和監控裝置出口回路的監控和閉鎖。加強對遙控和保護回路的出口異常狀態監視和必要的自動閉鎖功能。對保護出口前,可以利用幾個并行接口的不同位,使CPU必須執行多條指令才能構成跳閘條件,這樣可以避免誤動;遙控對象、執行繼電器等在命令尚未下達的情況下,其常開觸點不允許閉合,并對其觸點進行監視;一旦觸點狀態不正常,能及時報警并自動閉鎖執行回路。

  從系統電路設計和結構形式上提高可靠性。繼電保護測試儀裝置和監控裝置系統可以采用單CPU、雙CPU備用方式以及多CPU方式。采用單CPU的系統,一旦此CPU出故障,則全套系統就不能正常工作。采用多CPU分層控制系統,把保護和控制裝置分成各個功能單元,每個功能單元獨立工作,互不干擾,當某一回路的單元部件發生故障時,可整體更換,而不影響其他回路的正常工作,這樣可以大大提高系統的可靠性。

  防止人為失誤措施。當人在大腦疲勞或高度緊張的情況下,往往容易發生誤操作。對于那些絕對不允許誤操作的地方,設計時應考慮預防措施,以保證設備安全可靠地正確操作。例如,對斷路器的分合閘,必須在硬件、軟件上進行多重校驗,在硬件上應設有操作鎖,操作時必須打開規定的操作鎖方可操作。

  由于繼電保護測試儀裝置和監控系統是變電站的重要組成部分,是整個變電站二次設備的核心部分,其正確可靠地運行,直接關系到整個電網安全可靠的供電。由于運行環境的特殊性和復雜性,因此,如何保證繼電保護測試儀裝置和監控系統地正常可靠運行,提高其抗干擾的能力是非常值得探討和研究的。特別是隨著我國經濟的快速發展,以及計算機技術和新的信息技術的不斷應用和發展,為保證整個電網安全可靠的運行,繼電保護測試儀裝置和監控系統應進一步提高抗干擾能力。


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