變電站干擾及其抑制措施

1、-0- 微機保護課程作業(yè)微機保護課程作業(yè) 匯 報 人：權圣威 材料收集：左小紅 PPT 制作：張海強 指導老師：韓正慶老師 微機保護干擾及其抑制措施初探 -1- 一 干擾來源和傳播途徑 二 硬件抗干擾技術 三 軟件抗干擾技術 -2- 1 1、外部干擾、外部干擾 外部干擾的主要有：分為三類，即電源干擾、空間干擾、設備 干擾。 2 2、內(nèi)部干擾、內(nèi)部干擾 內(nèi)部干擾主要有：分布電容或分布電感產(chǎn)生的干擾、多點接地 造成的電位差給系統(tǒng)帶來的影響等。 從機理上看，內(nèi)外部干擾物理性質(zhì)相同，因而消除或抑制方法從機理上看，內(nèi)外部干擾物理性質(zhì)相同，因而消除或抑制方法 沒有本質(zhì)上的區(qū)別沒有本質(zhì)上的區(qū)別 -3- 1

2、1、靜電耦合、靜電耦合 干擾信號通過分布電容進行傳遞稱為靜電耦合。系統(tǒng)內(nèi)部各導 線之間，印刷線路板的各線條之間，變壓器線匝之間的繞組之間以 及元件之間、元件與導線之間都存在著分布電容。具有一定頻率的 干擾信號通過這些分布電容提供的電抗通道穿行，對系統(tǒng)形成干擾 -4- 2 2、電磁耦合、電磁耦合 電磁耦合是指在空間磁場中電路之間的互感耦合。因為任何載流 導體都會在周圍的空間產(chǎn)生磁場，而交變磁場又會在周圍的閉合電 路中產(chǎn)生感應電勢，所以這種電磁耦合總是存在的，只是程度強弱 不同而已。 -5- 3 3、公共阻抗耦合、公共阻抗耦合 公共阻抗耦合是指多個電路的電流流經(jīng)同一公共阻抗時所產(chǎn)生的相互影 響。例

3、如系統(tǒng)中往往是多個電路共用一個電源，各電路的電流都流經(jīng)電源內(nèi) 阻和線路電阻，成為各電路的公共阻抗。每一個電路的電流在公共阻抗上造 成的壓降都將成為其它電路的干擾信號。 -6- 各種干擾信號通過不同的耦合方式進入系統(tǒng)后，按照對系統(tǒng)的作用形式又可分 為共模干擾、串模干擾和長線傳輸干擾。 1 1、共模干擾、共模干擾 共模干擾是在電路輸入端相對公共接地點同時出現(xiàn)的干擾，也稱為共態(tài)干擾、 對地干擾、縱向干擾、同向干擾等。共模干擾主要是由電源的地、放大器的地以及 信號源的地之間的傳輸線上電壓降造成的，如圖所示。 -7- 當放大器為單端輸入時，共模電壓Vc引入放大器輸入端的串模干 擾電壓為 Vn1 = Ic

4、Zs = VcZs / (Zs+Zr) Zs 為信號源內(nèi)阻；為信號源內(nèi)阻； Zr 為放大器輸入阻抗；為放大器輸入阻抗； Zr Zs 因此，因此， Vn1 VcZs / Zr -8- 當放大器為雙端輸入時，共模電壓Vc引入放大器輸入端的串模干擾電壓為 Vn2 = Ic1Zs1 Ic2Zs2 = VcZs1 / (Zs1+Zr1) VcZs2 / (Zs2+Zr2) Zs1 、 Zs2為信號源內(nèi)阻；為信號源內(nèi)阻； Zc1 、 Zc2 為放大器輸入端對地的漏阻為放大器輸入端對地的漏阻 抗；抗； Zc1 Zs1 Zc2 Zs2 ，因此，因此， Vn2 Vc( Zs1 / Zc1 Zs2 / Zc2 )

5、 當當 Zs1 / Zc1 = Zs2 / Zc2時時 Vn2 0 -9- 2 2、串模干擾、串模干擾 串模干擾就是指串聯(lián)疊加在工作信號上的干擾，也稱之為正態(tài)干擾、常 態(tài)干擾、橫向干擾等。 3 3、長線傳輸干擾、長線傳輸干擾 所謂“長線”，取決于集成電路的運算速度。例如，對于毫微秒級的數(shù) 字電路來說，1米左右的連線就可以當作長線。 長線傳輸?shù)娜齻€問題：一是長線傳輸易受到外界干擾，二是具有信號延 時，三是高速變化的信號在長線傳輸時，還會出現(xiàn)波反射現(xiàn)象。 -10- 一 干擾來源和傳播途徑 二 硬件抗干擾技術 三 軟件抗干擾技術 -11- 抑制共模干擾的主要方法是設法消除不同接地點之間的電位差 1

6、1、變壓器隔離、變壓器隔離 2 2、光電隔離、光電隔離 模擬信號經(jīng)放大后，利用光電隔離的線性區(qū)，直接對模擬信號進行光電耦合傳送 -12- 3 3、浮地屏蔽、浮地屏蔽 采用浮地輸入雙層屏蔽放大器來抑制共模干擾。所謂浮地，就是利用屏 蔽方法使信號的“模擬地”浮空，從而達到抑制共模干擾的目的。 放大器放大器 模擬地模擬地 Rg 內(nèi)屏蔽內(nèi)屏蔽 Z1 外屏蔽（機殼）外屏蔽（機殼） G Z2 機器地機器地 Vg S1 S2 S3 Zs Ig1 4 4、采用具有高共模抑制比的儀表放大器作為輸入放大器、采用具有高共模抑制比的儀表放大器作為輸入放大器 儀表放大器具有共模抑制能力強、輸入阻抗高、漂移低、增益可調(diào)等

7、優(yōu) 點，是一種專門用來分離共模干擾與有用信號的器件。 -13- 1 1、濾波、濾波 如果串模干擾頻率比被測信號頻率高，則采用輸入低通濾波器來抑制高 頻串模干擾；如果串模干擾頻率比被測信號頻率低，則采用高通濾波器來抑 制低頻串模干擾；如果串模干擾頻率落在被測信號頻譜的兩側(cè)，應采用帶通 濾波器。 一般情況下，串模干擾均比被測信號變化快，故常用二階阻容低通濾波 網(wǎng)絡作為模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入濾波器。 2 2、采用雙絞線作為信號線、采用雙絞線作為信號線 若串模干擾和被測信號的頻率相當，則很難用濾波的方法消除。此時， 必須采用其它措施，消除干擾源。通?？稍谛盘栐吹接嬎銠C之間選用帶屏蔽 層的雙絞線或同軸電纜，

8、并確保接地正確可靠。 采用雙絞線作為信號引線的目的是減少電磁干擾。雙絞線能使各個小環(huán) 路的感應電勢相互抵消。一般雙絞線的節(jié)距越小抗干擾能力越強。 銅線銅線聚氯乙烯聚氯乙烯 套層套層 屏蔽層屏蔽層絕緣層 絕緣層 屏蔽雙絞線屏蔽雙絞線 STP 銅線銅線 聚氯乙烯聚氯乙烯 套層套層 絕緣層絕緣層 無屏蔽雙絞線無屏蔽雙絞線 UTP -14- 導線節(jié)距/cm噪聲衰減率抑制噪聲效果/dB 空氣中平行導線1:10 雙絞線1014:123 雙絞線7.571:137 雙絞線5112:141 雙絞線2.5141:143 鋼管中平行導線22:127 雙絞線的節(jié)距與噪聲衰減率雙絞線的節(jié)距與噪聲衰減率 3 3、電流傳送

9、、電流傳送 當傳感器信號距離主機很遠時很容易引入干擾。如果在傳感器出口處將 被測信號由電壓轉(zhuǎn)換為電流，以電流形式傳送信號，將大大提高信噪比，從 而提高傳輸過程中的抗干擾能力。 -15- 采用帶有屏蔽的雙絞線可以在很大程度上減少空間電磁場的干擾 ；采用終端阻抗匹配或始端阻抗匹配，可以消除長線傳輸中的波反射 或者把它抑制到最低限度。 0 0 C L R P （1 1）波阻抗的測量）波阻抗的測量 -16- （2 2）長線傳輸中波阻抗的終端匹配）長線傳輸中波阻抗的終端匹配 （3 3）長線傳輸中波阻抗的始端匹配）長線傳輸中波阻抗的始端匹配 -17- 一 干擾來源和傳播途徑 二 硬件抗干擾技術 三 軟件抗

10、干擾技術 -18- 對于開關量的輸入，為了確保 信息準確無誤，在軟件上可采取多 次讀取的方法(至少讀兩次)，認為 無誤后再行輸入。 2 2、開關量、開關量( (數(shù)字量數(shù)字量) )信號輸出抗干擾措施信號輸出抗干擾措施 1 1、開關量、開關量( (數(shù)字量數(shù)字量) )信號輸入抗干擾措施信號輸入抗干擾措施 -19- 1 1、數(shù)據(jù)冗余、數(shù)據(jù)冗余 數(shù)據(jù)冗余就是將要保護的原始數(shù)據(jù)在另外兩個區(qū)域同時存放，建立 兩個備份，當原始數(shù)據(jù)塊被破壞時，用備份數(shù)據(jù)塊去修復。備份數(shù)據(jù)的 存放地址應遠離原始的存放地址以免被同時破壞。數(shù)據(jù)區(qū)也不要靠近棧 區(qū)，以防止萬一堆棧溢出而沖掉數(shù)據(jù)。 2 2、指令冗余、指令冗余 當CPU受

11、到干擾后，往往將一些操作數(shù)當作指令碼來執(zhí)行，引起程序 混亂。當程序彈飛到某一單字節(jié)指令上時，便自動納入正軌。當彈飛到 某一雙字節(jié)指令上時，有可能落到其操作數(shù)上，從而繼續(xù)出錯。當程序 彈飛到三字節(jié)指令上時，因它有兩個操作數(shù)，繼續(xù)出錯的機會更大。因 此，我們應多采用單字節(jié)指令，并在關鍵的地方人為地插入一些單字節(jié) 指令(NOP)或?qū)⒂行巫止?jié)指令重復書寫，這便是指令冗余。 -20- 1 1、設置軟件陷阱、設置軟件陷阱 當干擾導致程序計數(shù)器PC值混亂時，可能造成CPU離開正確的指令順 序而跑飛到非程序區(qū)去執(zhí)行一些無意義地址中的內(nèi)容，或進入數(shù)據(jù)區(qū)， 把數(shù)據(jù)當作操作碼來執(zhí)行，使整個工作紊亂，系統(tǒng)失控。針對

12、這種情況 ，可以在非程序區(qū)設置陷阱，一旦程序飛到非程序區(qū)，很快進入陷阱， 然后強迫程序由陷阱進入初始狀態(tài)。 所謂軟件陷阱，就是一條引導指令，強行將捕獲的程序引向一個指 定的地址，在那里有一段專門對程序出錯處理的程序。軟件陷阱安排在 以下4種地方：（1）未使用的中斷向量區(qū)；(2)未使用的大片ROM空間； (3)表格；(4)程序區(qū)。 -21- 2 2、設置監(jiān)視跟蹤定時器、設置監(jiān)視跟蹤定時器 也稱為看門狗定時器(Watchdog)，在程序運行的每個循環(huán)周期內(nèi)， 對定時器重新初始化。如果程序運行失常，跑飛或進入局部死循環(huán)，不 能按正常循環(huán)路線運行，則Watchdog定時器得不到及時的重新初始化而 使定時時間到，引起復位。 上電或系統(tǒng)復位上電或系統(tǒng)復位 NMI 初始化初始化 現(xiàn)場恢復現(xiàn)場恢復 計時刷新計時刷新 數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集 運運 算算 輸出刷新輸出刷新 現(xiàn)場保護現(xiàn)場保護 t= Ta? N Y P1 T1 TM1 PC P2 T2 TM2 Tl是應用程序的運行周期；定時器TM2是Watchdog。 利用溢出脈沖P2并附加必要的程序設計，可以檢測系統(tǒng) 的出錯，使應用程序重新恢復正常運行或使系統(tǒng)復位 后恢復運行。 監(jiān)控定時器監(jiān)控定時器Watchdog的工作原理的工作原理 -