提高微機(jī)保護(hù)裝置的抗干擾性和可靠性的措施探討

1、提高微機(jī)保護(hù)裝置的抗干擾性和可靠性的措施探討第37卷第21期2009年11月1日電力系統(tǒng)保護(hù)與控制PowerSystemProtectionandControlV_01.37N0.21Nov.1,2009提高微機(jī)保護(hù)裝置的抗干擾性和可靠性的措施探討袁文嘉,賀要鋒,王來軍,李兵(河南許昌供電公司,河南許昌,461000)摘要:微機(jī)保護(hù)裝置的可靠性有多種因素決定,其中微機(jī)系統(tǒng)的抗干擾性能力是其可靠性的重要指標(biāo);但由于微機(jī)系統(tǒng)軟,硬件主要受電磁干擾,故通過消除和抑制干擾源,破壞干擾的耦合途徑,消弱接收電路對干擾的敏感性可以很好地提高微機(jī)保護(hù)裝置的抗干擾能力,從而提高微機(jī)保護(hù)裝置的可靠性.另外通過軟件

2、的故障自檢,硬件的過電壓保護(hù)及冗余配置也可以提高微機(jī)保護(hù)裝置的可靠性.關(guān)鍵詞:微機(jī)保護(hù)裝置;接地銅排;軟件;硬件;干擾;可靠性Measurestoimprovetheanti-jammingandreliabilityofmicrocomputer-basedrelayprotectivedeviceYUANWenqia,HEYaofeng,WANGLai-jun,LIBing(XuchangPowerSupplyCompany,Xuchang461000,China)Abstract:Thereliabilityofmicroprocessor-basedprotectiondevicesi

3、sinfluencedbyavarietyoffactors,includingcomputersystemanti-jammingperformaceisanimportantindicatorofitsreliability.Butcomputersystemhardwareandsoftwareismainlyaffectedbyelectromagneticinterference,SOeliminatingsourcesofinterferenceandsuppression,underminingtheinterferencecouplingway,andweakeningthes

4、ensitivityofthereceivingcircuittodisturbancecanincreasemicroprocessor-basedproiondevicesanti-jammingcapability,therebyenhancingthereliabilityofmicroprocessor-basedprotectiondevices.Inaddition,failureofself-testsoftwareandhardwareover-voltageprotectionandredundancyCanalsoimprovethereliabilityofmicrop

5、rocessor-basedprotectiondevices.Keywords:microcomputer-basedprotectiondevice;groundcopperbars;software;hardware;interference;reliability中圖分類號(hào):TM774文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):1674.3415(2009)21-0131?03O引言1微機(jī)保護(hù)裝置的干擾來源微機(jī)保護(hù)裝置以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),如調(diào)試維護(hù)方便,靈活性大,可靠性高,邏輯判斷清晰準(zhǔn)確,易于獲得附加功能等而被廣泛地投入到電力系統(tǒng),在,確保電力系統(tǒng)安全運(yùn)行中發(fā)揮著日益顯著的作用.但由于軟,硬件的原因,微機(jī)保

6、護(hù)裝置運(yùn)行的可靠性仍受到種種限制.微機(jī)保護(hù)裝置內(nèi)部為弱電系統(tǒng),工作電平很低,而其工作環(huán)境卻有著強(qiáng)烈的電磁干擾,這些干擾信號(hào)頻率高,幅度大,極易通過電磁耦合等以脈沖的形式進(jìn)入裝置內(nèi)部,致使微機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)或地址傳送錯(cuò)誤,保護(hù)裝置運(yùn)行異常或功能障礙,給電力系統(tǒng)的安全帶來巨大的隱患,甚至造成巨大的事故.此外,電力系統(tǒng)日益惡化的電磁環(huán)境,對微機(jī)保護(hù)裝置運(yùn)行的可靠性也提出了越來越高的要求.微機(jī)保護(hù)裝置的可靠性有多種因素決定,其中微機(jī)系統(tǒng)的抗干擾性能是其可靠性的重要指標(biāo).提高系統(tǒng)的抗干擾性能,進(jìn)而提高微機(jī)保護(hù)裝置的可靠性是人們普遍關(guān)心的問題.干擾的形成必須具備三個(gè)要素:干擾源,耦合通道,對干擾信號(hào)敏感的接收電

7、路,如圖1所示.選用高質(zhì)量的元器件,從裝置設(shè)計(jì)和制造工藝上抑制干擾源,阻塞耦合通道,提高接收電路的抗干擾能力是從硬件上避免裝置故障和異常的基本措施.干擾源卜_耦合通道卜.一接收電路圖1干擾形成的途徑Fig.1Wayofthedisturbanceburned干擾形式主要是電磁干擾.電磁干擾耦合的主要途徑有:靜電耦合(電容耦合);電磁耦合(互感耦合);共阻抗耦合;漏電耦合;傳導(dǎo)耦合;一132.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制輻射電磁場耦合.干擾電壓分橫向干擾(串模干擾)和縱向干擾(共模干擾)兩種.串模干擾有3種來源:信號(hào)源中本來就有干擾電壓存在;磁場與信號(hào)線耦合:干擾電流流過與信號(hào)線串接的阻抗.在某些變送器中

8、有用的直流信號(hào)中本來就存在交流干擾電壓,這樣就不能消除它而只能通過濾波器把它衰減下去.共模干擾是信號(hào)源上有較大的對地電壓存在,此電壓可能取多種途徑最后加到放大器的輸入端.2幾種抗干擾措施的實(shí)施針對上述分析,抗干擾防護(hù)措施主要著眼于三個(gè)方面.2.1消除和抑制干擾源對保護(hù)裝置來說,干擾可分為內(nèi)部干擾和外部干擾.內(nèi)部干擾主要來自于內(nèi)部繼電器觸點(diǎn)切換所產(chǎn)生的強(qiáng)高頻電磁干擾信號(hào);而外部干擾主要來自于外接端子引入的浪涌電壓.對外部干擾,可以采取的途徑如下:構(gòu)造等電位面,減少電位傳入,如果微機(jī)保護(hù)裝置集中在主控制室,為了實(shí)現(xiàn)可靠通信,必須將連網(wǎng)的中央計(jì)算機(jī)和各套微機(jī)保護(hù)以及其他微機(jī)的控制裝置都置于同一等電位

9、平臺(tái)上,這個(gè)等電位面應(yīng)該與控制室地網(wǎng)只有一點(diǎn)的聯(lián)系,這樣的等電位面的電位可以隨著地網(wǎng)的電位變化而浮動(dòng),同時(shí)也避免控制室地網(wǎng)的地電位差竄入等電位面,從而保持了連網(wǎng)微機(jī)設(shè)備的地之間無電位差.控制信號(hào)線盡量遠(yuǎn)離各種動(dòng)力線,高壓線,并采用垂直或輻射狀布線;繞開和遠(yuǎn)離能產(chǎn)生高電位和大入地電流的接地點(diǎn);弱電信號(hào)線不得與操作傳輸線和脈沖功率線同走一根電纜;不同電平信號(hào)線分用不同電纜分層布置,不得混合捆綁成束;一對信號(hào)線盡量同走一根纜,并最好采用雙絞,使磁場干擾信號(hào)相互抵消.提高控制裝置的絕緣水平,避免漏電阻造成干擾;盡量少用中間端子板,減少接觸電阻.2.2破壞干擾的耦合途徑光電隔離光電隔離的目的是割斷兩個(gè)電

10、路的電聯(lián)系,使之相互獨(dú)立,從而也就割斷了噪聲從一個(gè)電路進(jìn)入另一個(gè)電路的通路.微機(jī)保護(hù)裝置需要許多開關(guān)量或狀態(tài)量的輸入和輸出,尤其是外部開關(guān)量或狀態(tài)量的輸入電路需要將外部高電平24V(甚至220V)轉(zhuǎn)換成數(shù)字部件能夠接受的低電平5V.同樣,在開關(guān)量或狀態(tài)量輸出電路里也經(jīng)常需要將數(shù)字部件的低電平轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動(dòng)繼電器出口的高電平24V.采用光電耦合器進(jìn)行信息的傳輸,不但可以實(shí)現(xiàn)電平的轉(zhuǎn)換,而且還可以阻擋很大一部分干擾.微機(jī)保護(hù)裝置內(nèi)部開關(guān)量或狀態(tài)量的輸入和輸出盡管一般不需要電平的轉(zhuǎn)換,也宜采用光電耦合器阻塞信息傳輸?shù)鸟詈贤ǖ?屏蔽為實(shí)現(xiàn)電場,磁場的屏蔽,機(jī)箱用鐵制材料做成,為防止外部干擾通過端子直接

11、轉(zhuǎn)入內(nèi)部,必須保證端子排的任一點(diǎn)與微機(jī)系統(tǒng)沒有電的聯(lián)系.二次電纜的屏蔽線兩端必須可靠接地,載波高頻同軸電纜屏蔽層兩端接地,并輔以并聯(lián)接地導(dǎo)線.完善屏柜的屏蔽作用采用柜式結(jié)構(gòu)屏能起到屏蔽電磁干擾的作用.如避越各種高壓設(shè)備出現(xiàn)的電暈放電現(xiàn)象,以及無線電通信設(shè)備產(chǎn)生的磁場影響等.普通的保護(hù)屏柜前門一般選用的材料是普通玻璃或有機(jī)玻璃.這就降低了金屬屏柜的電磁屏蔽作用.目前有一種新型玻璃含有金屬材料,采用此種玻璃作為保護(hù)屏柜前門可以和屏柜組成一個(gè)封閉的屏蔽罩,大大提高了屏蔽電磁干擾的效果.2.3消弱接收電路對干擾的敏感性浮地接線:對加在外部引線與機(jī)殼之間的功模干擾可采取機(jī)箱接地,其余部分浮空的辦法加以抑

12、制,但要減少微機(jī)電路同機(jī)殼之間的分布電容,為此應(yīng)將印制板周圍都用電源零線或+5V線封閉起來,已完全隔離電路板上其他電路部分同機(jī)殼之間的直接耦合,使干擾脈沖侵入時(shí)整個(gè)系統(tǒng)各點(diǎn)對機(jī)殼電位隨電源線一起浮動(dòng),而系統(tǒng)內(nèi)部相互之間的電位保持不變.保安地線與電子裝置的信號(hào)地線應(yīng)分別設(shè)置.電子裝置中,信號(hào)地線,信號(hào)源地線和負(fù)載地線也應(yīng)分別設(shè)置,且負(fù)載地線與信號(hào)地線應(yīng)在電氣上絕緣,隔離傳輸信號(hào).一般對弱電回路,邏輯回路等抗干擾能力差的電子電路,采用"浮置"(或稱浮空,浮接)的運(yùn)行方式,使零線與地絕緣,這樣可阻斷來自地電位差的干擾電流,抑制共模干擾.濾波:濾波器具有選頻特性,對經(jīng)傳導(dǎo)耦合的干擾

13、是一種有效的技術(shù)防護(hù)措施.對交流電源進(jìn)線加裝濾波器,可抑制中波段高頻干擾;還可抑制電源波形失真干擾;對直流可分別濾除高,低頻干擾成分;在各個(gè)信號(hào)線的輸入端采用濾波電路,既可防高,低頻干擾信號(hào)的侵入,又可抑制過電壓及觸點(diǎn)抖動(dòng)造成的干擾.采用高噪聲容限的電路,并適當(dāng)提高電路的門檻電壓(如比較器的基準(zhǔn)電壓),可避開一些低幅干擾.對持續(xù)時(shí)間短的脈沖干擾,在不影響操作運(yùn)行質(zhì)量的前提下,采用延時(shí)元件或積分門限元件也可有效避開干擾.袁文嘉,等提高微機(jī)保護(hù)裝置的抗干擾性和可靠性的措施探討一1333提高可靠性的其他措施3.1故障自檢裝置的元器件損壞時(shí),保護(hù)可能誤動(dòng)或拒動(dòng).完善的故障自檢可以幫助我們及時(shí)地發(fā)現(xiàn)問題

14、,解除隱患.3.2過電壓保護(hù)在可能引入高電壓的通道或電路上增設(shè)過壓保護(hù)電路,以防引入高電壓,損害元件.圖2所示的是微機(jī)保護(hù)裝置常用一個(gè)模擬量輸入通道.它的過壓保護(hù)電路由限流電阻R和穩(wěn)壓二極管WY1,WY2組成的.這里的限流電阻和穩(wěn)壓二極管要選擇適宜.限流電阻的阻值太大會(huì)引起信號(hào)衰減,太小則起不到保護(hù)穩(wěn)壓二極管的作用;穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值以略高于最高傳送信號(hào)電壓為宜,太低將對有效信號(hào)起限幅作用,使信號(hào)失真.輸AGND圖2模擬量輸入電路Fig.2Inputcircuitofanolog出3.3硬件冗余即通過元器件的重復(fù),如相同元件的串聯(lián),并聯(lián)或串并聯(lián)等增加資源的開銷,以換取常規(guī)設(shè)計(jì)所不能達(dá)到的可靠性

15、.4結(jié)束語提高微機(jī)保護(hù)裝置可靠性的措施還有很多,但關(guān)鍵的是要提高其抗干擾性能.隨著微型計(jì)算機(jī)技術(shù)和繼電保護(hù)理論的進(jìn)一步發(fā)展,微機(jī)繼電保護(hù)的可靠性也越來越高.相信通過各級(jí)設(shè)計(jì),生產(chǎn),運(yùn)行單位的共同努力,總結(jié)各方面的經(jīng)驗(yàn),不斷發(fā)展新技術(shù),微機(jī)繼電保護(hù)的可靠性將越來越高.參考文獻(xiàn)1孟傳良.電力地調(diào)SCADA通信樞紐級(jí)硬件結(jié)構(gòu)研制與微機(jī)選型【J】.貴州工學(xué)院,1995,24(6):1116.2中國電力網(wǎng).微機(jī)保護(hù)裝置的干擾及其抗干擾措施EB/OL.收稿日期:2008-1卜04作者簡介:袁文嘉(197卜),男,工程師,主要從事繼電保護(hù)設(shè)計(jì)工作;Email:yuanwenjia賀要鋒(1972-),男,工

16、程師,主要從事繼電保護(hù)運(yùn)行與管理工作;王來軍(1976-),男,工程師,主要從事繼電保護(hù)運(yùn)行與維護(hù)工作.(上接第130頁continuedfrompage130)畫面異動(dòng)報(bào)警等,主要通過前端探頭采集告警信號(hào),輸入硬盤錄像機(jī).報(bào)警事件發(fā)生后,監(jiān)控終端將發(fā)出聲光提示,監(jiān)控中心將人工或按預(yù)定程序發(fā)出控制指令,聯(lián)動(dòng)相應(yīng)報(bào)警目標(biāo)的圖像監(jiān)視,指定相應(yīng)攝像機(jī)進(jìn)行錄像,啟動(dòng)現(xiàn)場照明,警笛等.相關(guān)設(shè)備啟動(dòng)后,應(yīng)在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)關(guān)閉,且現(xiàn)場照明在白天(時(shí)間段可設(shè))可不打開.內(nèi)部報(bào)警主要包括前端視頻信號(hào)中斷報(bào)警和系統(tǒng)服務(wù)器磁盤容量空間報(bào)警.一旦因攝像機(jī)與網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器之間線路故障,網(wǎng)絡(luò)故障,設(shè)備故障等原因,導(dǎo)致視頻信號(hào)中斷丟失,或系統(tǒng)服務(wù)器的錄像存儲(chǔ)空間超過預(yù)定值,系統(tǒng)能夠立即檢測到并做出聲光報(bào)警提示和日志記錄等相應(yīng)動(dòng)作.4結(jié)束語視頻監(jiān)控系統(tǒng)解決了調(diào)度中心對變電站現(xiàn)場的可視化及環(huán)境監(jiān)控問題,為無人值班提供了可靠的保證.它的推廣應(yīng)用對提高變電站運(yùn)行的安全性,可靠性,提高運(yùn)行和管理的科學(xué)性,充分發(fā)揮變電站效益,促進(jìn)管理工作的現(xiàn)代化有著重要意義.參考文獻(xiàn)1何潤強(qiáng),李長榮.孝義變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)J.山西電力,2006,(5):596O.HERunqiang,LIChang-rong.VideoSurveillanceSystemofXia