电力系统微机保护装置的抗干扰措施

电力系统微机保护装置的抗干扰措施近年来，电力系统微机保护装置广泛使用于电力系统输电线路保护、元件保护、变电站综合自动化、故障录波器和故障测距等领域。在这些装置的工作现场，存在着强电磁干扰，当干扰信号进入装置内部后，不仅对各模拟电压和电流采样数据的准确性有影响，还将损坏装置中的一些元器件，引起装置功能障碍，程序出轨，从而直接影响微机保护装置的正确动作。因此，提高装置运行的可靠性和抗干扰性能，不容忽略。1、干扰的方式和干扰信号的来源干扰信号是指微机保护装置的工作信号中，除去有用信号以外的，可能影响装置正常工作的一些电磁信号。干扰信号来自于干扰源，通过电磁耦合通道作用于微机保护装置内部某些敏感的回路之中。干扰源、耦合通道和敏感回路称为电磁干扰的三要素。干扰信号可能来自微机保护装置的外部,如保护屏上的压板、连片、切换开关触点、操作继电器的触点，通过接线端子排引入微机保护装置；也可能来自装置的内部，如微机高频时钟控制信号对装置中的其它回路产生的干扰信号。内部干扰主要由装置的构造设计，元器件和某些回路的布局，生产制造装置的工艺所决定的；而外部干扰是指装置的工作环境出现的电磁波通过耦合方式而进入微机保护装置内部的干扰信号。干扰的耦合方式主要有静电耦合方式、互感耦合方式和公共阻抗耦合方式。2、干扰对微机保护装置的影响微机保护装置是以微机为核心的自动控制系统。其硬件组成主要包括数据采集系统、微机系统、开关量输入和输出系统、人机对话系统。在干扰信号产生后，干扰信号对数字化器件和对模拟元件影响所产生的后果是不同的。干扰对模拟量输出执行元件的影响所产生的后果可能导致保护装置的误动作；干扰对数字化的微机芯片的影响，则造成运算数据传送的错误或出现微处理器操作码错误，从而导致微机系统出现故障或功能障碍。干扰对微机保护装置的影响，主要表现在以下几个方面。(1)运算或逻辑出现错误。在微机保护装置运行时，其输入输出数据、微处理器计算的中间结果、控制程序流程的标志字等，都是存放在数据缓冲区的随机存贮器(RAM)之中。由于RAM的抗干扰能力较差，在强电磁干扰信号作用下，有可能使存放在RAM中的数据发生变化；此外，在开展读或写数据时，数据总线和地址总线也可能在干扰的作用下发生读写数据错误或将数据传送到错误的地址上。如果数据是控制程序流向的标志字时，还将导致运算逻辑出现错误等问题。(2)运算程序出轨。在微机执行运行程序期间，运行的程序通常存放在只读存贮器(ROM)之中，所谓程序只是微处理器可识别的机器码，在干扰信号的作用下，这些机器码改变时，将可能出现微处理器无法识别的机器码，致使微处理器无法工作。此外，如果干扰信号改变了控制程序流向的标志字时，也将改变运行程序的执行顺序，使微机的运行程序出轨，出现死机等问题。(3)损坏微机芯片。在微机中的一些半导体芯片，在强电磁干扰作用下，可能受到损坏，使装置无法工作。3、微机保护装置的抗干扰措施提高微机保护装置可靠性的三项措施(1)选用高质量的元器件、合理的制造工艺和采用屏蔽和隔离技术，从装置的设计和元件的选择上，减少保护装置故障和错误出现的几率；(2)利用微机在工作程序结束后的闲余时间，实时检测有关硬件设备的运行工况。当有关的硬件设备出现故障时,闭锁保护装置防止保护装置误动作，并及时通知运行值班人员；(3)采用容错设计方式，利用冗余的保护装置不间断地在线运行。抗干扰应考虑的主要因素(1)合理选用优质的微机芯片和其它半导体器件，设计合理的线路布局和制造工艺，切断种种电磁耦合的途径，尽可能减少扰动对保护装置的影响；(2)由于干扰信号的出现具有很大的随机性，一旦干扰信号在保护装置内部出现后，应考虑可能带来的问题和采取的对策。光电耦合的抗干扰典型电路对于在发电厂和变电站运行的电力系统微机保护装置,其电源回路、模拟量输入回路、开关量输入输出回路以及通信口都是通过电缆引入到比较远的模拟元件上，这些回路也是把干扰耦合到微机保护装置的主要媒介，上述回路均应采用光电耦合器件开展隔离。(1)电力系统微机保护装置的数据采集系统通常有两种形式：采用逐次比较模/数转换的数据采集系统和采用压/频变换模/数转换的数据采集系统。它们的组成框图见图1和图2o图1逐次比较模/数转换的数据采集系统图1中变换器能将微机保护装置的内部与外部互感回路完全隔离，不存在直接的电气信号联系，有利于提高抗干扰能力。图2压/频变换模/数转换的数据采集系统图2中交流变换器能确保装置内部与外部不存在直接的电联系。浪涌吸收器不仅能提高装置的抗干扰能力，而且能对芯片起到过电压保护作用。(2)开关量输入的抗干扰典型电路见图3。图3开关量输入回路中的抗干扰典型电路当外部触点闭合时，有电流流过光电器件——发光二极管，使光敏三极管导通，而当外部触点打开时，无电流流过发光二极管，光敏三极管截止。由此可以切断外部干扰信号窜入微机保护装置内部。(3)开关量输出的抗干扰典型电路见图4。该电路采用的编码方案使每一路开关量输出的驱动电路都由2根并行口输出线来控制，通过反相器和与非门执行,使采用与非门后要满足两个条件方能使执行元件动作，提高回路的抗干扰能力。图4开关量输出回路中的抗干扰典型电路其它抗干扰措施。(1)电源滤波。在电源的入口增设电源滤波器。(2)模拟量输入回路的静电屏蔽。(3)采用磁屏蔽和双绞线。采用不同电压等级的开关量输出引线与不同电压等级的电源线分开布线以及输入输出端子后的走线强弱分离。(4)提高敏感回路的抗干扰能力。(5)合理设计接地泄放电路。抗干扰措施中应注意的问题微机保护装置的工作程序中，应设置对不良数据的检错和识别功能等子程序，以确保软件程序运算结果的正确性。(1)对输入模拟量采样数据采取的抗干扰措施。在微机保护中，输入模拟量有三相电压、零序电压、三相电流和零序电流，可以利用自身的规律开展采样数据的检错。(2)运算过程中的核对措施。将整个的运算过程开展两次或两次以上核对，用来检验运算过程是否有错。(3)出口闭锁。在保护跳闸出口的硬件电路上，设计成在连续收到多个跳闸指令时，该回路才能执行出口跳闸，不允许接收一条指令就跳闸。（4）防止程序出轨的对策。使用专用的硬件电路来检测程序出轨，并实现自动恢复正常运行。如用微机的定时/计数芯片和利用定时电路来实现对微处理器的重新启动。4、结束语具有高可靠性、强抗干扰水平和网络通信能力的第三代