微机继电保护抗干扰研究

微机继电保护抗干扰研究

TheEMCResearchonMicrocomputer-Based

ProtectiveRelays姓名:朱玛导师:黄少锋教授本课题的意义随着电网朝着超高压、紧凑型发展，变电站的电磁环境更加恶劣二次设备微型化，数字化，智能化也增加了它对瞬态骚扰的敏感性和脆弱性

国内对电磁兼容问题还处于初步研究和认识阶段。工程存在造价高、建设难度大等问题

目前应用的保护装置对浪涌干扰的防护急需加强，电源的抗扰性也有待提高本论文的主要工作分析了当前微机保护装置工作的电磁环境，以及装置在电磁兼容技术方面的难点提出了以系统接地控制浪涌干扰的方法，分析了接地和浮地方式下干扰的传输途径提出了系统接地方案，并针对CSL-101进行比对试验，对试验中的问题提出了改进措施提出了分布供电方案，对CSL-101进行实验，确定了集中供电和分布供电并行的供电方式一.变电站的电磁环境1.变电站典型的骚扰源雷击引起的暂态骚扰

开关操作引起的暂态骚扰

直流回路操作产生的暂态骚扰

直流电源的瞬时中断与恢复引起的骚扰

2.骚扰的耦合途径共阻抗耦合感性耦合容性耦合辐射耦合3.电磁兼容整体设计思想使用适当的抑制干扰措施电缆及接插件的设计、实施及接地处理避免错误的印制板（PCB）布置提高抗扰性的一般措施：屏蔽、接地、滤波、解耦、隔离、电路阻抗控制二.接地方式下的干扰途径分析1.浪涌抑制器件的局限性装置对外端口多，出线多达几十路。大量的浪涌器件可能改变原有回路的阻抗特性。器件寿命短，留下了事故隐患，增加了现场服务的工作量。增加了装置的成本。

不能依靠浪涌抑制器解决浪涌问题系统接地有望为解决浪涌问题找到新途径2.保护装置对外端口电磁回路分析

电源回路系统接地后干扰影响装置的途径装置端口系统接地线开入回路开出回路电源脉冲变压器屏蔽层原理图

二次侧耦合电压三.保护装置系统接地试验1.系统接地方案串联一点接地，接地点选择在机壳屏蔽地模拟量采集系统即15V保持浮地各电压等级系统一点共地

装置接地模型2.系统接地和浮地方式比对试验

电源端口普通导线接地时，电源端口受浪涌干扰的影响反而大大增强在进行了接地线和屏蔽层的改进后，系统接地的效果明显好转CSC－163装置接地后抗浪涌效果显著测试波形如下：

普通导线接地

铜线接地屏蔽层接地CSC-163

装置接地开入端口在5VG浮地和接地情况下均有5V跌落现象24V接地后，5V跌落时间延长采取措施尽量选取速度较慢、驱动电流较大、原、副方杂散电容值较小的光耦器件，并注意光耦附近的布线采取软件延时和多次读取开关量来躲过

开入端口测试波形如下：

5V系统24V系统开出端口24V系统接地对浪涌干扰起到了一定的抑制作用，但效果不是很明显

5V接地有利于消除系统纹波5V接地抗浪涌效果明显采取措施：在继电器线圈两侧加滤波电容

测试波形如下：

24V接地5V接地光耦输入侧5V快速瞬变干扰测试在将CSL-101系统地直接接地后抗扰能力很低。

电源端口在三级、开入端口在二级快速瞬变干扰下就出现了报警，报文显示“与CPU通讯出错”。

采取措施：改接地线为铜线电源变压器屏蔽层接地改进后抗扰性有所增强，但仍不能达到要求。

测试结果如下24V系统接地快速瞬变干扰测试

电源端口开入端口开出端口交流端口三级正告警报与CPU通信出错正常正常告警报与CPU通信出错三级负正常正常正常告警报与CPU通信出错5V系统接地快速瞬变干扰测试

电源端口开入端口开出端口交流端口三级正正常正常告警报与CPU通信出错，电源有响动正常三级负告警报与CPU通信出错正常告警报与CPU通信出错，电源有响动正常新型CSC-163装置接地后抗扰性较好电源端口、交流端口、开出端口在四级干扰下均能正常工作，开入端口在三级干扰下仍能正常工作结论：系统接地能有效泄放浪涌能量，保护弱电系统内部元器件。

试验证明，对于新型装置，只要接地阻抗在0.03欧姆左右，且保证屏蔽层良好接地，系统接地就能达到抗快速瞬变干扰的要求。四.保护装置分布供电设计

1.传统集中供电模式的缺陷+5V、+/-15V（12V）电源电压比较低、走线较长数据采集系统与串行通信系统共用15V电源

MMI插件电源需经信号插件转接，再经34芯扁平电缆最后才能到达

采用分布供电模式2.分布供电试验方案选择MMI插件采用分布供电方式，其他插件仍使用集中供电方式电源模块放置在信号插件上，其输出电压再经由信号插件上的34芯扁平线送到MMI插件为保证MMI与CPU正常通信，15V仍由电源插件供电。选取开出24V，即24V(1)作为母线，为MMI供电

分布供电的电路模型如下

5V走线要大大缩短由对外端口进入干扰需经过更多隔离才能进MMI5V，其影响大大减弱由开出端口进入的干扰可能直接进入24V母线而对MMI产生影响3.分布供电方式抗干扰测试

装置电快速瞬变测试结果如下表所示

分布供电方式集中供电方式三级（共模）四级（共模）三级（共模）四级（共模）电源端口通过告警，无报文通过运行灯频繁闪烁开出端口通过告警，告与CPU通讯出错通过运行灯略闪,报‘RECEIVING,P-WAIT+++++’开入端口通过

告警，告与CPU通讯出错

4.试验分析试验现象分析

集中供电模式下，MMI有程序走飞以及MMI不能和CPU正常通讯的现象。分布供电后，告警继电器受跳线影响而误动。改进后开入端口和电源端口干扰均减弱。但从开出端口进入的干扰直接进入了24V母线，进而进入MMI，导致其无法与CPU正常通讯。分布供电仍不能有效控制浪涌干扰。改进措施5V和15V系统采用分布供电，24V仍采用集中供电给为内部电路供电的5V和15V单独建立一条24V母线

采用系统接地方式，将电源母线24VG接地将数据采集系统与串行通信系统的15V电源分离交流插件的15V电源单独从电源插件引入，而CPU插件和MMI插件的15VG则从24V母线引入五.结论系统浮地的方式，对于高能量的浪涌干扰缺乏通畅的泄放通道，很容易损坏内部元器件，而系统直接接地为解决浪涌问题提供了新的方法。采用串联一点接地，并确保变压器屏蔽层良好接地和模拟地浮空，是较为理想的接地方式。对装置各端口电磁回路的分析和实际测试效果，证实了直接接地系统在防浪涌干扰上的优越性。合理接地有利于保持系统电压稳定，且24V和5V共地是可行的，同时得到要是装置达到良好的接地效果，接地阻抗应控制在0.03左右。在集中供电模式下，各电压等级系统间缺少必要的隔离，相互串扰比较严重，实现分布供电是解决这一问题的有效