变电站综合自动化系统的可靠性「提高电力系统暂态稳定性的措施」

今天带来变电站综合自动化系统的可靠性「提高电力系统暂态稳定性的措施」，关于变电站综合自动化系统的可靠性「提高电力系统暂态稳定性的措施」很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

变电站自动化系统安全可靠运行对于整个电力系统来说是非常重要的。随着变电站自动化系统大规模地利用和继电保护设备的不断更新，干扰问题是造成继电保护装置不正确动作和监控系统不正常工作的主要原因之一，采取有利措施解决保护和自动化设备的抗干扰问题越来越迫切。

本文从提高供电可靠性的基本措施出发，对目前变电站综合自动化系统保护装置的抗干扰技术和提高可靠性措施进行了分析。

安装在变电站现场的保护和监控装置，必须可靠长期无故障运行。但同时变电站内部各子系统都是低电平的弱电系统，工作环境恶劣，电磁干扰严重，这些干扰很容易通过电磁耦合进入微机弱电系统。

由于系统的保护和测控装置工作在强电磁场下，所以必须采用将装置故障及时报告给工作人员并自动采取隔离闭锁措施的装置故障自动检测和使局部故障不降低整套装置性能并不中断保护和监控装置运行的容错设计技术。

实际中，我们可以从两个方面考虑：一是在设计综合自动化系统时，选用优质的微型机芯片和其他半导体元件，设计合理的线路布局，切断各种电磁耦合的途径，尽可能减少扰动对综合自动化系统的影响；二是干扰信号有很强的随机性，还要考虑万一出现干扰信号对系统可能带来的影响和对策。

1、隔离和屏蔽

（1）开关量的输入和输出（包括跳闸出口、需要监视的信号）触点和数字量输出的光电隔离。开关量的输入主要是断路器、隔离开关的辅助接点，输出大多也是对断路器、隔离开关和主变压器分接头的控制。它们都处于强电回路，所以要通过光电耦合隔离才能避免强的电磁干扰。光电隔离原理如图1和图2所示。

图1 开关量输入的光电隔离原理图

图2 开关量输出的光电隔离原理图

（2）模拟量的隔离和屏蔽。变电站系统中微机保护装置和其他监控装置所采集的模拟量，大多来自一次系统的电压互感器和电流互感器，它们都处于强电回路中，必须经过设置的各交流回路中的隔离变压器隔离，才能输入到变电站自动化系统中，这些隔离变压器一次、二次之间必须有隔离层，而且屏蔽层必须安全接地。模拟量都经过光电隔离单元隔离后再送入主机，从而使微机内外系统的电源接地线在电气上完全隔离，提高系统的抗干扰能力。

使用集成A／D的微型单片机AT-tiny13进行模拟量隔离采集，使用单根数据线完成数据传输。模拟量隔离采集采用了简化的UART通信方式，即单工通信方式，只需要发送线TXD，无需接收线RXD。这样，单根数据线就能承担发送A／D转换值任务，接收方只要具备硬件UART或软件UART(接收)，就可以轻松获取隔离模拟量值。如图三所示。

图3 模拟量隔离采集电路

(3）在布局二次回路的线路时，也要充分考虑隔离，减少互感耦合，避免干扰由互感耦合进入系统。强弱信号不能使用同一根电缆，信号电缆应尽量避开电力电缆；尽量增大与电力电缆的距离，并尽量减少平行长度；注意各个回路的相互感应；电路板上的布线也要避免互感。

2、电源的抗干扰

虽然开关电源采用了静电屏蔽来抑制共模干扰，但由于开关电源内部元件布置紧密，电源和输出导线之间距离较近，接地线较长，而且电源要连接到各个部分，所以抗干扰能力较差。

一般在电源入口处加上电源滤波器，同时电源零线采取浮空的方式，不与机壳相连，并尽量减少电源线与机壳之间的分布电容，同时减少微机弱点回路中非电源线的其他部分与机壳之间的分布电容，可以将电路板周围用电源零线或者 5V线环闭起来，这样可以完全隔断电路板其他部分同机壳间的耦合。

3、合理分配布置各个插件

接地、屏蔽和隔离并不能完全阻断干扰信号的进入，为防止浪涌电压引起的后果，可以合理的将保护和控制电路分成若干个插件，可以放置于内层屏蔽箱内，在整个电路的布局上要合理，使微机工作的核心部分远离干扰源或与干扰有联系的部件。

4、微机采用多CPU及逆变电源

现在开发的多CPU产品之间相互独立，各个CPU带有自检功能，任何部分的器件出现故障，都能方便的检测出故障所在的插件；微机的电源采用逆变电源，由蓄电池直流220V逆变成高频电压后经高频变压器隔离，再变换成弱点直流电压供微机系统，这样可以大大减小电源回路引起的干扰。

5、系统内部及软件方面的抗干扰

上述几种方式是硬件组成的防线，一旦干扰进入系统内部，可以在系统内部采取相应措施来使干扰最小，以免影响系统的保护或者控制功能。

（1）对输入值进行检查纠错。由于外部干扰的存在，采样输入值不一定是正确的，因此可以对各模拟量输入通道，增加一定的冗余通道来排除由于干扰造成的错误数据。

(2)对运算结果的核对。为防止干扰可能造成的运算出错，可以将运算进行两次，将结果进行核对以确定干扰是否存在。一是在运算结束后把结果暂存，利用原始数据再计算一次，并同前一次的结果相比较。二是连续的两次计算不利用完全相同的原始数据，第二次将算法所依据的数据窗顺移一个采样值，正常时，两次结果不完全一样，但阻抗、电流或者电压有效值的计算很接近，以此来判断干扰的存在。

（3）出口的闭锁。设计出口跳闸回路的硬件时应当使该回路执行几条指令后才能输出；在构成跳闸条件的指令中间插入一段校对程序，用以检查RAM区存放的各种标志。保护装置通过正当途径进入跳闸程序时应在这些标志字留下相应的标志。

图4 跳闸出口的闭锁

（4）看门狗的抗干扰功能。系统程序运行时遇到外部干扰可能会导致程序出轨，利用看门狗复位计数器原理，干扰引起系统出错和程序出轨，内部定时器就会产生计时溢出脉冲，是系统自动复位，重新装入应用程序。

图5中A点接至微机并行接口的某一输出位。当CPU没有出轨时，由软件安排使其按一定的周期在“1”和“0”之间变化。A点分两路，一路经反相器，另一路不经反相器，分别接至两个延时动作瞬时返回的延时元件，延时元件输出至或门的两个输入端。

延时时间应比A点电位变化的周期长，因此在正常时两个延时元件都不会动作，或门输出“0”。此时运行正常。一旦程序出轨，A点电位将停止变化，不论在哪一个状态，两个延时元件总有一个动作，它通过或门起动单稳态触发器D，发出一个低脉冲,使CPU重新初始化，恢复正常工作状态。这个装置还可以用于主要原件损坏停止工作发出告警信号。

图5 硬件看门狗电路复归的原理

（5）对遥控回路采用保护码。为提高遥控回路的抗干扰能力，对遥控的码制采用BCH保护码，BCH码检查的码位不多，编码效率高，实现电路不复杂，不仅可以检查错误，还可以纠错，是一种抗干扰能力强，灵活性大的保护码。遥控应采用异步工作方式较慢的速率传输信息。

本文主要从硬件和软件两个方面分析阐述了常见的对变电站系统造成干扰的情况，并提出相应的提高变电站抗干扰和可靠性的措施。

（编自《电气技术》，作者为张志琦、孔维娜。）