變電站綜合自動化系統的抗干擾技術措施探析

蘇 楊

（寧夏送變電工程公司 寧夏 銀川 750001）

0 引言

變電站綜合自動化系統除了實現對現場的監測、控制和保護之外，更重要的是能實現當地和遠方對現場的監控、調節和保護，概括起來即為：遙測、遙信、遙控、遙調的“四遙”功能和對保護定值的遠方整定，從而最終達到變電站少人值班或無人值班的目的。

1 干擾的來源

1.1 雷電

變電站可能直接遭受雷擊，更多情況下是線路遭受雷擊或者感受雷擊，雷電波沿線路侵入變電站，強大的雷電流和過電壓直接作用于一次設備，產生極強的脈沖電場和磁場，并通過一、二次電流間的耦合途徑或接地網進入二次回路，嚴重時可能損壞系統設備。

1.2 電網內部

在電網內部輸電線路故障的發生及排除等運行狀態的突然變化，各種開關設備的操作，配電線路相接的負載變化（例如大功率設備和大功率電機的啟動、大型變壓器的勵磁沖擊電流等）都會造成供電電壓的瞬時變動，產生調電過電壓、電流沖擊或高頻振蕩等干擾。

1.3 運行中的電氣設備

載流導線和運行中的電力設備當有短路故障時，其短路電流會在附近產生很強的工頻磁場。另外，高壓導線表面及絕緣子金具尖端部分的電暈放電、接觸不良產生的火花放電以及臟污絕緣子表面的局部放電都會產生電磁輻射，形成輻射干擾。

1.4 輻射電磁場

高壓電站中的高頻載波、對講機等都是輻射干擾源，尤其是對講機，已成為影響變電站綜合自動化設備正常工作的主要輻射干擾源。另外，附近的電臺、通信等都會對變電站中的自動化設備產生電磁干擾。

1.5 靜電放電

帶靜電的人直接對設備接觸或者附近相鄰物體間放電都會引起靜電干擾。靜電放電可能引起電子測量和控制系統失靈，也可能使計算機程序出錯或者丟失數據。

2 干擾對系統的影響

干擾對綜合自動化系統的影響可從兩個方面來表述:對系統本身和對通信網絡的影響。一次回路正常運行時，電流、電壓是對稱的，對二次回路的干擾較少，當系統處于暫態過程或不對稱運行時，干擾較大，一般包括一次系統遭雷擊或發生短路、斷路器和隔離開關操作引起母線的高頻諧波等情況。干擾主要以電磁耦合或靜電耦合形式出現。

干擾可能使CPU讀取指令出錯，發生程序跑飛的現象;或讀取數據出錯，產生錯誤的運算結果或操作。如果干擾串入通信網絡，可能造成通訊失敗，若輸入受干擾會使輸入的數據發生偏差，甚至誤判。嚴重時可能造成器件損壞。

干擾對于變電站綜合自動化設備可能造成2種危害，一是破壞絕緣、集成芯片的PN結擊穿或整個芯片燒毀，產生永久性破壞;二是干擾其正常工作，使其誤動，導致或擴大一次設備故障，造成嚴重的損失。特別是綜合自動化設備處理的信號電平可能僅變為毫伏級，對于干擾具有極為明顯的敏感性和脆弱性。

3 硬件抗干擾措施

最重要的抗干擾措施是防止干擾進入微機弱電系統，就是采用各種隔離、屏蔽、合理布局和配線以及減少弱電源線傳遞干擾等方法，合理的硬件設計可以說是抗干擾的第一道防線；除了應用常規的硬件狗等技術外，在新型的變電站綜合自動化系統中采用模塊化設計，在一定的程度上將強電、弱電，交流、直流等分開設置，從而在一定程度上減少了相互間的干擾。

3.1 選用抗干擾性能好的器件。如內部通信采用以N總線，CAN總線本身就有一定的抗干擾能力，能自行檢驗及糾錯，因而用以N作為內部通信網具有較強的抗干擾能力。

3.2 開關量輸入、輸出的抗干擾措施。當斷路器或隔離開關動作時，可能會干擾程序正常執行，產生所謂的“程序跑飛”的軟故障，甚至損壞接口電路芯片或損壞CPU。因此，為了防止電磁干擾對CPU影響，必須采取干擾措施，抗干擾的方法較多:

①光電隔離:利用光電藕合器可以實現現場開關量與計算機總線之間的完全隔離，光電藕合器由發光二極管和光敏三極管組成。

②繼電器隔離：對于發電廠、變電站現場的斷路器、隔離開關、繼電器的輔助觸點和主變壓器分接開關位置等開關信號，輸入到系統的CPU時也可用繼電器隔離。在新系統中，開入端子的隔離主要用光電耦合器來實現，而輸出端子為繼電器隔離。

3.3 在模擬量輸入通道中，采用低通濾波電路減少工頻干擾信號對輸入信號的影響。

3.4 在A/D轉換器芯片內部模擬地和數字地分開，僅在系統中采用一點共地。

3.5 在印刷電路板設計中，電源線、地線加寬，為信號線寬度的3倍。

3.6 線間對地增加小電容濾波消除高頻干擾。

4 軟件抗干擾措施

實際上在采用硬件抗干擾的同時，選用軟件抗干擾可有效地彌補硬件抗干擾的不足，且可以使裝置結構簡化，降低成本，結合本裝置的特點提出了以下軟件抗干擾措施：

4.1 出口編碼閉鎖

在干擾造成程序出格后，CPU可能執行一系列非預期的指令，如不采取一定的措施，則有可能執行非預期的出口指令，而造成被控制設備的誤操作，可以在軟件上設置多個標志或編碼，分布在程序的不同地方，當程序出格時，必須執行多條置位標志或其它的指令或編碼才可出口操作，可見這種方式減小了誤操作的可能性。

4.2 設置軟件陷阱

由于系統干擾可能破壞程序指針PC，PC一旦失控，使程序“亂飛”，可能進入非程序區，造成系統運行的一系列錯誤。設置軟件陷阱，可防止程序“亂飛”。

4.3 軟件狗

軟件狗的設置是為了防止程序執行時進入死循環，在程序設置中，可在高級中斷中設置計數器來監視主程序和低級中斷的執行，系統主程序將計數器復位，如系統或低級中斷出現死循環計數器計數達限值時，則啟動復位電路。

4.4 功能模塊之間的相互監視

主控裝置定時向各功能插件發送詢問命令，如功能插件正常工作，應對該詢問進行回答，如果經多次詢問而無應答，則認為該插件工作出錯，轉入相應的處理。同樣，底層的功能模塊也可對主控裝置進行監視。

4.5 軟件防抖

開入量是系統運行的狀態的重要反映量，但是在判斷時經常受到抖動的干擾，造成誤判，實現開入量的防抖具有重要的意義。抖動的原因主要由以下的兩個方面:

①二次設備本身在運行過程中造成的遙信誤動或抖動，如斷路器輔助觸點的機械傳動部分出現間隙、觸點不對或接觸不良，觸點表面氧化等使之接觸不良，引起短時抖動;二次回路中信號繼電器因性能不穩，出現電顫、觸點接觸不良等造成的遙信誤動或抖動。

②從輔助接點到系統裝置的線路在傳輸時受到靜電或工頻干擾，產生抖動;在本系統中主要采用軟件防抖，對同一狀態多次采樣（一般3-4次），間隔時間10-20ms，然后判斷每次采樣值是否相同，如相同則采樣正確。通過此方法可有效的避免抖動造成的影響。

5 結束語

隨著電力市場對變電站功能和可靠性要求的提高，這種情況函需改變。把現在仍然分隔的保護、監視、控制、通信和量測等裝置（系統）以合適的形式進行集成，由少量的多功能集成數字裝置組成變電站自動化系統，減少組成變電站元件的數量，提高元件質量，使變電站緊湊化，做到占用空間小，壽命周期成本小、環境友好是變電站自動化技術的發展趨勢。

［1］黃益莊.變電站綜合自動化技術[M].中國電力出版社，2000.

［2］紀建偉.電力系統分析[M].北京:中國水利水電出版社，2002.