遙信信號誤報的分析與處理

曹 艷

（榆林供電局調度通信中心，陜西 榆林 719000）

遙信是電網調度自動化系統(tǒng)的一項基本功能，遙信信息量約占自動化系統(tǒng)信息采集量的 70%以上[1]。遙信信息主要由變電站設備的模擬量和開關量的所有現場信息，直接反應電網運行狀態(tài)以及變電站等相關設備的運行狀態(tài)信息。遙信信號的誤報如檢修試拉合開關，繼電器的動作的抖動等不進會覆蓋有用的信息，干擾整個調度自動化系統(tǒng)的正常運行,還嚴重影響事故報警和對電網故障的判斷及對電網事故的正確處理。因此對于減少遙信信息的誤報、漏報，加強遙信信息傳輸的可靠性對于電網的穩(wěn)定運行和故障分析具有重要意義[2-3]。

本文首先介紹了遙信信號誤報的類型，并對幾種主要的遙信誤報的原因做了主要分析，接受了觸點抖動和接觸不良、強電磁干擾和傳輸通道造成遙信誤報的原理。在此基礎上，提出了防止和減少遙信誤報的應對措施。

1 遙信信號誤報原因分析

遙信信號由狀態(tài)量和數字量組成[4]。狀態(tài)量信號主要包括隔離開關的狀態(tài)，繼電保護動作信號、運行告帶信號、主變分接頭的位置和斷路器等；數字量信號主要包括變電站內由計算機構成的有關保護或自動裝置的信息。

由于遙信量大多來源與開關的輔助節(jié)點，同時加上在遙信量的采集過程的開關等元件造成的信號抖動和傳輸過程的電磁干擾和傳輸通道問題等影響，遙信信息的誤報現象時有發(fā)生。表1給出了某地區(qū)的遙信誤發(fā)事故原因的統(tǒng)計表。

表1 遙信誤發(fā)事故原因統(tǒng)計表

由表1所示的遙信誤發(fā)事故原因統(tǒng)計表可知，引起遙信事故的原因是多方面的，主要有觸點抖動、觸點接觸不良，強電磁干擾以及其他等原因，其中最主要是因為出點抖動和強電磁干擾。

1.1 觸點抖動

開關位置的遙信信號一般都是來自其輔助節(jié)點，由于開關長時間的動作引起輔助節(jié)點的物理動作部分出現裂痕和間隙，同時由于開關的開斷與閉合的過程中的震動，引起輔助節(jié)點不對位或者物理接觸不緊密，加上開關元件沒有采用防抖動措施，開關元件動作是輔助接點的遙信信號誤動或者據動；其二，由于觸點受運行環(huán)境的原因，輔助節(jié)點變化氧化或者污垢等原因引起輔助節(jié)點的接觸過程中時斷時續(xù)，引起遙信信息量在短時間內不停的抖動；此外，由于信號繼電器的直流電源出現波動，引起信號繼電器二次回路的遙信信號發(fā)生誤動或者抖動[5-6]。

圖 1給出了觸點抖動引起遙信信號誤報的原理。當輔助觸點聯系動作時，觸點之間的采集遙信會存在一個抖動的暫態(tài)過程，通過光隔離之后的波形就會才生一個反映觸點抖動的的暫態(tài)過程的波形，采集元件就會將抖動的采集信號傳輸到調度自動化系統(tǒng)，造成遙信信號的不停的抖動，引起遙信的誤報，如圖1所示。

圖1 觸點抖動引起的遙信誤報原理圖

1.2 強電磁干擾

遙信信號的采集回路的工作電壓一般是直流24V，電壓不夠，采集到的遙信信號屬于弱點信號。而采集回路處于變電站內部的高電壓環(huán)境中，由麥克斯韋理論可知，變化的交流電場產生變化的磁場，變化的磁場有產生電場，其變電站周圍有很強的電磁波干擾，其對弱點信號影響較大，因此造成了遙信信號的誤報[7-8]。

圖 2給出了電磁干擾引起遙信信號誤報的原理。由于遙信采集回路的終端設備使用直流24V電源作為工作電源，當繼電器處于斷開時，光耦的輸入端懸空，由于變電站的強電磁波的干擾，才生電壓超過24V的電壓使光耦導通造成遙信誤報，強磁場干擾引起的遙信信號誤報的過程如圖2所示。

圖2 強電磁廠干擾引起遙信誤報原理圖

此外變電站現場斷路器、隔離開關的輔助觸點處于惡劣的電磁干擾環(huán)境中, 這些輔助觸點通過長引線連接到開關量輸入電路, 必然會帶來干擾信息,從而使斷路器或隔離開關的輔助觸點產生抖動, 造成分/合閘位置判別的錯誤。

1.3 傳輸通道的影響[9]

遙信號需要經過溝道鋪設的電纜線路傳輸，因此容易造成外部環(huán)境通道的干擾。此外，變電站的信息和數據是按照對應遠動規(guī)約編成16進制碼源，經過數據打包，經過遠動通道，傳到調度主站，解碼后變成調度自動化系統(tǒng)需要的數據和信息。如果通信通道的誤碼率很高而使遙信變位，進而造成信號無法傳輸到調度主站，引起遙信誤報，所以通道的好壞對調度自動化系統(tǒng)具有重要作用。

2 遙信信號誤報解決措施

2.1 雙觸點采集

為了解決遙信誤報的發(fā)生幾率，可以通過兩個遙信幸好來綜合判別，及采用雙觸點采集的方式。從開關的輔助裝置上取兩對常開或者常閉接點，或一對常開和一對常閉接點，這兩個遙信信號通過采集裝置采集，直接傳送到主站系統(tǒng)，由調度自動化系統(tǒng)對兩對遙信信號邏輯處理后產生最終的遙信信號。

產生雙觸點的方式雖然能有效的減少遙信誤發(fā)和遙信抖動的概率，但是由于遙信信號采集量增加了一倍，但是增加了現場工作量和調度系統(tǒng)自動化的處理工作量，因此建立在一些主要或者關鍵的觸點位置采用雙觸點的方式。雙觸點的邏輯處理如下所示[10]。

1） 將遙信信號采集裝置同時接入一對繼電器常開、常閉觸點，在RTU端外加數字邏輯芯片電路進行一定的“與”、“非”運算，處理后的信號最為RTU的輸入信號，如圖3所示。

圖3 軟件與非邏輯電路圖

2）將兩個常開觸點串聯，經遙信采集裝置將兩個觸點的信號采集之后，由邏輯數字芯片實現了“與”運算功能，輸出信號作為RTU的輸入信號，如圖4所示。

圖4 軟件與邏輯電路圖

3）將兩個常閉觸點并聯后, 經遙信采集裝置將兩個觸點的信號采集之后，由邏輯數字芯片 “或非”計算，輸出信號作為RTU的輸入信號，如圖5 所示。

圖5 軟件或非邏輯電路圖

采用雙觸點采集保證了只有兩個觸點同時動作，才能發(fā)出遙信信號。而且，對二次回路的改動較小，具有較好的可操作性。

2.2 軟件去抖法

軟件去抖法主要采用電容的充放電過程中，電容兩端的電壓的變化是一個指數函數，電壓不會突變的原理，在主站端用軟件延時方法過濾掉絕大部分誤報信息來消除軟件的抖動。圖6給出了一階電路的電容充放電電路圖。其中Us是恒壓源。Rs是恒壓源內阻，R是放電回路電阻，C是電容。

圖6 電容充放電電路圖

如果切換開關在“1”的位置，則圖6所示的電路為充電狀態(tài)，及恒壓源Us對電容進行充電，則在t≥0時刻，電容C兩端的電壓為

如果切換開關在“0”的位置，則圖6所示的電路為放電狀態(tài)，及電容C和電阻R組成的多回路進行放電，則在t≥0時刻，電容C兩端的電壓為

由式（1）、式（2）可知，電容兩端的充放電電壓與時間T是一個一階指數關系，充放電時間的快慢取決為時間常數1/RsC和1/RC。因此，借助這個原理，在調度自動化系統(tǒng)中增加一個反映電容兩端電壓隨時間變化過程的軟件模塊，遙信狀態(tài)的分與合對應如圖6所示電路的充電與放電狀態(tài)。

下面以一個簡單的算例來說明軟件去抖法實現的具體過程。

首先定義遙信狀態(tài)“合”與“開”的兩個狀態(tài)，設合是電容兩端的電壓為 100，分時電容兩端的電壓為 0。當遙信狀態(tài)為“分”的狀態(tài)時，對應的電容的電壓應該由初始值 100將為 0，當遙信為“合” 狀態(tài)時，對應的電容的電壓應該由初始值0將為 100。在調度自動化系統(tǒng)中定義當遙信狀態(tài)為“分”與“合”時電容兩端電壓滿足如下關系：

遙信狀態(tài)為“分”：電容兩端電壓由100進入小于5，并且小于5的時間不短語T1。

遙信狀態(tài)為“合”：電容兩端電壓由0進入大于95，并且大于95的時間不短語T2。

其中 T1和 T2相當于時間常數中的 1/RsC和1/RC。

假設開關的某個遙信狀態(tài)由“合”到“分”，但是出現了一個抖動的過程，其抖動的過程為合-分-合-分-合-分的抖動過程，在每一個遙信狀態(tài)的過程持續(xù)時間分別為t1，t2，t3，t4和t5。

在第一個抖動狀態(tài)，遙信狀態(tài)由合—分，由于時間t1小于T1，故電容兩端的電壓U不會由100進入小于5的狀態(tài)，設此時的電容電壓設為U1＞5，故遙信狀態(tài)仍然為合。

在第二個抖動狀態(tài)，遙信狀態(tài)分分—合，經過時間t2，電容電壓U1大于95，但是這個電壓的變化過程既不符合分的狀態(tài)也不符合合的狀態(tài)，故遙信狀態(tài)仍然為初始狀態(tài)合。

同理對于第三個狀態(tài)和第四個狀態(tài)，電壓的變化過程既不符合分的狀態(tài)也不符合合的狀態(tài)，故遙信狀態(tài)仍然為初始狀態(tài)合。

在第五個抖動狀態(tài)，遙信狀態(tài)由合—分，由于抖動過程結束，時間t2遠遠大于T1，故電容兩端的電壓U由 100進入小于5的狀態(tài)，故遙信狀態(tài)仍然為分。

經過軟件模塊的處理之后，遙信狀態(tài)不會出現抖動，能較好地消除遙信的抖動。

2.3 工藝進行隔離

針對強電磁干擾，加強工藝進行有點的隔離，選用屏蔽線電纜材料和對絞芯線，利用對絞芯線的雙絞線感應的干擾電壓接近又互相抵消的原理，降低感應耦合的差模干擾。其次，進行合理布線，強電信號和弱點信號分開布線，進行必要的隔離以使信號電纜盡量避開電力電纜，盡量增大兩者之間的距離，減少信號傳輸的中間環(huán)節(jié)。同時改造二次信號回路，確保信號源的可靠傳輸，站內級聯用的通信線路建議采用光纖網絡，提高抗干擾能力[11]。

3 結論

遙信是電網調度自動化系統(tǒng)的一項基本功能，本文簡要的介紹了遙信誤報的種類，并對幾種主要的遙信誤報的原因進行了細致地分析，在此基礎上，提出了遙信誤報的三種改進措施，能有效的解決遙信誤報發(fā)生的概率。

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