綜合交通樞紐電力監(jiān)控系統(tǒng)干擾分析與解決方案

白 杰

(深圳市地鐵集團(tuán)有限公司，廣東深圳 518026)

深圳北站綜合交通樞紐是廣深港客運(yùn)專線和廈深鐵路的重要樞紐站，位于深圳市寶安區(qū)龍華西南部，是深圳“兩主三輔”鐵路客運(yùn)格局中最主要的客運(yùn)站，也是深圳最大型的綜合客運(yùn)交通樞紐。北站樞紐東廣場(chǎng)共設(shè)置1座10 kV開(kāi)閉所，6座10/0.4 kV變配電所。西廣場(chǎng)共設(shè)置1座10 kV開(kāi)閉所，5座10/0.4 kV變配電所。新區(qū)大道改造工程共設(shè)置1座10 kV開(kāi)閉所，2座10/0.4 kV變配電所。樞紐范圍內(nèi)的變配電所均實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守，這就對(duì)電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的可靠性提出了較高要求，而電力監(jiān)控系統(tǒng)的抗干擾能力是關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。電力監(jiān)控系統(tǒng)中所使用的各種類型控制設(shè)備，大多處在強(qiáng)電電路和強(qiáng)電設(shè)備所形成的惡劣電磁環(huán)境中。因此，解決電力監(jiān)控系統(tǒng)的干擾問(wèn)題就成了一個(gè)不可回避和不容忽視的重要問(wèn)題。

1 故障現(xiàn)象

北站樞紐變配電所的電力監(jiān)控系統(tǒng)在調(diào)試階段，發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通訊延時(shí)較大，反映在監(jiān)控畫(huà)面上，就是監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)長(zhǎng)時(shí)間不能刷新，監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性較差。起初以為是個(gè)別變配電所監(jiān)控工作站配置存在問(wèn)題，但在后續(xù)調(diào)試過(guò)程中又發(fā)現(xiàn)多個(gè)變配電所內(nèi)監(jiān)控工作站通訊網(wǎng)絡(luò)都不同程度的存在時(shí)斷時(shí)續(xù)，監(jiān)控界面數(shù)據(jù)刷新異常緩慢，數(shù)據(jù)刷新的間隔有時(shí)長(zhǎng)達(dá)十幾分鐘;而有時(shí)在遙信、遙測(cè)過(guò)程中又是正常的，察覺(jué)不到有明顯的延時(shí)，并且這種現(xiàn)象反反復(fù)復(fù)。為此，調(diào)試人員對(duì)整個(gè)系統(tǒng)從硬件配置、物理接口著手，利用專業(yè)工具逐一檢查，最終發(fā)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)中的大部分工作站和通信服務(wù)器，在數(shù)據(jù)傳輸交互過(guò)程中存在明顯的數(shù)據(jù)丟包及通訊不暢現(xiàn)象，并且網(wǎng)絡(luò)延遲時(shí)間也比較長(zhǎng)。在部分變配電所調(diào)試時(shí)還發(fā)現(xiàn)了某些斷路器、隔離開(kāi)關(guān)有誤動(dòng)作，及分、合閘位置判斷錯(cuò)誤等現(xiàn)象。后經(jīng)進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)某些斷路器、隔離開(kāi)關(guān)的輔助觸點(diǎn)有不規(guī)則的抖動(dòng)，這些輔助觸點(diǎn)則是通過(guò)長(zhǎng)引線到開(kāi)關(guān)量輸入電路，開(kāi)關(guān)量的輸出通道是由控制系統(tǒng)輸出至斷路器的分、合閘出口電路。基于以上這種現(xiàn)象的分析及檢查結(jié)果的判斷，北站樞紐變配電所的電力監(jiān)控系統(tǒng)存在干擾，嚴(yán)重影響了監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性。下面就針對(duì)存在干擾的問(wèn)題，具體分析。

2 干擾原因分析

從故障現(xiàn)象可以發(fā)現(xiàn)，電力監(jiān)控系統(tǒng)干擾來(lái)源于外部和內(nèi)部?jī)蓚€(gè)方面。外部干擾與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)，是由使用條件和外部環(huán)境因素所造成的干擾，主要由其他物體和設(shè)備輻射電磁波所產(chǎn)生的強(qiáng)電場(chǎng)和強(qiáng)磁場(chǎng)，如供電電壓的波動(dòng)等。供電電壓的瞬時(shí)變動(dòng)會(huì)產(chǎn)生掉電過(guò)電壓、電流沖擊和高頻振蕩等干擾。這些干擾都能通過(guò)配電線路傳到監(jiān)控系統(tǒng)的供電電源，影響系統(tǒng)設(shè)備的正常工作。

內(nèi)部干擾則由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝等造成的干擾，主要有信號(hào)線纜傳輸造成的電磁波的反射、多點(diǎn)接地造成的電位差擾動(dòng)，尖峰信號(hào)引起的干擾。

2.1 信號(hào)線纜引發(fā)的干擾

與電力監(jiān)控系統(tǒng)連接的各類信號(hào)(信號(hào)線和控制指令線)線，除了傳輸有效的各類信息之外，總會(huì)有外部干擾信號(hào)侵入。此干擾主要有兩種途徑:1)通過(guò)變送器供電電源或共用信號(hào)儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾;2)信號(hào)線受空間電磁輻射感應(yīng)的干擾，即信號(hào)線上的外部感應(yīng)干擾，這是很嚴(yán)重的。由信號(hào)引入干擾會(huì)引起I/O信號(hào)工作異常和測(cè)量精度大大降低，嚴(yán)重時(shí)將引起元器件損傷。對(duì)于隔離性能差的系統(tǒng)，還將導(dǎo)致信號(hào)間互相干擾，引起共地系統(tǒng)總線回流，造成邏輯數(shù)據(jù)變化、誤動(dòng)和死機(jī)。所以檢測(cè)端信號(hào)必須加設(shè)隔離裝置。

2.2 接地錯(cuò)誤引發(fā)的干擾

接地是提高電子設(shè)備電磁兼容性(EMC)的有效手段之一。正確的接地，既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾;而錯(cuò)誤的接地，反而會(huì)引入嚴(yán)重的干擾信號(hào)，使系統(tǒng)無(wú)法正常工作。控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護(hù)地等。接地系統(tǒng)混亂對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的干擾主要是各個(gè)接地點(diǎn)電位分布不均，不同接地點(diǎn)間存在地電位差，引起環(huán)路電流，影響系統(tǒng)正常工作。例如電纜屏蔽層必須一點(diǎn)接地，如果電纜屏蔽層兩端A，B都接地，就存在地電位差，有電流流過(guò)屏蔽層，當(dāng)發(fā)生異常狀態(tài)如雷擊時(shí)，地線電流將更大。

其次，屏蔽層、接地線和大地有可能構(gòu)成閉合環(huán)路，在變化磁場(chǎng)的作用下，屏蔽層內(nèi)有會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電流，通過(guò)屏蔽層與芯線之間的耦合，干擾信號(hào)回路。若監(jiān)控系統(tǒng)接地與其他接地混接，所產(chǎn)生的接地環(huán)流就可能在地線上產(chǎn)生不等電位分布，將導(dǎo)致監(jiān)控系統(tǒng)測(cè)量精度下降，引起對(duì)信號(hào)測(cè)控的嚴(yán)重失真和誤動(dòng)作。

3 抑制干擾的措施

電力監(jiān)控系統(tǒng)干擾問(wèn)題，可以通過(guò)外引線進(jìn)行屏蔽以防空間輻射電磁干擾，同時(shí)對(duì)外引線進(jìn)行加裝隔離裝置。特別是動(dòng)力電纜，選用合理的線路布局，分層布置，切斷各種電磁耦合的途徑。再就是正確選取接地點(diǎn)和接地裝置，完善接地系統(tǒng)。針對(duì)北站樞紐項(xiàng)目存在的故障，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，采取以下幾個(gè)措施來(lái)解決。

3.1 使各類傳感器與通訊服務(wù)器連接電纜兩端接地

具體方法為:在把傳感器的輸入線接到繼電器之前，扒開(kāi)并剪去約10 mm長(zhǎng)的絕緣皮，露出銅屏蔽層，并將露出的屏蔽層擰緊，就近固定在開(kāi)關(guān)柜的接地端子排。這樣就構(gòu)成了等電位面，而且由于傳感器端接地與通訊服務(wù)器端(已接地)，實(shí)際組成了兩端接地，能夠有效的屏蔽干擾信號(hào)。屏蔽接地原理如圖1所示。

圖1 屏蔽接地原理

其次，再增加一條長(zhǎng)約200mm，寬10mm的編織軟銅帶，從通訊服務(wù)器的機(jī)箱外殼接到電力監(jiān)控屏的柜壁。通過(guò)集膚效應(yīng)可知，電流或信號(hào)只會(huì)沿著銅導(dǎo)體表面?zhèn)鞑ィ?0mm的寬編織軟銅帶有400mm的傳導(dǎo)長(zhǎng)度，能使機(jī)殼更有效的接地，消除干擾信號(hào)。

3.2 降低電壓互感器和電流互感器接地電阻

變配電所的監(jiān)控系統(tǒng)、保護(hù)裝置所采集的模擬量，大多都來(lái)自一次系統(tǒng)的電壓互感器和電流互感器，它們均處于強(qiáng)電回路中，不能直接輸入監(jiān)控系統(tǒng)，必須經(jīng)過(guò)設(shè)置在監(jiān)控系統(tǒng)各種交流回路中的隔離變壓器(俗稱TA和TV)隔離，這些隔離變壓器一次、二次中間的隔離層要安全接地，并盡可能降低電流互感器，電壓互感器的接地電阻，這樣可以降低因高頻電流注入時(shí)產(chǎn)生的電壓差，構(gòu)成一個(gè)具有低阻抗的接地網(wǎng)，從而有效降低對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的干擾。具體方法為:使用導(dǎo)流能力較好的寬編織軟銅帶，牢靠連接TA和TV的外殼，再用接地電阻儀測(cè)試，并調(diào)整軟銅帶連接的松緊程度，直到測(cè)試數(shù)據(jù)較低時(shí)為止。

3.3 選用帶屏蔽的雙絞線，并與電力電纜分層敷設(shè)

電力監(jiān)控系統(tǒng)的信號(hào)電纜主要是雙絞線，樞紐的各變配電所之前均使用的是非屏蔽雙絞線(UTP)，都或多或少存在時(shí)延較大現(xiàn)象。為此將非屏蔽雙絞線更換為屏蔽雙絞線(STP)，并將靠近測(cè)量裝置端的屏蔽信號(hào)線的屏蔽層接地，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，數(shù)據(jù)通訊的時(shí)延類比其他項(xiàng)目均正常。其次，又將從各個(gè)測(cè)量裝置引出，到連接至通訊服務(wù)器的雙絞線，全部進(jìn)行捆扎并固定，與電力電纜分層敷設(shè)，以減少電磁干擾。

3.4 軟件上采取的措施

一旦干擾突破了由硬件組成的防線，可由軟件來(lái)進(jìn)行糾正，如將保護(hù)測(cè)量裝置設(shè)定接收到時(shí)間在50ms以內(nèi)的信號(hào)為干擾信號(hào)，不予理會(huì);還可以對(duì)每個(gè)測(cè)量信號(hào)設(shè)置兩個(gè)通道，只在兩個(gè)通道讀數(shù)一致時(shí)才可信，否則取用以后的數(shù)據(jù)，相當(dāng)于讓保護(hù)帶延時(shí)以躲過(guò)干擾。其次，可以將電力監(jiān)控系統(tǒng)的跳閘程序進(jìn)行閉鎖。在保護(hù)裝置中可設(shè)定標(biāo)志字的狀態(tài)，當(dāng)接收到上位機(jī)的跳閘命令，保護(hù)裝置核驗(yàn)標(biāo)志字的狀態(tài)，若正確，則執(zhí)行跳閘命令，否則便重新初始化。跳閘閉鎖程序原理如圖2所示。

圖2 跳閘閉鎖程序原理

4 結(jié)語(yǔ)

深圳北站樞紐變配電所電力監(jiān)控系統(tǒng)中存在干擾因素是多方面的，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際分析，采取了有效接地、合理屏蔽等綜合防護(hù)的措施，顯著降低了干擾的影響，目前各變配電所電力監(jiān)控系統(tǒng)均取得了較好的監(jiān)控效率。

［1］ 朱松林.變電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)及其應(yīng)用［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2008.

［2］ 丁書(shū)文.變電站綜合自動(dòng)化原理及應(yīng)用［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2010.

［3］ 江智偉.變電站自動(dòng)化及其新技術(shù)［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2009.