變電站CAN總線抗干擾問題的分析與解決

【摘 要】本文選擇故障率較高的CAN現場總線通信系統進行抗干擾研究，提高綜合自動化系統通信抗干擾能力，從CAN總線基本性能、光纖通信基本性能及地區變電站CAN總線通信故障情況綜合考慮，分析七方面干擾原因，確認主要原因，針對故障率較高的變電站內CAN總線通信網絡布線進行改造及接地網改造，使干擾降到最低。

【關鍵詞】干擾原因；抗干擾；對策；通信網改造

0.引言

變電站綜合自動化系統內部各個子系統都為低電平的弱電系統，工作環境是電磁干擾嚴重的強電場所，易受電磁干擾而不能正常工作。通過各廠家多年的努力，綜合自動化系統中通過強弱電隔離，就單個設備而言其抗干擾能力已能滿足要求。但作為它們之間聯系的通信系統因干擾經常造成通信錯誤、設備損壞，嚴重時造成整個變電站通信中斷，嚴重影響電力系統的安全可靠運行。

由于人們對此重視不夠，現場網絡布線不合理，設計和施工方案不完善，管理和維護人員水平達不到要求，為干擾埋下隱患。本文一是為了解決現場實際問題，提高變電站通信網絡的可靠性，二是培養管理和維護人員，提高通信系統的運行維護能力。

1.實施背景現狀調查

1.1 CAN總線的基本性能

在變電站綜合自動化系統電力監控系統中，現場總線是變電所綜合自動化的流通動脈。由于現場總線靠近生產過程，面對的是苛刻的和特殊的環境條件，現場總線應經受得住這樣的環境并且能承受高的電磁干擾的影響。

CAN 現場總線作為一種面向底層控制通信網絡，傳統CAN總線有如下局限性：

（1）現場情況復雜，以電纜為傳輸介質，通信可靠性不高，收到各種電磁干擾的影響。

（2）CAN 的直接通信距離最遠達10km（對應通信速率在5kbps 以下），傳輸距離短，長距離傳輸易發生錯誤。

（3）通信發生的故障時，一般故障較為嚴重，甚至導致整個通信網絡癱瘓。

（4）節點與節點之間通訊通過數字模式，故對現場維護人員維護要求較高。

（5）雷擊損率較高，沿海地區通信出錯頻繁。

1.2光纖通信基本性能

光纖傳輸方式應用在監控領域里主要是為了解決兩個問題：一是傳輸距離，一是環境電磁干擾。由于光纖具有傳輸帶寬大、不受電磁干擾影響等諸多優點，因此在一些強干擾的場所，也常采用光纖傳輸方式。光纖可以傳送監控系統中需要的所有信號，傳輸距離可以達到上百公里。

唯一的缺點是接入設備（光端機）價格高昂，線纜端接專業性太強，后期維護費用較高。

1.3沿海區域CAN總線通信故障情況

在10kV及以下電壓等級中，保護及監測裝置等二次設備，都采用了就近安裝于高壓開關柜上的分散布置方式，優點突出。然而，由于微機裝置靠近高壓母線，如果變電站接地安裝過程中的屏蔽接地處理得不好，很容易使保護裝置的安全運行、通信安全正確性受到電磁干擾的威脅。

目前，電力系統CAN總線通信系統的電磁干擾源有外部干擾和內部干擾兩個方面。電磁干擾的主要危害：

（1）降低數據采集的可靠性。

（2）程序運行失常。

（3）數據出錯。

（4）降低控制的靈敏性。

當變電站遭雷擊或受到高壓設備操作過電壓的影響時，現場經常出現多套保護裝置的元器件同時遭受損壞、保護裝置在運行中經常出現“亂碼”或“通信中斷”等異常現象，造成了變電站綜合自動化系統不能正常運行。

2.主要原因分析

針對主要因素確定CAN總線通信故障的原因有如下幾方面：

可能原因之一：雷電產生的磁場和脈沖電場的干擾。

可能原因之二：變電站高壓設備倒閘操作所產生的脈沖干擾。現今的倒閘操作越來越標準規范，而且滅弧性能均已經日益完善，此類故障發生少。

可能原因之三：施工調試方法不當及接地方法不正確等操作問題。由于操作方法不當引起的干擾現象，使得變電站通信計算機程序出錯或者丟失數據。

可能原因之四：工頻干擾。

可能原因之五：靜電放電。

可能原因之六：系統接地網存在缺陷。由于接地網的缺陷而導致的設備損壞事件時有發生。

可能原因之七：裝置內部缺陷。

3.針對CAN總線變電站進行抗干擾對策實施

針對要因分析，查找此類型機構相關資料，咨詢有關技術人員意見，聯系實際工作情況，完成相應要因所對應的抗干擾問題進行了解決：

3.1加裝CAN至光纖轉換器，采用光纖通信，進行通信網改造

安裝光纖轉換器，將光信號透明的轉換成CAN-bus/RS-232信號，實現一路 CAN-bus/RS-232 信號在光纖上的透明傳輸。利用光纖傳送數據，不僅可以延長傳輸距離，而且還具有隔離保護、數據保密性好、工作穩定、易于維護等諸多優點，最主要的是徹底解決了由于不同節點之間地電位不同所引起的設備燒毀，以及強電磁感應、高電壓引起的干擾，可安全工作在要求防爆的環境中。

3.2 CAN總線通信變電站實施通信總線分段改造

CAN 的直接通信距離最遠達10km（對應通信速率在5kbps 以下），傳輸距離短，長距離傳輸易發生錯誤，在通信系統改造方面，利用變電站綜合自動化系統中原有的各個間隔設備和上位機設備所擁有的接口，通過分段CANBUS實現將原來變電站中各個保護設備分別分段短距離與CANBUS 互連，使得網絡中的各個node 接點都能夠以主機的形式向網絡中發送數據和命令，同時使得網絡中的接點數通信距離變短，最重要是具有高可靠性。

圖-2 接地網改造示意圖

針對干擾類故障較為嚴重的變電站實施通信網分段改造，實現通信傳輸距離縮短，加裝光纖轉換器，在10kV開關室、35kV開關柜兩側的兩臺保護測控裝置CAN總線通信電纜切斷，加裝光纖轉換器。

3.3接地網改造

按《國家電網公司十八項電網重大反事故措施》，使用微機保護的變電站接地電阻應符合不大于0.5Ω的要求。銅網接地是從開關站到主控室沿電纜溝鋪設，并與接地網一點相連，截面積為100mm2 以上的接地銅排所構成。舊站改造時如果沒有銅網接地，必須增加。

對干擾嚴重的變電站進行接地網改造，確保變電所有一個完善的地電網，采取了專用的接地銅網。接地銅網應符合上圖要求。

4.結束語

變電站綜合自動化設備實施上述抗干擾措施，具有較好的實際運行成效，確保了變電站CAN總線通信的安全可靠。另外，解決好自動化設備的抗干擾問題，還需要制造廠家升級試驗和測試裝置，加強其設備抗干擾，試驗分析和硬軟件對策研究，由運行維護部門和廠家聯合起來，進一步完善抗干擾措施。 [科]

【參考文獻】

[1]柴江.變電站綜合自動化設備的抗干擾技術[J].煤礦安全，2006.

[2]余敏，張斌.微機保護裝置的抗干擾[J].湖北電力，2008.

[3]楊雪萍，丁書文.微機監控系統傳輸信道的抗干擾技術[J].自動化儀表，2001.