“三選二”冗余提高自動化系統的容錯能力的研究

鄭威

【摘要】自動化系統常使用輔助觸點指示遙信點狀態從而判定設備的運行狀態，為保證其及時可靠的反映開關的實際運行狀態和可靠性，許多人試圖采用“雙點遙信”增加開關量來反映，然而其作用恰好減小了狀態點的準確度。本文提出了采用“三選二”冗余測量點提高自動化系統開關量和模擬量的容錯能力，從而真實準確反映測量值。

關鍵字：容錯能力、遙信、三選二、冗余。

0引言

開關狀態是反映配電網運行方式的重要信息，必須保證其及時可靠地反映開關量的實際狀態。自動系統中多用干簧片、輔助觸點等遙信點反映設備的運行狀態，部分遙信點可能參與設備互鎖和聯鎖運行。在實際運行中，戶外遙信點難免出現氧化、干擾、機械失靈等現象，易造成數據失真，不能可靠準確地反映開關的實際運行狀態。為了提高開關狀態信息的可靠性，許多人主張采用“雙點遙信”代替傳統一套輔助觸點反映開關狀態的解決方案，但這種方法卻適得其反，反而增加了開關狀態的不確定性。

1“雙點遙信”原則

假設單點輔助觸點能正確反映開關狀態的概率P1=90%，那么只有雙點輔助觸點同時正確才能準確反映開關的狀態，因此其概率P2=P1×P1=81%。試想，如果兩套輔助接點反映的狀態點不相同，其中一套輔助觸點反映開關處于合閘狀態，另一套輔助觸點則反映分閘狀態，那么究竟應該以那一套為主呢？可見“雙點遙信”比單點輔助觸點正確反映開關狀態的概率低。

2 “三選二”原則

使用3個輔助觸點分別反映開關的狀態并采用“三選二”的策略，即當3個輔助觸點中其中由2個或2個以上狀態相同時，則將此狀態作為開關的遙信狀態。

采集A、B、C 3個輔助觸點并采用“三取二”策略，各種情況概念如表2-1所示，其中“0”表示出錯，“1”表示正確。

可見，采取采集A、B、C 3個輔助觸點并采用“三取二”策略，能正確反映開關狀態的概率為P=100%-0.1%-0.9%-0.9%-0.9%=97.20%。

3 “三選二”原則在開關量的研究

大中型變壓器在頂蓋裝設壓力開關，當變壓器箱體壓力達到設定值時，可以發出跳閘或者報警信號，其屬于變壓器的重點檢測開關量。現以變壓器壓力開關量為例，壓力開關由壓力傳感器和變送電路組成，經控制系統判斷處理實現對介質壓力控制信號的數字量輸出，即無源接點的分位和合位。

設在變壓器壓力檢測點分別設置3個壓力開關C1、C2、C3（也可集成在一個壓力開關，分別有3個常開觸點和3個常閉觸點），其3個壓力開關的數字量輸出采用“三選二”原則作為此處壓力開關量或保護的的判定條件，其接線圖如圖3-1所示。

根據圖3-1所示，當C1、C2合位，C3開位，則支路1通;當C2、C3合位，C1開位，則支路2通;當C1、C3合位，C2開位，則支路3通;當C1、C2、C3合位，，則支路1、2、3通;均能正確反映開關實際狀態，容錯能力也得到了很大的提高。

4 “三選二”原則在模擬量數據采集的研究

現以變壓器溫度模擬量為例，PT100鉑熱電阻經溫度變送器和數顯表指示模擬量的輸出，變壓器上層油溫設置3支PT100鉑熱電阻，設模擬量顯示分別為t1、t2、t3，偏差率為k，則變壓器實際油溫t按照“三選二”原則算法如下圖所示：

根據圖4-1所示，變壓器上層油溫通過熱電阻、溫度變送器和數顯表讀取t1、t2、t3，按照冒泡算法依次從大到小排序即：t1’、t2’、t3’，選擇最大值t1’作為參考值，分別計算t2’、t3的偏差率k2、k3。若k2<k且k3<k，則t=（t1’+t2’+t3’）/3;若k2>k且k3>k，則t=（t2’+t3’）/2;若k2<k且k3>k，則t=（t2’+t1’）/2;若k2>k且k3<k，則t=（t1’+t3’）/2?？梢?，通過“三選二”原則，采集的模擬量數據更佳準確且逼近準確值。

五、結論

采用“三選二”原則大大提高了遙信點可靠地反映開關的實際狀態，在遙測點準確的測量上也具有一定的指導意義?！叭x二”原則雖然提高了系統的容錯能力，但是投資成本增加較大，組態方式和邏輯算法也隨之復雜，因此在重要參數進行多重化采集和存儲上，具有一定的參考價值。

參考文獻：

【1】劉健等著.《簡單配電網》.中國電力出版社.2017.8 p37-38.

【2】周榮.《容錯技術研究》. 商情.2008.5 p21-p22.

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