關(guān)于繼電保護運行的可行性分析探討

申請免費試用、咨詢電話：400-8352-114

摘 要：繼電保護與安全自動裝置是電力系統(tǒng)安全運行的屏障，不誤動、不拒動是保證電網(wǎng)可靠、穩(wěn)定的運行的基礎(chǔ)。近年來，隨著電網(wǎng)的快速發(fā)展，及各種型號微機繼電保護與安全自動裝置相繼投入運行，對微機繼電保護的可靠運行提出了更高的要求。 

　　關(guān)鍵詞：微機保護可靠性措施  　　引言  　　近年來．由于電網(wǎng)快速發(fā)展，電網(wǎng)供電可靠、穩(wěn)定的運行成為我局安全工作的首要任務(wù)。供電可靠性是對繼電保護裝置的基本要求之一。它包括兩個方面不誤動和不拒動?？煽啃院秃芏嘁蛩赜嘘P(guān)，如保護的原理、工藝和運行維護水平等。這里著重討論由于應(yīng)用做型計算機而帶來的兩個問題:一是微機保護的抗干擾問題，二是裝置內(nèi)部元件出現(xiàn)損壞時的對策。繼電保護裝置工作環(huán)境中的干擾是嚴(yán)重的，這些干擾的特點是頻率高、幅度大，因而可以順利通過各種分布電容的耦合；另一方面這些干擾持續(xù)時間短，所以．提高微機保護裝置可靠性的重點在抗干擾上。  　　1 干擾來源和竄入微機弱電系統(tǒng)的途徑  　　干擾產(chǎn)生于干擾源。有的干擾來自外部，有的干擾來自內(nèi)部。外部干擾主要有其它物體和設(shè)備電磁波產(chǎn)生的強電場或強磁場以及來自電源的工頻干擾等等；內(nèi)部干擾主要有雜散電感和電容的結(jié)合引起的不同信號感應(yīng)、長線(對高頻信號而言)傳輸造成電磁波的反射、多點接地造成的電位差干擾等等?？傊?，由于干擾源多種多樣，應(yīng)有針對性地采用不同方法來克服。一般干擾形式有兩種，即橫(差)模干擾和共模干擾  　　1.1 差模干擾，是串聯(lián)于信號源之中的干擾，即串聯(lián)干擾，其發(fā)生在線路各導(dǎo)線之間的干擾也即每兩相之間的干擾，產(chǎn)生的途徑有：一是通過長線之間的互感侵入；二是通過相一相之間的耦合電容；三是因傳播的路徑與有用信號相同。  　　1.2 共模干擾，共模干擾是引起回路對地電位發(fā)生變化的于擾，即對地干擾，發(fā)生于電路中某點導(dǎo)線對地或?qū)ν鈿さ母蓴_，消除共模干擾的方法主要有：浮空隔離技術(shù)；雙層屏蔽技術(shù)；系統(tǒng)一點接地；低阻匹配傳輸、電流傳輸代替電壓傳輸；采用隔離變壓器；采用光電耦合芯片。  　　1.3 差模干擾與共模干擾對有效信號的影響示意圖，如圖1所示，其中(a)為差模干擾迭加在一直流信號上的波形，圖(b)為共模干擾改變了地電位后的波形，圖(c)差模干擾和共模干擾同時于擾的迭加波形。  　　  　　  　　為了減小作用在裝置對外引線端子和機殼之間的共模干擾，應(yīng)使微機保護各外接端子同微機弱電系統(tǒng)之間都沒有電的聯(lián)系。表中所示為各種外接端子同微機弱電系統(tǒng)之間的隔離方法。  　　  　　  　　2 干擾對微機保護裝置的影響  　　干擾對模擬電路和數(shù)字部件所造成的后果是不同的。模擬電路在干擾作用下往往使開關(guān)電路誤翻轉(zhuǎn)，在沒有完善閉鎖措施時將會導(dǎo)致誤操作；數(shù)字電路受干擾作用往往導(dǎo)致微機運行故障或功能障礙，引起保護的不正確動作。干擾對微機保護裝置的影響主要表現(xiàn)在以下幾個方面：  　　2.1 計算或邏輯錯誤  　　微機保護中的輸出數(shù)據(jù)、計算中間結(jié)果和控制標(biāo)志字都放在隨機存貯器RAM 中，強干擾引起RAM 數(shù)據(jù)發(fā)生改變是可能的。另外，當(dāng)CPU正在讀(或?qū)?一個數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)線或地址線受干擾發(fā)生改變，就會造成讀(或?qū)?一個壞數(shù)據(jù)或者對一個錯誤的地址讀(或?qū)?。如果這是一個中間結(jié)果或者采樣數(shù)據(jù)，就會造成計算錯誤，如果這是一個標(biāo)志字，就會造成邏輯紊亂，這都有可能引起裝置誤動或拒動。  　　2.2 程序運行出軌  　　這是指由于隨機干擾破壞了程序執(zhí)行的正常順序而造成執(zhí)行卡死的現(xiàn)象。例如，當(dāng)CPU正通過地址總線送出一個地址以便從EPROM 獲取指令操作碼，由于干擾使傳送地址出錯，它將從一個錯誤的地址取得一個錯誤的操作碼。如果這個誤碼CPU 不認(rèn)識，程序運行將發(fā)生中斷；如果這個錯誤碼是可執(zhí)行碼，那么在執(zhí)行了一系列非預(yù)期指令后往往最終碰到一個CPU不認(rèn)識的指令操作碼而停止工作，會造成CPU停止執(zhí)行繼電保護的規(guī)定任務(wù)，再發(fā)生系統(tǒng)故障時，保護將拒動。  　　2.3 元件損壞  　　嚴(yán)重的干擾還可能造成元件損壞。  　　3 抗干擾的措施  　　最重要的抗干擾措施是防止干擾進入微機弱電系統(tǒng)，也就是前面介紹過的各種隔離、屏蔽、合理布局和配線以及減弱電源線傳遞干擾等方法。這些措施是抗干擾的第一道防線。下面的抗干擾措施可以稱作第二道防線。針對不同的出錯情況，可以分別采取以下措施。  　　3.1 對輸入采樣值的抗干擾糾錯  　　保護裝置的模擬輸入量之間存在著某些可以利用的規(guī)律。例如，三相電流和零序電流之間有：  　　ia+ib+ic=3io  　　如果對每相電流以及電流和回路各設(shè)有一個采樣通道，而且四個量都在同一時刻采樣，則對任一次采樣時刻k，都應(yīng)滿足：  　　ia(k)+ib(k)+ic(k)===3io(k)  　　上式提供了一個判別各采樣值是否可信的方便的依據(jù)。只有在滿足公式的前提下才允許這一組采樣值保存并提供給CPU作進一步的處理。否則，微機保護將報警和采取相應(yīng)的措施，不會引起保護誤動。  　　3.2 運算過程的校核糾偏  　　針對CPU在運算過程中可能因強大的干擾而導(dǎo)致運算出錯的問題，可以將整個運算進行兩次，以核對運算是否有誤。這種校對可以有兩種方法。一是在運算結(jié)束后，由程序安排使CPU先把運算結(jié)果暫存起來，再利用同樣的原始數(shù)據(jù)，按同樣的運算式再算一遍，并同前一次計算結(jié)果比較，兩次的計算結(jié)果應(yīng)當(dāng)完全一樣。這種核對可以很有效的查出因干擾而造成的運算出錯。如果兩次結(jié)果不一樣，則再算，三取二表決，或直到兩次結(jié)果一樣。二是連續(xù)的兩次計算不利用完全相同的原始數(shù)據(jù)，而當(dāng)?shù)诙斡嬎銜r將算法所依據(jù)的數(shù)據(jù)窗順移一個采樣值。第二種做法不僅可以排除干擾造成的運算出錯，也對原始數(shù)據(jù)進行了把關(guān)。  　　3.3 出口的閉鎖  　　在干擾造成程序出格后，CPU可能執(zhí)行一系列非預(yù)期的指令。如不采取措施，則在此過程中不是沒有可能碰到一條非預(yù)期的指令正好是跳閘指令而使保護誤動作。如圖2所示防止這種誤動作的措施是在設(shè)計出口跳閘回路的硬件時應(yīng)當(dāng)使該回路必須在連續(xù)執(zhí)行幾條指令后才能出口，不允許一條指令就出口。  　　3.4 程序出格的自恢復(fù)(看門狗)  　　萬一在強大的干擾下造成了微機保護程序出格，除在出口加裝閉鎖措施防止保護誤動外，還希望能迅速發(fā)現(xiàn)程序出格，并能自動地使其重新恢復(fù)正常，以免被保護對象發(fā)生故障時保護拒動。但此時任何軟件措施都無濟于事，因CPU 己不再按預(yù)定的程序工作，因此必須用專用的硬件電路來檢測程序出格，并實現(xiàn)自動恢復(fù)正常。有些單片機自身帶有所謂的“看門狗”即監(jiān)視定時器。  　　注：文章中涉及的公式和圖表請用PDF格式打開  　　  　　4 自動檢測技術(shù)  　　提高微機保護可靠性的另一重要因素是研究裝置內(nèi)部有元件損壞時的后果及對策。微機保護的自動檢測技術(shù)可以使任何元件(指微機部分的元件)損壞都會在正常運行時表現(xiàn)出來。下面按損壞元件的種類分別討論自動檢測的方法。  　　4.1 RAM  　　對裝置RAM 區(qū)的每一個地址，可以循環(huán)地按圖3進行檢測。通過對該RAM 地址寫入全“0”OOH(H表示16進制)和全“1”FFH檢測是否良好．對于某些存放重要標(biāo)志字的RAM 地址的檢測不允許被中斷，必須在最高優(yōu)先權(quán)級的中斷服務(wù)程序中進行。  　　4.2 EPROM (EEPROM )  　　為了檢測固化在EPROM 中的數(shù)碼(程序的指令或數(shù)據(jù))是否改變，一種最簡單的也是常用的方法是累加和自檢，即求和自檢。目前的運行實踐證明，這種循環(huán)冗余碼(CRC)方法對EPROM 內(nèi)容有變化時檢出率高。但缺點是執(zhí)行速度慢，自檢需花費很長的時間。  　　4.3 開關(guān)量輸入通道  　　為防止拒動，對于重要的開關(guān)量輸入通道可以采用雙重化，即一個外部接點經(jīng)過兩個開關(guān)量輸入通道輸入，兩路構(gòu)成“或”的關(guān)系；為防止誤動，可以在采取了雙重化外再增加一個其他的閉鎖條件。不然雙重化的兩路中如只有一路動作時就無法區(qū)別是  　　4.4 開關(guān)量輸出回路  　　它是利用繼電器接點的吸合時間遠(yuǎn)大于電路的翻轉(zhuǎn)時間即反應(yīng)時間而實現(xiàn)其功能的。其優(yōu)點：一是無需退出保護 回路；二是可檢測出除繼電器外回路中的任何元件的狀況，這點是常規(guī)保護所做不到的；三是多路開出量可共用一個自檢回路。缺點是自檢過程中不能中斷，在檢測過程中繼電器可能誤吸合，把它放在優(yōu)先級最高的中斷服務(wù)程序中，這就大大提高了微機保護的可靠性。  　　5 結(jié)束語  　　目前，我局運行的保護裝置種類繁多，性能各異。用于高壓電網(wǎng)的主保護和后備保護，又有用于配網(wǎng)的綜合自動化測控裝置，這使微機保護的應(yīng)用更加深入廣泛，同時又對微機繼電保護運行可靠性提出了更高的要求。