遥信信号误报的分析与处理

2012-09-22曹艳

电气技术 2012年3期

曹艳

（榆林供电局调度通信中心，陕西榆林 719000）

遥信是电网调度自动化系统的一项基本功能，遥信信息量约占自动化系统信息采集量的 70%以上[1]。遥信信息主要由变电站设备的模拟量和开关量的所有现场信息，直接反应电网运行状态以及变电站等相关设备的运行状态信息。遥信信号的误报如检修试拉合开关，继电器的动作的抖动等不进会覆盖有用的信息，干扰整个调度自动化系统的正常运行,还严重影响事故报警和对电网故障的判断及对电网事故的正确处理。因此对于减少遥信信息的误报、漏报，加强遥信信息传输的可靠性对于电网的稳定运行和故障分析具有重要意义[2-3]。

本文首先介绍了遥信信号误报的类型，并对几种主要的遥信误报的原因做了主要分析，接受了触点抖动和接触不良、强电磁干扰和传输通道造成遥信误报的原理。在此基础上，提出了防止和减少遥信误报的应对措施。

1 遥信信号误报原因分析

遥信信号由状态量和数字量组成[4]。状态量信号主要包括隔离开关的状态，继电保护动作信号、运行告带信号、主变分接头的位置和断路器等；数字量信号主要包括变电站内由计算机构成的有关保护或自动装置的信息。

由于遥信量大多来源与开关的辅助节点，同时加上在遥信量的采集过程的开关等元件造成的信号抖动和传输过程的电磁干扰和传输通道问题等影响，遥信信息的误报现象时有发生。表1给出了某地区的遥信误发事故原因的统计表。

表1 遥信误发事故原因统计表

由表1所示的遥信误发事故原因统计表可知，引起遥信事故的原因是多方面的，主要有触点抖动、触点接触不良，强电磁干扰以及其他等原因，其中最主要是因为出点抖动和强电磁干扰。

1.1 触点抖动

开关位置的遥信信号一般都是来自其辅助节点，由于开关长时间的动作引起辅助节点的物理动作部分出现裂痕和间隙，同时由于开关的开断与闭合的过程中的震动，引起辅助节点不对位或者物理接触不紧密，加上开关元件没有采用防抖动措施，开关元件动作是辅助接点的遥信信号误动或者据动；其二，由于触点受运行环境的原因，辅助节点变化氧化或者污垢等原因引起辅助节点的接触过程中时断时续，引起遥信信息量在短时间内不停的抖动；此外，由于信号继电器的直流电源出现波动，引起信号继电器二次回路的遥信信号发生误动或者抖动[5-6]。

图 1给出了触点抖动引起遥信信号误报的原理。当辅助触点联系动作时，触点之间的采集遥信会存在一个抖动的暂态过程，通过光隔离之后的波形就会才生一个反映触点抖动的的暂态过程的波形，采集元件就会将抖动的采集信号传输到调度自动化系统，造成遥信信号的不停的抖动，引起遥信的误报，如图1所示。

图1 触点抖动引起的遥信误报原理图

1.2 强电磁干扰

遥信信号的采集回路的工作电压一般是直流24V，电压不够，采集到的遥信信号属于弱点信号。而采集回路处于变电站内部的高电压环境中，由麦克斯韦理论可知，变化的交流电场产生变化的磁场，变化的磁场有产生电场，其变电站周围有很强的电磁波干扰，其对弱点信号影响较大，因此造成了遥信信号的误报[7-8]。

图 2给出了电磁干扰引起遥信信号误报的原理。由于遥信采集回路的终端设备使用直流24V电源作为工作电源，当继电器处于断开时，光耦的输入端悬空，由于变电站的强电磁波的干扰，才生电压超过24V的电压使光耦导通造成遥信误报，强磁场干扰引起的遥信信号误报的过程如图2所示。

图2 强电磁厂干扰引起遥信误报原理图

此外变电站现场断路器、隔离开关的辅助触点处于恶劣的电磁干扰环境中, 这些辅助触点通过长引线连接到开关量输入电路, 必然会带来干扰信息,从而使断路器或隔离开关的辅助触点产生抖动, 造成分/合闸位置判别的错误。

1.3 传输通道的影响[9]

遥信号需要经过沟道铺设的电缆线路传输，因此容易造成外部环境通道的干扰。此外，变电站的信息和数据是按照对应远动规约编成16进制码源，经过数据打包，经过远动通道，传到调度主站，解码后变成调度自动化系统需要的数据和信息。如果通信通道的误码率很高而使遥信变位，进而造成信号无法传输到调度主站，引起遥信误报，所以通道的好坏对调度自动化系统具有重要作用。

2 遥信信号误报解决措施

2.1 双触点采集

为了解决遥信误报的发生几率，可以通过两个遥信幸好来综合判别，及采用双触点采集的方式。从开关的辅助装置上取两对常开或者常闭接点，或一对常开和一对常闭接点，这两个遥信信号通过采集装置采集，直接传送到主站系统，由调度自动化系统对两对遥信信号逻辑处理后产生最终的遥信信号。

产生双触点的方式虽然能有效的减少遥信误发和遥信抖动的概率，但是由于遥信信号采集量增加了一倍，但是增加了现场工作量和调度系统自动化的处理工作量，因此建立在一些主要或者关键的触点位置采用双触点的方式。双触点的逻辑处理如下所示[10]。

1）将遥信信号采集装置同时接入一对继电器常开、常闭触点，在RTU端外加数字逻辑芯片电路进行一定的“与”、“非”运算，处理后的信号最为RTU的输入信号，如图3所示。

图3 软件与非逻辑电路图

2）将两个常开触点串联，经遥信采集装置将两个触点的信号采集之后，由逻辑数字芯片实现了“与”运算功能，输出信号作为RTU的输入信号，如图4所示。

图4 软件与逻辑电路图

3）将两个常闭触点并联后, 经遥信采集装置将两个触点的信号采集之后，由逻辑数字芯片 “或非”计算，输出信号作为RTU的输入信号，如图5 所示。

图5 软件或非逻辑电路图

采用双触点采集保证了只有两个触点同时动作，才能发出遥信信号。而且，对二次回路的改动较小，具有较好的可操作性。

2.2 软件去抖法

软件去抖法主要采用电容的充放电过程中，电容两端的电压的变化是一个指数函数，电压不会突变的原理，在主站端用软件延时方法过滤掉绝大部分误报信息来消除软件的抖动。图6给出了一阶电路的电容充放电电路图。其中Us是恒压源。Rs是恒压源内阻，R是放电回路电阻，C是电容。

图6 电容充放电电路图

如果切换开关在“1”的位置，则图6所示的电路为充电状态，及恒压源Us对电容进行充电，则在t≥0时刻，电容C两端的电压为

如果切换开关在“0”的位置，则图6所示的电路为放电状态，及电容C和电阻R组成的多回路进行放电，则在t≥0时刻，电容C两端的电压为

由式（1）、式（2）可知，电容两端的充放电电压与时间T是一个一阶指数关系，充放电时间的快慢取决为时间常数1/RsC和1/RC。因此，借助这个原理，在调度自动化系统中增加一个反映电容两端电压随时间变化过程的软件模块，遥信状态的分与合对应如图6所示电路的充电与放电状态。

下面以一个简单的算例来说明软件去抖法实现的具体过程。

首先定义遥信状态“合”与“开”的两个状态，设合是电容两端的电压为 100，分时电容两端的电压为 0。当遥信状态为“分”的状态时，对应的电容的电压应该由初始值 100将为 0，当遥信为“合” 状态时，对应的电容的电压应该由初始值0将为 100。在调度自动化系统中定义当遥信状态为“分”与“合”时电容两端电压满足如下关系：

遥信状态为“分”：电容两端电压由100进入小于5，并且小于5的时间不短语T1。

遥信状态为“合”：电容两端电压由0进入大于95，并且大于95的时间不短语T2。

其中 T1和 T2相当于时间常数中的 1/RsC和1/RC。

假设开关的某个遥信状态由“合”到“分”，但是出现了一个抖动的过程，其抖动的过程为合-分-合-分-合-分的抖动过程，在每一个遥信状态的过程持续时间分别为t1，t2，t3，t4和t5。

在第一个抖动状态，遥信状态由合—分，由于时间t1小于T1，故电容两端的电压U不会由100进入小于5的状态，设此时的电容电压设为U1＞5，故遥信状态仍然为合。

在第二个抖动状态，遥信状态分分—合，经过时间t2，电容电压U1大于95，但是这个电压的变化过程既不符合分的状态也不符合合的状态，故遥信状态仍然为初始状态合。

同理对于第三个状态和第四个状态，电压的变化过程既不符合分的状态也不符合合的状态，故遥信状态仍然为初始状态合。

在第五个抖动状态，遥信状态由合—分，由于抖动过程结束，时间t2远远大于T1，故电容两端的电压U由 100进入小于5的状态，故遥信状态仍然为分。

经过软件模块的处理之后，遥信状态不会出现抖动，能较好地消除遥信的抖动。

2.3 工艺进行隔离

针对强电磁干扰，加强工艺进行有点的隔离，选用屏蔽线电缆材料和对绞芯线，利用对绞芯线的双绞线感应的干扰电压接近又互相抵消的原理，降低感应耦合的差模干扰。其次，进行合理布线，强电信号和弱点信号分开布线，进行必要的隔离以使信号电缆尽量避开电力电缆，尽量增大两者之间的距离，减少信号传输的中间环节。同时改造二次信号回路，确保信号源的可靠传输，站内级联用的通信线路建议采用光纤网络，提高抗干扰能力[11]。