刍议微机保护的抗干扰措施

2013-05-12许郑辉

中国新技术新产品 2013年7期

关键词：微机保护装置屏蔽

许郑辉

（国电南自轨道交通工程有限公司，江苏南京 210061）

1 干扰的三要素及形式

干扰是除有用信号以外的所有可能对微机保护装置的正常工作造成不利影响的装置内部或外部的电磁信号。干扰的形成必须具备三个要素：干扰源、耦合途径和接收电路，干扰的形成途径如图1所示。

图1 干扰的形成途径

干扰产生于干扰源，其在形成上可分为外部干扰和内部干扰。外部干扰是指那些与系统结构无关而由使用条件和外部环境因素所决定的干扰，主要有由其他物体或设备辐射的电磁波、产生的强电场或磁场以及来自电源的工频干扰等；内部干扰是指由系统结构、元件布局和生产工艺等决定的干扰，主要有杂散电感和电容结合引起的不同信号感应、长线传输造成的电磁波反射以及多点接地造成的电位差干扰等。干扰从形式上又可分为共模干扰和差模干扰，共模干扰是指同时加载在各个输入信号接口段的共有的信号干扰，差模干扰一般是由长线传输的互感耦合或线间分布电容耦合产生，一般情况下，上述两种干扰同时存在。干扰源产生的干扰通过耦合途径对接收电路形成干扰，耦合途径主要有电磁耦合、静电耦合和公共阻抗耦合等几种方式。对微机保护来说，整个微机保护装置就是干扰的接收电路。

2 硬件抗干扰措施

2.1 电源滤波

供电系统的稳定性是关系到微机保护系统正常可靠工作的重要因素之一。如图2所示。交流稳压器用以保证供电的稳定性；防止电源系统的过压与欠压，可提高系统的可靠性；隔离变压器由于在初级和次级之间均采用屏蔽层隔离，减少了分布电容，因而限制了高频噪声从此通过；低通滤波器则可滤去大部分高次谐波的干扰。

图2 电源抗干扰设备示意图

2.2 屏蔽和隔离

屏蔽的作用就是抑制两个区域之间的电磁耦合，它可以限制某一区域内的电磁场越过该区域影响外界，也可以防止外界电磁场进入某一区域。屏蔽一般可采取静电屏蔽、磁屏蔽和电磁屏蔽等措施，静电屏蔽可以消除容性耦合，磁屏蔽能够抑制感性耦合，电磁屏蔽则能够抑制辐射电磁场的电磁耦合。

隔离的作用是隔离与外接线路地电位的联接，以抑制共模干扰。比如从较远距离引至计算机或其他低电平电子器件的线路应经隔离器接入，要连接的两台设备的地电位可能相差很大时，应采取隔离器连接。

2.3 接地技术

微机保护装置的接地方式可分为单点接地和多点接地。单点接地是在一个线路中，只有一个物理点被定义为接地参考点，所有需要接地的点都接到参考点上。单点接地方式只适用于低频情况。如果系统的工作频率很高，则接地线间互感和杂散电容的影响将表现出来，即使采用并联单点接地的方式也避免不了地线彼此间通过电磁耦合带来的影响，并且接地线的电感也会导致设备本身的接地阻抗过大。为了尽可能减小接地阻抗，高频情况下多采用多点接地方式，即系统中各个需要接地的点都以最短的连线直接接到距其最近的接地平面上。这里的接地平面可以是设备的底盘或结构框架，也可以是敷设于所有设备下面的金属板、带或网格等。

3、软件抗干扰措施

3.1 数据采集误差的软件抗干扰措施

数据采集误差的软件抗干扰措施主要是数字滤波。数字滤波实质上是一种程序滤波，即通过一定的计算程序，对采样信号进行平滑加工，减少干扰在有用信号中的比重。常用的数字滤波法有均值滤波法、一阶递推数字滤波法、中值滤波法等。

3.2 控制失灵的软件抗干扰措施

控制失灵软件抗干扰措施主要是为了克服干扰对开关量读入和动作信号输出的影响。对于重要的指令，特别是输入或输出指令，要重复执行，以确保其正确。对于保护出口如跳闸等的控制不要由单条指令实现，而要分成两条或多条指令的组合来执行，以消除单条指令受到干扰而可能引起的误动作。

3.3 数据出错的软件抗干扰措施

数据出错的软件抗干扰措施主要是针对RAM中的数据进行保护。通常采用数据冗余技术，将同样的数据在不同的地方保存1-2个备份。当使用RAM中数据时，把原数据与备份数据进行比较，相同则认为数据未被破坏，否则启动备份数据。对于运算数据，可以将整个运算进行两次，以校核运算是否因干扰而出错。

3.4 程序跑飞的软件抗干扰措施

在微机系统中，为了防止程序跑飞，常采用的措施主要有软件狗、指令冗余、软件陷阱等。软件狗通常利用软件定时器或硬件定时器的中断，在中断程序中查询某个设定的标志，若标志不为零，则清零或减1后退出；若标志为零，则执行复位指令或转向出错处理程序，在出错处理程序中完成各种善后工作，再使系统复位；指令冗余是指在一些对程序流向起着决定作用的指令或对系统工作状态至关重要的指令前面，人为地插入几条空操作指令，以保证跑飞的程序能重返正常轨道。指令冗余得以实现的前提是程序跑飞到程序区并执行了空操作，否则指令冗余不起作用；软件陷阱是指在非用户程序区填充空操作指令并周期性写入一条指引指令，当程序跑飞到这些区域时，强行将程序引向一个指定的地址，在那里有一段专门对程序出错处理的程序，以便引导程序进入正常的运行状态。