变电站电快速瞬变脉冲群干扰微机保护装置研究

2013-08-20王怀俊

科技视界 2013年27期

王怀俊

（吴忠供电局，宁夏吴忠751100）

0 引言

在电力系统中，电快速瞬变脉冲群具有上升时间和持续时间短、幅值和重复频率高等特点，其对微机保护装置的干扰长期以来难以克服。我国微机保护装置抗电快速瞬变脉冲群的研究工作刚刚起步，主要集中在如何进行抑制的工程实践上，对电快速瞬变脉冲群的形成、耦合和作用机理缺乏深入的研究。

1 电快速瞬变脉冲群干扰微机保护装置的液晶显示器

笔者通过对液晶显示器内部结构及其工作原理的分析，得出造成微机保护装置显示不正常的原因如下：

1.1 微处理器向液晶显示器发送指令的过程中受到电快速瞬变脉冲群的干扰，液晶显示器接收到错误的指令，行、列驱动器的地址指针设置错误，使输入数据的显示位置错位或与原有数据显示位置重叠，导致液晶屏幕上出现乱码或花屏现象。

1.2 微处理器向液晶显示器发送数据的过程中受到电快速瞬变脉冲群的干扰，导致输入到液晶显示器的显示数据锁存器中的数据为错误信息，则液晶屏幕上会出现乱码。

1.3 显示数据锁存器受到电快速瞬变脉冲群的干扰，内部锁存的信息丢失或部分丢失，导致液晶屏幕花屏或黑屏。

1.4 显示起始行寄存器受到电快速瞬变脉冲群的干扰，液晶屏幕上显示信息的上下位置发生改动，严重可出现乱码。

1.5 显示开/关触发器受到电快速瞬变脉冲群的干扰，液晶显示屏呈不显示状态，导致微机保护装置黑屏。

1.6 液晶显示器的复位端受到电快速瞬变脉冲群的干扰，它的控制器、RAM 和ROM 中的信息全部清零，液晶屏幕黑屏。

2 电快速瞬变脉冲群干扰微机保护装置使其误动

微机保护装置通过它的出口继电器控制中间继电器、接触器来完成各种保护的跳闸、信号报警及外部接点输入等功能。微机保护装置正常工作时出口继电器动作有以下三种情况：1）根据开关量输入的信号，微机保护装置发出保护出口继电器动作指令。 2）微机保护装置检测到电力系统运行状况异常，发出报警信号，实施保护。3）根据电力系统运行的需要，微机保护装置执行按键指令，出口继电器动作。但是，当微机保护装置受到电快速瞬变脉冲群的干扰时，可导致保护出口继电器误动的事故。误动作的原因如下：

2.1 电快速瞬变脉冲群干扰开关量输入回路

微机保护装置的开关量输入回路包括断路器和隔离开关的辅助触点输入、跳合闸位置继电器接点输入，重合闸接点输入等，如图1 所示。图中，开关量输入信号通过光电藕合器件产生一个微处理器能够识别的信号S，微处理器通过检测S 的状态来判断是否发出使保护出口继电器动作的指令。

图1 开关量输入回路

当开关量输入回路受到电快速瞬变脉冲群的干扰时，由于光祸器件的/瞬态饱和效应，虽然它的原边无开关量输入信号，但光藕也可能误导通，微机保护装置误判，保护出口继电器误动。

2.2 电快速瞬变脉冲群干扰数据采集系统

微机保护装置通过它的数据采集系统把被监测信号转化为所需的数字量送入微处理器，微处理器内的程序对采集到的数据进行计算，与整定值进行比较，然后做出相应的判断。数据采集系统包括电压形成、模拟滤波，采样保持，多路开关切换和模/数转换等模块。

电快速瞬变脉冲群能从模拟电路和数字电路两个方面干扰数据采集系统：1）一次回路开关操作形成的电快速瞬变脉冲群经过电压/电流互感器叠加到二次侧电压或电流上，使数据采集系统采集到错误的模拟电压信号；2）数据采集系统将采集到的模拟电压信号转化为微处理器能够识别的数字量信号，在传输过程中受到电快速瞬变脉冲群的干扰，使微处理器读取到错误数据。因此，数据采集系统受到电快速瞬变脉冲群的干扰能使微机保护装置误判，导致保护出口继电器误动。

3 电快速瞬变脉冲群干扰微机保护装置使其自动复位

笔者通过对微处理器芯片复位功能的分析，得出微机保护装置不断自动复位可能由以下几个方面的原因造成：

3.1 微处理器芯片电源工作电压受到电快速瞬变脉冲群的干扰，复位电路不断发出复位信号，导致微机保护装置不断自动复位。

3.2 软件程序设计出现逻辑错误，不能及时“喂狗”，“看门狗”电路不断发出复位信号，导致系统不断自动复位。

3.3 由于集成复位芯片出现“地弹”或“电源反弹”现象，复位芯片不断发出复位信号，导致系统不断自动复位。

3.4 微处理器芯片受电快速瞬变脉冲群的影响严重，内部程序经常跑飞或陷入死循环，导致微机保护装置无法正常工作，系统不断自动复位。

4 电快速瞬变脉冲群干扰微机保护装置致使系统死机

微处理器在继电保护装置中的应用，使继电保护装置具有许多优越性能。与机电型、静态型继电保护装置相比，微机保护装置具有精度和可靠性高，灵活性大，调试和维护方便，易于实现综合自动化等优点。但是，微处理器在继电保护装置中的应用也带来一系列电磁兼容问题，当微机保护装置进行3 级或4 级电快速瞬变脉冲群抗扰度试验时，有时微处理器会出现死机的现象，导致微机保护装置拒动，这样的微机保护设备若投入使用将严重威胁电力系统安全。因此，微处理器的电磁兼容问题必须得到妥善解决，使微处理器具有抗电快速瞬变脉冲群的能力。

4.1 电快速瞬变脉冲群干扰微处理器芯片的电源电压电快速瞬变脉冲群能够通过微机保护装置端口藕合到微处理器芯片的供电电源引脚，虽然电快速瞬变脉冲群的单个脉冲能量低，但由于脉冲群中每个脉冲时间间隔很短，芯片的寄生电容没有足够的时间放电，就开始重新充电，经过累积效应，芯片的电源电压最终超过微处理器芯片的抗扰度电平，导致微机保护装置系统死机。

4.2 电快速瞬变脉冲群干扰微处理器芯片的振荡器引脚

微处理器的振荡器为芯片内运行的程序提供一个系统时钟，当微处理器芯片的振荡器引脚受到电快速瞬变脉冲群的干扰时，将出现短时钟周期信号，使指令或数据地址错误，程序计数器和数据存储器出错，导致芯片内的程序跑飞。

4.3 电快速瞬变脉冲群干扰微处理器芯片的复位引脚微处理器芯片的复位引脚对电快速瞬变脉冲群十分敏感，当微处理器芯片的复位引脚出现几个时钟周期的复位信号，微处理器芯片将自动复位。但是，如果复位信号出现的时间短于正常复位所需的时间，将发生“不完全复位”现象，出现意想不到的后果。4.4 电快速瞬变脉冲群干扰微处理器芯片的外部中断引脚

一般情况下，微处理器芯片有一个最高优先级的不可屏蔽中断的外部中断引脚来执行一些重要功能。但是，这个引脚对电快速瞬变脉冲群十分敏感，容易导致系统死机。在电快速瞬变脉冲群抗扰度试验中，相邻2 个脉冲的间隔时间是200μs，当不可屏蔽中断的外部中断引脚受到电快速瞬变脉冲群的干扰时，每200μs 产生一个外部中断。如果外部中断在200μs 内没有结束，下一次外部中断将把上一次中断的内容堆栈，依次类推，堆栈不断加深，直至用尽所有的存储器空间，堆栈溢出。