浅谈变电站防误闭锁系统抗干扰设计

余建

摘 要： 随着信息化技术的发展，变电站综合自动化水平越来越高。变电站综合自动化多采用分层分布式结构，把控制和测量设备安置在变电站的高压开关厂内，有的直接安置在高压设备处，所处的电磁环境极为恶劣。因此，必须采取行之有效的措施，保证系统安全可靠运行，防误闭锁系统就是具体措施之一。本文主要分析了干扰来源和抗干扰设计措施。

关键词：变电站； 防误闭锁系统； 抗干扰设计

近年来，随着我国电力调度自动化的实现，变电站综合自动化系统的迅速发展，以及无人值班变电站的增加及对老化变电站改造的全面展开，迫切需要增强调度系统和变电站监控系统的“五防”闭锁功能提高系统的安全运行能力。在电力调度系统中是否能够有效地防止电力误操作，一直是关系到系统正常运行以及人身安全的重大问题。随着变电站综合自动化系统的不断推广，利用先进的计算机技术、电子技术、通信技术和信号处理技术，已经实现了对全变电站的输、配电设备的自动监视、测量、控制和继电保护，以及与调度通信等自动化功能。多种新技术的应用使得变电站综合自动化水平越来越高，设备的可靠性也越来越高。因此，由设备故障原因引起的电力系统事故越来越少，而由人为操作原因引发的事故比例则逐渐提高，这就对现有的防误闭锁装置提出了许多新的要求。下面谈谈变电站网络化防误闭锁系统的抗干扰设计。

一、变电站干扰分析

目前，变电站的干扰主要包括以下几方面：1.雷电：变电站可能直接遭受雷击，更多情况下是线路遭受雷击或者感应雷击，雷电波沿线路侵入变电站，强大的雷电流和过电压直接作用于一次设备，产生极强的脉冲电场和磁场，并通过一、二次电流间的耦合途径或接地网进入二次回路，严重时可能损坏系统设备。2.电网内部：在电网内部输电线路故障的发生及排除等运行状态的突然变化，各种开关设备的操作，配电线路相接的负载变化都会造成供电电压的瞬时变动，产生过电压、电流冲击或高频振荡等干扰。这些干扰通过供电线路或接地网络进入系统设备，造成设备逻辑电路混乱，破坏RAM中的程序和数据，影响CPU的正常工作，导致系统瘫痪。3.运行中的电气设备：载流导线和运行中的电力设备当有短路故障时，其短路电流会在附近产生很强的工频磁场。另外，高压导线表面及绝缘子金具尖端部分的电晕放电、接触不良产生的火花放电以及脏污绝缘子表面的局部放电都会产生电磁辐射，形成辐射干扰。4.辐射电磁场：高压电站中的高频载波、对讲机等都是辐射干扰源，尤其是对讲机，已成为影响变电站综合自动化设备正常工作的主要辐射干扰源。另外，附近的电台、通信等都会对变电站中的自动化设备产生电磁干扰。5.静电放电：带静电的人直接对设备接触或者附近相邻物体间放电都会引起静电干扰。静电放电可能引起电子测量和控制系统失灵，也可能使计算机程序出错或丢失数据。

二、变电站硬件抗干扰方法

1.由于开关量输入和开关量输出所要检测和控制的设备对象都工作在强电环境下，这些大电流的负载动作会通过系统的输入和输出通道对控制系统的工作产生干扰。因此，在系统中我们采用了TPL521-4光电耦合器件，信号的输入和输出都要通过光耦去干扰。之所以采用光耦去干扰，是因为它具有如下特点：a）光电耦合器件的输入阻抗很小，一般在100欧—1K欧之间，由于干扰源内阻较大，通常为105-108欧，因此分压到光电耦合器上的干扰分量很小。b）干扰噪声虽尖峰较高，但能量较小，只能造成微弱电流。由于光电耦合器输入是工作在电流状态，干扰电流不会对其造成较大的影响。c）光电耦合器是在器件内部密封条件下传输，不会受到外界环境及条件的影响。输入和输出之间分布电容很小，仅为0.5-2PF，且绝缘电阻很大，通常1011-1012欧，输入干扰信号难于馈送到输出。

2.在模拟量输入通道中，采用低通滤波电路减少工频干扰信号对输入信号的影响；

3.在与CAN总线接口通信电路的设计，为了防止总线上的干扰进入系统，在总线控制器与传输介质之间添加了两片高速光耦器件6N137，并且采用多十5V的开关电源给6N137两边的电源分开供电。CAN总线的传输介质采用双绞线传输，与同轴电缆相比，虽然频带较窄，但波阻抗高，抗共模噪声能力强；

4.另外，由于下位机与上位监控机之间有一定的距离，因此，通信中由于长线传输所造成的干扰也必须考虑。长线传输中的抗干扰主要是阻抗匹配问題，如匹配不好，会使信号产生反射，从而形成严重的失真。阻抗匹配值一般等于传输线的特性阻抗。所用双绞线的特性阻抗大约为124欧，因此匹配阻抗也选为124欧。

三、软件抗干扰措施

变电站软件抗干扰措施主要包括：一是设置软件陷阱。由于系统干扰可能破坏程序指针PC，PC一旦失控，使程序“乱飞”，可能进入非程序区，造成系统运行的一系列错误。设置软件陷阱，可防止程序“乱飞”。具体做法是在程序中每隔一些指令（十几条即可），就把连续几个单元设置成空操作（所谓陷阱），当失控程序掉入陷阱，也就是连续执行几个空操作后，程序自动恢复正常，继续执行后面的程序。二是设置看门狗定时器。干扰也可能导致程序跑飞，不按程序员预定安排的步骤运行，而是跳转到其他地址去运行，产生一些错误的动作，甚至进入死循环.为此在程序中我们通过不断改变看门狗定时器输入端WDI的电平状态（所谓喂狗），可解决程序死循环问题。一旦程序进入死循环，在超出一定的时间间隔后（一般为1.6S），WDI端电平状态没有得到改变，看门狗定时器输出RESET信号（低电平有效）。系统复位，程序从头开始执行。三是软件冗余技术。软件冗余技术就是多次使用同一功能的软件指令，以保证指令执行的可靠性。本系统程序主要把此技术应用于键盘、开关量去抖动中。由于键盘、开关量输入存在抖动问题，这可能造成系统的误判断和误操作，因此在程序中，我们采用了软件去抖动方法，即对同一状态多次采样（一般3-4次），间隔时间10-20ms，然后判断每次采样值是否相同，如相同则采样正确。键盘和开关量状态的一次采样、处理控制输出改为循环采样、处理控制输出。这种方法具有良好的抗偶然性作用。

四、结语

随着变电站自动化水平的提高，变电站的防误水平也有了很大的进步。对于新投产的综合自动化变电站，根据需要基本上采取了以往比较成熟的防误形式。

参考文献：

[1]陈雷，张改玲.智能变电站微机五防闭锁装置优化方案研究[J].通讯世界，2016（04）：195-196.

[2]熊树国.分析变电站五防闭锁在使用中出现的问题[J].电子技术与软件工程，2014（15）：162.endprint