浅谈微机保护装置的可靠性

       浅谈微机保护装置的可靠性
[摘 要]继电保护测试仪在制订微机保护装置可靠性措施时,根据运行中可能出现故障所产生的后果为分析基础,从微机保护装置采用的元器件及制造工艺等软、硬件设计方面以及所采取相应的对策入手,从中找出解决问题的可靠措施。[关键词]保护装置可靠性 措施
1概述  随着无人值守站的推广,微机保护装置在电力系统中得到了广泛的应用。与常规模拟式继电保护相比,它具有逻辑判断清楚、正确,调试维护方便,在线运行可靠性高,能提供更多的信息量等特点。微机保护装置是确保变电站安全运行的重要保证,其重要性不言而喻。  微机保护装置是以微型机及并行、串行接口芯片、内存储器等数字化元器件为核心和相应模拟量输入和输出模拟元件组成的计算机自动控制系统。微机装置在工作环境的周围,存在着强电干扰。这此干扰信号频率高、幅度大,通过电磁耦合很容易进入微机保护内部,另一方面,这些干扰信号的持续时间较短。微机保护装置中的微型机在其内部的时钟控制下高速工作,不能用简单的延时电路来躲过干扰信号,当干扰进入微机保护装置内部时,将造成:1.1运算或逻辑出错  由于RAM的抗干扰能力较差,在强电磁干扰信号作用下,有可能使存放在RAM中的数据发生变化。此外,在进行读或写一个数据时,数据总线和地址总线也可能由于干扰的作用出现数据或地址码错误,而发生读写数据错误或将数据传送到错误的地址上。如果数据是控制程序流程的标志字时,还将会导致运算逻辑出现错误等问题。1.2运算程序**,出现死机等问题  ]继电保护测试仪如果干扰信号改变了控制程序流程的标志字时,将改变运行程序的执行顺序,使微型机运算程序**,出现死机等问题。1.3损坏微型机芯片,使微机保护装置无法正常工作  在微型机中的一些半导体芯片,在强电磁干扰下,可能受到损坏,使微型机继电保护无法工作。
2设计的指导思路  鉴于以上问题,在提高可靠性措施方面,提出了三种方案: 即减少故障和错误出现几率; 微机保护装置的自动检测技术;采取容错设计方式。  选用高质量的元器件,合理的制造工艺和采用屏蔽和隔离技术从装置的设计和元件的选择上,减少保护装置故障和错误出现的几率;自动检测技术是利用微机在工作程序结束后的时间,实时检测微机保护装置中有关硬件设备的运行工况,当有关硬件设备出现故障时,闭锁保护装置可防止装置误动作,并及时报警通知运行值班人员及早检修,尽快恢复保护装置在线运行;容错设计则是利用冗余的设备在线运行,保证装置不间断的在线运行。
3采取的具体措施  干扰来自干扰源,分为:内部干扰和外部干扰。内部干扰主要来自于内部继电器触点的切换产生强高频电磁信号所引起的干扰信号;外部干扰主要来自与接线端子排从外界引入的浪涌电压所引起的干扰信号,这表明微机保护装置的输入、输出线、电源线和地线等都是干扰进入微机保护装置的途径。  干扰源、耦合通道、敏感回路称为电磁干扰的三要素。所以,提高抗干扰能力应从阻塞耦合通道、提高敏感回路的抗干扰能力及合理设计泄放回路着手解决。3.1阻塞干扰的耦合通道  对于在发电厂或变电所运行的电力系统微机保护装置,其电源回路、模拟量输入回路、开关量输入及输出回路以及通信接口都是通过电缆线引入到较远的模拟元件上。这些回路也是把干扰耦合到微机保护装置的重要媒介,为了提高抗干扰能力,对上述各回路均应采用光电耦合器件进行隔离,同时,应采用以下几个方面的措施。 3.1.1电源滤波  滤除一些干扰并保证电源在220V左右,再经UPS进行处理,选用抗干扰能力强,输出波纹噪声小的KTD型开关电源作为微型机系统的主要稳压电源,首先在电源上消除干扰。 3.1.2利用机箱屏蔽作用减少电源线在内部产生的干扰,利用机箱的自然屏蔽作用,把外界辐射均拒之机箱外面。 3.1.3选用外壳有屏蔽接地的滤波器 3.1.4滤波器接地点应以蕞短的距离接在机箱柜体上3.2模拟量输入回路的静电屏蔽 3.2.1电屏蔽体接地质量将直接影响其屏蔽性能,一般要求屏蔽体与地的接地电阻小于2mΩ。当屏蔽体与地相连时,应选用粗铜线、扁铜线或编织铜线为好。以此来减少接地线的电阻,同时应尽量缩短导线的长度以减少电感。在微机保护装置中,电流和电压模拟量输入回路的电流变送器(TA)和电压变送器(TV)都采用了静电屏蔽的措施,如图,各TV、TA的屏蔽体都以蕞短的线路接在有粗铜线制成的网络状接地网上,加粗并尽量缩小AC插件地线至装置总接地点的连线。当屏蔽体通过插接地时,因插件自身的接触电阻可能大于2mΩ,此时可用几对插孔并联减少接触电阻,必要时可用板状地线作为接地线。 ]继电保护测试仪3.2.2正确地选择屏蔽体的接地点,尽可能地使屏蔽体的接地线与接地网接地点靠近,同时应避免低电平地线中的接地电流过大。 3.2.3合理地设计屏蔽体的形状  影响屏蔽性能的另一个主要原因是屏蔽体形状,尽量减少屏蔽体的开口面积和数量及开口的排列方式等,屏蔽体材料应选用良导体,以提高屏蔽性能。3.3磁屏蔽及双绞线  强电信号回路易造成磁场发射,而弱电信号回路易受到周围磁场的干扰,减少磁干扰的有效措施有磁屏蔽和双绞线两种方式。磁屏蔽:一般选用高磁材料作屏蔽体,可增强抗干扰能力。双绞线: 使干扰产生的感应电流在负载上相互抵消,来消除磁干扰信号。3.4合理设计泄放回路  根据装置的特点,通常将机壳、电源的滤波器及模拟量输入回路的静电屏蔽层与大地相连,弱电系统的5V、15V、24V,则分别有各自的接地系统。  采用低阻抗接地,采用宽度比较大的扁带状导体制作地线,在满足耐压要求情况下,尽可能减小正、负电源馈线间的距离。  正确地选择接地方式,阻隔地环路,在布置电源线和信号线路时应避免构成地环路,以减少环路面积,从而减少地环路干扰。3.5防误措施  对于一些定值的设定以及重要参数修改,在硬件设计上设置操作锁,操作时必须正确输入操作员的密码和监护人的密码方可进行正常操作,并将操作人和监护人的姓名等信息予以记录和保存。[2]3.6微机保护采取的抗干扰的软件对策 3.6.1采样数据采取的措施  为了确保输入到微机中各模拟采样数据的正确性,应设置对不良采样数据的检错和识别功能程序,除采用光电隔离及低通滤波器外,为确保软件程序运行结果正确性,还可以采取将每一个模拟量的数据采集实行双通道方式。其中一个通道的数据出现错误时,可用另一个通道的数据。 3.6.2在运算过程中的核对措施  将运算过程进行两次或两次以上,用来核对运算过程是否有错。这种核对的方法可以有两种作法:一是在每一运算的结尾,由程序安排好先将结果暂存起来,再利用相同的原始数据,按相同方法去验算一遍,并同前一遍的运算结果相比较,如果两次运算结果不相同,则再算一次,三取二表决,或直到前后两次运算结果相同时为止。 3.6.3防止程序**的对策  在干扰信号的作用下,可能造成继电保护程序出错,此时除应将保护动作的出口加以闭锁防止误动作外,还应能迅速反映出错,并能自动地使微机继电保护装置重新恢复工作,因此,必须使用专用的硬件电路来检测程序**,并实现自动恢复正常运行。 3.6.3.1用微机定时/计数芯片实现的方法  保护运算程序完成运算和检测周期所需时间是固定的。开始时,首先对定时/计数芯片初始化,令其工作在定时中断工作方式。因正常时每次运算和检测都对芯片重新初始化,所以定时芯片不发中断。但程序出错时,由于定时芯片无法再次初始化,超时时,定时芯片发出中断信号,给CPU复位,这样,就实现了对CPU的重新启动。 3.6.3.2利用定时电路来实现微处理器的重新启动  图中A接到微型机并行接口的某一位上。由程序安排使点按周期在“0”和“1”之间不断地变化,延时t1应比A点电位变化的周期长,因此,在正常时,两个延时元件不会动作,或非门的输出为“0”,但是,一旦程序出错,A点电位停止变化。不论A点是“1”还是“0”,两个延时动作元件总有一个动作,这时通过或非门启动单稳态触发器工作,发送一个复位信号,使工作恢复正常。3.7微机保护装置自动检测技术  微机保护装置中各元件、接口设备的自动检测是提高可靠性的另一个重要措施。自动检测是指对装置的内部各元件是否有损坏或故障的检测。一个高度可靠的装置,首先要求工作原理正确,设计方案合理,采用优质的物理元器件。当装置内部的物理元件损坏时装置不误动,并发报警信号,保证及时采取措施给以修复,这是自检的目的。  目前,在微机保护中采用自动检测软件程序来实现对各元件自动检测。检测分为即时检测和周期检测。按检测对象不同分为元器件检测和成组功能检测。元器件检测是指:ROM、RAM、A/D转换器,接口芯片,各种定值输入电路等元器件检测。成组功能检测:利用模拟系统发生故障的模拟程序和数据处理,判断装置内部是否存在缺陷。
4结束语  国内无人值守站采用微机保护是近几年才发展起来的,对微机保护可靠性实现的程度也没有严格标准,这就需要设计、运行部门共同努力,总结各方面的经验和建议,采用新技术,解决新问题。]继电保护测试仪

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