關于繼電保護運行的可行性分析探討

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摘 要：繼電保護與安全自動裝置是電力系統(tǒng)安全運行的屏障，不誤動、不拒動是保證電網(wǎng)可靠、穩(wěn)定的運行的基礎。近年來，隨著電網(wǎng)的快速發(fā)展，及各種型號微機繼電保護與安全自動裝置相繼投入運行，對微機繼電保護的可靠運行提出了更高的要求。 

　　關鍵詞：微機保護可靠性措施  　　引言  　　近年來．由于電網(wǎng)快速發(fā)展，電網(wǎng)供電可靠、穩(wěn)定的運行成為我局安全工作的首要任務。供電可靠性是對繼電保護裝置的基本要求之一。它包括兩個方面不誤動和不拒動?？煽啃院秃芏嘁蛩赜嘘P，如保護的原理、工藝和運行維護水平等。這里著重討論由于應用做型計算機而帶來的兩個問題:一是微機保護的抗干擾問題，二是裝置內部元件出現(xiàn)損壞時的對策。繼電保護裝置工作環(huán)境中的干擾是嚴重的，這些干擾的特點是頻率高、幅度大，因而可以順利通過各種分布電容的耦合；另一方面這些干擾持續(xù)時間短，所以．提高微機保護裝置可靠性的重點在抗干擾上。  　　1 干擾來源和竄入微機弱電系統(tǒng)的途徑  　　干擾產(chǎn)生于干擾源。有的干擾來自外部，有的干擾來自內部。外部干擾主要有其它物體和設備電磁波產(chǎn)生的強電場或強磁場以及來自電源的工頻干擾等等；內部干擾主要有雜散電感和電容的結合引起的不同信號感應、長線(對高頻信號而言)傳輸造成電磁波的反射、多點接地造成的電位差干擾等等?？傊?，由于干擾源多種多樣，應有針對性地采用不同方法來克服。一般干擾形式有兩種，即橫(差)模干擾和共模干擾  　　1.1 差模干擾，是串聯(lián)于信號源之中的干擾，即串聯(lián)干擾，其發(fā)生在線路各導線之間的干擾也即每兩相之間的干擾，產(chǎn)生的途徑有：一是通過長線之間的互感侵入；二是通過相一相之間的耦合電容；三是因傳播的路徑與有用信號相同。  　　1.2 共模干擾，共模干擾是引起回路對地電位發(fā)生變化的于擾，即對地干擾，發(fā)生于電路中某點導線對地或對外殼的干擾，消除共模干擾的方法主要有：浮空隔離技術；雙層屏蔽技術；系統(tǒng)一點接地；低阻匹配傳輸、電流傳輸代替電壓傳輸；采用隔離變壓器；采用光電耦合芯片。  　　1.3 差模干擾與共模干擾對有效信號的影響示意圖，如圖1所示，其中(a)為差模干擾迭加在一直流信號上的波形，圖(b)為共模干擾改變了地電位后的波形，圖(c)差模干擾和共模干擾同時于擾的迭加波形。  　　  　　  　　為了減小作用在裝置對外引線端子和機殼之間的共模干擾，應使微機保護各外接端子同微機弱電系統(tǒng)之間都沒有電的聯(lián)系。表中所示為各種外接端子同微機弱電系統(tǒng)之間的隔離方法。  　　  　　  　　2 干擾對微機保護裝置的影響  　　干擾對模擬電路和數(shù)字部件所造成的后果是不同的。模擬電路在干擾作用下往往使開關電路誤翻轉，在沒有完善閉鎖措施時將會導致誤操作；數(shù)字電路受干擾作用往往導致微機運行故障或功能障礙，引起保護的不正確動作。干擾對微機保護裝置的影響主要表現(xiàn)在以下幾個方面：  　　2.1 計算或邏輯錯誤  　　微機保護中的輸出數(shù)據(jù)、計算中間結果和控制標志字都放在隨機存貯器RAM 中，強干擾引起RAM 數(shù)據(jù)發(fā)生改變是可能的。另外，當CPU正在讀(或寫)一個數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)線或地址線受干擾發(fā)生改變，就會造成讀(或寫)一個壞數(shù)據(jù)或者對一個錯誤的地址讀(或寫)。如果這是一個中間結果或者采樣數(shù)據(jù)，就會造成計算錯誤，如果這是一個標志字，就會造成邏輯紊亂，這都有可能引起裝置誤動或拒動。  　　2.2 程序運行出軌  　　這是指由于隨機干擾破壞了程序執(zhí)行的正常順序而造成執(zhí)行卡死的現(xiàn)象。例如，當CPU正通過地址總線送出一個地址以便從EPROM 獲取指令操作碼，由于干擾使傳送地址出錯，它將從一個錯誤的地址取得一個錯誤的操作碼。如果這個誤碼CPU 不認識，程序運行將發(fā)生中斷；如果這個錯誤碼是可執(zhí)行碼，那么在執(zhí)行了一系列非預期指令后往往最終碰到一個CPU不認識的指令操作碼而停止工作，會造成CPU停止執(zhí)行繼電保護的規(guī)定任務，再發(fā)生系統(tǒng)故障時，保護將拒動。  　　2.3 元件損壞  　　嚴重的干擾還可能造成元件損壞。  　　3 抗干擾的措施  　　最重要的抗干擾措施是防止干擾進入微機弱電系統(tǒng)，也就是前面介紹過的各種隔離、屏蔽、合理布局和配線以及減弱電源線傳遞干擾等方法。這些措施是抗干擾的第一道防線。下面的抗干擾措施可以稱作第二道防線。針對不同的出錯情況，可以分別采取以下措施。  　　3.1 對輸入采樣值的抗干擾糾錯  　　保護裝置的模擬輸入量之間存在著某些可以利用的規(guī)律。例如，三相電流和零序電流之間有：  　　ia+ib+ic=3io  　　如果對每相電流以及電流和回路各設有一個采樣通道，而且四個量都在同一時刻采樣，則對任一次采樣時刻k，都應滿足：  　　ia(k)+ib(k)+ic(k)===3io(k)  　　上式提供了一個判別各采樣值是否可信的方便的依據(jù)。只有在滿足公式的前提下才允許這一組采樣值保存并提供給CPU作進一步的處理。否則，微機保護將報警和采取相應的措施，不會引起保護誤動。  　　3.2 運算過程的校核糾偏  　　針對CPU在運算過程中可能因強大的干擾而導致運算出錯的問題，可以將整個運算進行兩次，以核對運算是否有誤。這種校對可以有兩種方法。一是在運算結束后，由程序安排使CPU先把運算結果暫存起來，再利用同樣的原始數(shù)據(jù)，按同樣的運算式再算一遍，并同前一次計算結果比較，兩次的計算結果應當完全一樣。這種核對可以很有效的查出因干擾而造成的運算出錯。如果兩次結果不一樣，則再算，三取二表決，或直到兩次結果一樣。二是連續(xù)的兩次計算不利用完全相同的原始數(shù)據(jù)，而當?shù)诙斡嬎銜r將算法所依據(jù)的數(shù)據(jù)窗順移一個采樣值。第二種做法不僅可以排除干擾造成的運算出錯，也對原始數(shù)據(jù)進行了把關。  　　3.3 出口的閉鎖  　　在干擾造成程序出格后，CPU可能執(zhí)行一系列非預期的指令。如不采取措施，則在此過程中不是沒有可能碰到一條非預期的指令正好是跳閘指令而使保護誤動作。如圖2所示防止這種誤動作的措施是在設計出口跳閘回路的硬件時應當使該回路必須在連續(xù)執(zhí)行幾條指令后才能出口，不允許一條指令就出口。  　　3.4 程序出格的自恢復(看門狗)  　　萬一在強大的干擾下造成了微機保護程序出格，除在出口加裝閉鎖措施防止保護誤動外，還希望能迅速發(fā)現(xiàn)程序出格，并能自動地使其重新恢復正常，以免被保護對象發(fā)生故障時保護拒動。但此時任何軟件措施都無濟于事，因CPU 己不再按預定的程序工作，因此必須用專用的硬件電路來檢測程序出格，并實現(xiàn)自動恢復正常。有些單片機自身帶有所謂的“看門狗”即監(jiān)視定時器。  　　注：文章中涉及的公式和圖表請用PDF格式打開  　　  　　4 自動檢測技術  　　提高微機保護可靠性的另一重要因素是研究裝置內部有元件損壞時的后果及對策。微機保護的自動檢測技術可以使任何元件(指微機部分的元件)損壞都會在正常運行時表現(xiàn)出來。下面按損壞元件的種類分別討論自動檢測的方法。  　　4.1 RAM  　　對裝置RAM 區(qū)的每一個地址，可以循環(huán)地按圖3進行檢測。通過對該RAM 地址寫入全“0”OOH(H表示16進制)和全“1”FFH檢測是否良好．對于某些存放重要標志字的RAM 地址的檢測不允許被中斷，必須在最高優(yōu)先權級的中斷服務程序中進行。  　　4.2 EPROM (EEPROM )  　　為了檢測固化在EPROM 中的數(shù)碼(程序的指令或數(shù)據(jù))是否改變，一種最簡單的也是常用的方法是累加和自檢，即求和自檢。目前的運行實踐證明，這種循環(huán)冗余碼(CRC)方法對EPROM 內容有變化時檢出率高。但缺點是執(zhí)行速度慢，自檢需花費很長的時間。  　　4.3 開關量輸入通道  　　為防止拒動，對于重要的開關量輸入通道可以采用雙重化，即一個外部接點經(jīng)過兩個開關量輸入通道輸入，兩路構成“或”的關系；為防止誤動，可以在采取了雙重化外再增加一個其他的閉鎖條件。不然雙重化的兩路中如只有一路動作時就無法區(qū)別是  　　4.4 開關量輸出回路  　　它是利用繼電器接點的吸合時間遠大于電路的翻轉時間即反應時間而實現(xiàn)其功能的。其優(yōu)點：一是無需退出保護 回路；二是可檢測出除繼電器外回路中的任何元件的狀況，這點是常規(guī)保護所做不到的；三是多路開出量可共用一個自檢回路。缺點是自檢過程中不能中斷，在檢測過程中繼電器可能誤吸合，把它放在優(yōu)先級最高的中斷服務程序中，這就大大提高了微機保護的可靠性。  　　5 結束語  　　目前，我局運行的保護裝置種類繁多，性能各異。用于高壓電網(wǎng)的主保護和后備保護，又有用于配網(wǎng)的綜合自動化測控裝置，這使微機保護的應用更加深入廣泛，同時又對微機繼電保護運行可靠性提出了更高的要求。