關(guān)于繼電保護(hù)運(yùn)行的可行性分析探討

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摘 要：繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置是電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的屏障，不誤動(dòng)、不拒動(dòng)是保證電網(wǎng)可靠、穩(wěn)定的運(yùn)行的基礎(chǔ)。近年來(lái)，隨著電網(wǎng)的快速發(fā)展，及各種型號(hào)微機(jī)繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置相繼投入運(yùn)行，對(duì)微機(jī)繼電保護(hù)的可靠運(yùn)行提出了更高的要求。 

　　關(guān)鍵詞：微機(jī)保護(hù)可靠性措施  　　引言  　　近年來(lái)．由于電網(wǎng)快速發(fā)展，電網(wǎng)供電可靠、穩(wěn)定的運(yùn)行成為我局安全工作的首要任務(wù)。供電可靠性是對(duì)繼電保護(hù)裝置的基本要求之一。它包括兩個(gè)方面不誤動(dòng)和不拒動(dòng)?？煽啃院秃芏嘁蛩赜嘘P(guān)，如保護(hù)的原理、工藝和運(yùn)行維護(hù)水平等。這里著重討論由于應(yīng)用做型計(jì)算機(jī)而帶來(lái)的兩個(gè)問(wèn)題:一是微機(jī)保護(hù)的抗干擾問(wèn)題，二是裝置內(nèi)部元件出現(xiàn)損壞時(shí)的對(duì)策。繼電保護(hù)裝置工作環(huán)境中的干擾是嚴(yán)重的，這些干擾的特點(diǎn)是頻率高、幅度大，因而可以順利通過(guò)各種分布電容的耦合；另一方面這些干擾持續(xù)時(shí)間短，所以．提高微機(jī)保護(hù)裝置可靠性的重點(diǎn)在抗干擾上。  　　1 干擾來(lái)源和竄入微機(jī)弱電系統(tǒng)的途徑  　　干擾產(chǎn)生于干擾源。有的干擾來(lái)自外部，有的干擾來(lái)自內(nèi)部。外部干擾主要有其它物體和設(shè)備電磁波產(chǎn)生的強(qiáng)電場(chǎng)或強(qiáng)磁場(chǎng)以及來(lái)自電源的工頻干擾等等；內(nèi)部干擾主要有雜散電感和電容的結(jié)合引起的不同信號(hào)感應(yīng)、長(zhǎng)線(對(duì)高頻信號(hào)而言)傳輸造成電磁波的反射、多點(diǎn)接地造成的電位差干擾等等。總之，由于干擾源多種多樣，應(yīng)有針對(duì)性地采用不同方法來(lái)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(hào)源之中的干擾，即串聯(lián)干擾，其發(fā)生在線路各導(dǎo)線之間的干擾也即每?jī)上嘀g的干擾，產(chǎn)生的途徑有：一是通過(guò)長(zhǎng)線之間的互感侵入；二是通過(guò)相一相之間的耦合電容；三是因傳播的路徑與有用信號(hào)相同。  　　1.2 共模干擾，共模干擾是引起回路對(duì)地電位發(fā)生變化的于擾，即對(duì)地干擾，發(fā)生于電路中某點(diǎn)導(dǎo)線對(duì)地或?qū)ν鈿さ母蓴_，消除共模干擾的方法主要有：浮空隔離技術(shù)；雙層屏蔽技術(shù)；系統(tǒng)一點(diǎn)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(duì)有效信號(hào)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(hào)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(shí)于擾的迭加波形。  　　  　　  　　為了減小作用在裝置對(duì)外引線端子和機(jī)殼之間的共模干擾，應(yīng)使微機(jī)保護(hù)各外接端子同微機(jī)弱電系統(tǒng)之間都沒(méi)有電的聯(lián)系。表中所示為各種外接端子同微機(jī)弱電系統(tǒng)之間的隔離方法。  　　  　　  　　2 干擾對(duì)微機(jī)保護(hù)裝置的影響  　　干擾對(duì)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(kāi)關(guān)電路誤翻轉(zhuǎn)，在沒(méi)有完善閉鎖措施時(shí)將會(huì)導(dǎo)致誤操作；數(shù)字電路受干擾作用往往導(dǎo)致微機(jī)運(yùn)行故障或功能障礙，引起保護(hù)的不正確動(dòng)作。干擾對(duì)微機(jī)保護(hù)裝置的影響主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：  　　2.1 計(jì)算或邏輯錯(cuò)誤  　　微機(jī)保護(hù)中的輸出數(shù)據(jù)、計(jì)算中間結(jié)果和控制標(biāo)志字都放在隨機(jī)存貯器RAM 中，強(qiáng)干擾引起RAM 數(shù)據(jù)發(fā)生改變是可能的。另外，當(dāng)CPU正在讀(或?qū)?一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)線或地址線受干擾發(fā)生改變，就會(huì)造成讀(或?qū)?一個(gè)壞數(shù)據(jù)或者對(duì)一個(gè)錯(cuò)誤的地址讀(或?qū)?。如果這是一個(gè)中間結(jié)果或者采樣數(shù)據(jù)，就會(huì)造成計(jì)算錯(cuò)誤，如果這是一個(gè)標(biāo)志字，就會(huì)造成邏輯紊亂，這都有可能引起裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)。  　　2.2 程序運(yùn)行出軌  　　這是指由于隨機(jī)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(dāng)CPU正通過(guò)地址總線送出一個(gè)地址以便從EPROM 獲取指令操作碼，由于干擾使傳送地址出錯(cuò)，它將從一個(gè)錯(cuò)誤的地址取得一個(gè)錯(cuò)誤的操作碼。如果這個(gè)誤碼CPU 不認(rèn)識(shí)，程序運(yùn)行將發(fā)生中斷；如果這個(gè)錯(cuò)誤碼是可執(zhí)行碼，那么在執(zhí)行了一系列非預(yù)期指令后往往最終碰到一個(gè)CPU不認(rèn)識(shí)的指令操作碼而停止工作，會(huì)造成CPU停止執(zhí)行繼電保護(hù)的規(guī)定任務(wù)，再發(fā)生系統(tǒng)故障時(shí)，保護(hù)將拒動(dòng)。  　　2.3 元件損壞  　　嚴(yán)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(jìn)入微機(jī)弱電系統(tǒng)，也就是前面介紹過(guò)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(duì)不同的出錯(cuò)情況，可以分別采取以下措施。  　　3.1 對(duì)輸入采樣值的抗干擾糾錯(cuò)  　　保護(hù)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(duì)每相電流以及電流和回路各設(shè)有一個(gè)采樣通道，而且四個(gè)量都在同一時(shí)刻采樣，則對(duì)任一次采樣時(shí)刻k，都應(yīng)滿足：  　　ia(k)+ib(k)+ic(k)===3io(k)  　　上式提供了一個(gè)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(jìn)一步的處理。否則，微機(jī)保護(hù)將報(bào)警和采取相應(yīng)的措施，不會(huì)引起保護(hù)誤動(dòng)。  　　3.2 運(yùn)算過(guò)程的校核糾偏  　　針對(duì)CPU在運(yùn)算過(guò)程中可能因強(qiáng)大的干擾而導(dǎo)致運(yùn)算出錯(cuò)的問(wèn)題，可以將整個(gè)運(yùn)算進(jìn)行兩次，以核對(duì)運(yùn)算是否有誤。這種校對(duì)可以有兩種方法。一是在運(yùn)算結(jié)束后，由程序安排使CPU先把運(yùn)算結(jié)果暫存起來(lái)，再利用同樣的原始數(shù)據(jù)，按同樣的運(yùn)算式再算一遍，并同前一次計(jì)算結(jié)果比較，兩次的計(jì)算結(jié)果應(yīng)當(dāng)完全一樣。這種核對(duì)可以很有效的查出因干擾而造成的運(yùn)算出錯(cuò)。如果兩次結(jié)果不一樣，則再算，三取二表決，或直到兩次結(jié)果一樣。二是連續(xù)的兩次計(jì)算不利用完全相同的原始數(shù)據(jù)，而當(dāng)?shù)诙斡?jì)算時(shí)將算法所依據(jù)的數(shù)據(jù)窗順移一個(gè)采樣值。第二種做法不僅可以排除干擾造成的運(yùn)算出錯(cuò)，也對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行了把關(guān)。  　　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(yù)期的指令。如不采取措施，則在此過(guò)程中不是沒(méi)有可能碰到一條非預(yù)期的指令正好是跳閘指令而使保護(hù)誤動(dòng)作。如圖2所示防止這種誤動(dòng)作的措施是在設(shè)計(jì)出口跳閘回路的硬件時(shí)應(yīng)當(dāng)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(fù)(看門狗)  　　萬(wàn)一在強(qiáng)大的干擾下造成了微機(jī)保護(hù)程序出格，除在出口加裝閉鎖措施防止保護(hù)誤動(dòng)外，還希望能迅速發(fā)現(xiàn)程序出格，并能自動(dòng)地使其重新恢復(fù)正常，以免被保護(hù)對(duì)象發(fā)生故障時(shí)保護(hù)拒動(dòng)。但此時(shí)任何軟件措施都無(wú)濟(jì)于事，因CPU 己不再按預(yù)定的程序工作，因此必須用專用的硬件電路來(lái)檢測(cè)程序出格，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)恢復(fù)正常。有些單片機(jī)自身帶有所謂的“看門狗”即監(jiān)視定時(shí)器。  　　注：文章中涉及的公式和圖表請(qǐng)用PDF格式打開(kāi)  　　  　　4 自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)  　　提高微機(jī)保護(hù)可靠性的另一重要因素是研究裝置內(nèi)部有元件損壞時(shí)的后果及對(duì)策。微機(jī)保護(hù)的自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)可以使任何元件(指微機(jī)部分的元件)損壞都會(huì)在正常運(yùn)行時(shí)表現(xiàn)出來(lái)。下面按損壞元件的種類分別討論自動(dòng)檢測(cè)的方法。  　　4.1 RAM  　　對(duì)裝置RAM 區(qū)的每一個(gè)地址，可以循環(huán)地按圖3進(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)對(duì)該RAM 地址寫入全“0”OOH(H表示16進(jìn)制)和全“1”FFH檢測(cè)是否良好．對(duì)于某些存放重要標(biāo)志字的RAM 地址的檢測(cè)不允許被中斷，必須在最高優(yōu)先權(quán)級(jí)的中斷服務(wù)程序中進(jìn)行。  　　4.2 EPROM (EEPROM )  　　為了檢測(cè)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(jiǎn)單的也是常用的方法是累加和自檢，即求和自檢。目前的運(yùn)行實(shí)踐證明，這種循環(huán)冗余碼(CRC)方法對(duì)EPROM 內(nèi)容有變化時(shí)檢出率高。但缺點(diǎn)是執(zhí)行速度慢，自檢需花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間。  　　4.3 開(kāi)關(guān)量輸入通道  　　為防止拒動(dòng)，對(duì)于重要的開(kāi)關(guān)量輸入通道可以采用雙重化，即一個(gè)外部接點(diǎn)經(jīng)過(guò)兩個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入通道輸入，兩路構(gòu)成“或”的關(guān)系；為防止誤動(dòng)，可以在采取了雙重化外再增加一個(gè)其他的閉鎖條件。不然雙重化的兩路中如只有一路動(dòng)作時(shí)就無(wú)法區(qū)別是  　　4.4 開(kāi)關(guān)量輸出回路  　　它是利用繼電器接點(diǎn)的吸合時(shí)間遠(yuǎn)大于電路的翻轉(zhuǎn)時(shí)間即反應(yīng)時(shí)間而實(shí)現(xiàn)其功能的。其優(yōu)點(diǎn)：一是無(wú)需退出保護(hù) 回路；二是可檢測(cè)出除繼電器外回路中的任何元件的狀況，這點(diǎn)是常規(guī)保護(hù)所做不到的；三是多路開(kāi)出量可共用一個(gè)自檢回路。缺點(diǎn)是自檢過(guò)程中不能中斷，在檢測(cè)過(guò)程中繼電器可能誤吸合，把它放在優(yōu)先級(jí)最高的中斷服務(wù)程序中，這就大大提高了微機(jī)保護(hù)的可靠性。  　　5 結(jié)束語(yǔ)  　　目前，我局運(yùn)行的保護(hù)裝置種類繁多，性能各異。用于高壓電網(wǎng)的主保護(hù)和后備保護(hù)，又有用于配網(wǎng)的綜合自動(dòng)化測(cè)控裝置，這使微機(jī)保護(hù)的應(yīng)用更加深入廣泛，同時(shí)又對(duì)微機(jī)繼電保護(hù)運(yùn)行可靠性提出了更高的要求。