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1、第4章 微机保护的抗干扰措施,4.1 概述 4.2 干扰和干扰源 (1)干扰的形成及其基本要素 (2)电力系统中常见的干扰源 电力系统中常产生的脉冲干扰、瞬变干扰的原因主要有以下几种: 1)隔离开关及断路器操作 2)雷电,3)运行中的供电设备和用电设备 4)无线电波 5)静电 (3)电磁干扰的传播途径和耦合方式 电磁干扰的耦合方式可以分为以下几种: 1)共阻抗性耦合 2)电感性耦合 3)电容性耦合 4)电磁耦合 (4)干扰形式,一般认为,干扰形式有两种:即横模干扰和共模干扰。 1)横模干扰 2)共模干扰,图4.1 电磁干扰的耦合方式 (a)共阻抗性耦合;(b)电感性耦合;(c)电容性耦合,消除
2、共模干扰的方法主要有: 浮空隔离技术; 三线采样,即双层屏蔽技术; 系统一点接地; 低阻匹配传输、电流传输代替电压传输; 采用隔离变压器; 采用光电耦合器。 4.3 干扰对微机保护装置的影响 干扰对微机保护装置的影响主要表现在以下几个方面:,(1)计算或逻辑错误 (2)程序运行出轨,图4.2 产生横模干扰示意图,图4.3 产生共模干扰示意图,(3)元件损坏 4.4 防止干扰进入微机保护装置的对策 (1)接地的处理 微机保护装置内部,大致有以下几种地线: 数字地(逻辑地),图4.4 干扰对有效信号的影响示意图 (a)横模干扰叠加在直流信号上的波形;(b)共模干扰改变地电位后的波形; (c)横模干
3、扰和共模干扰的叠加波形,模拟地 功率地 直流电源地 屏蔽地 (2)屏蔽与隔离,图4.5 各插件板一点接地示意图,图4.6 模拟地与数字地一点接地示意图,防止干扰进入微机保护装置的屏蔽与隔离,对策主要包括以下几个方面: 1)模拟量输入 2)开关量输入 3)开关量输出 4)数字量输出,图4.7 开关量输入的光电隔离原理图,图4.8 开关量输出的光电隔离原理图,(3)滤波、退耦与旁路 (4)对供电电源的要求 (5)合理地分配和布置插件 4.5 抑制窜入干扰影响的软、硬件对策 4.5.1 采样数据的干扰辨识 对于三相交流量,有下述瞬时值关系: 4.5.2 防止程序运行出轨的对策,(4.1),(4.2)
4、,4.5.3 处理过程的校核措施 4.5.4 总结,图4.9 逆变开关电源结构示意图,图4.10 超时自动复归电路,(1)防干扰的硬件措施 采用不扩展的单片机,总线不出芯片,实现电路简单,可大大地消除横模干扰; 工艺上采用多层印刷电路板和表面安装技术(SMT); 交流输入组件上电流变换器、电压变换器选用“R”型铁心,使数据采集系统的精度、线性范围、功耗等指标显著改善; 采用带双重屏蔽的变换器,接地和接零要正确;,在数据采集系统中,采用前置模拟低通滤波器来抑制差模干扰和其他干扰,同时,应考虑数字电路以外的外围电路。例如,采样保持器、A/D转换器、出口驱动电路、逆变电源等元件的可靠性; 装置的零电
5、位线与大地(机壳)严格隔离,并加以良好的屏蔽,应考虑数字电路电源的纹波接地地线浮动及分布退耦器; 在输入和输出端接入对地电容,以减低现场高频干扰及“浪涌”,同时,应消除因密集装置造成的杂散耦合,特别是消除工频,窜扰; 采用逆变后的开关电源供电,由蓄电池电压110V或220V逆变成高频(20kHz)电压后经高频变压器隔离; 利用光电耦合隔离技术,隔离叠加在CPU系统输入、输出信号上的各种干扰,在输入和输出通道上采用光电耦合隔离。在硬件设计中,模拟量输入、开关量输入、输出,例如装置与前置机的通信接口,出口继电器与锁存器的连接,以及出口继电器的状态均应采用光电耦合隔离,使微机工,作在浮地状态;采用控制出口冗余设计;采用CPU系统硬件故障自诊断;控制出口插件的设计采用互补性原理;继电器状态采用信号返回和“WATCH-DOG”技术。 (2)防止系统“死机”的软件设计 Watching dog的正确使用; 软件的容错设计 加入软件陷阱的方法;设立标志判断;增加数据安全备份;最后的手段软件复位。 采样数据的干扰对策 利用模拟输入量间的规律剔除虚假点;数值平滑滤波法。,