電力系統(tǒng)微機保護(hù)第6章--微機保護(hù)的抗干擾課件

1、1/442022/7/25Xian University of Science and Technology主要內(nèi)容6.1 微機保護(hù)可靠性概述6.2 微機保護(hù)的干擾和干擾源6.3 微機保護(hù)的硬件抗干擾措施6.4 微機保護(hù)的軟件抗干擾措施2/442022/7/25Xian University of Science and Technology電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本要求是選擇性、速動性、靈敏性和可靠性。6.1 微機保護(hù)可靠性概述其中可靠性是指繼電保護(hù)裝置不拒動和不誤動對微機繼電保護(hù)裝置也應(yīng)滿足這些基本要求。 微機繼電保護(hù)的可靠性通過下列條件得以保證：（1）繼電保護(hù)原理保證其可靠性；（2）繼電保護(hù)

2、與安全自動裝置之間相互配合，保證可靠性；（3）微機繼電保護(hù)裝置硬件的可靠性；（4）微機繼電保護(hù)軟件的可靠性。3/442022/7/25Xian University of Science and Technology6.1 微機保護(hù)可靠性概述微機保護(hù)軟硬件的可靠性受到干擾和元件的損壞的影響。從抗擊干擾，提高可靠性的角度上講，微機保護(hù)裝置有許多不同于常規(guī)保護(hù)的特點:（1）微機保護(hù)裝置的硬件電路采用了大量的大規(guī)模集成 電路。（2）微機保護(hù)裝置的硬件中大部分工作在低壓（3 5V）、高頻的信號下。（3）微機保護(hù)裝置的正確工作依賴于硬件電路的正確性，和軟件的正確性。4/442022/7/25Xian U

3、niversity of Science and Technology6.1 微機保護(hù)可靠性概述運行中的微機保護(hù)裝置的可靠性主要面臨兩個方面的問題： 微機保護(hù)裝置硬件的可靠性及干擾信號對硬件可靠性的影響； 軟件的可靠性及干擾信號對軟件可靠性的影響。提高微機保護(hù)裝置可靠性加強抗干擾設(shè)施采用在線自動檢測技術(shù)采用“看門狗”或硬件自動復(fù)位技術(shù)采用冗余設(shè)計5/442022/7/25Xian University of Science and Technology6.2 微機保護(hù)的干擾和干擾源6.2.1 電力系統(tǒng)中干擾的來源干擾信號產(chǎn)生于干擾源干擾來自于微機保護(hù)裝置外部的稱外干擾源干擾來自于微機保護(hù)裝置內(nèi)

4、部的稱內(nèi)干擾源 系統(tǒng)操作引起的噪聲耦合引起的噪聲直流系統(tǒng)操作引起的噪聲大規(guī)模集成電路工作時產(chǎn)生的噪聲諧波主要干擾來源6/442022/7/25Xian University of Science and Technology6.2 微機保護(hù)的干擾和干擾源6.2.2干擾的形式按照干擾侵入裝置的方式可分為兩種形式。即共模干擾形式和差摸干擾形式。共模干擾圖6-1中， 為信號電流， 為噪聲電流。噪聲電流在信號線和地線之間傳輸，由噪聲源經(jīng)兩條傳輸線通過地回路產(chǎn)生噪聲電壓，從而改變了地電位，造成干擾。是干擾源引起回路對地電位發(fā)生變化產(chǎn)生的干擾。7/442022/7/25Xian University of

5、 Science and Technology6.2 微機保護(hù)的干擾和干擾源差模干擾又稱橫模干擾，線間感應(yīng)噪聲，常模噪聲。橫模噪聲是由噪聲源在兩條信號線之間產(chǎn)生的干擾。圖6-2中， 為信號電流， 為噪聲電流?？梢姡肼曤娏髋c信號電流同時在兩條信號線之間傳輸。6.2.2干擾的形式8/442022/7/25Xian University of Science and Technology6.2 微機保護(hù)的干擾和干擾源采集系統(tǒng)6.2.3干擾的傳輸途徑干擾源產(chǎn)生的干擾信號是通過耦合通道傳送到受干擾設(shè)備的。靜電耦合方式靜電耦合又稱電容耦合方式。這是指電位變化在干擾源與受擾對象之間引起的靜電感應(yīng)。干擾的耦

6、合方式靜電耦合互感耦合耦合公共阻抗耦合輻射耦合9/442022/7/25Xian University of Science and Technology6.2 微機保護(hù)的干擾和干擾源采集系統(tǒng)圖6-3是兩平行導(dǎo)體通過分布電容耦合產(chǎn)生干擾的示意圖。圖6-3中 為兩導(dǎo)線間的分布電容， 和 分別為導(dǎo)線1和導(dǎo)線2的對地電容。R為導(dǎo)線2的對地電阻， 為施加于導(dǎo)線1的信號電壓。6.2.3干擾的傳輸途徑10/442022/7/25Xian University of Science and Technology6.2 微機保護(hù)的干擾和干擾源采集系統(tǒng)若 為信號電壓的角頻率，當(dāng)不考慮導(dǎo)線1的對地電容 時，由分布

7、電容耦合在導(dǎo)線2上產(chǎn)生的對地噪聲電壓 為(6- 1)當(dāng) 時有 (6- 2) 可見， 此時的大小僅與 和 的值有關(guān)，而與信號的頻率無關(guān)。當(dāng) 時有(6- 3)此時 的大小不僅與 和 的值有關(guān)，而與信號的頻率也有關(guān)。顯然，如果能夠減小導(dǎo)線2的對地電阻，則可降低干擾電壓。11/442022/7/25Xian University of Science and Technology6.2 微機保護(hù)的干擾和干擾源采集系統(tǒng)互感耦合方式又稱電磁感應(yīng)耦合方式。這相當(dāng)于一空心互感器干擾電壓為(6- 4)可見，干擾電壓的大小與信號的頻率、電流和兩導(dǎo)線間的互感成正比。12/442022/7/25Xian Univer

8、sity of Science and Technology6.2 微機保護(hù)的干擾和干擾源采集系統(tǒng)公共阻抗耦合方式這是噪聲源和信號源具有公共阻抗時的傳導(dǎo)耦合。由電源內(nèi)阻耦合產(chǎn)生干擾的電路如圖6-5所示。為防止公共阻抗耦合，應(yīng)使耦合阻抗趨近于零，這樣通過耦合阻抗產(chǎn)生的干擾電壓將趨于零。13/442022/7/25Xian University of Science and Technology6.2 微機保護(hù)的干擾和干擾源采集系統(tǒng)輻射耦合方式當(dāng)高頻電流流過導(dǎo)體時，在該導(dǎo)體的周圍便會產(chǎn)生電力線和磁力線。由于電流的變化頻率很快，從而形成一種在空間傳播的高頻電磁波。處于電磁波輻射范圍內(nèi)的導(dǎo)體就會感應(yīng)電

9、勢。電磁場輻射干擾是一種無規(guī)則的干擾。為考驗微機保護(hù)裝置的抗干擾水平，投入系統(tǒng)運行的微機保護(hù)裝置應(yīng)滿足：（1）裝置應(yīng)能承受GB6126規(guī)定的脈沖干擾試驗。（2）裝置應(yīng)能承受IEC-22-4標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的嚴(yán)酷等級為級（4kV10%）的快速瞬變干擾試驗。14/442022/7/25Xian University of Science and Technology6.2 微機保護(hù)的干擾和干擾源采集系統(tǒng)6.2.4干擾對微機保護(hù)裝置的影響干擾對微機保護(hù)裝置的影響主要表現(xiàn)在以下幾方面：計算或邏輯錯誤程序運行出軌原件損壞15/442022/7/25Xian University of Science and T

10、echnology6.3 微機保護(hù)的硬件抗干擾措施采集系統(tǒng)對于來自外部的干擾信號，主要是采取防止干擾進(jìn)入裝置的措施。對于裝置內(nèi)部產(chǎn)生的干擾信號，主要是采取較少或消除的措施。近年來，在微機保護(hù)裝置的硬件設(shè)計方面，為提高裝置的可靠性，各單位都進(jìn)行了大量的研究工作。就硬件抗干擾措施來說，可主要歸納為隔離、屏蔽和接地三相措施。6.2.4干擾對微機保護(hù)裝置的影響16/442022/7/25Xian University of Science and Technology6.3 微機保護(hù)的硬件抗干擾措施采集系統(tǒng)6.3.1微機保護(hù)屏采取的抗干擾措施有關(guān)微機保護(hù)屏抗干擾措施主要的有以下幾點要求：（1）保護(hù)屏必

11、須有接地端子，并用端面不小于的多股銅導(dǎo)線與接地網(wǎng)直接連通。（2）引到微機保護(hù)裝置的交流和直流電纜線，應(yīng)先經(jīng)過抗干擾電容，然后進(jìn)入保護(hù)屏內(nèi)。（3）引入微機保護(hù)裝置的電流、電壓和信號觸點線，應(yīng)采用屏蔽電纜，屏蔽層在開關(guān)場與控制室同時接地。（4）經(jīng)控制室零相小母線（N600）連通的幾組電壓互感器二次回路，只應(yīng)在控制室將N600一點接地，各電壓互感器二次側(cè)中性點在開關(guān)場的接地點應(yīng)斷開。17/442022/7/25Xian University of Science and Technology6.3 微機保護(hù)的硬件抗干擾措施采集系統(tǒng)6.3.2微機保護(hù)裝置的接地處理在微機保護(hù)裝置中有多種地線。 數(shù)字地

12、模擬地 屏蔽地 電源地 機殼地一般在微機保護(hù)裝置中有下列幾種地線：18/442022/7/25Xian University of Science and Technology6.3 微機保護(hù)的硬件抗干擾措施采集系統(tǒng)6.3.3隔離與屏蔽措施隔離和屏蔽技術(shù)是防止外部電磁干擾進(jìn)入裝置內(nèi)部的有效措施。屏蔽是指用屏蔽體把通過空間電場、磁場耦合的干擾部分隔離開，隔斷其空間傳播的途徑。良好的屏蔽和接地緊密相連，可大大降低噪聲耦合，取得較好的抗干擾效果。根據(jù)干擾的耦合通道性質(zhì)，屏蔽可分為電場屏蔽、磁場屏蔽和電磁屏蔽。19/442022/7/25Xian University of Science and T

13、echnology6.3 微機保護(hù)的硬件抗干擾措施采集系統(tǒng)1在微機保護(hù)裝置中采用的屏蔽措施（1）保護(hù)小間屏蔽。一種是全密封式，一種是網(wǎng)孔式，為加強屏蔽效果，可采用雙層屏蔽措施。（2）保護(hù)柜屏蔽。（3）機箱屏蔽。連成一體的保護(hù)機箱可起到一定屏蔽作用。（4）模擬變換器的原副邊設(shè)有屏蔽層。（5）印刷板內(nèi)的布線屏蔽。20/442022/7/25Xian University of Science and Technology6.3 微機保護(hù)的硬件抗干擾措施采集系統(tǒng)2微機保護(hù)裝置中采用的隔離措施（1）光電隔離。光電隔離主要是采用光電耦合器件。采用光電隔離器件后，輸入、輸出電路完全沒有電的聯(lián)系。因此，輸入

14、電路與輸出電路可采用完全不同的工作電壓。VFC式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的光電隔離開關(guān)量輸入電路的光電隔離開關(guān)量輸出電路的光電隔離驅(qū)動打印機電路的光電隔離等在微機保護(hù)裝置中采用的光電隔離的電路21/442022/7/25Xian University of Science and Technology6.3 微機保護(hù)的硬件抗干擾措施采集系統(tǒng)（2）變壓器隔離。采用隔離變壓器，如圖6-7所示。開關(guān)量輸入電路的光電隔離如圖6-6所示。22/442022/7/25Xian University of Science and Technology6.3 微機保護(hù)的硬件抗干擾措施采集系統(tǒng)（3）繼電器隔離。繼電器的線圈

15、與觸點之間沒有電氣的聯(lián)系，因此繼電器線圈、觸點之間是相互隔離的。圖中既有光耦隔離，也有繼電器K的隔離。23/442022/7/25Xian University of Science and Technology6.3 微機保護(hù)的硬件抗干擾措施采集系統(tǒng)6.3.4濾波與退耦抑制橫模干擾的主要措施是采用濾波和退耦電路。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，電壓、電流變換器的二次信號通常要經(jīng)過模擬低通濾波器和運算放大器后才進(jìn)入采樣/保持電路。模擬低通濾波器采用一階或兩階RC低通濾波器。低通濾波器的設(shè)置除了滿足采樣定理的要求外，它還兼有抗干擾的作用。為防止直流系統(tǒng)引入的干擾，通常在直流電源的入口接有濾波元件。24/442

16、022/7/25Xian University of Science and Technology6.3 微機保護(hù)的硬件抗干擾措施采集系統(tǒng)由于微機保護(hù)裝置工作于高頻率的數(shù)字信號環(huán)境下，信號電平的轉(zhuǎn)換過程中會產(chǎn)生很大的尖峰沖擊電流，并在傳輸線和電源內(nèi)阻上產(chǎn)生較大的壓降，形成嚴(yán)重的干擾。 抑制這種干擾方法 1在布線上盡量使雜散電容降至最小 2設(shè)法降低電源內(nèi)阻 3在每個集成電路芯片的電源線與地線之間接入去耦電容。去耦電容一方面提供和吸收該集成電路開關(guān)瞬間充放電能量。另一方面屏蔽掉該元件的高頻噪聲。去耦電容的選擇并不嚴(yán)格，可按 選擇。25/442022/7/25Xian University of S

17、cience and Technology6.3 微機保護(hù)的硬件抗干擾措施采集系統(tǒng)6.3.5硬件自復(fù)位電路如圖6-9所示是防止程序“出格”的自動復(fù)位電路。圖6-9中采用一片74LS393二分頻計數(shù)器芯片。26/442022/7/25Xian University of Science and Technology6.3 微機保護(hù)的硬件抗干擾措施采集系統(tǒng)6.3.6硬件設(shè)計采用容錯設(shè)計目前，在微機保護(hù)中的容錯設(shè)計主要是硬件結(jié)構(gòu)的冗余設(shè)計。主要有以下幾方面。（1）完全雙重化的保護(hù)配置方案。（2）在微機保護(hù)裝置內(nèi)部實現(xiàn)部分插件的雙重化或熱備用。（3）部分元件采用了三去二表決方案。27/442022/7

18、/25Xian University of Science and Technology6.3 微機保護(hù)的硬件抗干擾措施采集系統(tǒng)6.3.7出口跳閘回路的多重閉鎖措施在保護(hù)裝置的跳閘出口回路設(shè)計的閉鎖措施有：采用雙線驅(qū)動命令編碼方式；出口電源受告警繼電器和啟動元件三選二閉鎖；5V驅(qū)動電路與24V驅(qū)動電路之間有光電隔離措施。28/442022/7/25Xian University of Science and Technology6.4 微機保護(hù)的軟件抗干擾措施采集系統(tǒng)合理的硬件設(shè)計及相應(yīng)的抗干擾措施可以使干擾不會引起微機保護(hù)的工作錯誤，這是抗干擾的第一道防線。一旦干擾突破了由硬件組成的防線，可

19、由軟件來糾正，以防止微機工作出錯，導(dǎo)致保護(hù)誤動作或拒動。軟件抗干擾的方法是常規(guī)繼電保護(hù)無法做到的，因此，微機保護(hù)裝置的可靠性較常規(guī)保護(hù)有了很大的提高。29/442022/7/25Xian University of Science and Technology6.4 微機保護(hù)的軟件抗干擾措施采集系統(tǒng)6.4.1軟件循環(huán)自檢檢查微機系統(tǒng)的硬件故障對于常規(guī)保護(hù)裝置，在電力系統(tǒng)正常運行時，它處于不動作狀態(tài)時，除了保護(hù)的測量元件在監(jiān)視系統(tǒng)外，其邏輯部分是處于待命狀態(tài)。微機保護(hù)的出現(xiàn)，使得實時在線自檢成為可能。利用軟件實時檢測微機保護(hù)裝置的硬件電路各部分，一旦發(fā)現(xiàn)故障，立即閉鎖出口跳閘回路，同時發(fā)出故障告

20、警信號。30/442022/7/25Xian University of Science and Technology6.4 微機保護(hù)的軟件抗干擾措施采集系統(tǒng)1EPROM芯片的檢測EPROM是紫外線可擦除的可編程只讀存儲器芯片。其片內(nèi)存放著微機保護(hù)的程序。應(yīng)對EPROM中的內(nèi)容進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)錯誤，立即閉鎖保護(hù)，并給出告警信號。檢查的方法有三種，分別為補奇校驗法、循環(huán)冗余碼校驗法以及求和校驗法。6.4.1軟件循環(huán)自檢檢查微機系統(tǒng)的硬件故障31/442022/7/25Xian University of Science and Technology6.4 微機保護(hù)的軟件抗干擾措施采集系統(tǒng)這種方法是

21、事先求得一個校驗字節(jié)（或字）并固化于EPROM的某個地址單元，運行過程中將EPROM的全部字節(jié)（或字）內(nèi)容按位進(jìn)行“異或”運算，當(dāng)其結(jié)果各位全為1時，說明程序內(nèi)容正確。否則，為錯誤。（1）補奇校驗法。32/442022/7/25Xian University of Science and Technology6.4 微機保護(hù)的軟件抗干擾措施采集系統(tǒng)表6-1 EPROM內(nèi)容校驗EPROM地址地址00000001001000110100010101100111 EPROM內(nèi)容內(nèi)容100000001000000001100100000000101101011000011000010110000000

22、111111111111說明程序代碼程序代碼程序代碼程序代碼程序代碼程序代碼程序代碼校驗字節(jié)檢驗結(jié)果33/442022/7/25Xian University of Science and Technology6.4 微機保護(hù)的軟件抗干擾措施采集系統(tǒng)（2）循環(huán)冗余碼校驗法。這種方法是對程序代碼的每一字節(jié)的每一位逐個進(jìn)行校驗。根據(jù)該位為“0”或為“1”，改變一個寄存器中的內(nèi)容。將全部程序代碼校驗后，在該寄存器中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)為“CRC碼”。在程序完成后，將此代碼寫入EPROM的最末地址單元。用戶在執(zhí)行這個命令時，將校驗的結(jié)果和原存于EPROM中的“CRC碼”進(jìn)行比較，若不一致，則說明程序代碼有變化。

23、此種校驗方法誤碼檢出率相當(dāng)高，但耗時較長。其流程圖如圖6-12所示。34/442022/7/25Xian University of Science and Technology6.4 微機保護(hù)的軟件抗干擾措施采集系統(tǒng)其流程圖如圖6-12所示。35/442022/7/25Xian University of Science and Technology6.4 微機保護(hù)的軟件抗干擾措施采集系統(tǒng)（3）求和校驗法。這是一種最簡便的校驗方法。將程序代碼從第一字（或字節(jié)）逐個相加，知道程序的最末一個字(或字節(jié))。相加的和數(shù)保留16位，溢出內(nèi)容丟掉。將程序完成時的求和結(jié)果存于EPROM的最后地址單元。運行

24、時重新按求和校驗方法，將求和結(jié)果與原存于EPROM中的內(nèi)容比較，若不一致，說明程序發(fā)生代碼變化或EPROM錯誤（見表6-2）。36/442022/7/25Xian University of Science and Technology6.4 微機保護(hù)的軟件抗干擾措施采集系統(tǒng)表 6-2 求和校驗法的EPROM內(nèi)容EPROM地址地址EPROM內(nèi)容內(nèi)容EPROM地址地址EPROM內(nèi)容內(nèi)容000010000000（80H）（80H）000101000010（42H）（42H）001010000001(81H)001111000000(C0H)010001100100(64H)010101101100

25、(6CH)011000000010(02H)011100100010(22H)100011010110(D6H)100110010110(96H)101000011000(18H)101101001000(48H)110010011000(98H)110101011001()59H111000001111(0FH)111111011111(DFH)求和結(jié)果（高）11111111(FFH)求和結(jié)果（低）10100110(A6H)37/442022/7/25Xian University of Science and Technology6.3 微機保護(hù)的硬件抗干擾措施采集系統(tǒng)2 SRAM芯片的檢

26、測SRAM為靜態(tài)隨機存儲器芯片。用于存放微機保護(hù)中的采樣數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、各種標(biāo)志，各種報告等的內(nèi)容。在微機保護(hù)裝置正常工作時，SRAM的每個單元應(yīng)能正確讀寫。因此，應(yīng)對SRAM進(jìn)行讀寫正確性的檢查。這種檢查除可檢查出RAM芯片的損壞，還可發(fā)現(xiàn)地址、數(shù)據(jù)線的錯誤。38/442022/7/25Xian University of Science and Technology6.4 微機保護(hù)的軟件抗干擾措施采集系統(tǒng)3 E2PROM芯片的檢測E2PROM是電可擦除、電改寫的只讀存儲器芯片。用于存放微機保護(hù)的定值。對其檢查方法與對EPROM的求和尾數(shù)校驗法相同。4 開關(guān)量輸出電路的檢測檢查的方法是送出驅(qū)動命令，讀自檢反饋端的電位狀態(tài)；送出閉鎖命令，讀自檢反饋端的電位狀態(tài)；無論是驅(qū)動命令或閉鎖命令，如自檢反饋的狀態(tài)不正確，說明開關(guān)量輸出電路有故障。39/442022/7/25Xian University of Science and Technology6.4 微機保護(hù)的軟