微機(jī)繼電保護(hù)抗干擾研究

微機(jī)繼電保護(hù)抗干擾研究

TheEMCResearchonMicrocomputer-Based

ProtectiveRelays姓名:朱瑪導(dǎo)師:黃少鋒教授本課題的意義隨著電網(wǎng)朝著超高壓、緊湊型發(fā)展，變電站的電磁環(huán)境更加惡劣二次設(shè)備微型化，數(shù)字化，智能化也增加了它對(duì)瞬態(tài)騷擾的敏感性和脆弱性

國內(nèi)對(duì)電磁兼容問題還處于初步研究和認(rèn)識(shí)階段。工程存在造價(jià)高、建設(shè)難度大等問題

目前應(yīng)用的保護(hù)裝置對(duì)浪涌干擾的防護(hù)急需加強(qiáng)，電源的抗擾性也有待提高本論文的主要工作分析了當(dāng)前微機(jī)保護(hù)裝置工作的電磁環(huán)境，以及裝置在電磁兼容技術(shù)方面的難點(diǎn)提出了以系統(tǒng)接地控制浪涌干擾的方法，分析了接地和浮地方式下干擾的傳輸途徑提出了系統(tǒng)接地方案，并針對(duì)CSL-101進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)中的問題提出了改進(jìn)措施提出了分布供電方案，對(duì)CSL-101進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，確定了集中供電和分布供電并行的供電方式一.變電站的電磁環(huán)境1.變電站典型的騷擾源雷擊引起的暫態(tài)騷擾

開關(guān)操作引起的暫態(tài)騷擾

直流回路操作產(chǎn)生的暫態(tài)騷擾

直流電源的瞬時(shí)中斷與恢復(fù)引起的騷擾

2.騷擾的耦合途徑共阻抗耦合感性耦合容性耦合輻射耦合3.電磁兼容整體設(shè)計(jì)思想使用適當(dāng)?shù)囊种聘蓴_措施電纜及接插件的設(shè)計(jì)、實(shí)施及接地處理避免錯(cuò)誤的印制板（PCB）布置提高抗擾性的一般措施：屏蔽、接地、濾波、解耦、隔離、電路阻抗控制二.接地方式下的干擾途徑分析1.浪涌抑制器件的局限性裝置對(duì)外端口多，出線多達(dá)幾十路。大量的浪涌器件可能改變原有回路的阻抗特性。器件壽命短，留下了事故隱患，增加了現(xiàn)場服務(wù)的工作量。增加了裝置的成本。

不能依靠浪涌抑制器解決浪涌問題系統(tǒng)接地有望為解決浪涌問題找到新途徑2.保護(hù)裝置對(duì)外端口電磁回路分析

電源回路系統(tǒng)接地后干擾影響裝置的途徑裝置端口系統(tǒng)接地線開入回路開出回路電源脈沖變壓器屏蔽層原理圖

二次側(cè)耦合電壓三.保護(hù)裝置系統(tǒng)接地試驗(yàn)1.系統(tǒng)接地方案串聯(lián)一點(diǎn)接地，接地點(diǎn)選擇在機(jī)殼屏蔽地模擬量采集系統(tǒng)即15V保持浮地各電壓等級(jí)系統(tǒng)一點(diǎn)共地

裝置接地模型2.系統(tǒng)接地和浮地方式比對(duì)試驗(yàn)

電源端口普通導(dǎo)線接地時(shí)，電源端口受浪涌干擾的影響反而大大增強(qiáng)在進(jìn)行了接地線和屏蔽層的改進(jìn)后，系統(tǒng)接地的效果明顯好轉(zhuǎn)CSC－163裝置接地后抗浪涌效果顯著測試波形如下：

普通導(dǎo)線接地

銅線接地屏蔽層接地CSC-163

裝置接地開入端口在5VG浮地和接地情況下均有5V跌落現(xiàn)象24V接地后，5V跌落時(shí)間延長采取措施盡量選取速度較慢、驅(qū)動(dòng)電流較大、原、副方雜散電容值較小的光耦器件，并注意光耦附近的布線采取軟件延時(shí)和多次讀取開關(guān)量來躲過

開入端口測試波形如下：

5V系統(tǒng)24V系統(tǒng)開出端口24V系統(tǒng)接地對(duì)浪涌干擾起到了一定的抑制作用，但效果不是很明顯

5V接地有利于消除系統(tǒng)紋波5V接地抗浪涌效果明顯采取措施：在繼電器線圈兩側(cè)加濾波電容

測試波形如下：

24V接地5V接地光耦輸入側(cè)5V快速瞬變干擾測試在將CSL-101系統(tǒng)地直接接地后抗擾能力很低。

電源端口在三級(jí)、開入端口在二級(jí)快速瞬變干擾下就出現(xiàn)了報(bào)警，報(bào)文顯示“與CPU通訊出錯(cuò)”。

采取措施：改接地線為銅線電源變壓器屏蔽層接地改進(jìn)后抗擾性有所增強(qiáng)，但仍不能達(dá)到要求。

測試結(jié)果如下24V系統(tǒng)接地快速瞬變干擾測試

電源端口開入端口開出端口交流端口三級(jí)正告警報(bào)與CPU通信出錯(cuò)正常正常告警報(bào)與CPU通信出錯(cuò)三級(jí)負(fù)正常正常正常告警報(bào)與CPU通信出錯(cuò)5V系統(tǒng)接地快速瞬變干擾測試

電源端口開入端口開出端口交流端口三級(jí)正正常正常告警報(bào)與CPU通信出錯(cuò)，電源有響動(dòng)正常三級(jí)負(fù)告警報(bào)與CPU通信出錯(cuò)正常告警報(bào)與CPU通信出錯(cuò)，電源有響動(dòng)正常新型CSC-163裝置接地后抗擾性較好電源端口、交流端口、開出端口在四級(jí)干擾下均能正常工作，開入端口在三級(jí)干擾下仍能正常工作結(jié)論：系統(tǒng)接地能有效泄放浪涌能量，保護(hù)弱電系統(tǒng)內(nèi)部元器件。

試驗(yàn)證明，對(duì)于新型裝置，只要接地阻抗在0.03歐姆左右，且保證屏蔽層良好接地，系統(tǒng)接地就能達(dá)到抗快速瞬變干擾的要求。四.保護(hù)裝置分布供電設(shè)計(jì)

1.傳統(tǒng)集中供電模式的缺陷+5V、+/-15V（12V）電源電壓比較低、走線較長數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與串行通信系統(tǒng)共用15V電源

MMI插件電源需經(jīng)信號(hào)插件轉(zhuǎn)接，再經(jīng)34芯扁平電纜最后才能到達(dá)

采用分布供電模式2.分布供電試驗(yàn)方案選擇MMI插件采用分布供電方式，其他插件仍使用集中供電方式電源模塊放置在信號(hào)插件上，其輸出電壓再經(jīng)由信號(hào)插件上的34芯扁平線送到MMI插件為保證MMI與CPU正常通信，15V仍由電源插件供電。選取開出24V，即24V(1)作為母線，為MMI供電

分布供電的電路模型如下

5V走線要大大縮短由對(duì)外端口進(jìn)入干擾需經(jīng)過更多隔離才能進(jìn)MMI5V，其影響大大減弱由開出端口進(jìn)入的干擾可能直接進(jìn)入24V母線而對(duì)MMI產(chǎn)生影響3.分布供電方式抗干擾測試

裝置電快速瞬變測試結(jié)果如下表所示

分布供電方式集中供電方式三級(jí)（共模）四級(jí)（共模）三級(jí)（共模）四級(jí)（共模）電源端口通過告警，無報(bào)文通過運(yùn)行燈頻繁閃爍開出端口通過告警，告與CPU通訊出錯(cuò)通過運(yùn)行燈略閃,報(bào)‘RECEIVING,P-WAIT+++++’開入端口通過

告警，告與CPU通訊出錯(cuò)

4.試驗(yàn)分析試驗(yàn)現(xiàn)象分析

集中供電模式下，MMI有程序走飛以及MMI不能和CPU正常通訊的現(xiàn)象。分布供電后，告警繼電器受跳線影響而誤動(dòng)。改進(jìn)后開入端口和電源端口干擾均減弱。但從開出端口進(jìn)入的干擾直接進(jìn)入了24V母線，進(jìn)而進(jìn)入MMI，導(dǎo)致其無法與CPU正常通訊。分布供電仍不能有效控制浪涌干擾。改進(jìn)措施5V和15V系統(tǒng)采用分布供電，24V仍采用集中供電給為內(nèi)部電路供電的5V和15V單獨(dú)建立一條24V母線

采用系統(tǒng)接地方式，將電源母線24VG接地將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與串行通信系統(tǒng)的15V電源分離交流插件的15V電源單獨(dú)從電源插件引入，而CPU插件和MMI插件的15VG則從24V母線引入五.結(jié)論系統(tǒng)浮地的方式，對(duì)于高能量的浪涌干擾缺乏通暢的泄放通道，很容易損壞內(nèi)部元器件，而系統(tǒng)直接接地為解決浪涌問題提供了新的方法。采用串聯(lián)一點(diǎn)接地，并確保變壓器屏蔽層良好接地和模擬地浮空，是較為理想的接地方式。對(duì)裝置各端口電磁回路的分析和實(shí)際測試效果，證實(shí)了直接接地系統(tǒng)在防浪涌干擾上的優(yōu)越性。合理接地有利于保持系統(tǒng)電壓穩(wěn)定，且24V和5V共地是可行的，同時(shí)得到要是裝置達(dá)到良好的接地效果，接地阻抗應(yīng)控制在0.03左右。在集中供電模式下，各電壓等級(jí)系統(tǒng)間缺少必要的隔離，相互串?dāng)_比較嚴(yán)重，實(shí)現(xiàn)分布供電是解決這一問題的有效