[摘 要]可靠性是變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的基本要求之一，本文探討了變電站現(xiàn)場(chǎng)各種干撓對(duì)綜合自動(dòng)化安全可靠運(yùn)行的影響，分析了干撓產(chǎn)生的原因，并從抑制干撓源、切斷傳播途徑和提高設(shè)備本身抗干撓能力三個(gè)方面提出了變電站綜合自動(dòng)系統(tǒng)的抗干撓措施。
[關(guān)鍵詞]變電站 綜合自動(dòng)化 電磁干撓 抗干撓措施
概述
變電站綜合自動(dòng)化是應(yīng)用控制技術(shù)、信息處理和通信技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)軟件和硬件系統(tǒng)或自動(dòng)裝置代替人工進(jìn)行各種作業(yè)，提高變電站運(yùn)行、管理水平的一種自動(dòng)化系統(tǒng)。它不僅為變電站實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班和配網(wǎng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化奠定了基礎(chǔ)，而且為供電部門(mén)提供更加安全、可靠和高質(zhì)量的電能創(chuàng)造了條件，因此在近年的城網(wǎng)和農(nóng)網(wǎng)改造中，變電站綜合自動(dòng)化以它*的優(yōu)勢(shì)在電力系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。
但由于變電站的特殊環(huán)境，如高壓電器設(shè)備的操作、低壓交直流回路內(nèi)電氣設(shè)備的操作、雷電引起的浪涌電壓、電氣設(shè)備周?chē)o電場(chǎng)、電磁波輻射和輸電線(xiàn)路故障所產(chǎn)生的瞬變過(guò)程都會(huì)生電磁干撓。這些干撓進(jìn)入變電站內(nèi)的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，就可能引起自動(dòng)化系統(tǒng)的工作不正常，甚至損壞某些部件和元器件。因此，為提高綜合自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性，在變電站設(shè)計(jì)和施工時(shí)要考慮周祥，根據(jù)不同的干撓，采取不同的抗干撓措施，提高裝置的抗干撓能力。
一、干撓源
所謂干撓源就是微機(jī)裝置的工作信號(hào)中，除去有用信號(hào)以外的、可能影響裝置正常工作的一些電磁信號(hào)。在變電站中與電力系統(tǒng)有關(guān)的電磁干撓源主要有外部干撓和內(nèi)部干撓。
1、外部干撓源是與變電站綜自系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)，由使用條件和外部環(huán)境決定的干撓源，主要表現(xiàn)以下三類(lèi)。
1.1變電站交直流電源受低頻撓動(dòng)影響：主要有大負(fù)荷突變、短路、故障切除及重合閘引起的電壓突降及中斷；由大負(fù)荷變化引起的周期性和非周期的電壓波動(dòng)；由電氣設(shè)備的非線(xiàn)性引起的諧波污染；由換流器及電焊等引起的非工頻整數(shù)倍的間諧波；電力部門(mén)利用供電網(wǎng)絡(luò)在工頻電壓上疊加信號(hào)時(shí)信號(hào)電壓對(duì)交流電源產(chǎn)生的干撓。
1.2各種場(chǎng)的干撓：變壓器、有大電流通過(guò)的電線(xiàn)、電容器、電抗器周?chē)?的交變磁場(chǎng)；由雷擊、短路事故的斷路器操作產(chǎn)生的脈沖磁場(chǎng)；由無(wú)線(xiàn)電臺(tái)及各種電磁輻射波產(chǎn)生的輻射磁場(chǎng)；操作隔離開(kāi)關(guān)時(shí)產(chǎn)生的阻尼振蕩磁場(chǎng)。
1.3通過(guò)傳導(dǎo)進(jìn)入變電站綜自系統(tǒng)的各種浪涌和高頻瞬變電壓電流干撓：主要有斷開(kāi)小電感負(fù)載時(shí)產(chǎn)生的快速瞬變干撓；阻尼振蕩波和衰減振蕩波干撓；雷擊和操作短路故障產(chǎn)生的1.2/50μs單向浪涌；雷擊通訊線(xiàn)路及熔斷器斷開(kāi)低壓饋電線(xiàn)路產(chǎn)生的10/1300μs浪涌。
2、內(nèi)部干撓主要有裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、元器件和某些回路的布局、生產(chǎn)制造工藝所決定的。主要表現(xiàn)以下兩類(lèi)。
2.1導(dǎo)線(xiàn)間的相互耦合：同一電路板內(nèi)電路間的耦合；板間輸入輸出信號(hào)線(xiàn)間的耦合；電源線(xiàn)與系統(tǒng)的耦合等。
2.2雜散電感、電容引起的不同信號(hào)感應(yīng)；長(zhǎng)線(xiàn)傳輸造成波的反射；多點(diǎn)接地造成的電位差干撓；寄生振蕩和尖峰信號(hào)引起的干撓。
二、干撓信號(hào)的模式和耦合方式
干撓信號(hào)按其出現(xiàn)的方式分為差模干撓和共模干撓，差模干撓對(duì)綜自系統(tǒng)正常運(yùn)行影響較小，而共模干撓危害較大。
1.1以串聯(lián)方式出現(xiàn)在信號(hào)源回路之中的干撓信號(hào)稱(chēng)為差模干撓，主要來(lái)源于長(zhǎng)傳輸導(dǎo)線(xiàn)之間的互感和分布電容間相互耦合引起的干撓及高頻信號(hào)在低頻電路之中通過(guò)互感產(chǎn)生的干撓等。
1.2引起回路的對(duì)地電位發(fā)生變化的干撓稱(chēng)為共模干撓，有時(shí)也稱(chēng)為對(duì)地干撓，它可能是交流信號(hào)也可能是直流信號(hào)，是使綜自系統(tǒng)無(wú)法正常工作的重要因素。
2、電磁干撓的耦合途徑
電磁干撓侵入電子設(shè)備的途徑可分為靜電耦合、互感耦合和公共阻抗耦合。
2.1靜電耦合是指兩條導(dǎo)線(xiàn)的工作回路因耦合電容的存在給對(duì)方產(chǎn)生干撓信號(hào)。耦合電容數(shù)值越大、導(dǎo)線(xiàn)工作電源頻率越高給對(duì)方導(dǎo)線(xiàn)產(chǎn)生的干撓越嚴(yán)重。
2.2互感耦合是指線(xiàn)路之間存在互感，某一線(xiàn)路受相鄰線(xiàn)路的互感耦合產(chǎn)生的干撓信號(hào)?；ジ袛?shù)值越大、導(dǎo)線(xiàn)工作電源頻率越高給對(duì)方導(dǎo)線(xiàn)產(chǎn)生的干撓越嚴(yán)重。
2.3公共阻抗耦合是指當(dāng)兩個(gè)電路的電流經(jīng)過(guò)一個(gè)公共阻抗時(shí)，將在每一個(gè)電路中出現(xiàn)公共阻抗耦合，常見(jiàn)的有公共電源耦合和公共地線(xiàn)耦合。公共電源耦合將改變每一個(gè)電路的參數(shù)，影響電路正常工作。公共地線(xiàn)耦合指兩個(gè)電路經(jīng)過(guò)導(dǎo)線(xiàn)連接只用一個(gè)接地點(diǎn)，在接地阻抗上產(chǎn)生干撓信號(hào)，改變裝置對(duì)地電壓。
三、干撓對(duì)變電站綜自系統(tǒng)的影響
電磁干撓的共同特點(diǎn)是頻率高、幅度大、前沿陡，可順利通過(guò)靜電耦合和互感耦合侵入到綜自系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)正常工作造成影響，干撓后果有以下幾方面：
影響電源回路：容易造成監(jiān)控主機(jī)、后臺(tái)管理機(jī)及微機(jī)保護(hù)各子系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，甚至死機(jī)。
影響模擬量輸入通道：從電壓電流互感器二次線(xiàn)引入浪涌電壓造成數(shù)據(jù)采集錯(cuò)誤，影響采樣精度、保護(hù)誤動(dòng)甚至損壞設(shè)備。
影響開(kāi)關(guān)量輸入輸出通道：斷路器、隔離開(kāi)關(guān)輔助觸點(diǎn)抖動(dòng)造成分合位置判斷錯(cuò)誤，分合閘出口回路受外界浪涌電壓及裝置上電過(guò)程的干撓導(dǎo)致誤動(dòng)。
影響CPU和數(shù)字電路：造成運(yùn)算或邏輯出現(xiàn)錯(cuò)誤，運(yùn)行程序出軌甚至損壞微型機(jī)芯片。
四、變電站綜自系統(tǒng)的抗干撓措施
干撓對(duì)變電站綜自系統(tǒng)的在線(xiàn)運(yùn)行影響是嚴(yán)重的，若不采取有效措施將產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。在實(shí)際中，解決抗干撓的問(wèn)題應(yīng)從三個(gè)方面考慮：*消除或抑制干撓源，第二在設(shè)計(jì)綜合自動(dòng)化裝置時(shí)，選用的微機(jī)芯片和其它半導(dǎo)體元件，設(shè)計(jì)合理的線(xiàn)路布局和制造工藝，切斷各種耦合途徑，盡可能減少干撓對(duì)綜自系統(tǒng)的影響。第三干撓信號(hào)具有很強(qiáng)的隨機(jī)性，一旦干撓信號(hào)在綜自系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)，采用自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)把干撓可能產(chǎn)生的不良后果降到zui程度。
1、抑制干撓源的影響
干撓源是變電站綜自系統(tǒng)外部產(chǎn)生的，無(wú)法消除，但這些干撓往往是通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)串入綜自系統(tǒng)的，可以采取措施抑制干撓源的影響。
1.1電源濾波：由于電源線(xiàn)傳輸?shù)?a >電磁干撓是以傳導(dǎo)和磁場(chǎng)兩種形式對(duì)敏感回路造成耦合的，引入裝置內(nèi)部的電源線(xiàn)產(chǎn)生的電磁輻射容易通過(guò)正常的傳輸途徑進(jìn)入敏感回路造成干撓，因此在微機(jī)保護(hù)裝置的機(jī)箱電源線(xiàn)入口處安裝電源濾波器，依靠機(jī)箱的自然屏蔽作用，把外界輻射拒之機(jī)箱的外面。使用時(shí)選用外殼有屏蔽接地的濾波器，濾波器的接地點(diǎn)以zui短的距離接在機(jī)箱的柜體上。
1.2采取屏蔽措施：綜自的機(jī)箱機(jī)柜采用鐵質(zhì)材料；機(jī)箱的電流電壓輸入端子上對(duì)地接一耐高壓的小電容，可抑制外部高頻干撓；一次設(shè)備與綜自系統(tǒng)輸入輸出的連接采用屏蔽電纜，電纜的屏蔽層兩端接地，對(duì)電場(chǎng)耦合和磁場(chǎng)耦合有明顯的削弱作用，可使磁場(chǎng)耦合感應(yīng)電壓降至不接地時(shí)感應(yīng)電壓的1%以下。
1.3減少?gòu)?qiáng)電回路的感應(yīng)耦合：高壓母線(xiàn)是強(qiáng)烈的干撓源，增加控制電纜與高壓母線(xiàn)平行長(zhǎng)度可減少電磁耦合；控制電纜避開(kāi)避雷針避雷器的接地點(diǎn)可減少感應(yīng)耦合；電流互感器回路的A、B、C相線(xiàn)和中線(xiàn)應(yīng)在同一根電纜內(nèi)，避免出現(xiàn)環(huán)路；二次交流回路電纜盡量靠近接地體，減少進(jìn)入這些回路的高頻瞬變漏磁通。
2、切斷干撓的傳播途徑
干撓源對(duì)綜自系統(tǒng)的干撓可分為傳導(dǎo)和輻射兩種途徑，傳導(dǎo)干撓是通過(guò)電源線(xiàn)、接地線(xiàn)、信號(hào)線(xiàn)傳播到敏感器件造成的干撓，輻射干撓是通過(guò)空間輻射傳播造成的干撓。切斷干撓傳播途徑的常用措施有：
2.1隔離措施：為防止外部浪涌影響微機(jī)系統(tǒng)的工作，必須保證端子排任一點(diǎn)同微機(jī)部分無(wú)直接電的。
2.1.1模擬量的隔離：變電站綜自系統(tǒng)采集的模擬量大多來(lái)自一次系統(tǒng)的電壓電流互感器，它們均處于強(qiáng)電回路中，不能直接輸入綜自系統(tǒng)，必須經(jīng)設(shè)置在綜自系統(tǒng)交流回路中的隔離變壓器隔離，這些隔離變壓器中間一、二次間有屏蔽層，屏蔽層必須安全接地，防止高頻干撓信號(hào)進(jìn)入二次回路。
2.1.2開(kāi)關(guān)量的隔離：綜自系統(tǒng)開(kāi)關(guān)量的輸入主要是斷路器、隔離開(kāi)關(guān)輔助觸點(diǎn)和變壓器分接頭位置，開(kāi)關(guān)量輸出主要是對(duì)斷路器、隔離開(kāi)關(guān)輔助觸點(diǎn)和變壓器分接頭的控制，這些一次設(shè)備均處于強(qiáng)電回路中，為防止引入強(qiáng)電磁干撓，一般采用光電耦合隔離或繼電器觸點(diǎn)隔離。
2.1.3二次互感耦合的隔離：二次回路布線(xiàn)時(shí)，強(qiáng)弱信號(hào)不使用同一根電纜；信號(hào)電纜盡可能避開(kāi)電力電纜，盡量增大與電力電纜距離，減少其平行長(zhǎng)度；二次設(shè)備配線(xiàn)時(shí)，注意避免各回路的相互感應(yīng)。
2.2屏蔽措施：強(qiáng)電信號(hào)回路易造成磁場(chǎng)發(fā)射，弱電信號(hào)回路易受到周?chē)艌?chǎng)的干撓，一般采用磁屏蔽和雙絞線(xiàn)減少磁干撓。
2.2.1采用高導(dǎo)磁材料制作屏蔽體，設(shè)計(jì)時(shí)增大磁路面積、減少磁路長(zhǎng)度，以減少磁阻。
2.2.2使用雙絞線(xiàn)可使干撓產(chǎn)生的感應(yīng)電流在負(fù)載上相互抵消，以此來(lái)消除磁干撓信號(hào)。
2.2.3機(jī)殼采用鐵質(zhì)材料，在電場(chǎng)很強(qiáng)的場(chǎng)合，在鐵殼里加裝銅網(wǎng)襯里，線(xiàn)路屏蔽采用銅絲編織的屏蔽層或金屬管。
2.3接地措施：計(jì)算機(jī)及其它電子設(shè)備工作時(shí)，接地電位的變化是產(chǎn)生干撓的重要原因，在變電站一、二次設(shè)備設(shè)計(jì)施工時(shí)做好接地措施，可解決大部分干撓問(wèn)題。
2.3.1一次設(shè)備接地：一次系統(tǒng)接地以防雷保安為目的，但在引入瞬變大電流的地方設(shè)多根接地線(xiàn)并加密接地網(wǎng)，可減少地網(wǎng)中各點(diǎn)的瞬變電位差、降低地網(wǎng)中瞬變電位升高、減少開(kāi)關(guān)場(chǎng)內(nèi)高頻瞬變電壓輻值，對(duì)二次設(shè)備電磁兼容很有好處，因此設(shè)備接地線(xiàn)要接于地網(wǎng)導(dǎo)體交叉處，設(shè)備接地處增加接地網(wǎng)絡(luò)互連線(xiàn)，避雷器避雷針接地點(diǎn)采用兩根以上的接地線(xiàn)并加密接地網(wǎng)絡(luò)。
2.3.2二次設(shè)備接地：二次系統(tǒng)接地分為安全接地和工作接地兩大類(lèi)。
二次設(shè)備安全接地是為了保證人員和設(shè)備安全，將設(shè)備外殼（包括變電站綜自系統(tǒng)各機(jī)柜機(jī)箱）接地，以防電擊或靜電放電，通常和一次設(shè)備共用一個(gè)接地網(wǎng)。
二次設(shè)備工作接地是為了給綜自系統(tǒng)各設(shè)備一個(gè)基準(zhǔn)電位，保證其可靠運(yùn)行，防止地環(huán)流引起的干撓。綜自系統(tǒng)二次接地一般有以下幾種處理方式
（1）微機(jī)電源地：一般采用浮地方式，即微機(jī)電源零線(xiàn)不與機(jī)殼相連，盡量減少電源線(xiàn)同機(jī)殼之間的分布電容以保證減少微機(jī)電源地對(duì)機(jī)殼的耦合。這種方法可大大減少流過(guò)電源的浪涌電流，增加抗共模干撓的能力，明顯提高系統(tǒng)的安全可靠性，是目前廣泛采用的一種方法。
（2）數(shù)字地和模擬地：綜自系統(tǒng)中數(shù)字地和模擬地有兩種方式：模擬地和數(shù)字地共地；模擬地和信號(hào)地連在一起浮空不與數(shù)字地連在一起。這兩種方法各有優(yōu)劣，要通過(guò)綜自系統(tǒng)實(shí)際情況試驗(yàn)確定使用哪種方法。
（3）一點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地：一般高頻電路（10MHZ以上）采用多點(diǎn)接地，低頻電路（1MHZ以下）采用一點(diǎn)接地，變電站綜自系統(tǒng)屬低頻系統(tǒng)，采用一點(diǎn)接地，可避免接地電路形成環(huán)流，減少干撓。
（4）二次設(shè)備工作接地：為綜自系統(tǒng)二次設(shè)備及二次電纜敷設(shè)的接地銅排構(gòu)造等電位面，消除地電位差干撓。接地銅排與一次設(shè)備接地網(wǎng)一點(diǎn)相連。
2.4計(jì)算機(jī)電源的抗干撓措施：電源線(xiàn)是微機(jī)的重要干撓途徑，微機(jī)電源一般采用取自站用變的變流電源，電網(wǎng)沖擊和電壓頻率的波動(dòng)將直接影響微機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，甚至造成死機(jī)。微機(jī)變流供電系統(tǒng)一般采用隔離變壓器隔離、在線(xiàn)式不間斷UPS電源、逆變電源三種抗干撓措施。現(xiàn)在廣泛采用逆變電源，由蓄電池直流220V逆變成高頻電壓后經(jīng)高頻變壓器隔離，再變換成交流220V供微機(jī)系統(tǒng)使用，既可削弱電源回路引入的干撓，當(dāng)供電電源停電時(shí)，又能保證計(jì)算機(jī)安全連續(xù)運(yùn)行。
3、提高設(shè)備本身抗干撓能力
提高設(shè)備本身的抗干撓性能是指降低設(shè)備本身對(duì)電磁干撓的敏感性，減少對(duì)干撓的拾取，能盡快從不正常狀態(tài)恢復(fù)的方法，通常分為硬件抗干撓和軟件抗干撓。
3.1硬件抗干撓
3.1.1合理布置各個(gè)插件：前述各種防干撓措施，雖可大大削弱干撓幅度，但不能*削除浪涌電壓，它們可以耦合到后級(jí)電路中，為防止剩余電壓浪涌引起的惡果，在整個(gè)電路的布局上，應(yīng)使微機(jī)工作的核心部分遠(yuǎn)離干撓源或與干撓有的部件。核心部件主要包括：CPU芯片、EPROM、重要RAM、模數(shù)轉(zhuǎn)換器等。
3.1.2采用多CPU結(jié)構(gòu)：每一個(gè)CPU負(fù)責(zé)一種或幾種功能，互相獨(dú)立，一個(gè)CPU損壞不會(huì)影響其它CPU正常工作。各CPU除自檢外，上位機(jī)對(duì)各CPU進(jìn)行巡檢，任何部位電子器件故障，都能方便檢測(cè)出故障所在插件。
3.1.3采用硬件自恢復(fù)電路：一旦綜自系統(tǒng)在干撓下造成程序出軌，一般的軟件措施無(wú)濟(jì)于事，利用硬件自恢復(fù)電路很快使CPU恢復(fù)工作。
3.2軟件抗干撓措施
一旦干撓突破由硬件組成的防線(xiàn)，可由軟件來(lái)糾正，以免造成微機(jī)工作出錯(cuò)，導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)。
3.2.1對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查：對(duì)各路模擬量輸入通道，提供一定的冗余通道，排除由干撓造成的錯(cuò)誤輸入數(shù)據(jù)，這樣不僅可以抗干撓，還能發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件損壞故障。
3.2.2對(duì)運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行核對(duì)：為了防止干撓可能造成的運(yùn)算出錯(cuò)，可將整個(gè)運(yùn)算進(jìn)行兩次，對(duì)運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行核對(duì)，比較兩次運(yùn)算結(jié)果是否一致，不旦可以排除因干撓造成的運(yùn)算出錯(cuò)，還能對(duì)原始數(shù)據(jù)起到進(jìn)一步把關(guān)的作用。
3.2.3對(duì)出口回路進(jìn)行閉鎖：為保證綜自系統(tǒng)受干撓程序出軌后，不誤跳閘，在設(shè)計(jì)出口跳閘回路的硬件時(shí)應(yīng)當(dāng)使此回路執(zhí)行幾條指令后才輸出，不允許一條指令就出口。
3.2.4采用自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)：變電站綜合自動(dòng)化裝置的自動(dòng)檢測(cè)是指采用自動(dòng)檢測(cè)軟件程序檢測(cè)裝置內(nèi)部各元件是否損壞或故障，可對(duì)CPU、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、隨機(jī)存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器、開(kāi)關(guān)量輸入輸出通道等進(jìn)行檢測(cè)和糾錯(cuò)。由于電磁干撓是錯(cuò)綜復(fù)雜的，很難做到*，因此利用CPU的邏輯判斷和智能進(jìn)行故障自診斷和糾錯(cuò)，也是提高綜合自動(dòng)系統(tǒng)可靠運(yùn)行的重要措施。
結(jié)束語(yǔ)：
由于電磁干撓本身錯(cuò)綜復(fù)雜，同時(shí)綜自系統(tǒng)本身的各子系統(tǒng)幾乎都是由微型機(jī)、單片機(jī)和大規(guī)模集成電路和電子器件組成的，極易受到電磁干撓，因此用戶(hù)在訂購(gòu)產(chǎn)品時(shí)必須充分考慮綜自系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境和裝置的抗干撓能力，系統(tǒng)考慮變電站的抗電磁設(shè)計(jì)并嚴(yán)格實(shí)施，保證變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。
參考文獻(xiàn)：
1、《變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)》 黃益莊主編 中國(guó)電力出版社 2000.4
2、《電力系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)》 張宇輝主編 中國(guó)電力出版社 2000.9
3、《變電站綜合自動(dòng)化原理及應(yīng)用》 丁書(shū)文 黃訓(xùn)誠(chéng) 胡起宙編著 中國(guó)電力出版社 2002
作者簡(jiǎn)介：
劉斌，河南省浚縣電業(yè)局輸變電工區(qū)副主任 從事變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的安裝、調(diào)試、維護(hù)工作。
