关于继电保护运行的可行性分析探讨

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摘 要：继电保护与安全自动装置是电力系统安全运行的屏障，不误动、不拒动是保证电网可靠、稳定的运行的基础。近年来，随着电网的快速发展，及各种型号微机继电保护与安全自动装置相继投入运行，对微机继电保护的可靠运行提出了更高的要求。 

　　关键词：微机保护可靠性措施  　　引言  　　近年来．由于电网快速发展，电网供电可靠、稳定的运行成为我局安全工作的首要任务。供电可靠性是对继电保护装置的基本要求之一。它包括两个方面不误动和不拒动。可靠性和很多因素有关，如保护的原理、工艺和运行维护水平等。这里着重讨论由于应用做型计算机而带来的两个问题:一是微机保护的抗干扰问题，二是装置内部元件出现损坏时的对策。继电保护装置工作环境中的干扰是严重的，这些干扰的特点是频率高、幅度大，因而可以顺利通过各种分布电容的耦合；另一方面这些干扰持续时间短，所以．提高微机保护装置可靠性的重点在抗干扰上。  　　1 干扰来源和窜入微机弱电系统的途径  　　干扰产生于干扰源。有的干扰来自外部，有的干扰来自内部。外部干扰主要有其它物体和设备电磁波产生的强电场或强磁场以及来自电源的工频干扰等等；内部干扰主要有杂散电感和电容的结合引起的不同信号感应、长线(对高频信号而言)传输造成电磁波的反射、多点接地造成的电位差干扰等等。总之，由于干扰源多种多样，应有针对性地采用不同方法来克服。一般干扰形式有两种，即横(差)模干扰和共模干扰  　　1.1 差模干扰，是串联于信号源之中的干扰，即串联干扰，其发生在线路各导线之间的干扰也即每两相之间的干扰，产生的途径有：一是通过长线之间的互感侵入；二是通过相一相之间的耦合电容；三是因传播的路径与有用信号相同。  　　1.2 共模干扰，共模干扰是引起回路对地电位发生变化的于扰，即对地干扰，发生于电路中某点导线对地或对外壳的干扰，消除共模干扰的方法主要有：浮空隔离技术；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；采用光电耦合芯片。  　　1.3 差模干扰与共模干扰对有效信号的影响示意图，如图1所示，其中(a)为差模干扰迭加在一直流信号上的波形，图(b)为共模干扰改变了地电位后的波形，图(c)差模干扰和共模干扰同时于扰的迭加波形。  　　  　　  　　为了减小作用在装置对外引线端子和机壳之间的共模干扰，应使微机保护各外接端子同微机弱电系统之间都没有电的联系。表中所示为各种外接端子同微机弱电系统之间的隔离方法。  　　  　　  　　2 干扰对微机保护装置的影响  　　干扰对模拟电路和数字部件所造成的后果是不同的。模拟电路在干扰作用下往往使开关电路误翻转，在没有完善闭锁措施时将会导致误操作；数字电路受干扰作用往往导致微机运行故障或功能障碍，引起保护的不正确动作。干扰对微机保护装置的影响主要表现在以下几个方面：  　　2.1 计算或逻辑错误  　　微机保护中的输出数据、计算中间结果和控制标志字都放在随机存贮器RAM 中，强干扰引起RAM 数据发生改变是可能的。另外，当CPU正在读(或写)一个数据时，数据线或地址线受干扰发生改变，就会造成读(或写)一个坏数据或者对一个错误的地址读(或写)。如果这是一个中间结果或者采样数据，就会造成计算错误，如果这是一个标志字，就会造成逻辑紊乱，这都有可能引起装置误动或拒动。  　　2.2 程序运行出轨  　　这是指由于随机干扰破坏了程序执行的正常顺序而造成执行卡死的现象。例如，当CPU正通过地址总线送出一个地址以便从EPROM 获取指令操作码，由于干扰使传送地址出错，它将从一个错误的地址取得一个错误的操作码。如果这个误码CPU 不认识，程序运行将发生中断；如果这个错误码是可执行码，那么在执行了一系列非预期指令后往往最终碰到一个CPU不认识的指令操作码而停止工作，会造成CPU停止执行继电保护的规定任务，再发生系统故障时，保护将拒动。  　　2.3 元件损坏  　　严重的干扰还可能造成元件损坏。  　　3 抗干扰的措施  　　最重要的抗干扰措施是防止干扰进入微机弱电系统，也就是前面介绍过的各种隔离、屏蔽、合理布局和配线以及减弱电源线传递干扰等方法。这些措施是抗干扰的第一道防线。下面的抗干扰措施可以称作第二道防线。针对不同的出错情况，可以分别采取以下措施。  　　3.1 对输入采样值的抗干扰纠错  　　保护装置的模拟输入量之间存在着某些可以利用的规律。例如，三相电流和零序电流之间有：  　　ia+ib+ic=3io  　　如果对每相电流以及电流和回路各设有一个采样通道，而且四个量都在同一时刻采样，则对任一次采样时刻k，都应满足：  　　ia(k)+ib(k)+ic(k)===3io(k)  　　上式提供了一个判别各采样值是否可信的方便的依据。只有在满足公式的前提下才允许这一组采样值保存并提供给CPU作进一步的处理。否则，微机保护将报警和采取相应的措施，不会引起保护误动。  　　3.2 运算过程的校核纠偏  　　针对CPU在运算过程中可能因强大的干扰而导致运算出错的问题，可以将整个运算进行两次，以核对运算是否有误。这种校对可以有两种方法。一是在运算结束后，由程序安排使CPU先把运算结果暂存起来，再利用同样的原始数据，按同样的运算式再算一遍，并同前一次计算结果比较，两次的计算结果应当完全一样。这种核对可以很有效的查出因干扰而造成的运算出错。如果两次结果不一样，则再算，三取二表决，或直到两次结果一样。二是连续的两次计算不利用完全相同的原始数据，而当第二次计算时将算法所依据的数据窗顺移一个采样值。第二种做法不仅可以排除干扰造成的运算出错，也对原始数据进行了把关。  　　3.3 出口的闭锁  　　在干扰造成程序出格后，CPU可能执行一系列非预期的指令。如不采取措施，则在此过程中不是没有可能碰到一条非预期的指令正好是跳闸指令而使保护误动作。如图2所示防止这种误动作的措施是在设计出口跳闸回路的硬件时应当使该回路必须在连续执行几条指令后才能出口，不允许一条指令就出口。  　　3.4 程序出格的自恢复(看门狗)  　　万一在强大的干扰下造成了微机保护程序出格，除在出口加装闭锁措施防止保护误动外，还希望能迅速发现程序出格，并能自动地使其重新恢复正常，以免被保护对象发生故障时保护拒动。但此时任何软件措施都无济于事，因CPU 己不再按预定的程序工作，因此必须用专用的硬件电路来检测程序出格，并实现自动恢复正常。有些单片机自身带有所谓的“看门狗”即监视定时器。  　　注：文章中涉及的公式和图表请用PDF格式打开  　　  　　4 自动检测技术  　　提高微机保护可靠性的另一重要因素是研究装置内部有元件损坏时的后果及对策。微机保护的自动检测技术可以使任何元件(指微机部分的元件)损坏都会在正常运行时表现出来。下面按损坏元件的种类分别讨论自动检测的方法。  　　4.1 RAM  　　对装置RAM 区的每一个地址，可以循环地按图3进行检测。通过对该RAM 地址写入全“0”OOH(H表示16进制)和全“1”FFH检测是否良好．对于某些存放重要标志字的RAM 地址的检测不允许被中断，必须在最高优先权级的中断服务程序中进行。  　　4.2 EPROM (EEPROM )  　　为了检测固化在EPROM 中的数码(程序的指令或数据)是否改变，一种最简单的也是常用的方法是累加和自检，即求和自检。目前的运行实践证明，这种循环冗余码(CRC)方法对EPROM 内容有变化时检出率高。但缺点是执行速度慢，自检需花费很长的时间。  　　4.3 开关量输入通道  　　为防止拒动，对于重要的开关量输入通道可以采用双重化，即一个外部接点经过两个开关量输入通道输入，两路构成“或”的关系；为防止误动，可以在采取了双重化外再增加一个其他的闭锁条件。不然双重化的两路中如只有一路动作时就无法区别是  　　4.4 开关量输出回路  　　它是利用继电器接点的吸合时间远大于电路的翻转时间即反应时间而实现其功能的。其优点：一是无需退出保护 回路；二是可检测出除继电器外回路中的任何元件的状况，这点是常规保护所做不到的；三是多路开出量可共用一个自检回路。缺点是自检过程中不能中断，在检测过程中继电器可能误吸合，把它放在优先级最高的中断服务程序中，这就大大提高了微机保护的可靠性。  　　5 结束语  　　目前，我局运行的保护装置种类繁多，性能各异。用于高压电网的主保护和后备保护，又有用于配网的综合自动化测控装置，这使微机保护的应用更加深入广泛，同时又对微机继电保护运行可靠性提出了更高的要求。