提高微型機(jī)繼電保護(hù)裝置可靠性措施的研究

三峽電力職業(yè)學(xué)院 王遠(yuǎn)瞧

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提高微型機(jī)繼電保護(hù)裝置可靠性措施的研究

三峽電力職業(yè)學(xué)院 王遠(yuǎn)瞧

【摘要】微機(jī)繼電保護(hù)裝置是由高集成度、總線不出芯片單片機(jī)、高精度電流電壓互感器、高絕緣強(qiáng)度出口中間繼電器、高可靠開關(guān)電源模塊等部件組成。是用于測量、控制、保護(hù)、通訊為一體化的一種經(jīng)濟(jì)型保護(hù) 。它具有集保護(hù)、測量、監(jiān)視、控制、人機(jī)接口、通信等多種功能于一體；代替了各種常規(guī)繼電器和測量儀表，節(jié)省了大量的安裝空間和控制電纜以及完善的自檢能力，發(fā)現(xiàn)裝置異常能自動告警；具有自保護(hù)能力，有效防止接線錯誤或非正常運(yùn)行引起的裝置永久性損壞等特點。

【關(guān)鍵詞】微型機(jī)繼電保護(hù)裝置；干擾信號；自動檢測技術(shù)

微型機(jī)繼電保護(hù)裝置的可靠性要求在電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中有兩個方面：（1）電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，它應(yīng)能做出正確的反映，在保護(hù)范圍內(nèi)故障時，應(yīng)能正確可靠的動作；在相鄰元件的保護(hù)范圍內(nèi)故障時，應(yīng)能對相鄰元件的保護(hù)起到后備的作用，防止拒動情況的發(fā)生。（2）電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時，也要防止誤動情況的發(fā)生。

我們在考慮如何提高微機(jī)繼保裝置的工作可靠性時，應(yīng)該從構(gòu)成微型機(jī)繼電保護(hù)裝置的整體設(shè)計和采用的元器件及制造工藝水平的可靠性入手，我們要從在運(yùn)行過程中元器件出現(xiàn)故障時可能產(chǎn)生的后果等方面作為研究的基礎(chǔ)，從而找出解決問題所需要采取的措施。

微型計算機(jī)繼電保護(hù)裝置在其工作時，周圍存在著強(qiáng)電磁的干擾。一方面，高頻率、大幅度的干擾信號通過電磁耦合很容易就可以進(jìn)入微型機(jī)繼電保護(hù)裝置的內(nèi)部；另一方面，干擾信號的持續(xù)時間較短。由于微型機(jī)繼電保護(hù)裝置在運(yùn)行中會出現(xiàn)干擾信號，因此，目前有三種對策來提高微型機(jī)繼電保護(hù)裝置工作的可靠性，即減少故障和錯誤出現(xiàn)的幾率；自動自檢測技術(shù)；采取容錯設(shè)計方式。

1 干擾對微型機(jī)繼電保護(hù)裝置的影響

干擾信號對微型機(jī)繼電保護(hù)裝置的工作有較大的影響。如果是由內(nèi)部繼電器的觸點在切換過程中產(chǎn)生的強(qiáng)高頻電磁信號，則是內(nèi)部干擾信號；如果是由接線端子排從外界引入的浪涌電壓，則是外部干擾信號。例如微型機(jī)繼電保護(hù)裝置的輸入、輸出線和地線等都是干擾進(jìn)入微型機(jī)繼電保護(hù)裝置的途徑。

干擾對微型機(jī)繼電保護(hù)裝置的影響，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）運(yùn)算或邏輯出現(xiàn)錯誤：在運(yùn)行過程中，輸入輸出數(shù)據(jù)、微處理器計算的中間結(jié)果、控制程序流程的標(biāo)志字等都是存放在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的隨機(jī)存貯器RAM之中。但是在強(qiáng)電磁干擾信號作用下，有可能使存放在RAM中的數(shù)據(jù)發(fā)生變化，原因就是RAM的抗干擾能力較差；另外，在讀數(shù)據(jù)或?qū)憯?shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)總線和地址總線也可能互相干擾，導(dǎo)致數(shù)據(jù)總線上的數(shù)碼或地址總線的地址碼發(fā)生錯誤，從而傳送到錯誤的地址上。如果數(shù)據(jù)是控制程序流往的標(biāo)志字時，還將會導(dǎo)致運(yùn)算邏輯出現(xiàn)錯誤等問題。

（2）運(yùn)行程序出軌：在執(zhí)行運(yùn)行程序過程中，微處理器可識別的機(jī)器碼通常存放在只讀存儲器ROM之中，由于有干擾信號存在，機(jī)器碼也會隨之改變，有些機(jī)器碼可能會導(dǎo)致微處理器無法識別，而造成微處理器無法工作。此外，如果控制程序流程的標(biāo)志字也受到了改變，運(yùn)行程序的執(zhí)行順序也會隨之改變，使微型機(jī)的運(yùn)行程序出軌，出現(xiàn)死機(jī)等問題。

（3）損壞微型機(jī)芯片：微型機(jī)中的一些半導(dǎo)體芯片在強(qiáng)電磁干擾的作用下可能受到損壞，使其無法正常工作。

2 微型機(jī)繼電保護(hù)裝置的抗干擾措施

干擾對微型機(jī)繼電保護(hù)裝置在線運(yùn)行有嚴(yán)重的影響，要是不采取有效的措施，將產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。從兩個方面來考慮解決抗干擾問題的方法：

（1）從設(shè)計的角度來看，應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)的微型機(jī)芯片和其它的半導(dǎo)體元器件，因為合理的線路布局和制造工藝可以切斷各種電磁耦合的途徑，可以減弱擾動對它的影響。

（2）盡管在微型機(jī)繼電保護(hù)裝置在制造過程中采取了一定的抗干擾措施，但干擾信號具有很強(qiáng)的隨機(jī)性，所以，一旦在微型機(jī)繼電保護(hù)裝置內(nèi)部出現(xiàn)干擾信號后，可能帶來許多問題，應(yīng)采取相應(yīng)的對策予以解決。因此，我們可以采用自動檢測技術(shù)，把擾動可能產(chǎn)生的不良后果減少到最低的程度。

共模干擾是使干擾信號耦合到敏感回路的主要原因。電力系統(tǒng)微型機(jī)繼電保護(hù)裝置在發(fā)電廠和變電所運(yùn)行時，其電源回路、模擬量輸入回路、開關(guān)量輸入及輸出回路以及通信口都是通過電纜線引入到比較遠(yuǎn)的模擬元件上。干擾耦合到微型機(jī)繼電保護(hù)裝置的主要媒介就是這些回路，為了提高抗干擾能力，應(yīng)采用模擬量輸入回路的靜電屏蔽、磁屏蔽、提高敏感回路的抗干擾能力、合理設(shè)計接地泄放回路等各方面的措施。并且都應(yīng)該采用光電耦合器件對各個回路進(jìn)行隔離。

微型機(jī)繼電保護(hù)裝置在運(yùn)行的過程中，若出現(xiàn)采樣數(shù)據(jù)因干擾作用大，發(fā)生錯誤時，產(chǎn)生的后果是嚴(yán)重的，將會導(dǎo)致整個保護(hù)功能的失敗。因此，在微型機(jī)繼電保護(hù)裝置的工作程序中，應(yīng)設(shè)置對不良采樣數(shù)據(jù)的

檢錯和識別功能等子程序，確保軟件程序運(yùn)算結(jié)果的正確性，發(fā)揮正常的繼電保護(hù)功能。所以因干擾造成微型機(jī)繼電保護(hù)中使用數(shù)據(jù)發(fā)生錯誤時，可以采取對輸入模擬量采樣數(shù)據(jù)的抗干擾、在運(yùn)算過程中的核對、出口閉鎖、防止程序出軌等措施來處理。

3 微型機(jī)繼電保護(hù)裝置的自動檢測技術(shù)

提高微型機(jī)繼電保護(hù)裝置可靠性的另一個重要措施是各元器件、接口設(shè)備進(jìn)行自動檢測。微型機(jī)繼電保護(hù)裝置的自動檢測是指對裝置的內(nèi)部各元件是否有損壞或故障的檢測。對于可靠性很高的裝置，首先要有正確的工作原理，其次要有合理的設(shè)計方案，以及物理元器件的選擇必須是優(yōu)質(zhì)的。對于當(dāng)裝置內(nèi)部的物理元件損壞時，可能發(fā)生的拒動或誤動作的情況，要求裝置在設(shè)計時就要能夠保證元件損壞時不發(fā)生誤動，同時能發(fā)出報警信號，從而達(dá)到能夠及時有效恢復(fù)的最終目的。

目前，對各元件的自動檢測都是采用自動檢測軟件程序來實現(xiàn)。檢測方式有即時檢測和周期檢測兩種。即時檢測是指在正常運(yùn)行時，CPU在相鄰兩個采樣間隔內(nèi)，總有一部分的時間來等待下一個采樣時刻的到來。周期檢測是指利用微型機(jī)繼電保護(hù)的執(zhí)行程序的小塊富裕時間的積零為整起來的累計時間進(jìn)行的檢測。其特點是時間較長，用其來檢測微處理器CPU處理量較大的內(nèi)存元器件的檢測，例如只讀存儲器ROM和隨機(jī)存儲器RAM等。

常用的檢測方法有：（1）微處理器CPU的檢測；（2）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的檢測；（3）隨機(jī)存儲器RAM的檢測；（4）只讀存儲器ROM的檢測；（5）開關(guān)量輸出通道的檢測。

參考文獻(xiàn)

[1]張宇輝.提高微型機(jī)繼電保護(hù)裝置可靠性措施[J].電力系統(tǒng)微型計算機(jī)繼電保護(hù),2000,9.

[2]馬麗英.微機(jī)繼電保護(hù)[J].供用電網(wǎng)絡(luò)繼電保護(hù),2008,6.

王遠(yuǎn)瞧（1991—），男，湖北宜昌人，工學(xué)學(xué)士，現(xiàn)任三峽電力職業(yè)學(xué)院電力與信息學(xué)院專業(yè)教師，助講，主要研究方向為電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及供用電技術(shù)。

作者簡介：