變電站二次設(shè)備抗干擾技術(shù)

許多變電站采用綜合自動(dòng)化的方式，變電站二次設(shè)備大多是微機(jī)保護(hù)和微機(jī)型自動(dòng)裝置，它們以通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，把各種繼電保護(hù)裝置及自動(dòng)裝置與遠(yuǎn)動(dòng)裝置和調(diào)度端連接起來(lái)，使變電站實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、高速度、高靈活性和低成本的生產(chǎn)管理。但由于變電站所處的特殊環(huán)境，使變電站內(nèi)的二次設(shè)備受到各種各樣的干擾。為提高其運(yùn)行的安全性和工作的可靠性，消除干擾引起的故障，在變電站設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)全面考慮，根據(jù)干擾源采取抗干擾措施。對(duì)不可避免的干擾應(yīng)采取措施消除或削弱干擾的影響。以下通過(guò)分析干擾的來(lái)源，從硬件和軟件兩方面措施探討一下提高二次設(shè)備抗干擾能力的方法。?

1干擾源的種類(lèi)

變電站的干擾源主要有以下幾種：a)交變磁場(chǎng)干擾;b)地電位差干擾;c)自然干擾;d)導(dǎo)線相互耦合干擾;e)電源系統(tǒng)引入的干擾。

在變電站的二次設(shè)備所受到的干擾，其干擾源也是各種各樣的，而且不斷變化，如各種通訊器材、產(chǎn)生高頻信號(hào)的儀器等。采取相應(yīng)的軟硬件措施，可以消除或削弱這些干擾。?

2硬件抗干擾措施

2.1在硬件上將干擾源盡可能屏蔽掉

二次設(shè)備的外殼應(yīng)屏蔽接地，裝置的活動(dòng)部分也要可靠連接，比如柜門(mén)、機(jī)箱蓋板等應(yīng)與接地點(diǎn)可靠導(dǎo)通，保證有良好的電氣連接。對(duì)變電站的墻壁，有需要時(shí)可安裝金屬網(wǎng)，地板可裝防靜電地板。

2.2裝置的接地點(diǎn)應(yīng)正確、可靠

裝置接地點(diǎn)的選擇關(guān)系到系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。在實(shí)踐中由于接地不良或方法錯(cuò)誤造成設(shè)備異常運(yùn)行甚至損壞的事例很多，因此接地必須慎重處理。變電站一般需要設(shè)四套獨(dú)立的接地系統(tǒng)：

a)電氣接地系統(tǒng)，用于不間斷電源(UPS)和隔離變壓器屏蔽層接地，以防止電網(wǎng)雜波竄入二次系統(tǒng);

b)變電站室內(nèi)屏蔽和防靜電接地系統(tǒng)，主要是站內(nèi)屏蔽接地、防靜電系統(tǒng)接地和設(shè)備機(jī)箱外殼接地;

c)變電站防雷接地系統(tǒng)，用于防止自然的雷擊等危害;

d)控制系統(tǒng)專用接地系統(tǒng)，為二次設(shè)備專用的設(shè)施，不允許與其它任何設(shè)備相連，以免造成干擾。上述四套接地系統(tǒng)絕對(duì)不允許相互混用，在接地位置上要保證有一定的安全距離。

2.3對(duì)電源系統(tǒng)采取的抗干擾措施

為了保證二次設(shè)備可靠運(yùn)行，對(duì)裝置的電源可采取以下的抗干擾措施：

a)要保證供電電壓波形穩(wěn)定，可使用UPS來(lái)穩(wěn)定工作電源，并盡可能使用變電站的直流電源。

b)應(yīng)采用隔離變壓器，隔離共模干擾，防止電網(wǎng)噪聲干擾竄入控制系統(tǒng)以及強(qiáng)雷電壓對(duì)裝置的損壞。

c)使輸出回路盡可能短，使用的電纜芯不能過(guò)小，以減小壓降。

2.4二次回路的抗干擾措施

a)正確安裝電纜的屏蔽層，采用帶屏蔽層的控制電纜，并將屏蔽層在開(kāi)關(guān)場(chǎng)和控制室兩端同時(shí)接地，通訊電纜的屏蔽層也應(yīng)正確可靠相連接地。

b)弱信號(hào)導(dǎo)線不得與強(qiáng)電導(dǎo)線共用一根電纜，盡可能將它們分開(kāi)排放。

c)交直流回路禁止共用同—根電纜，防止造成相互干擾，或因電纜芯絕緣下降造成短路，使交流電壓傳入直流回路，燒壞設(shè)備的電源模塊或輸入部件等。

d)規(guī)范控制電纜的敷設(shè)，變電站設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮好電纜溝的走向，避免與電力電纜距離過(guò)近，盡可能遠(yuǎn)離變壓器中性點(diǎn)及避雷針、避雷器等，并盡量不要與高壓線平行。

e)為二次設(shè)備和二次電纜敷設(shè)專用接地銅排，構(gòu)造等電位面，消除地電位差干擾。

f)電流互感器、電壓互感器的二次回路應(yīng)保證一點(diǎn)接地。

g) 電壓互感器二次回路和三次回路應(yīng)相互獨(dú)立。對(duì)于電壓互感器，過(guò)去傳統(tǒng)的接線是電壓互感器(V)二次回路和三次回路的中性線公用一根電纜芯接到N600小母線上，對(duì)于常規(guī)保護(hù)而言也未發(fā)現(xiàn)不足之處，且一直在系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)用。隨著微機(jī)保護(hù)的廣泛使用，其應(yīng)用自產(chǎn)開(kāi)口三角電壓(3U0)來(lái)實(shí)現(xiàn)接地方向保護(hù)的特點(diǎn)使V 公用中性線可能造成零序方向保護(hù)誤動(dòng)的危害也暴露出來(lái)。由于二次和三次回路中性線共用一根電纜，使得微機(jī)保護(hù)自產(chǎn)3U0受到了三次回路3U0的影響，其影響主要由三次回路的負(fù)載電阻及共用電纜芯的電阻所決定。公用中性線，則可能使微機(jī)保護(hù)自產(chǎn)3U0和三次回路的3U0反向，從而造成接地零序方向保護(hù)正方向拒動(dòng)、反方向誤動(dòng)的后果。

h)可在信號(hào)輸入端加裝無(wú)源濾波器，削弱竄入的干擾信號(hào)。無(wú)源濾波器可分為 “Γ”型和雙“T”型無(wú)源濾波器。其中“Γ”型濾波器濾波范圍較寬，“T”型濾波器的特性近似于工頻諧振特性。它們對(duì)工頻干擾都有較強(qiáng)的削弱作用。

i)變電站所有開(kāi)關(guān)量的輸入和輸出觸點(diǎn)(跳閘和監(jiān)視信號(hào))以及數(shù)字量輸出(如串口)都應(yīng)采用光電隔離。

3二次設(shè)備的軟件抗干擾措施

二次設(shè)備采取的軟件抗干擾措施就是通過(guò)各種數(shù)字濾波把采集到的干擾信號(hào)消除或削弱。數(shù)字濾波是通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)的，所以在設(shè)備選型時(shí)就應(yīng)該考慮，它無(wú)需增加硬件設(shè)備，只需修改一下軟件，增加一些對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行處理的程序即可。其功能在一定程度上可以代替模擬濾波器，甚至可以完成其不能完成的功能。濾波程序有幾種，不同的濾波方法可達(dá)到改變?yōu)V波參數(shù)的目的，但對(duì)設(shè)備的判斷和處理速度會(huì)產(chǎn)生不同的影響?，F(xiàn)對(duì)以下幾種常用的軟件濾波技術(shù)作簡(jiǎn)單介紹：

3.1算術(shù)平均值濾波

算術(shù)平均值濾波就是將本次實(shí)際采樣值Xn和前幾個(gè)周期的采集值進(jìn)行算術(shù)平均得到的值作為本次采樣值。其特點(diǎn)是：對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行算術(shù)平均，得到平滑的數(shù)據(jù)?？梢缘种浦芷谛缘母蓴_信號(hào)，所取的采樣值越多，數(shù)據(jù)的平滑程度越高。但這種算法使靈敏度降低，對(duì)那些靈敏度很高的設(shè)備不適用。

算術(shù)平均值公式為

?

3.2加權(quán)平均值濾波算法

為提高靈敏度，可以采用加權(quán)平均值濾波算法，也就是將最近的采樣值Xn的比重在算術(shù)中加大，來(lái)提高設(shè)備對(duì)干擾的靈敏度。

加權(quán)平均值公式為

3.3一階低通濾波算法

在模擬數(shù)字技術(shù)中可以用一階低通濾波RC電路來(lái)削弱干擾信號(hào)。但是RC濾波器的時(shí)檢常數(shù)受到電容器大小的影響，而使用一階數(shù)字低通濾波就可不受硬件的影響，其效果是一樣的。算法的公式表示為：?

式中：Ts——采樣周期;

τ——一階濾波器的時(shí)間常數(shù);

Yn-1——濾波器的上次輸出;

Yn——濾波器本次輸出;

Xn——濾波器本次輸入。

3.4中值濾波算法

中值濾波算法就是把3個(gè)采樣數(shù)據(jù)，按數(shù)值從小到大排列，取中間一個(gè)作為本次采樣數(shù)據(jù)，這種算法能夠有效地消除由于偶然因素引起的波動(dòng)或由于采樣元件不穩(wěn)定造成的誤碼等脈沖干擾。對(duì)于緩慢變化的過(guò)程比較有效。

3.5復(fù)合濾波算法

復(fù)合濾波算法就是把中值濾波和算術(shù)平均值濾波兩種方法結(jié)合使用權(quán)用。即把采樣數(shù)據(jù)按數(shù)值從小到大排列，去掉最大值和最小值，將余下的采樣數(shù)據(jù)求平均值。這種方法集中兩種算法的優(yōu)點(diǎn)，提高了濾波的效果。

3.6程序判斷濾波算法

程序判斷濾波算法就是將最近的幾個(gè)數(shù)據(jù)比較，求出差值，再與設(shè)定的允許值比較，判斷是否為干擾信號(hào)?？煞譃橄薹鶠V波算法和限速濾波算法兩種。

以上各種軟硬件抗干擾措施，在廣東佛山南海供電分公司所轄變電站內(nèi)得到普遍應(yīng)用，取得較好的效果。特別是在1998年，一套無(wú)功綜合控制裝置在南莊變電站投運(yùn)后，由于該地區(qū)的陶瓷廠較多，干擾嚴(yán)重，造成該裝置采樣變化大，我們要求廠家通過(guò)軟件采用復(fù)合濾波算法，提高了該裝置采樣值的穩(wěn)定性，是一個(gè)利用軟件抗干擾典型的、成功的例子。