芻議微機保護的抗干擾措施

許鄭輝

（國電南自軌道交通工程有限公司，江蘇 南京 210061）

1 干擾的三要素及形式

干擾是除有用信號以外的所有可能對微機保護裝置的正常工作造成不利影響的裝置內(nèi)部或外部的電磁信號。干擾的形成必須具備三個要素：干擾源、耦合途徑和接收電路，干擾的形成途徑如圖1所示。

圖1 干擾的形成途徑

干擾產(chǎn)生于干擾源，其在形成上可分為外部干擾和內(nèi)部干擾。外部干擾是指那些與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無關(guān)而由使用條件和外部環(huán)境因素所決定的干擾，主要有由其他物體或設(shè)備輻射的電磁波、產(chǎn)生的強電場或磁場以及來自電源的工頻干擾等；內(nèi)部干擾是指由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、元件布局和生產(chǎn)工藝等決定的干擾，主要有雜散電感和電容結(jié)合引起的不同信號感應(yīng)、長線傳輸造成的電磁波反射以及多點接地造成的電位差干擾等。干擾從形式上又可分為共模干擾和差模干擾，共模干擾是指同時加載在各個輸入信號接口段的共有的信號干擾，差模干擾一般是由長線傳輸?shù)幕ジ旭詈匣蚓€間分布電容耦合產(chǎn)生，一般情況下，上述兩種干擾同時存在。干擾源產(chǎn)生的干擾通過耦合途徑對接收電路形成干擾，耦合途徑主要有電磁耦合、靜電耦合和公共阻抗耦合等幾種方式。對微機保護來說，整個微機保護裝置就是干擾的接收電路。

2 硬件抗干擾措施

2.1 電源濾波

供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性是關(guān)系到微機保護系統(tǒng)正常可靠工作的重要因素之一。如圖2所示。交流穩(wěn)壓器用以保證供電的穩(wěn)定性；防止電源系統(tǒng)的過壓與欠壓，可提高系統(tǒng)的可靠性；隔離變壓器由于在初級和次級之間均采用屏蔽層隔離，減少了分布電容，因而限制了高頻噪聲從此通過；低通濾波器則可濾去大部分高次諧波的干擾。

圖2 電源抗干擾設(shè)備示意圖

2.2 屏蔽和隔離

屏蔽的作用就是抑制兩個區(qū)域之間的電磁耦合，它可以限制某一區(qū)域內(nèi)的電磁場越過該區(qū)域影響外界，也可以防止外界電磁場進入某一區(qū)域。屏蔽一般可采取靜電屏蔽、磁屏蔽和電磁屏蔽等措施，靜電屏蔽可以消除容性耦合，磁屏蔽能夠抑制感性耦合，電磁屏蔽則能夠抑制輻射電磁場的電磁耦合。

隔離的作用是隔離與外接線路地電位的聯(lián)接，以抑制共模干擾。比如從較遠距離引至計算機或其他低電平電子器件的線路應(yīng)經(jīng)隔離器接入，要連接的兩臺設(shè)備的地電位可能相差很大時，應(yīng)采取隔離器連接。

2.3 接地技術(shù)

微機保護裝置的接地方式可分為單點接地和多點接地。單點接地是在一個線路中，只有一個物理點被定義為接地參考點，所有需要接地的點都接到參考點上。單點接地方式只適用于低頻情況。如果系統(tǒng)的工作頻率很高，則接地線間互感和雜散電容的影響將表現(xiàn)出來，即使采用并聯(lián)單點接地的方式也避免不了地線彼此間通過電磁耦合帶來的影響，并且接地線的電感也會導(dǎo)致設(shè)備本身的接地阻抗過大。為了盡可能減小接地阻抗，高頻情況下多采用多點接地方式，即系統(tǒng)中各個需要接地的點都以最短的連線直接接到距其最近的接地平面上。這里的接地平面可以是設(shè)備的底盤或結(jié)構(gòu)框架，也可以是敷設(shè)于所有設(shè)備下面的金屬板、帶或網(wǎng)格等。

3、軟件抗干擾措施

3.1 數(shù)據(jù)采集誤差的軟件抗干擾措施

數(shù)據(jù)采集誤差的軟件抗干擾措施主要是數(shù)字濾波。數(shù)字濾波實質(zhì)上是一種程序濾波，即通過一定的計算程序，對采樣信號進行平滑加工，減少干擾在有用信號中的比重。常用的數(shù)字濾波法有均值濾波法、一階遞推數(shù)字濾波法、中值濾波法等。

3.2 控制失靈的軟件抗干擾措施

控制失靈軟件抗干擾措施主要是為了克服干擾對開關(guān)量讀入和動作信號輸出的影響。對于重要的指令，特別是輸入或輸出指令，要重復(fù)執(zhí)行，以確保其正確。對于保護出口如跳閘等的控制不要由單條指令實現(xiàn)，而要分成兩條或多條指令的組合來執(zhí)行，以消除單條指令受到干擾而可能引起的誤動作。

3.3 數(shù)據(jù)出錯的軟件抗干擾措施

數(shù)據(jù)出錯的軟件抗干擾措施主要是針對RAM中的數(shù)據(jù)進行保護。通常采用數(shù)據(jù)冗余技術(shù)，將同樣的數(shù)據(jù)在不同的地方保存1-2個備份。當使用RAM中數(shù)據(jù)時，把原數(shù)據(jù)與備份數(shù)據(jù)進行比較，相同則認為數(shù)據(jù)未被破壞，否則啟動備份數(shù)據(jù)。對于運算數(shù)據(jù)，可以將整個運算進行兩次，以校核運算是否因干擾而出錯。

3.4 程序跑飛的軟件抗干擾措施

在微機系統(tǒng)中，為了防止程序跑飛，常采用的措施主要有軟件狗、指令冗余、軟件陷阱等。軟件狗通常利用軟件定時器或硬件定時器的中斷，在中斷程序中查詢某個設(shè)定的標志，若標志不為零，則清零或減1后退出；若標志為零，則執(zhí)行復(fù)位指令或轉(zhuǎn)向出錯處理程序，在出錯處理程序中完成各種善后工作，再使系統(tǒng)復(fù)位；指令冗余是指在一些對程序流向起著決定作用的指令或?qū)ο到y(tǒng)工作狀態(tài)至關(guān)重要的指令前面，人為地插入幾條空操作指令，以保證跑飛的程序能重返正常軌道。指令冗余得以實現(xiàn)的前提是程序跑飛到程序區(qū)并執(zhí)行了空操作，否則指令冗余不起作用；軟件陷阱是指在非用戶程序區(qū)填充空操作指令并周期性寫入一條指引指令，當程序跑飛到這些區(qū)域時，強行將程序引向一個指定的地址，在那里有一段專門對程序出錯處理的程序，以便引導(dǎo)程序進入正常的運行狀態(tài)。

結(jié)語

微機保護裝置抗干擾方法很多，本文從硬件和軟件兩個方面介紹了一些常見的抗干擾措施。在微機保護系統(tǒng)的實際應(yīng)用中，只有從硬件和軟件兩方面采取抗干擾措施，才能大大提高系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性。

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