變電站CAN總線抗干擾問題的分析與解決

【摘 要】本文選擇故障率較高的CAN現(xiàn)場總線通信系統(tǒng)進(jìn)行抗干擾研究，提高綜合自動(dòng)化系統(tǒng)通信抗干擾能力，從CAN總線基本性能、光纖通信基本性能及地區(qū)變電站CAN總線通信故障情況綜合考慮，分析七方面干擾原因，確認(rèn)主要原因，針對(duì)故障率較高的變電站內(nèi)CAN總線通信網(wǎng)絡(luò)布線進(jìn)行改造及接地網(wǎng)改造，使干擾降到最低。

【關(guān)鍵詞】干擾原因；抗干擾；對(duì)策；通信網(wǎng)改造

0.引言

變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)子系統(tǒng)都為低電平的弱電系統(tǒng)，工作環(huán)境是電磁干擾嚴(yán)重的強(qiáng)電場所，易受電磁干擾而不能正常工作。通過各廠家多年的努力，綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中通過強(qiáng)弱電隔離，就單個(gè)設(shè)備而言其抗干擾能力已能滿足要求。但作為它們之間聯(lián)系的通信系統(tǒng)因干擾經(jīng)常造成通信錯(cuò)誤、設(shè)備損壞，嚴(yán)重時(shí)造成整個(gè)變電站通信中斷，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。

由于人們對(duì)此重視不夠，現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)布線不合理，設(shè)計(jì)和施工方案不完善，管理和維護(hù)人員水平達(dá)不到要求，為干擾埋下隱患。本文一是為了解決現(xiàn)場實(shí)際問題，提高變電站通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性，二是培養(yǎng)管理和維護(hù)人員，提高通信系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)能力。

1.實(shí)施背景現(xiàn)狀調(diào)查

1.1 CAN總線的基本性能

在變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)電力監(jiān)控系統(tǒng)中，現(xiàn)場總線是變電所綜合自動(dòng)化的流通動(dòng)脈。由于現(xiàn)場總線靠近生產(chǎn)過程，面對(duì)的是苛刻的和特殊的環(huán)境條件，現(xiàn)場總線應(yīng)經(jīng)受得住這樣的環(huán)境并且能承受高的電磁干擾的影響。

CAN 現(xiàn)場總線作為一種面向底層控制通信網(wǎng)絡(luò)，傳統(tǒng)CAN總線有如下局限性：

（1）現(xiàn)場情況復(fù)雜，以電纜為傳輸介質(zhì)，通信可靠性不高，收到各種電磁干擾的影響。

（2）CAN 的直接通信距離最遠(yuǎn)達(dá)10km（對(duì)應(yīng)通信速率在5kbps 以下），傳輸距離短，長距離傳輸易發(fā)生錯(cuò)誤。

（3）通信發(fā)生的故障時(shí)，一般故障較為嚴(yán)重，甚至導(dǎo)致整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)癱瘓。

（4）節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間通訊通過數(shù)字模式，故對(duì)現(xiàn)場維護(hù)人員維護(hù)要求較高。

（5）雷擊損率較高，沿海地區(qū)通信出錯(cuò)頻繁。

1.2光纖通信基本性能

光纖傳輸方式應(yīng)用在監(jiān)控領(lǐng)域里主要是為了解決兩個(gè)問題：一是傳輸距離，一是環(huán)境電磁干擾。由于光纖具有傳輸帶寬大、不受電磁干擾影響等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此在一些強(qiáng)干擾的場所，也常采用光纖傳輸方式。光纖可以傳送監(jiān)控系統(tǒng)中需要的所有信號(hào)，傳輸距離可以達(dá)到上百公里。

唯一的缺點(diǎn)是接入設(shè)備（光端機(jī)）價(jià)格高昂，線纜端接專業(yè)性太強(qiáng)，后期維護(hù)費(fèi)用較高。

1.3沿海區(qū)域CAN總線通信故障情況

在10kV及以下電壓等級(jí)中，保護(hù)及監(jiān)測裝置等二次設(shè)備，都采用了就近安裝于高壓開關(guān)柜上的分散布置方式，優(yōu)點(diǎn)突出。然而，由于微機(jī)裝置靠近高壓母線，如果變電站接地安裝過程中的屏蔽接地處理得不好，很容易使保護(hù)裝置的安全運(yùn)行、通信安全正確性受到電磁干擾的威脅。

目前，電力系統(tǒng)CAN總線通信系統(tǒng)的電磁干擾源有外部干擾和內(nèi)部干擾兩個(gè)方面。電磁干擾的主要危害：

（1）降低數(shù)據(jù)采集的可靠性。

（2）程序運(yùn)行失常。

（3）數(shù)據(jù)出錯(cuò)。

（4）降低控制的靈敏性。

當(dāng)變電站遭雷擊或受到高壓設(shè)備操作過電壓的影響時(shí)，現(xiàn)場經(jīng)常出現(xiàn)多套保護(hù)裝置的元器件同時(shí)遭受損壞、保護(hù)裝置在運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)“亂碼”或“通信中斷”等異常現(xiàn)象，造成了變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)不能正常運(yùn)行。

2.主要原因分析

針對(duì)主要因素確定CAN總線通信故障的原因有如下幾方面：

可能原因之一：雷電產(chǎn)生的磁場和脈沖電場的干擾。

可能原因之二：變電站高壓設(shè)備倒閘操作所產(chǎn)生的脈沖干擾。現(xiàn)今的倒閘操作越來越標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，而且滅弧性能均已經(jīng)日益完善，此類故障發(fā)生少。

可能原因之三：施工調(diào)試方法不當(dāng)及接地方法不正確等操作問題。由于操作方法不當(dāng)引起的干擾現(xiàn)象，使得變電站通信計(jì)算機(jī)程序出錯(cuò)或者丟失數(shù)據(jù)。

可能原因之四：工頻干擾。

可能原因之五：靜電放電。

可能原因之六：系統(tǒng)接地網(wǎng)存在缺陷。由于接地網(wǎng)的缺陷而導(dǎo)致的設(shè)備損壞事件時(shí)有發(fā)生。

可能原因之七：裝置內(nèi)部缺陷。

3.針對(duì)CAN總線變電站進(jìn)行抗干擾對(duì)策實(shí)施

針對(duì)要因分析，查找此類型機(jī)構(gòu)相關(guān)資料，咨詢有關(guān)技術(shù)人員意見，聯(lián)系實(shí)際工作情況，完成相應(yīng)要因所對(duì)應(yīng)的抗干擾問題進(jìn)行了解決：

3.1加裝CAN至光纖轉(zhuǎn)換器，采用光纖通信，進(jìn)行通信網(wǎng)改造

安裝光纖轉(zhuǎn)換器，將光信號(hào)透明的轉(zhuǎn)換成CAN-bus/RS-232信號(hào)，實(shí)現(xiàn)一路 CAN-bus/RS-232 信號(hào)在光纖上的透明傳輸。利用光纖傳送數(shù)據(jù)，不僅可以延長傳輸距離，而且還具有隔離保護(hù)、數(shù)據(jù)保密性好、工作穩(wěn)定、易于維護(hù)等諸多優(yōu)點(diǎn)，最主要的是徹底解決了由于不同節(jié)點(diǎn)之間地電位不同所引起的設(shè)備燒毀，以及強(qiáng)電磁感應(yīng)、高電壓引起的干擾，可安全工作在要求防爆的環(huán)境中。

3.2 CAN總線通信變電站實(shí)施通信總線分段改造

CAN 的直接通信距離最遠(yuǎn)達(dá)10km（對(duì)應(yīng)通信速率在5kbps 以下），傳輸距離短，長距離傳輸易發(fā)生錯(cuò)誤，在通信系統(tǒng)改造方面，利用變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中原有的各個(gè)間隔設(shè)備和上位機(jī)設(shè)備所擁有的接口，通過分段CANBUS實(shí)現(xiàn)將原來變電站中各個(gè)保護(hù)設(shè)備分別分段短距離與CANBUS 互連，使得網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)node 接點(diǎn)都能夠以主機(jī)的形式向網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送數(shù)據(jù)和命令，同時(shí)使得網(wǎng)絡(luò)中的接點(diǎn)數(shù)通信距離變短，最重要是具有高可靠性。

圖-2 接地網(wǎng)改造示意圖

針對(duì)干擾類故障較為嚴(yán)重的變電站實(shí)施通信網(wǎng)分段改造，實(shí)現(xiàn)通信傳輸距離縮短，加裝光纖轉(zhuǎn)換器，在10kV開關(guān)室、35kV開關(guān)柜兩側(cè)的兩臺(tái)保護(hù)測控裝置CAN總線通信電纜切斷，加裝光纖轉(zhuǎn)換器。

3.3接地網(wǎng)改造

按《國家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》，使用微機(jī)保護(hù)的變電站接地電阻應(yīng)符合不大于0.5Ω的要求。銅網(wǎng)接地是從開關(guān)站到主控室沿電纜溝鋪設(shè)，并與接地網(wǎng)一點(diǎn)相連，截面積為100mm2 以上的接地銅排所構(gòu)成。舊站改造時(shí)如果沒有銅網(wǎng)接地，必須增加。

對(duì)干擾嚴(yán)重的變電站進(jìn)行接地網(wǎng)改造，確保變電所有一個(gè)完善的地電網(wǎng)，采取了專用的接地銅網(wǎng)。接地銅網(wǎng)應(yīng)符合上圖要求。

4.結(jié)束語

變電站綜合自動(dòng)化設(shè)備實(shí)施上述抗干擾措施，具有較好的實(shí)際運(yùn)行成效，確保了變電站CAN總線通信的安全可靠。另外，解決好自動(dòng)化設(shè)備的抗干擾問題，還需要制造廠家升級(jí)試驗(yàn)和測試裝置，加強(qiáng)其設(shè)備抗干擾，試驗(yàn)分析和硬軟件對(duì)策研究，由運(yùn)行維護(hù)部門和廠家聯(lián)合起來，進(jìn)一步完善抗干擾措施。 [科]

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