提高微型機繼電保護裝置可靠性措施的研究

三峽電力職業學院 王遠瞧

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提高微型機繼電保護裝置可靠性措施的研究

三峽電力職業學院 王遠瞧

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

【關鍵詞】微型機繼電保護裝置；干擾信號；自動檢測技術

微型機繼電保護裝置的可靠性要求在電力系統運行過程中有兩個方面：（1）電力系統發生故障時，它應能做出正確的反映，在保護范圍內故障時，應能正確可靠的動作；在相鄰元件的保護范圍內故障時，應能對相鄰元件的保護起到后備的作用，防止拒動情況的發生。（2）電力系統正常運行時，也要防止誤動情況的發生。

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

微型計算機繼電保護裝置在其工作時，周圍存在著強電磁的干擾。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入微型機繼電保護裝置的內部；另一方面，干擾信號的持續時間較短。由于微型機繼電保護裝置在運行中會出現干擾信號，因此，目前有三種對策來提高微型機繼電保護裝置工作的可靠性，即減少故障和錯誤出現的幾率；自動自檢測技術；采取容錯設計方式。

1 干擾對微型機繼電保護裝置的影響

干擾信號對微型機繼電保護裝置的工作有較大的影響。如果是由內部繼電器的觸點在切換過程中產生的強高頻電磁信號，則是內部干擾信號；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。例如微型機繼電保護裝置的輸入、輸出線和地線等都是干擾進入微型機繼電保護裝置的途徑。

干擾對微型機繼電保護裝置的影響，主要表現在以下幾個方面：

（1）運算或邏輯出現錯誤：在運行過程中，輸入輸出數據、微處理器計算的中間結果、控制程序流程的標志字等都是存放在數據緩沖區的隨機存貯器RAM之中。但是在強電磁干擾信號作用下，有可能使存放在RAM中的數據發生變化，原因就是RAM的抗干擾能力較差；另外，在讀數據或寫數據時，數據總線和地址總線也可能互相干擾，導致數據總線上的數碼或地址總線的地址碼發生錯誤，從而傳送到錯誤的地址上。如果數據是控制程序流往的標志字時，還將會導致運算邏輯出現錯誤等問題。

（2）運行程序出軌：在執行運行程序過程中，微處理器可識別的機器碼通常存放在只讀存儲器ROM之中，由于有干擾信號存在，機器碼也會隨之改變，有些機器碼可能會導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志字也受到了改變，運行程序的執行順序也會隨之改變，使微型機的運行程序出軌，出現死機等問題。

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

2 微型機繼電保護裝置的抗干擾措施

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

（1）從設計的角度來看，應選用優質的微型機芯片和其它的半導體元器件，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）盡管在微型機繼電保護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的隨機性，所以，一旦在微型機繼電保護裝置內部出現干擾信號后，可能帶來許多問題，應采取相應的對策予以解決。因此，我們可以采用自動檢測技術，把擾動可能產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。電力系統微型機繼電保護裝置在發電廠和變電所運行時，其電源回路、模擬量輸入回路、開關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的模擬元件上。干擾耦合到微型機繼電保護裝置的主要媒介就是這些回路，為了提高抗干擾能力，應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、合理設計接地泄放回路等各方面的措施。并且都應該采用光電耦合器件對各個回路進行隔離。

微型機繼電保護裝置在運行的過程中，若出現采樣數據因干擾作用大，發生錯誤時，產生的后果是嚴重的，將會導致整個保護功能的失敗。因此，在微型機繼電保護裝置的工作程序中，應設置對不良采樣數據的

檢錯和識別功能等子程序，確保軟件程序運算結果的正確性，發揮正常的繼電保護功能。所以因干擾造成微型機繼電保護中使用數據發生錯誤時，可以采取對輸入模擬量采樣數據的抗干擾、在運算過程中的核對、出口閉鎖、防止程序出軌等措施來處理。

3 微型機繼電保護裝置的自動檢測技術

提高微型機繼電保護裝置可靠性的另一個重要措施是各元器件、接口設備進行自動檢測。微型機繼電保護裝置的自動檢測是指對裝置的內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，其次要有合理的設計方案，以及物理元器件的選擇必須是優質的。對于當裝置內部的物理元件損壞時，可能發生的拒動或誤動作的情況，要求裝置在設計時就要能夠保證元件損壞時不發生誤動，同時能發出報警信號，從而達到能夠及時有效恢復的最終目的。

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。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行時，CPU在相鄰兩個采樣間隔內，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繼電保護的執行程序的小塊富裕時間的積零為整起來的累計時間進行的檢測。其特點是時間較長，用其來檢測微處理器CPU處理量較大的內存元器件的檢測，例如只讀存儲器ROM和隨機存儲器RAM等。

常用的檢測方法有：（1）微處理器CPU的檢測；（2）數據采集系統的檢測；（3）隨機存儲器RAM的檢測；（4）只讀存儲器ROM的檢測；（5）開關量輸出通道的檢測。

參考文獻

[1]張宇輝.提高微型機繼電保護裝置可靠性措施[J].電力系統微型計算機繼電保護,2000,9.

[2]馬麗英.微機繼電保護[J].供用電網絡繼電保護,2008,6.

王遠瞧（1991—），男，湖北宜昌人，工學學士，現任三峽電力職業學院電力與信息學院專業教師，助講，主要研究方向為電力系統繼電保護及供用電技術。

作者簡介：