防過(guò)電壓在RS485通訊回路的安全策略

安徽省電力有限公司黃山供電公司 舒永志 吳觀紅 舒三麗 李閱

1　異常狀況和分析

近兩年來(lái)，運(yùn)行值班員值班發(fā)現(xiàn)，某220kV變電站35kV的保護(hù)裝置通信經(jīng)常發(fā)生中斷現(xiàn)象。尤其是當(dāng)操作電容器和電抗器時(shí)或遇到雷雨天氣，經(jīng)常造成35kV保護(hù)裝置與通信服務(wù)器通信中斷，從而導(dǎo)致35kV保護(hù)裝置失去監(jiān)控，使運(yùn)行人員無(wú)法看清現(xiàn)場(chǎng)地設(shè)備實(shí)際運(yùn)行情況，而且造成誤判斷。為此，自動(dòng)化檢修人員要經(jīng)常臨時(shí)趕到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行搶修，耗費(fèi)了大量人力和物力，盡管采取了多種措施，效果也不是很明顯。

通過(guò)查閱圖紙和觀察，在變電站構(gòu)成RS—485總線網(wǎng)時(shí)，采用雙絞線作傳輸線，傳輸線一般在室外架空或沿電纜溝敷設(shè)，所以在雷雨季節(jié)常發(fā)生因雷電傳輸線上引起的瞬變過(guò)電壓，而變電站總自系統(tǒng)RS—485的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟话悴捎媒K端匹配的總線型結(jié)構(gòu)，即通常采用一條總線蔣各個(gè)節(jié)點(diǎn)串接起來(lái)，不支持環(huán)型或星型網(wǎng)絡(luò)，因此，雷電的引發(fā)的瞬變往往導(dǎo)致傳輸線上的多個(gè)RS—485收發(fā)器損壞。

RS—485接收器差分輸入端對(duì)“地”的共模電壓允許-7V+12V，超過(guò)此范圍的過(guò)壓瞬變就可能損壞器件，引起過(guò)壓瞬變的來(lái)源通常是雷電、靜電放電、電源系統(tǒng)開(kāi)關(guān)干擾等，例如人體接觸芯片的引腳而產(chǎn)生靜電放電，其電壓可以高達(dá)數(shù)10千伏，可使在工作中的器件產(chǎn)生閉鎖而不能運(yùn)行或使器件受損；而感應(yīng)雷在RS—485傳輸線上引起的瞬變干擾，其能量更可能在瞬間燒毀聯(lián)接傳輸線上的全部器件。

2　防范措施和建議

在實(shí)施中，查閱大量資料的基礎(chǔ)上制定了詳細(xì)的防護(hù)方案，與自動(dòng)化專業(yè)一起進(jìn)行反復(fù)的討論和研究，并多次到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘察、測(cè)試，最終提出一套較為專業(yè)的整改措施。

圖1　現(xiàn)場(chǎng)電路圖

將敷設(shè)在35kV設(shè)備室電纜溝內(nèi)485總線套上金屬管，并兩端接地（黃綠線為接地處）；

將35kV保護(hù)裝置的Ⅰ、ⅡRC485總線在設(shè)備室和保護(hù)室兩端分別加裝防雷器件，在所有35kV保護(hù)裝置通信接口處加裝防雷器件。

所有RC485總線的空余線芯和屏蔽層全部做接地處理。

將35kV設(shè)備室的直流220V電源和PT電壓加裝防雷器件，將保護(hù)室1#、2#站用電交流輸出380V電源和直流輸出220V電源分別加裝防雷器件如圖2、圖3。

整改結(jié)束后，雷雨天氣通訊狀況有了好轉(zhuǎn)。通過(guò)自動(dòng)化人員進(jìn)行了簡(jiǎn)單的測(cè)試，值班員對(duì)電容器和電抗器進(jìn)行了多次分、合閘操作。在操作過(guò)程中，我們對(duì)保護(hù)裝置通信芯片的工作電平進(jìn)行測(cè)量，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯波動(dòng)，而以前每次操作電容器或電抗器，通信芯片的工作電平都會(huì)有所升高，幾次操作以后，通信芯片就會(huì)損壞，由此說(shuō)明通過(guò)這次整改，取得的效果還是比較明顯的。

3　RS485通訊回路安全策略

結(jié)合RC485通訊回路的特點(diǎn)包括，在裝置電源防護(hù)、裝置通信口防護(hù)、RS485總線防護(hù)及改變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等相關(guān)問(wèn)題上提出策略意見(jiàn)：

查看RC485接口地保護(hù)測(cè)控接線，發(fā)現(xiàn)所有接線是否地線均未接地，如存在有可能造成在雷電時(shí)感應(yīng)電壓造成通訊芯片地?fù)p壞，立即整改。

采用串聯(lián)接線，在接線地末端最容易損壞，可能感應(yīng)電壓無(wú)通路二疊加雙倍電壓造成末端通訊芯片損壞。

未加裝防雷設(shè)施無(wú)法承受高的感應(yīng)電壓，采取必要的防護(hù)措施。

嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，芯片質(zhì)量本身有問(wèn)題。

嚴(yán)審設(shè)計(jì)關(guān)，設(shè)計(jì)存在缺陷。

嚴(yán)格驗(yàn)收關(guān)。

接線不良也會(huì)造成通訊中斷，接地應(yīng)可靠。

4　結(jié)束語(yǔ)

黃山公司采用RS485總線方式通信的變電站，在35kV和10kV開(kāi)關(guān)室內(nèi)，完善保護(hù)測(cè)控各種接地防護(hù)（包括外殼地、通信地和RS485屏蔽地），并將開(kāi)關(guān)室內(nèi)電纜溝內(nèi)橫跨處用鐵管互套，其次在室外電纜溝（包括上樓總線）采用全線套鐵管方式等有效的過(guò)電壓防護(hù)措施。減輕集控運(yùn)行人員工作負(fù)擔(dān)，提高了電網(wǎng)的穩(wěn)定安全運(yùn)行，確保綜自變電站自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

圖2　避雷器

圖3　避雷器線路

參考文獻(xiàn)：

[1]綜合自動(dòng)化變電站RC485通訊防雷技術(shù)應(yīng)用梁鴨紅《供電與用電》總第119期

[2]部分廠家防雷裝置說(shuō)明書(shū)