提高微机保护可靠性浅析
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摘 要：中试控股技术博士为您解答：电力系统中的继电保护装置，历经了电磁型、晶体管型、集成电路型、微机型的发展过程。今天，微机型继电保护装置由于其性能的优越运行可靠，越来越得到用户的认可。同时，由于用户不断提高的要求和制造厂家的努力，微机保护在电力系统中得到很大的发展，因此提高微机保护装置的可靠性就更为重要。电流互感器现场测试仪解决了现场检定电流互感器、电压互感器工作强度大、操作繁琐问题，同时该产品性能可靠、功能强大。
1.微机型继电保护扩展成综合测控装置
----由于微机继电保护在电力系统推广成功，其优良的性能、方便的操作和简单的维护在电力系统中深得人心，而近年来微电子技术的高速发展，高性能、低价值的CPU及外围器件的出现，加之成熟的制造工艺，因而性能优越而价格适宜的微机型继电保护产品，在电力系统中的应用已经相当广泛。同时，CPU强大的记算能力在完成继电保护功能之外，还有较多的能力去处理传统上由另外一些装置完成的功能或者去实现过去没有实现的功能。因此，首先把RTU中的遥信及遥测加入、再后来加入遥控等功能.再把低周减载等功能加入，形成了一个融合保护、测量、控制、通讯等功能在一起的综合装置。有了这样的综合装置，我们完全有理由要求就地安装以节省电缆，简化控制室，甚至实现无人值班、远方操作等要求.以终达到节约场地，节约资金.节约人力的目的。这种要求反过来也对装置的制造提出了很高的要求。例如，装置要适应较宽的温度范围，耐受较强的电磁幅射和干扰水平，要求装置有更强的自检和互检能力。
2.提高微机保护装置的的可靠性
可靠性是对继电保护装置的基本要求之一，它包括两个方面——不误动和不拒动。可靠性和很多因素有关，例如保护的原理、工艺和运行维护水平等。本文将着重分析由于应用微型计算机而带来的两个问题：一是微机保护的抗干扰问题，二是装置内部元件出现损坏的对策。就元件损坏来说，微机保护有明显的优点，因为使用微机后，元件数量大大减少，而且大规模集成电路芯片在各领域大量使用的实践已证明损坏率是很低的。特别是微机保护可以实现高级的在线自动检测，在绝大多数情况下，元件损坏都能被自动检测发现并且发出警报，不会引起保护误动作。
继电保护装置工作环境中的干扰是很严重的，这些干扰的特点是频率高、幅度大，因而可以顺利通过各种分布电容的耦合，另一方面这些干扰持续时间短，模拟式静态保护装置可以用延时来躲过这些干扰而微机保护由于计算机的工作是在时钟节拍的严格控制下以较高速度同步进行的，不能简单的设置延时电路，这就增加了干扰问题的严重性。所以提高微机保护装置可靠性的重点在抗干扰上。
2.1干扰来源和窜入微机弱电系统的途径
对静态继电器的干扰来源作了大量的调查后我们发现，干扰源主要是通过保护装置的端子从外界引入的浪涌。一般认为，干扰形式有两种，即差模干扰和共模干扰是引起信号回路对地电位变化的干扰。差模干扰的原因可以归结为长线传输的互感、分布电容的相互干扰以及由于信号回路对干扰源相对位置不对称引起的工频干扰等。差模干扰的传输途径与有用信号相同，因此对微机保护的威胁一般不大，因为微机保护各模拟量输入回路都首先要经过一个防止频率混叠的模拟低通滤波器，它能很好地吸收差模浪涌。就抗干扰而言，这种低通滤波器好用无源的，因为包括运算放大器的有源滤波器容易在浪涌过电压下损坏。为了减小作用在装置对外引线端子和机壳之间的共模干扰，在硬件设计时应使微机保护各外接端子同微机弱电系统之间都没有电的联系。可以采用的方法有:
①交流输入端子——电压形成回路中用小变压器隔离一次和二次，线圈间加屏蔽层;
②开关量输入端子——用光电隔离;
③开关量输出端子——用光电隔离和继电器线圈与接点之间隔离;
④直流电源端子——用逆变电源中的高频变压器隔离，线圈间加屏蔽层
采用上述四种方法后，共模干扰应该不会侵入微机的弱电系统了，但实际上由于共模浪涌频率高，前沿陡的特点，使它仍可以顺利通过电路的各种分布电容而窜入弱电系统而浪涌的幅度可能很大，微弱的耦合也可能足以造成微机工作出错。因此除了以上四种隔离措施之外，在保护装置的结构布局方面必须十分谨慎。例如应当将弱电系统的插件远离同外接端子有直接联系的各种插件。(电压形成回路，开关量输入和输出回路等)，并且装置后底板的配线也应当使强电和弱电严格分开。这样安排后，外接端子所引入的共模干扰浪涌基本上不会通过分布电容影响微机弱电系统的工作。除此之外还有一条不可避免的耦合的途径即微机保护的弱电电源线。因为弱电电源线和干扰源之间总有一定的耦合，而它又直接连到微机的各个部分，所以它是一个传递干扰的主要途径。由于弱电电源线(一般是5V)及其零线之间都接有一定容量的电容器，同时每个插件入口和每个芯片的电源线“+”、“-”之间通常也都接有电容器，所以电源线“+”、“-”之间对高频浪涌干扰可以认为是短路的，通过电源线传递的不是作用在两个电源线“+”、“-”之间的干扰，而是作用在电源线和机壳之间的共模干扰。对此干扰也应加以注意。
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