[摘 要]可靠性是变电站综合自动化系统的基本要求之一，本文探讨了变电站现场各种干挠对综合自动化安全可靠运行的影响，分析了干挠产生的原因，并从抑制干挠源、切断传播途径和提高设备本身抗干挠能力三个方面提出了变电站综合自动系统的抗干挠措施。

[关键词]变电站　综合自动化　电磁干挠　抗干挠措施

概述
    变电站综合自动化是应用控制技术、信息处理和通信技术，利用计算机软件和硬件系统或自动装置代替人工进行各种作业，提高变电站运行、管理水平的一种自动化系统。它不仅为变电站实现无人值班和配网实现自动化奠定了基础，而且为供电部门提供更加安全、可靠和高质量的电能创造了条件，因此在近年的城网和农网改造中，变电站综合自动化以它独特的优势在电力系统中被广泛应用。
    但由于变电站的特殊环境，如高压电器设备的操作、低压交直流回路内电气设备的操作、雷电引起的浪涌电压、电气设备周围静电场、电磁波辐射和输电线路故障所产生的瞬变过程都会生电磁干挠。这些干挠进入变电站内的综合自动化系统，就可能引起自动化系统的工作不正常，甚至损坏某些部件和元器件。因此，为提高综合自动化系统运行的安全可靠性，在变电站设计和施工时要考虑周祥，根据不同的干挠，采取不同的抗干挠措施，提高装置的抗干挠能力。

    一、干挠源
    所谓干挠源就是微机装置的工作信号中，除去有用信号以外的、可能影响装置正常工作的一些电磁信号。在变电站中与电力系统有关的电磁干挠源主要有外部干挠和内部干挠。
    1、外部干挠源是与变电站综自系统结构无关，由使用条件和外部环境决定的干挠源，主要表现以下三类。
    1.1变电站交直流电源受低频挠动影响：主要有大负荷突变、短路、故障切除及重合闸引起的电压突降及中断；由大负荷变化引起的周期性和非周期的电压波动；由电气设备的非线性引起的谐波污染；由换流器及电焊等引起的非工频整数倍的间谐波；电力部门利用供电网络在工频电压上叠加信号时信号电压对交流电源产生的干挠。
    1.2各种场的干挠：变压器、有大电流通过的电线、电容器、电抗器周围有极强的交变磁场；由雷击、短路事故的断路器操作产生的脉冲磁场；由无线电台及各种电磁辐射波产生的辐射磁场；操作隔离开关时产生的阻尼振荡磁场。
    1.3通过传导进入变电站综自系统的各种浪涌和高频瞬变电压电流干挠：主要有断开小电感负载时产生的快速瞬变干挠；阻尼振荡波和衰减振荡波干挠；雷击和操作短路故障产生的1.2/50μs单向浪涌；雷击通讯线路及熔断器断开低压馈电线路产生的10/1300μs浪涌。
    2、内部干挠主要有装置的结构设计、元器件和某些回路的布局、生产制造工艺所决定的。主要表现以下两类。
    2.1导线间的相互耦合：同一电路板内电路间的耦合；板间输入输出信号线间的耦合；电源线与系统的耦合等。
    2.2杂散电感、电容引起的不同信号感应；长线传输造成波的反射；多点接地造成的电位差干挠；寄生振荡和尖峰信号引起的干挠。
    二、干挠信号的模式和耦合方式
    干挠信号按其出现的方式分为差模干挠和共模干挠，差模干挠对综自系统正常运行影响较小，而共模干挠危害较大。
    1.1以串联方式出现在信号源回路之中的干挠信号称为差模干挠，主要来源于长传输导线之间的互感和分布电容间相互耦合引起的干挠及高频信号在低频电路之中通过互感产生的干挠等。
    1.2引起回路的对地电位发生变化的干挠称为共模干挠，有时也称为对地干挠，它可能是交流信号也可能是直流信号，是使综自系统无法正常工作的重要因素。
    2、电磁干挠的耦合途径
    电磁干挠侵入电子设备的途径可分为静电耦合、互感耦合和公共阻抗耦合。
    2.1静电耦合是指两条导线的工作回路因耦合电容的存在给对方产生干挠信号。耦合电容数值越大、导线工作电源频率越高给对方导线产生的干挠越严重。
    2.2互感耦合是指线路之间存在互感，某一线路受相邻线路的互感耦合产生的干挠信号。互感数值越大、导线工作电源频率越高给对方导线产生的干挠越严重。
    2.3公共阻抗耦合是指当两个电路的电流经过一个公共阻抗时，将在每一个电路中出现公共阻抗耦合，常见的有公共电源耦合和公共地线耦合。公共电源耦合将改变每一个电路的参数，影响电路正常工作。公共地线耦合指两个电路经过导线连接只用一个接地点，在接地阻抗上产生干挠信号，改变装置对地电压。

    三、干挠对变电站综自系统的影响
    电磁干挠的共同特点是频率高、幅度大、前沿陡，可顺利通过静电耦合和互感耦合侵入到综自系统，对系统正常工作造成影响，干挠后果有以下几方面：
    影响电源回路：容易造成监控主机、后台管理机及微机保护各子系统工作不稳定，甚至死机。
    影响模拟量输入通道：从电压电流互感器二次线引入浪涌电压造成数据采集错误，影响采样精度、保护误动甚至损坏设备。
    影响开关量输入输出通道：断路器、隔离开关辅助触点抖动造成分合位置判断错误，分合闸出口回路受外界浪涌电压及装置上电过程的干挠导致误动。
    影响CPU和数字电路：造成运算或逻辑出现错误，运行程序出轨甚至损坏微型机芯片。

    四、变电站综自系统的抗干挠措施
    干挠对变电站综自系统的在线运行影响是严重的，若不采取有效措施将产生严重的后果。在实际中，解决抗干挠的问题应从三个方面考虑：第一消除或抑制干挠源，第二在设计综合自动化装置时，选用优质的微机芯片和其它半导体元件，设计合理的线路布局和制造工艺，切断各种耦合途径，尽可能减少干挠对综自系统的影响。第三干挠信号具有很强的随机性，一旦干挠信号在综自系统内部出现，采用自动检测技术把干挠可能产生的不良后果降到最程度。
    1、抑制干挠源的影响
    干挠源是变电站综自系统外部产生的，无法消除，但这些干挠往往是通过导线串入综自系统的，可以采取措施抑制干挠源的影响。
    1.1电源滤波：由于电源线传输的电磁干挠是以传导和磁场两种形式对敏感回路造成耦合的，引入装置内部的电源线产生的电磁辐射容易通过正常的传输途径进入敏感回路造成干挠，因此在微机保护装置的机箱电源线入口处安装电源滤波器，依靠机箱的自然屏蔽作用，把外界辐射拒之机箱的外面。使用时选用外壳有屏蔽接地的滤波器，滤波器的接地点以最短的距离接在机箱的柜体上。
    1.2采取屏蔽措施：综自的机箱机柜采用铁质材料；机箱的电流电压输入端子上对地接一耐高压的小电容，可抑制外部高频干挠；一次设备与综自系统输入输出的连接采用屏蔽电缆，电缆的屏蔽层两端接地，对电场耦合和磁场耦合有明显的削弱作用，可使磁场耦合感应电压降至不接地时感应电压的1%以下。
    1.3减少强电回路的感应耦合：高压母线是强烈的干挠源，增加控制电缆与高压母线平行长度可减少电磁耦合；控制电缆避开避雷针避雷器的接地点可减少感应耦合；电流互感器回路的A、B、C相线和中线应在同一根电缆内，避免出现环路；二次交流回路电缆尽量靠近接地体，减少进入这些回路的高频瞬变漏磁通。
    2、切断干挠的传播途径
    干挠源对综自系统的干挠可分为传导和辐射两种途径，传导干挠是通过电源线、接地线、信号线传播到敏感器件造成的干挠，辐射干挠是通过空间辐射传播造成的干挠。切断干挠传播途径的常用措施有：
    2.1隔离措施：为防止外部浪涌影响微机系统的工作，必须保证端子排任一点同微机部分无直接电的联系。
    2.1.1模拟量的隔离：变电站综自系统采集的模拟量大多来自一次系统的电压电流互感器，它们均处于强电回路中，不能直接输入综自系统，必须经设置在综自系统交流回路中的隔离变压器隔离，这些隔离变压器中间一、二次间有屏蔽层，屏蔽层必须安全接地，防止高频干挠信号进入二次回路。
    2.1.2开关量的隔离：综自系统开关量的输入主要是断路器、隔离开关辅助触点和变压器分接头位置，开关量输出主要是对断路器、隔离开关辅助触点和变压器分接头的控制，这些一次设备均处于强电回路中，为防止引入强电磁干挠，一般采用光电耦合隔离或继电器触点隔离。
    2.1.3二次互感耦合的隔离：二次回路布线时，强弱信号不使用同一根电缆；信号电缆尽可能避开电力电缆，尽量增大与电力电缆距离，减少其平行长度；二次设备配线时，注意避免各回路的相互感应。
    2.2屏蔽措施：强电信号回路易造成磁场发射，弱电信号回路易受到周围磁场的干挠，一般采用磁屏蔽和双绞线减少磁干挠。
    2.2.1采用高导磁材料制作屏蔽体，设计时增大磁路面积、减少磁路长度，以减少磁阻。
    2.2.2使用双绞线可使干挠产生的感应电流在负载上相互抵消，以此来消除磁干挠信号。
    2.2.3机壳采用铁质材料，在电场很强的场合，在铁壳里加装铜网衬里，线路屏蔽采用铜丝编织的屏蔽层或金属管。
    2.3接地措施：计算机及其它电子设备工作时，接地电位的变化是产生干挠的重要原因，在变电站一、二次设备设计施工时做好接地措施，可解决大部分干挠问题。
    2.3.1一次设备接地：一次系统接地以防雷保安为目的，但在引入瞬变大电流的地方设多根接地线并加密接地网，可减少地网中各点的瞬变电位差、降低地网中瞬变电位升高、减少开关场内高频瞬变电压辐值，对二次设备电磁兼容很有好处，因此设备接地线要接于地网导体交叉处，设备接地处增加接地网络互连线，避雷器避雷针接地点采用两根以上的接地线并加密接地网络。
    2.3.2二次设备接地：二次系统接地分为安全接地和工作接地两大类。
    二次设备安全接地是为了保证人员和设备安全，将设备外壳（包括变电站综自系统各机柜机箱）接地，以防电击或静电放电，通常和一次设备共用一个接地网。
    二次设备工作接地是为了给综自系统各设备一个基准电位，保证其可靠运行，防止地环流引起的干挠。综自系统二次接地一般有以下几种处理方式
    （1）微机电源地：一般采用浮地方式，即微机电源零线不与机壳相连，尽量减少电源线同机壳之间的分布电容以保证减少微机电源地对机壳的耦合。这种方法可大大减少流过电源的浪涌电流，增加抗共模干挠的能力，明显提高系统的安全可靠性，是目前广泛采用的一种方法。
    （2）数字地和模拟地：综自系统中数字地和模拟地有两种方式：模拟地和数字地共地；模拟地和信号地连在一起浮空不与数字地连在一起。这两种方法各有优劣，要通过综自系统实际情况试验确定使用哪种方法。
    （3）一点接地和多点接地：一般高频电路（10MHZ以上）采用多点接地，低频电路（1MHZ以下）采用一点接地，变电站综自系统属低频系统，采用一点接地，可避免接地电路形成环流，减少干挠。
    （4）二次设备专用工作接地：为综自系统二次设备及二次电缆敷设专用的接地铜排构造等电位面，消除地电位差干挠。专用接地铜排与一次设备接地网一点相连。
    2.4计算机电源的抗干挠措施：电源线是微机的重要干挠途径，微机电源一般采用取自站用变的变流电源，电网冲击和电压频率的波动将直接影响微机系统运行的可靠性，甚至造成死机。微机变流供电系统一般采用隔离变压器隔离、在线式不间断UPS电源、逆变电源三种抗干挠措施。现在广泛采用逆变电源，由蓄电池直流220V逆变成高频电压后经高频变压器隔离，再变换成交流220V供微机系统使用，既可削弱电源回路引入的干挠，当供电电源停电时，又能保证计算机安全连续运行。
    3、提高设备本身抗干挠能力
    提高设备本身的抗干挠性能是指降低设备本身对电磁干挠的敏感性，减少对干挠的拾取，能尽快从不正常状态恢复的方法，通常分为硬件抗干挠和软件抗干挠。
    3.1硬件抗干挠
    3.1.1合理布置各个插件：前述各种防干挠措施，虽可大大削弱干挠幅度，但不能完全削除浪涌电压，它们可以耦合到后级电路中，为防止剩余电压浪涌引起的恶果，在整个电路的布局上，应使微机工作的核心部分远离干挠源或与干挠有联系的部件。核心部件主要包括：CPU芯片、EPROM、重要RAM、模数转换器等。
    3.1.2采用多CPU结构：每一个CPU负责一种或几种功能，互相独立，一个CPU损坏不会影响其它CPU正常工作。各CPU除自检外，上位机对各CPU进行巡检，任何部位电子器件故障，都能方便检测出故障所在插件。
    3.1.3采用硬件自恢复电路：一旦综自系统在干挠下造成程序出轨，一般的软件措施无济于事，利用硬件自恢复电路很快使CPU恢复工作。
    3.2软件抗干挠措施
    一旦干挠突破由硬件组成的防线，可由软件来纠正，以免造成微机工作出错，导致保护误动或拒动。
    3.2.1对输入数据进行检查：对各路模拟量输入通道，提供一定的冗余通道，排除由干挠造成的错误输入数据，这样不仅可以抗干挠，还能发现数据采集系统的硬件损坏故障。
    3.2.2对运算结果进行核对：为了防止干挠可能造成的运算出错，可将整个运算进行两次，对运算结果进行核对，比较两次运算结果是否一致，不旦可以排除因干挠造成的运算出错，还能对原始数据起到进一步把关的作用。
    3.2.3对出口回路进行闭锁：为保证综自系统受干挠程序出轨后，不误跳闸，在设计出口跳闸回路的硬件时应当使此回路执行几条指令后才输出，不允许一条指令就出口。
    3.2.4采用自动检测技术：变电站综合自动化装置的自动检测是指采用自动检测软件程序检测装置内部各元件是否损坏或故障，可对CPU、数据采集系统、随机存储器、只读存储器、开关量输入输出通道等进行检测和纠错。由于电磁干挠是错综复杂的，很难做到万无一失，因此利用CPU的逻辑判断和智能进行故障自诊断和纠错，也是提高综合自动系统可靠运行的重要措施。

    结束语：
     由于电磁干挠本身错综复杂，同时综自系统本身的各子系统几乎都是由微型机、单片机和大规模集成电路和电子器件组成的，极易受到电磁干挠，因此用户在订购产品时必须充分考虑综自系统的运行环境和装置的抗干挠能力，系统考虑变电站的抗电磁设计并严格实施，保证变电站综合自动化系统安全可靠运行。

参考文献：
    1、《变电站综合自动化技术》　黄益庄主编　中国电力出版社　2000.4
    2、《电力系统微型计算机继电保护》　张宇辉主编　中国电力出版社　2000.9
    3、《变电站综合自动化原理及应用》　丁书文　黄训诚　胡起宙编著　中国电力出版社　2002
作者简介：
    刘斌，河南省浚县电业局输变电工区副主任　从事变电站综合自动化系统的安装、调试、维护工作。