广播发射台变电站自动化系统的抗干扰探讨

刘克明

(国家新闻出版广电总局七二四台,陕西宝鸡 722400)

广播发射台变电站自动化系统的抗干扰探讨

刘克明

(国家新闻出版广电总局七二四台,陕西宝鸡 722400)

本文对广播电台变电站自动化系统的主要干扰源进行了分析,介绍了干扰形成的原理和路径,分析了这些干扰源对变电站自动化系统的影响和产生的后果,根据工作中成功应用的抗干扰技术和措施,从切断电磁干扰源和受干扰后自恢复等多个方面进行了抗干扰措施的探讨。

干扰 自动化 微机保护装置 自恢复

1 引言

广播发射台尤其是大功率短波发射台，其主要产生和发射5MHZ~20MHZ的大功率短波频率，功率最高可达500kW，而发射台内各种电子设备距离这些发射机距离都很近，电磁波会通过电磁辐射、电源传导、电磁感应等多种方式进入电子设备内部，对各种电子设备造成电磁干扰，影响电子设备正常工作。在作者本人工作的短波发射台，许多电子设备都会出现在其他地方没有的异常工作状态，经过分析排查和与设备在其他环境的运行比较，最终都确定是因为电磁干扰引起。广播发射台变电站自动化系统中的微机保护测控装置、变电站自动化系统网络设备、后台监控工作站这些都是高度集成的电子设备，都可能受到电磁干扰，造成网络通讯出现异常、微机保护装置误动或拒动等严重问题。因此分析广播电台变电站的干扰形成路径，研究设计相应的抗干扰措施就非常必要。

2 产生电磁干扰的干扰源分析

广播电台的主要干扰源就是大功率电磁波，它们对变电站自动化系统中的电子设备干扰最为严重，但是除此之外还有以下这些电磁干扰源会对变电站自动化系统的电子设备形成干扰。

(1)操作过电压。在进行高压断路器操作时，一次系统会瞬间产生高频率的电磁脉冲，这些脉冲会通过电流、电压互感器感应到微机保护装置中，干扰微机保护装置的正常工作，使装置出现瞬间死机、失灵等故障，在实际运行中这种干扰非常显著。(2)雷电。雷电是自然界发生的极为强烈的电磁暂态过程。一般雷击不会直接作用于二次回路，更多的可能是线路遭受直击雷或感应雷，进而传导给二次系统。(3)一次设备发生短路故障。一次设备发生短路时，大电流经接地点泄入接地网，使整个接地网的电位升高，就可能在二次系统产生共模干扰电压。(4)系统谐波。谐波对微机保护装置的主要影响是干扰其正常的工作状态、影响测量的标准度和动作的可靠性等。严重的谐波干扰，会造成微机保护装置拒动或误动。

3 干扰对变电站自动化系统的影响

微机保护装置、自动控制装置、串口服务器等、网络设备是变电站自动化系统的重要环节，它们处于严重的电磁干扰环境中，极易受到电磁干扰导致工作出现异常。干扰对模拟电路和数字部件所造成的后果是不同的。模拟电路在干扰作用下往往使开关电路误翻转，将会导致误操作；数字电路受干扰作用往往造成数据或地址传送错误，导致微机运行故障或功能障碍，也可能引起保护的不正确动作。干扰对变电站自动化系统的影响主要表现在以下两个方面：

(1)计算或逻辑错误：微机保护中的输出信号、运算时暂时的中间结果和标志字都放在随机存贮器(RAM)中，而干扰源可能会引起RAM内的数据发生改变。当CPU正在读写一个数据时，数据线或地址线受干扰发生改变，就会造成读写出一个坏数据或者是一个错误的地址，会造成计算错误；而如果这是一个关键的标志字，就会造成逻辑混乱，可能引起装置误动或拒动。

(2)程序运行出轨：这是由于随机干扰破坏了程序执行的正常顺序而造成程序执行卡死的现象。例如，当CPU正通过地址总线送出一个地址以便从EPROM获取指令操作码。如果由于干扰使传送地址出错，它将从一个错误的地址取得一个错误的操作码。如果这个误码CPU不认识，程序运行将发生中断。因此程序死机会造成CPU停止执行继电保护的规定任务，当随后系统真正发生故障时，保护装置将拒动，严重危害系统运行。

4 变电站自动化系统抗电磁干扰的措施研究

通过上述对干扰产生的源头、路径、方式的分析，本人认为应该从两个方面解决干扰问题，一是最大程度的切断干扰源，避免电磁干扰进入变电站自动化系统内部，发生干扰后果；二是如果有干扰进入微机保护测控装置等自动装置，采取何种有效措施使装置能够避免发生误动、拒动、死机等问题。

4.1 切断干扰源的有效措施

(1)屏蔽是切断干扰源的有力措施，一般常用于隔离和衰减辐射干扰。

1)微机保护装置的屏蔽。为了防止电磁波直接耦合到微机保护装置内部的元器件上，所有的微机保护装置都采用全铜金属外壳，显示面板后面全部采用铜板屏蔽，以使外壳成一个完整的导电体，并将外壳与大地做良好的金属连接。装置外壳的接地起到了抑制电磁干扰和安全接地的双重作用。2)所有一次设备与自动化系统输入、输出端连接的控制电缆全部采用带有铜屏蔽层的控制电缆，电缆的屏蔽层两端接地，目的是对电场和磁场耦合有阻断的作用。当两点接地时，干扰磁场在屏蔽层中感应电流，该电流产生的磁通与干扰磁通方向相反，互相抵消，明显降低磁场耦合感应电压。两端接地可将感应电压降到1%以下，这对抵抗大功率电磁干扰较为有效。

上述屏蔽措施都需要与大地做良好的连接，因此制作一个良好的接地体，尽量减少接地电阻，是保障系统免受干扰的重要措施。接地采用接地铜棒，将铜棒垂直砸入地面1米深度以下，并使用铜带将接这些铜棒连接，形成一个良好的接地网，最后将所有需要屏蔽的设备接入这个接地网。这样制作的接地网接地电阻应小于1，对降低二次系统的共模干扰，切断干扰传播途经十分有利。

(2)应用电子式互感器。电子式互感器是由连接到合并单元的一个或多个电流或电压互感器组成的一种装置，用以传输正比于被测模拟量的数字值，为微机保护测控装置提供数字化的电流电压值。它由传感模块和合并单元两部分构成，传感模块安装在高压一次回路，负责采集变换一次侧的电压电流值。合并单元安装在二次回路，负责对各个传感模块传送来的信息做合并处理，然后按照地址要求送至不同的装置。电子互感器的传感元件和传输元件都是光纤，能提高抗干扰能力，安全可靠性高。以全光纤电流互感器为例，它主要由三相敏感环、电气单元和传输光纤组成，采用特有的闭环控制技术，动态范围大、精度高、抗干扰能力强，其结构如(图1)所示。此外电子式互感器还能解决传统铁芯式电磁互感器带有的铁芯饱和铁磁谐振等问题。

图1 三相全光纤电流互感器结构图

(3)对输入采样值的抗干扰纠错。保护装置的模拟输入量之间存在着某些可以利用的规律。例如，三相电流和零序电流之间有：

上式提供了一个判别各采样值是否可信的方便的依据。对每一次采样值都进行一次分析，只有在满足公式的前提下才允许这一组采样值保存并提供给CPU作进一步的处理。如果由于干扰导致输入采样值出错，可以取消不能通过检查的采样值，等干扰脉冲过去，数据恢复正常后再恢复工作。这相当于晶体管保护在第一级触发器设置一个延时躲开干扰的方法，不同点是微机保护的延时不是固定的，更加灵活。

(4)在智能电子设备输入输出端口采取光电隔离措施。微机保护装置中的开入回路主要用来采集设备的开关量、位置量、人工输入量等信号，经过装置逻辑运算后再由开出回路向断路器发出动作信号、告警信号等，多数微机保护装置开入开出回路全部采用普通电子线路实现，很容易受到电磁传导干扰，因此在选择微机保护装置的输入、输出板时应选择具有光电隔离功能的板卡。如(图2)和(图3)在开入开出回路分别增加光电隔离装置，通过发光二极管和光敏元件实现光电隔离，避免电磁波对采样信号产生干扰，切断干扰进入装置的途径。

图2 开入回路设计原理

图3 开出回路设计原理

在开出回路经过光电隔离驱动板继电器完成开出功能的同时，开出一路信号(DIF)作为开出的校验回路接入开入回路，这样就可以完成整个回路的自检功能，如果DIF开入回路没有收到DIF变位信号，则认为微机保护装置在执行开出信号输出时发生故障，会再次执行一次输出运算，直到装置可靠地发出跳闸信号，防止开出回路失效造成拒跳。

4.2 干扰造成装置故障时的恢复措施

以上措施都是为了最大程度的切断干扰源，避免干扰进入微机保护装置，可是一旦干扰进入了微机保护装置内部，造成了微机程序出格，除了上面提到的出口闭锁措施以防止保护误动外，我们只能希望尽快发现程序出错，并能自动地使它重新恢复正常，以免发生装置拒动问题。但此时任何软件措施都无济于事，因为CPU已不再按预定的程序工作，因此必须用专用的硬件电路来检测程序出格，并实现自动恢复正常。这时就需要一个硬件自恢复电路来解决这个问题。

(图4)表示了硬件自恢复电路。其中A点接至微机保护硬件电路的并行接口的输出端口位，当程序没有出格时，由软件安排使该点电位按一定的周期T在1和0之间周期性地变化。A点分两路，一路经反相器，另一路不经反相器，分别接至两个瞬时返还而延时t1动作的元件。延时元件的输出接至或门的两个输入端，在正常时两个延时元件都不会动作，或门输出为0。一旦程序出格，A点电位停止变化，不论它停在1态还是0态，两个延时元件中总有一个动作，动作后通过或门启动单稳触发器，触发器的输出脉冲接至CPU复位端(RESET)，因而使保护装置重新初始化，恢复正常工作。

图4 程序出格的自恢复电路

5 结语

以上就是根据广播发射台变电站自动化设备的维护经验，总结出解决变电站自动化系统各类干扰问题的抗干扰措施，通过现场比较和测试，效果明显，取得了较好的应用效果。

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