[摘 要]可靠性是變電站綜合自動化系統的基本要求之一，本文探討了變電站現場各種干撓對綜合自動化安全可靠運行的影響，分析了干撓產生的原因，并從抑制干撓源、切斷傳播途徑和提高設備本身抗干撓能力三個方面提出了變電站綜合自動系統的抗干撓措施。

[關鍵詞]變電站　綜合自動化　電磁干撓　抗干撓措施

概述
    變電站綜合自動化是應用控制技術、信息處理和通信技術，利用計算機軟件和硬件系統或自動裝置代替人工進行各種作業，提高變電站運行、管理水平的一種自動化系統。它不僅為變電站實現無人值班和配網實現自動化奠定了基礎，而且為供電部門提供更加安全、可靠和高質量的電能創造了條件，因此在近年的城網和農網改造中，變電站綜合自動化以它*的優勢在電力系統中被廣泛應用。
    但由于變電站的特殊環境，如高壓電器設備的操作、低壓交直流回路內電氣設備的操作、雷電引起的浪涌電壓、電氣設備周圍靜電場、電磁波輻射和輸電線路故障所產生的瞬變過程都會生電磁干撓。這些干撓進入變電站內的綜合自動化系統，就可能引起自動化系統的工作不正常，甚至損壞某些部件和元器件。因此，為提高綜合自動化系統運行的安全可靠性，在變電站設計和施工時要考慮周祥，根據不同的干撓，采取不同的抗干撓措施，提高裝置的抗干撓能力。

    一、干撓源
    所謂干撓源就是微機裝置的工作信號中，除去有用信號以外的、可能影響裝置正常工作的一些電磁信號。在變電站中與電力系統有關的電磁干撓源主要有外部干撓和內部干撓。
    1、外部干撓源是與變電站綜自系統結構無關，由使用條件和外部環境決定的干撓源，主要表現以下三類。
    1.1變電站交直流電源受低頻撓動影響：主要有大負荷突變、短路、故障切除及重合閘引起的電壓突降及中斷；由大負荷變化引起的周期性和非周期的電壓波動；由電氣設備的非線性引起的諧波污染；由換流器及電焊等引起的非工頻整數倍的間諧波；電力部門利用供電網絡在工頻電壓上疊加信號時信號電壓對交流電源產生的干撓。
    1.2各種場的干撓：變壓器、有大電流通過的電線、電容器、電抗器周圍有*的交變磁場；由雷擊、短路事故的斷路器操作產生的脈沖磁場；由無線電臺及各種電磁輻射波產生的輻射磁場；操作隔離開關時產生的阻尼振蕩磁場。
    1.3通過傳導進入變電站綜自系統的各種浪涌和高頻瞬變電壓電流干撓：主要有斷開小電感負載時產生的快速瞬變干撓；阻尼振蕩波和衰減振蕩波干撓；雷擊和操作短路故障產生的1.2/50μs單向浪涌；雷擊通訊線路及熔斷器斷開低壓饋電線路產生的10/1300μs浪涌。
    2、內部干撓主要有裝置的結構設計、元器件和某些回路的布局、生產制造工藝所決定的。主要表現以下兩類。
    2.1導線間的相互耦合：同一電路板內電路間的耦合；板間輸入輸出信號線間的耦合；電源線與系統的耦合等。
    2.2雜散電感、電容引起的不同信號感應；長線傳輸造成波的反射；多點接地造成的電位差干撓；寄生振蕩和尖峰信號引起的干撓。
    二、干撓信號的模式和耦合方式
    干撓信號按其出現的方式分為差模干撓和共模干撓，差模干撓對綜自系統正常運行影響較小，而共模干撓危害較大。
    1.1以串聯方式出現在信號源回路之中的干撓信號稱為差模干撓，主要來源于長傳輸導線之間的互感和分布電容間相互耦合引起的干撓及高頻信號在低頻電路之中通過互感產生的干撓等。
    1.2引起回路的對地電位發生變化的干撓稱為共模干撓，有時也稱為對地干撓，它可能是交流信號也可能是直流信號，是使綜自系統無法正常工作的重要因素。
    2、電磁干撓的耦合途徑
    電磁干撓侵入電子設備的途徑可分為靜電耦合、互感耦合和公共阻抗耦合。
    2.1靜電耦合是指兩條導線的工作回路因耦合電容的存在給對方產生干撓信號。耦合電容數值越大、導線工作電源頻率越高給對方導線產生的干撓越嚴重。
    2.2互感耦合是指線路之間存在互感，某一線路受相鄰線路的互感耦合產生的干撓信號。互感數值越大、導線工作電源頻率越高給對方導線產生的干撓越嚴重。
    2.3公共阻抗耦合是指當兩個電路的電流經過一個公共阻抗時，將在每一個電路中出現公共阻抗耦合，常見的有公共電源耦合和公共地線耦合。公共電源耦合將改變每一個電路的參數，影響電路正常工作。公共地線耦合指兩個電路經過導線連接只用一個接地點，在接地阻抗上產生干撓信號，改變裝置對地電壓。

    三、干撓對變電站綜自系統的影響
    電磁干撓的共同特點是頻率高、幅度大、前沿陡，可順利通過靜電耦合和互感耦合侵入到綜自系統，對系統正常工作造成影響，干撓后果有以下幾方面：
    影響電源回路：容易造成監控主機、后臺管理機及微機保護各子系統工作不穩定，甚至死機。
    影響模擬量輸入通道：從電壓電流互感器二次線引入浪涌電壓造成數據采集錯誤，影響采樣精度、保護誤動甚至損壞設備。
    影響開關量輸入輸出通道：斷路器、隔離開關輔助觸點抖動造成分合位置判斷錯誤，分合閘出口回路受外界浪涌電壓及裝置上電過程的干撓導致誤動。
    影響CPU和數字電路：造成運算或邏輯出現錯誤，運行程序出軌甚至損壞微型機芯片。

    四、變電站綜自系統的抗干撓措施
    干撓對變電站綜自系統的在線運行影響是嚴重的，若不采取有效措施將產生嚴重的后果。在實際中，解決抗干撓的問題應從三個方面考慮：*消除或抑制干撓源，第二在設計綜合自動化裝置時，選用的微機芯片和其它半導體元件，設計合理的線路布局和制造工藝，切斷各種耦合途徑，盡可能減少干撓對綜自系統的影響。第三干撓信號具有很強的隨機性，一旦干撓信號在綜自系統內部出現，采用自動檢測技術把干撓可能產生的不良后果降到zui程度。
    1、抑制干撓源的影響
    干撓源是變電站綜自系統外部產生的，無法消除，但這些干撓往往是通過導線串入綜自系統的，可以采取措施抑制干撓源的影響。
    1.1電源濾波：由于電源線傳輸的電磁干撓是以傳導和磁場兩種形式對敏感回路造成耦合的，引入裝置內部的電源線產生的電磁輻射容易通過正常的傳輸途徑進入敏感回路造成干撓，因此在微機保護裝置的機箱電源線入口處安裝電源濾波器，依靠機箱的自然屏蔽作用，把外界輻射拒之機箱的外面。使用時選用外殼有屏蔽接地的濾波器，濾波器的接地點以zui短的距離接在機箱的柜體上。
    1.2采取屏蔽措施：綜自的機箱機柜采用鐵質材料；機箱的電流電壓輸入端子上對地接一耐高壓的小電容，可抑制外部高頻干撓；一次設備與綜自系統輸入輸出的連接采用屏蔽電纜，電纜的屏蔽層兩端接地，對電場耦合和磁場耦合有明顯的削弱作用，可使磁場耦合感應電壓降至不接地時感應電壓的1%以下。
    1.3減少強電回路的感應耦合：高壓母線是強烈的干撓源，增加控制電纜與高壓母線平行長度可減少電磁耦合；控制電纜避開避雷針避雷器的接地點可減少感應耦合；電流互感器回路的A、B、C相線和中線應在同一根電纜內，避免出現環路；二次交流回路電纜盡量靠近接地體，減少進入這些回路的高頻瞬變漏磁通。
    2、切斷干撓的傳播途徑
    干撓源對綜自系統的干撓可分為傳導和輻射兩種途徑，傳導干撓是通過電源線、接地線、信號線傳播到敏感器件造成的干撓，輻射干撓是通過空間輻射傳播造成的干撓。切斷干撓傳播途徑的常用措施有：
    2.1隔離措施：為防止外部浪涌影響微機系統的工作，必須保證端子排任一點同微機部分無直接電的。
    2.1.1模擬量的隔離：變電站綜自系統采集的模擬量大多來自一次系統的電壓電流互感器，它們均處于強電回路中，不能直接輸入綜自系統，必須經設置在綜自系統交流回路中的隔離變壓器隔離，這些隔離變壓器中間一、二次間有屏蔽層，屏蔽層必須安全接地，防止高頻干撓信號進入二次回路。
    2.1.2開關量的隔離：綜自系統開關量的輸入主要是斷路器、隔離開關輔助觸點和變壓器分接頭位置，開關量輸出主要是對斷路器、隔離開關輔助觸點和變壓器分接頭的控制，這些一次設備均處于強電回路中，為防止引入強電磁干撓，一般采用光電耦合隔離或繼電器觸點隔離。
    2.1.3二次互感耦合的隔離：二次回路布線時，強弱信號不使用同一根電纜；信號電纜盡可能避開電力電纜，盡量增大與電力電纜距離，減少其平行長度；二次設備配線時，注意避免各回路的相互感應。
    2.2屏蔽措施：強電信號回路易造成磁場發射，弱電信號回路易受到周圍磁場的干撓，一般采用磁屏蔽和雙絞線減少磁干撓。
    2.2.1采用高導磁材料制作屏蔽體，設計時增大磁路面積、減少磁路長度，以減少磁阻。
    2.2.2使用雙絞線可使干撓產生的感應電流在負載上相互抵消，以此來消除磁干撓信號。
    2.2.3機殼采用鐵質材料，在電場很強的場合，在鐵殼里加裝銅網襯里，線路屏蔽采用銅絲編織的屏蔽層或金屬管。
    2.3接地措施：計算機及其它電子設備工作時，接地電位的變化是產生干撓的重要原因，在變電站一、二次設備設計施工時做好接地措施，可解決大部分干撓問題。
    2.3.1一次設備接地：一次系統接地以防雷保安為目的，但在引入瞬變大電流的地方設多根接地線并加密接地網，可減少地網中各點的瞬變電位差、降低地網中瞬變電位升高、減少開關場內高頻瞬變電壓輻值，對二次設備電磁兼容很有好處，因此設備接地線要接于地網導體交叉處，設備接地處增加接地網絡互連線，避雷器避雷針接地點采用兩根以上的接地線并加密接地網絡。
    2.3.2二次設備接地：二次系統接地分為安全接地和工作接地兩大類。
    二次設備安全接地是為了保證人員和設備安全，將設備外殼（包括變電站綜自系統各機柜機箱）接地，以防電擊或靜電放電，通常和一次設備共用一個接地網。
    二次設備工作接地是為了給綜自系統各設備一個基準電位，保證其可靠運行，防止地環流引起的干撓。綜自系統二次接地一般有以下幾種處理方式
    （1）微機電源地：一般采用浮地方式，即微機電源零線不與機殼相連，盡量減少電源線同機殼之間的分布電容以保證減少微機電源地對機殼的耦合。這種方法可大大減少流過電源的浪涌電流，增加抗共模干撓的能力，明顯提高系統的安全可靠性，是目前廣泛采用的一種方法。
    （2）數字地和模擬地：綜自系統中數字地和模擬地有兩種方式：模擬地和數字地共地；模擬地和信號地連在一起浮空不與數字地連在一起。這兩種方法各有優劣，要通過綜自系統實際情況試驗確定使用哪種方法。
    （3）一點接地和多點接地：一般高頻電路（10MHZ以上）采用多點接地，低頻電路（1MHZ以下）采用一點接地，變電站綜自系統屬低頻系統，采用一點接地，可避免接地電路形成環流，減少干撓。
    （4）二次設備工作接地：為綜自系統二次設備及二次電纜敷設的接地銅排構造等電位面，消除地電位差干撓。接地銅排與一次設備接地網一點相連。
    2.4計算機電源的抗干撓措施：電源線是微機的重要干撓途徑，微機電源一般采用取自站用變的變流電源，電網沖擊和電壓頻率的波動將直接影響微機系統運行的可靠性，甚至造成死機。微機變流供電系統一般采用隔離變壓器隔離、在線式不間斷UPS電源、逆變電源三種抗干撓措施。現在廣泛采用逆變電源，由蓄電池直流220V逆變成高頻電壓后經高頻變壓器隔離，再變換成交流220V供微機系統使用，既可削弱電源回路引入的干撓，當供電電源停電時，又能保證計算機安全連續運行。
    3、提高設備本身抗干撓能力
    提高設備本身的抗干撓性能是指降低設備本身對電磁干撓的敏感性，減少對干撓的拾取，能盡快從不正常狀態恢復的方法，通常分為硬件抗干撓和軟件抗干撓。
    3.1硬件抗干撓
    3.1.1合理布置各個插件：前述各種防干撓措施，雖可大大削弱干撓幅度，但不能*削除浪涌電壓，它們可以耦合到后級電路中，為防止剩余電壓浪涌引起的惡果，在整個電路的布局上，應使微機工作的核心部分遠離干撓源或與干撓有的部件。核心部件主要包括：CPU芯片、EPROM、重要RAM、模數轉換器等。
    3.1.2采用多CPU結構：每一個CPU負責一種或幾種功能，互相獨立，一個CPU損壞不會影響其它CPU正常工作。各CPU除自檢外，上位機對各CPU進行巡檢，任何部位電子器件故障，都能方便檢測出故障所在插件。
    3.1.3采用硬件自恢復電路：一旦綜自系統在干撓下造成程序出軌，一般的軟件措施無濟于事，利用硬件自恢復電路很快使CPU恢復工作。
    3.2軟件抗干撓措施
    一旦干撓突破由硬件組成的防線，可由軟件來糾正，以免造成微機工作出錯，導致保護誤動或拒動。
    3.2.1對輸入數據進行檢查：對各路模擬量輸入通道，提供一定的冗余通道，排除由干撓造成的錯誤輸入數據，這樣不僅可以抗干撓，還能發現數據采集系統的硬件損壞故障。
    3.2.2對運算結果進行核對：為了防止干撓可能造成的運算出錯，可將整個運算進行兩次，對運算結果進行核對，比較兩次運算結果是否一致，不旦可以排除因干撓造成的運算出錯，還能對原始數據起到進一步把關的作用。
    3.2.3對出口回路進行閉鎖：為保證綜自系統受干撓程序出軌后，不誤跳閘，在設計出口跳閘回路的硬件時應當使此回路執行幾條指令后才輸出，不允許一條指令就出口。
    3.2.4采用自動檢測技術：變電站綜合自動化裝置的自動檢測是指采用自動檢測軟件程序檢測裝置內部各元件是否損壞或故障，可對CPU、數據采集系統、隨機存儲器、只讀存儲器、開關量輸入輸出通道等進行檢測和糾錯。由于電磁干撓是錯綜復雜的，很難做到*，因此利用CPU的邏輯判斷和智能進行故障自診斷和糾錯，也是提高綜合自動系統可靠運行的重要措施。

    結束語：
     由于電磁干撓本身錯綜復雜，同時綜自系統本身的各子系統幾乎都是由微型機、單片機和大規模集成電路和電子器件組成的，極易受到電磁干撓，因此用戶在訂購產品時必須充分考慮綜自系統的運行環境和裝置的抗干撓能力，系統考慮變電站的抗電磁設計并嚴格實施，保證變電站綜合自動化系統安全可靠運行。

參考文獻：
    1、《變電站綜合自動化技術》　黃益莊主編　中國電力出版社　2000.4
    2、《電力系統微型計算機繼電保護》　張宇輝主編　中國電力出版社　2000.9
    3、《變電站綜合自動化原理及應用》　丁書文　黃訓誠　胡起宙編著　中國電力出版社　2002
作者簡介：
    劉斌，河南省浚縣電業局輸變電工區副主任　從事變電站綜合自動化系統的安裝、調試、維護工作。