近年來(lái)，電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)裝置廣泛使用于電力系統(tǒng)輸電線路保護(hù)、元件保護(hù)、變電站綜合自動(dòng)化、故障錄波器和故障測(cè)距等領(lǐng)域。在這些裝置的工作現(xiàn)場(chǎng)，存在著強(qiáng)電磁干擾，當(dāng)干擾信號(hào)進(jìn)入裝置內(nèi)部后，不僅對(duì)各模擬電壓和電流采樣數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性有影響，還將損壞裝置中的一些元器件，引起裝置功能障礙，程序出軌，從而直接影響微機(jī)保護(hù)裝置的正確動(dòng)作。因此，提高裝置運(yùn)行的可靠性和抗干擾性能，不容忽視。
1、干擾的方式和干擾信號(hào)的來(lái)源
干擾信號(hào)是指微機(jī)保護(hù)裝置的工作信號(hào)中，除去有用信號(hào)以外的，可能影響裝置正常工作的一些電磁信號(hào)。干擾信號(hào)來(lái)自于干擾源，通過(guò)電磁耦合通道作用于微機(jī)保護(hù)裝置內(nèi)部某些敏感的回路之中。干擾源、耦合通道和敏感回路稱(chēng)為電磁干擾的三要素。干擾信號(hào)可能來(lái)自微機(jī)保護(hù)裝置的外部，如保護(hù)屏上的壓板、連片、切換開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)、操作繼電器的觸點(diǎn)，通過(guò)接線端子排引入微機(jī)保護(hù)裝置；也可能來(lái)自裝置的內(nèi)部，如微機(jī)高頻時(shí)鐘控制信號(hào)對(duì)裝置中的其它回路產(chǎn)生的干擾信號(hào)。內(nèi)部干擾主要由裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，元器件和某些回路的布局，生產(chǎn)制造裝置的工藝所決定的；而外部干擾是指裝置的工作環(huán)境出現(xiàn)的電磁波通過(guò)耦合方式而進(jìn)入微機(jī)保護(hù)裝置內(nèi)部的干擾信號(hào)。干擾的耦合方式主要有靜電耦合方式、互感耦合方式和公共阻抗耦合方式。
2、干擾對(duì)微機(jī)保護(hù)裝置的影響
微機(jī)保護(hù)裝置是以微機(jī)為核心的自動(dòng)控制系統(tǒng)。其硬件組成主要包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、微機(jī)系統(tǒng)、開(kāi)關(guān)量輸入和輸出系統(tǒng)、人機(jī)對(duì)話系統(tǒng)。在干擾信號(hào)產(chǎn)生后，干擾信號(hào)對(duì)數(shù)字化器件和對(duì)模擬元件影響所產(chǎn)生的后果是不同的。干擾對(duì)模擬量輸出執(zhí)行元件的影響所產(chǎn)生的后果可能導(dǎo)致保護(hù)裝置的誤動(dòng)作；干擾對(duì)數(shù)字化的微機(jī)芯片的影響，則造成運(yùn)算數(shù)據(jù)傳送的錯(cuò)誤或出現(xiàn)微處理器操作碼錯(cuò)誤，從而導(dǎo)致微機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)故障或功能障礙。干擾對(duì)微機(jī)保護(hù)裝置的影響，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
(1) 運(yùn)算或邏輯出現(xiàn)錯(cuò)誤。在微機(jī)保護(hù)裝置運(yùn)行時(shí)，其輸入輸出數(shù)據(jù)、微處理器計(jì)算的中間結(jié)果、控制程序流程的標(biāo)志字等，都是存放在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的隨機(jī)存貯器(ram)之中。由于ram的抗干擾能力較差，在強(qiáng)電磁干擾信號(hào)作用下，有可能使存放在ram中的數(shù)據(jù)發(fā)生變化；此外，在進(jìn)行讀或?qū)憯?shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)總線和地址總線也可能在干擾的作用下發(fā)生讀寫(xiě)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤或?qū)?shù)據(jù)傳送到錯(cuò)誤的地址上。如果數(shù)據(jù)是控制程序流向的標(biāo)志字時(shí)，還將導(dǎo)致運(yùn)算邏輯出現(xiàn)錯(cuò)誤等問(wèn)題。
(2) 運(yùn)算程序出軌。在微機(jī)執(zhí)行運(yùn)行程序期間，運(yùn)行的程序通常存放在只讀存貯器(rom)之中，所謂程序只是微處理器可識(shí)別的機(jī)器碼，在干擾信號(hào)的作用下，這些機(jī)器碼改變時(shí)，將可能出現(xiàn)微處理器無(wú)法識(shí)別的機(jī)器碼，致使微處理器無(wú)法工作。此外，如果干擾信號(hào)改變了控制程序流向的標(biāo)志字時(shí)，也將改變運(yùn)行程序的執(zhí)行順序，使微機(jī)的運(yùn)行程序出軌，出現(xiàn)死機(jī)等問(wèn)題。
(3) 損壞微機(jī)芯片。在微機(jī)中的一些半導(dǎo)體芯片，在強(qiáng)電磁干擾作用下，可能受到損壞，使裝置無(wú)法工作。
3、微機(jī)保護(hù)裝置的抗干擾措施
3.1 提高微機(jī)保護(hù)裝置可靠性的三項(xiàng)措施
(1) 選用高質(zhì)量的元器件、合理的制造工藝和采用屏蔽和隔離技術(shù)，從裝置的設(shè)計(jì)和元件的選擇上，減少保護(hù)裝置故障和錯(cuò)誤出現(xiàn)的幾率；
(2) 利用微機(jī)在工作程序結(jié)束后的閑余時(shí)間，實(shí)時(shí)檢測(cè)有關(guān)硬件設(shè)備的運(yùn)行工況。當(dāng)有關(guān)的硬件設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，閉鎖保護(hù)裝置防止保護(hù)裝置誤動(dòng)作，并及時(shí)通知運(yùn)行值班人員；
(3) 采用容錯(cuò)設(shè)計(jì)方式，利用冗余的保護(hù)裝置不間斷地在線運(yùn)行。
3.2 抗干擾應(yīng)考慮的主要因素
(1) 合理選用優(yōu)質(zhì)的微機(jī)芯片和其它半導(dǎo)體器件，設(shè)計(jì)合理的線路布局和制造工藝，切斷種種電磁耦合的途徑，盡可能減少擾動(dòng)對(duì)保護(hù)裝置的影響；
(2) 由于干擾信號(hào)的出現(xiàn)具有很大的隨機(jī)性，一旦干擾信號(hào)在保護(hù)裝置內(nèi)部出現(xiàn)后，應(yīng)考慮可能帶來(lái)的問(wèn)題和采取的對(duì)策。
3.3 光電耦合的抗干擾典型電路
對(duì)于在發(fā)電廠和變電站運(yùn)行的電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)裝置，其電源回路、模擬量輸入回路、開(kāi)關(guān)量輸入輸出回路以及通信口都是通過(guò)電纜引入到比較遠(yuǎn)的模擬元件上，這些回路也是把干擾耦合到微機(jī)保護(hù)裝置的主要媒介，上述回路均應(yīng)采用光電耦合器件進(jìn)行隔離。
(1) 電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)裝置的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常有兩種形式：采用逐次比較模/數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和采用壓/頻變換模/數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。它們的組成框圖見(jiàn)圖1和圖2。
圖1 逐次比較模/數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
圖1中變換器能將微機(jī)保護(hù)裝置的內(nèi)部與外部互感回路完全隔離，不存在直接的電氣信號(hào)聯(lián)系，有利于提高抗干擾能力。
圖2 壓/頻變換模/數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
圖2中交流變換器能確保裝置內(nèi)部與外部不存在直接的電聯(lián)系。浪涌吸收器不僅能提高裝置的抗干擾能力，而且能對(duì)芯片起到過(guò)電壓保護(hù)作用。
(2) 開(kāi)關(guān)量輸入的抗干擾典型電路見(jiàn)圖3。
圖3 開(kāi)關(guān)量輸入回路中的抗干擾典型電路
當(dāng)外部觸點(diǎn)閉合時(shí)，有電流流過(guò)光電器件——發(fā)光二極管，使光敏三極管導(dǎo)通，而當(dāng)外部觸點(diǎn)打開(kāi)時(shí)，無(wú)電流流過(guò)發(fā)光二極管，光敏三極管截止。由此可以切斷外部干擾信號(hào)竄入微機(jī)保護(hù)裝置內(nèi)部。
(3) 開(kāi)關(guān)量輸出的抗干擾典型電路見(jiàn)圖4。
該電路采用的編碼方案使每一路開(kāi)關(guān)量輸出的驅(qū)動(dòng)電路都由2根并行口輸出線來(lái)控制，通過(guò)反相器和與非門(mén)執(zhí)行，使采用與非門(mén)后要滿(mǎn)足兩個(gè)條件方能使執(zhí)行元件動(dòng)作，提高回路的抗干擾能力。
圖4 開(kāi)關(guān)量輸出回路中的抗干擾典型電路
3.4 其它抗干擾措施。
(1) 電源濾波。在電源的入口增設(shè)電源濾波器。
(2) 模擬量輸入回路的靜電屏蔽。
(3) 采用磁屏蔽和雙絞線。采用不同電壓等級(jí)的開(kāi)關(guān)量輸出引線與不同電壓等級(jí)的電源線分開(kāi)布線以及輸入輸出端子后的走線強(qiáng)弱分離。
(4) 提高敏感回路的抗干擾能力。
(5) 合理設(shè)計(jì)接地泄放電路。
3.5 抗干擾措施中應(yīng)注意的問(wèn)題
微機(jī)保護(hù)裝置的工作程序中，應(yīng)設(shè)置對(duì)不良數(shù)據(jù)的檢錯(cuò)和識(shí)別功能等子程序，以確保軟件程序運(yùn)算結(jié)果的正確性。
(1) 對(duì)輸入模擬量采樣數(shù)據(jù)采取的抗干擾措施。在微機(jī)保護(hù)中，輸入模擬量有三相電壓、零序電壓、三相電流和零序電流，可以利用自身的規(guī)律進(jìn)行采樣數(shù)據(jù)的檢錯(cuò)。
(2) 運(yùn)算過(guò)程中的核對(duì)措施。將整個(gè)的運(yùn)算過(guò)程進(jìn)行兩次或兩次以上核對(duì)，用來(lái)檢驗(yàn)運(yùn)算過(guò)程是否有錯(cuò)。
(3) 出口閉鎖。在保護(hù)跳閘出口的硬件電路上，設(shè)計(jì)成在連續(xù)收到多個(gè)跳閘指令時(shí)，該回路才能執(zhí)行出口跳閘，不允許接收一條指令就跳閘。
(4) 防止程序出軌的對(duì)策。使用專(zhuān)用的硬件電路來(lái)檢測(cè)程序出軌，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)恢復(fù)正常運(yùn)行。如用微機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)芯片和利用定時(shí)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)微處理器的重新啟動(dòng)。
4、結(jié)束語(yǔ)
具有高可靠性、強(qiáng)抗干擾水平和網(wǎng)絡(luò)通信能力的第三代微機(jī)保護(hù)裝置已在電力系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，微機(jī)保護(hù)裝置本身的抗干擾能力也符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，還應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：
(1) 在停用微機(jī)保護(hù)裝置時(shí)，應(yīng)先退出保護(hù)的出口壓板，再停直流電源。
(2) 微機(jī)保護(hù)裝置使用的交流電源、開(kāi)關(guān)量輸入、輸出回路作業(yè)時(shí)，應(yīng)停用整套保護(hù)裝置。