简答题1. 综合自动化变电站工程电磁干扰的防护技术与措施有哪些?
干扰源的能量通过各种途径以传导、辐射方式或耦合至变电站的一次系统和二次回路,表现在电力线、信号线、控制回路和自动化系统上的干扰电压和干扰电流的水平或电场和磁场的水平。因此,电磁兼容是至关重要的问题。按规定的电磁兼容标准进行电磁兼容设计是预防出现电磁干扰的一个基本要求。但电磁环境是千变万化的,要真正达到经济上和技术上的电磁兼容,保证一、二次设备运行的可靠性,必须根据具体情况,灵活运用各种技术和措施。
常用的电磁兼容技术措施有:
(1)屏蔽措施;
(2)减少强电回路的感应耦合;
(3)接地和减少共阻抗耦合;
(4)隔离措施;
(5)滤波;
(6)计算机供电电源的抗干扰措施。
2. 为了防止由于干扰使综合自动化系统的可靠性下降,变电站综合自动化系统应在硬件方面采取哪些措施?
为了防止由于干扰使综合自动化系统的可靠性下降,变电站综合自动化系统通常在硬件方面采取了如下防范措施:
(1)隔离和屏蔽。
(2)微机采用逆变电源。微机用电源一般都是逆变电源,由蓄电池直流220V逆变成高频电压后经高频变压器隔离,再变换成弱电直流电压供微机系统使用,这样可以削弱由电源回路引起的干扰。
(3)合理布置各个插件。前面所述的隔离和屏蔽措施,虽然可以大大削弱干扰的幅度,但不能完全消除浪涌电压,因为它们频率高、幅度大且前沿陡,可以通过分布电容耦合到后级电路甚至CPU回路中。为防止剩余电压的浪涌引起的恶果,在整个电路的布局上应合理,使微机工作的核心部分远离干扰源或与干扰有联系的部件。这些核心部分主要是CPU芯片、EPROM、重要的RAM、模/数变换及有关的地址译码电路。
(4)电源的接地处理。
(5)采用多CPU结构。近几年开发产品采用了多CPU结构,每个CPU负责一种或多种功能,互相独立,如一个CPU插件损坏不会影响其他CPU的正常工作。采用了多个CPU之后,除了各CPU自检外,上位机还可以对各CPU进行巡检,任何部位电子器件故障,都能方便地检测出故障所在的插件。
3. 综合自动化变电站工程中防护电磁干扰时应采取哪些屏蔽措施?
屏蔽措施有:
(1)一次设备与自动化系统输入、输出的连接均采用屏蔽电缆,电缆的屏蔽层两端接地,对电场耦合和磁耦合都有显著的削弱作用。
当屏蔽层一点接地时屏蔽层电压为零,可明显减少静电感应(电容耦合)电压;
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,因而显著降低磁场耦合感应电压。两端接地可将感应电压降到不接地时感应电压的1%以下。
(2)二次设备内,综合自动化系统中的测量和微机保护或自控装置所采用的各类中间互感器的一、二次绕组之间加设屏蔽层,这样可起电场屏蔽作用,防止高频干扰信号通过分布电容进入自动化系统的相应部件。
(3)机箱或机柜的输入端子上对地接一耐高压的小电容,可抑制外部高频干扰。由于干扰都是通过端子串入的,当高频干扰到达端子时,通过电容对地短路,避免了高频干扰进入自动化系统内部。
(4)变电站综合自动化系统的机柜和机箱所采用的铁质材料,本身也是一种屏蔽。
4. 综合自动化变电站安装工程中如何防止一次设备带来的感应耦合干扰?
为了减少变电站综合自动化系统以外由一次设备带来的感应耦合,可采用以下方法:
(1)控制电缆尽可能离开高压母线和暂态电流的入地点,并尽可能减少平行长度。高压母线往往是强烈的干扰源,因此,增加控制电缆和高压母线间的距离,是减少电磁耦合的有效措施。避雷器和避雷针的接地点、电容式电压互感器、耦合电容器等是高频暂态电流的入地点。控制电缆要尽可能离开它们,以便减少感应耦合。
(2)电流互感器回路的A、B、C相线和中性线应在同一根电缆内,避免出现环路。
(3)电流和电压互感器的二次交流回路电缆,从高压设备引出至监控和保护安装处时,应尽量靠近接地体,减少进入这些回路的高频瞬变漏磁通。
5. 综合自动化系统的地线有哪些种类?
在变电站综合自动化系统中,大致有如下5种接地线:
(1)微机电源地线和数字地线(即逻辑地),这种地是微机直流电源和逻辑开关网络和零电位;
(2)模拟地线,这是A/D转换器和前置放大器或比较器的零电位;
(3)信号地线,通常为传感器的接地线;
(4)噪声地线,继电器、电动机等噪声接地线;
(5)屏蔽地线,即壳接地。
在实际应用中,不能简单地采用某一种接地方式消除电磁干扰,而需要根据地线的分流原则,综合运用上述几种接地方式。
地线分流的原则是:强、弱信号分开;信号、噪声分开;连线则是模、数分开。
6. 如何进行微机电源接地(0V)和数字接地的处理?
电磁干扰可能进入综合自动化系统弱电部分的主要途径是通过微机电源。因为电源与干扰源的联系比较紧密,同时电源线直接连接至各部分,包括CPU部分,因此来自电源的干扰很容易引起死机。
对于处理微机电源的地线问题,一般采用浮地和共地、一点共地和多点共地等几种接线方式:
(1)微机电源采用浮地的方法。微机电源地和数字地采用浮动地方法是指微机电源的零线不与机壳相连。这种方法必须尽量减少电源线同机壳之间的分布电容。
(2)微机电源地与机壳共地。电源地与机壳共地存在的主要问题是:电源零线与机壳接地线间总有一定的阻抗,很难避免浪涌电流流过电源线对微机系统造成干扰,而且这种干扰容易造成微机系统工作紊乱,甚至死机。
(3)一点接地和多点接地的问题。对微机电源地或数字地的接地方式,一般认为:高频电路(10MHz以上)宜采用多点接地;而低频电路(1MHz以下)常采用一点接地。因为在低频电路中,布线和元件的电感并不是什么大的问题,但是接地电路若形成环路,则对干扰影响大,采用一点接地,对避免地线形成环流有利,变电站综合自动化系统属低频系统,应尽量采用一点接地。
7. 如何进行数字地和模拟地的处理?
由于A/D转换器的数字地通常和电源地是共地连接,实践证明:数字地上电平的跳跃会造成很大的尖峰干扰,会影响A/D转换器的模拟地电子的波动,影响转换结果的精度。为了解决此问题,对数字地和模拟地间的关系有如下处理方式:
(1)数字地和模拟地共地;
(2)模拟地浮空的接线方式。其特点是将模拟地和信号地连在一起然后浮空,不与数字地连在一起;
(3)模拟地和数字地通过一对反相二极管相连接,这种接线方式使模拟地和数字地有所隔离,而又保证了模拟地对数字地的电位漂移被二极管所钳制,这种连接方式对保证A/D转换精度比插件较为有利。
以上三种模拟地的处理方法,现场采用哪一种方式最佳,要结合系统的实际情况,通过反复调试、试验最终确定。
8. 如何进行噪声地的处理?
对于继电器或电动机等回路的噪声地采用独立接地的方式,不要与模拟地和数字地合接在一起。
9. 综合自动化变电站工程中防护电磁干扰时应采取哪些滤波措施?
滤波是抑制自动化系统模拟量输入通道传导干扰的主要手段之一。
模拟量输入通道受到的干扰(也称常态干扰)和共模干扰(也称共态干扰)两种。对于串入信号回路的差模干扰,采用滤波的方法可以有效地滤波。因此,各模拟量输入回路都需要先经过一个滤波器,以防止频率混叠。滤波器能很好地吸收差模浪涌。
如果差模干扰信号Unm的频率比被测信号Us的频率高,则采用低通滤波器来抑制高频差模干扰;若Unm的频率比Us的频率低,则采用高通滤波器;若干扰信号Unm的频率落在Us频率的两侧,则采用带通滤波器。
10. 综合自动化变电站工程中防护电磁干扰时计算机供电电源应采取哪些措施?
变电站综合自动化系统中,微机电源的供电系统大致分两类:
(1)大多数微机保护子系统或自动装置等均采用直流220V供电,其电源取自站内直流屏。
(2)大多数综合自动化系统的监控机或管理机或其他用途的微机系统,其供电电源常采用交流220V,一般取自站用变压器,这种情况下,电网的冲击,电压和频率的波动都将直接影响到微机系统运行的可靠性和稳定性,甚至由于电网的冲击,会造成死机,而电源线是计算机的重要干扰途径。
因此,对计算机交流供电系统采取必要的抗干扰措施是至关重要的。
交流供电系统的抗干扰措施主要有:
1)采用隔离变压器隔离;
2)采用电源滤波器;
3)采用不间断电源(UPS);
4)采用氧化锌压敏电阻。
11. 综合自动化变电站工程中如何采取隔离变压器隔离防护电磁干扰?
在微机电源的输入侧,安装隔离变压器,由隔离变压器的输出端直接向计算机供电,这是很有效的抗干扰措施。隔离变压器的变比可取1:1,在一次和二次采用双屏蔽技术,一次屏蔽层(用漆包线或铜线等非导磁材料绕一层,但电气上不能短路)接中线,以隔离来自电网或站用变的干扰;二次屏蔽层与微机或机柜共地。
12. 综合自动化变电站工程中如何采用电源滤波器措施防护电磁干扰?
电网中常有高频干扰,在计算机电源的输入侧安装电源滤波器,可以滤去交流电源输入的高频干扰和电源高次谐波。目前市面上有专卖的电源滤波器可以选用,它实质上是由R、L、C元器件组成。
安装电源滤波器时须注意:
(1)滤波器的输入、输出端引线必须分开走线;
(2)滤波器安装在机柜内,其接地线要用粗线与机箱(或机柜)的保护接地相连。
13. 为什么说采用不间断电源UPS可以防护电磁干扰?
通过UPS电源向微机系统供电,可有效地抑制电网低频常态干扰。选用UPS电源时,要注意选用在线式,输出为正弦波的。当供电电源突然掉电时,UPS可直接向微机供电,从而保证计算机的安全连续运行。
14. 如何选用氧化锌压敏电阻防护电磁干扰?
采用氧化锌压敏电阻安装在交流电源输入端,其作用是吸收交流供电网络的过电压。电压的选择可由下式计算Ur=(2~2.5)L,Uac式中,Uac为交流电压的有效值。通流容量是按过电压能量来确定的。即:压敏电阻通流容量>线路过电压能量。
15. 变电站抗电磁干扰设计的基本步骤有哪些?
按照电磁干扰规律及建设工程程序,抗电磁干扰设计可分为五个步骤:
(1)调查建筑附近及本工程建筑内已经存在及将要安装使用的人为干扰源的数量与性能数据;
(2)调查了解本工程建筑附近及建筑内安装使用的电子、电气设备数量与性能参数;
(3)了解设备及线(管)路之间可能存在的干扰传播方式与途径;
(4)根据调查了解资料,各专业协调配合,合理确定变电站的选址及内部配置方案,在此基础上,结合设备及线(管)布置,进行屏蔽、滤波、接地及布线设计;
(5)施工图设计及施工、安装、调试过程中,电气专业与土建等各专业必须密切配合。抗电磁干扰设计效果如何,要根据竣工后的测试结果才能评定。
在设计阶段可供选择的解决电磁干扰问题的技术手段较多而所需费用较少;待到设备制造完毕、安装就绪或建筑工程落成投入使用后,才发现电磁干扰严重,届时再来补救,则其难度与费用就会大大增加。
16. 为了防止由于干扰变电站综合自动化系统应在硬件方面采取哪些隔离和屏蔽措施?
为了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电的直接联系。在变电站综合自动化系统中,行之有效的隔离、屏蔽措施有以下几种:
(1)模拟量的隔离与屏蔽;
(2)开关量输入、输出的隔离;
(3)其他隔离措施。
17. 怎样进行模拟量的隔离与屏蔽?
变电站的微机监控系统、微机保护装置以及其他自动装置所采集的模拟量,大多数都来自一次系统的电压互感器和电流互感器,它们均处于强电回路中,不能直接输入至综合自动化系统,必须经过设置在自动化系统各种交流回路中的隔离变压器(常称小电压互感器TV和小电流互感器TA)隔离,这些隔离变压器一次、二次中间必须有隔离层,而且屏蔽层必须接地安全,才能起到好的屏蔽效果。
18. 怎样进行开关量输入、输出的隔离?
变电站综合自动化系统开关量的输入,主要是断路器、隔离开关的辅助触点和主变压器分接头位置等。开关量的输出,大多数也是对断路器、隔离开关和主变压器分接头的控制。这些断路器和隔离开关都处于强电回路中,如果与自动化系统直接相连,必然会引起强的电磁干扰。因此要通过光电耦合隔离或继电器触点隔离,这样会取得比较好的效果。
19. 在变电站二次系统还采取哪些隔离措施?
二次回路布线时,应考虑隔离,减少互感耦合,避免干扰由互感耦合侵入。
(1)强、弱信号电缆的隔离,强、弱信号不应使用同一根电缆;信号电缆应尽可能避开电力电缆;尽量增大与电力电缆的距离,并尽量减少其平行长度。
(2)二次设备配线时,应注意避免各个回路的相互感应。
(3)印刷机电路板上的布线要注意避免互感。
20. 为了防止由于干扰变电站综合自动化系统应在电源的接地方面采取哪些措施?
采用防范措施后,干扰可能进入弱电系统的途径主要是通过微机的电源,这一方面是因为电源与干扰源之间的联系相对紧密,另一方面也因为电源之间连至各个部分,包括最要害的CPU部分。微机电源正、负极之间接有大量的电容。每个插件和每个芯片的电源之间一般都有退耦电容,这些电容对高频是短路的,因而电源线传递的共模干扰是作用在弱电电源线和机壳之间的干扰,弱电电源线传递共模干扰的方式与零线是否与机壳相接有关。
电源零线采取浮空的方式,即不与机壳相连,并尽量减少电源线与机壳之间的分布电容,同时减少微机弱电回路中非电源线的其他部分与机壳之间的分布电容,为此将印制电路板周围都用电源零线或+5V线环闭起来,这样可以完全隔断电路板上其他部分同机壳之间的耦合,此时在干扰作用下微机电源线与机壳之间的电位将浮动,弱电系统中其他部分的电位将随同电源线一起浮动,而它们之间的电位保持不变。实践证明,这种方法效果很好。
21. 为了防止由于干扰使综合自动化系统的可靠性下降,变电站综合自动化系统应在软件方面采取哪些措施?
一旦干扰突破了有硬件组成的防线,可由软件来进行纠正,以防止造成微机工作出错,导致保护误动或拒动,采取以下措施:
(1)对输入数据进行检查;
(2)对运算结果进行核对;
(3)出口的闭锁。
22. 怎样对输入数据进行检查?
对各路模拟量输入通道,只要提供一定的冗余通道,即使由于干扰造成错误的输入数据,也有可能被计算机排除。例如对于电流通道,在设置三个相电流通道Ia、Ib、Ic之后,本来可以将三个参量用程序相加而获得3Io,但为了校对,可以增加一个硬件输入通道接在3Io回路。于是可以对每一个采样点n,检查是否有下面的关系Ia(n)+Ib(n)+Ic(n)≈3I(o)。
上式提供了一个判别各个通道的采样值是否可信的依据。每次采样后都按上式分析,满足此关系才允许这一组数据保留,如果由于干扰导致采样数据有错而不满足此关系,就取消这一组数据,直到干扰消失,数据恢复正常后再保留采样数据。这种关系也适用于三相电压和开口三角形的电压3U0。
对于没有上述关系可利用的模拟信号,可以对每个信号设置两个通道,只有两个通道读数一致时才可信,否则取用以后的数据,相当于让保护带延时以躲过干扰,不过这种延时不是固定的。
上式的检查不仅可以抗干扰,还可以用来发现数据采集系统的硬件损坏故障。例如有一个采样芯片或VFC芯片损坏,此时将连续多次发现不符合上式关系,微机将报警和采取相应措施,不会引起保护误动。
23. 怎样对运算结果进行核对?
为了防止干扰可能造成的运算出错,可以将整个运算进行两次,对运算结果进行核对,比较两次计算结果是否一致。
通常有两种做法:
(1)在运算结束后,先把运算结果暂存起来,利用同样的原始数据,按照同样的运算式再计算一遍,并同前一次计算结果相比较,结果应当完全一致。否则,再计算一次,三取二表决或者直至两次结果一样。
(2)连续的两次计算不利用完全相同的原始数据,第二次将算法所依据的数据窗顺移一个采样值,正常时,这两次结果不完全一样,但阻抗或电流、电压有效值的计算结果应十分接近。这种做法不仅可以排除因干扰造成的运算出错,还对原始数据起到进一步把关的作用。
24. 怎样采取出口的闭锁?
程序出轨后绝大多数的可能是CPU停止工作。但是不能保证它不在出轨后取得一个非预期的操作码正好是跳闸指令而误动作。这种情况可以用下列措施来防止。
(1)在设计出口跳闸回路的硬件时应当使该回路执行几条指令后才能输出,不允许一条指令就出口。
(2)采取上述措施后,仍不能绝对避免在程序出轨后错误的转移到跳闸入口而误动作,为此可以把跳闸程序安排成以下情形。在构成跳闸条件的指令中间插入一端校对程序,它检查RAM区存放的各种标志。保护装置通过各种正当途径进入跳闸程序时应在这些标志字留下相应的标志,例如启动元件动作,测量元件判为区内故障等,若校对通过继续执行跳闸命令二,发出跳闸脉冲。若校对未通过,CPU将转移至重新初始化,从程序出轨状态恢复正常运行。
25. 为何要采用硬件自恢复电路?
一旦在干扰下造成了程序出轨,一般的软件措施都无济于事,因为CPU已不再按预定的程序工作,必须在硬件方面找对策。
如果在系统无事故时发生程序出轨,装置自动恢复正常,这无任何危害。在被保护对象发生内部故障时出现程序出轨,利用这种电路可以很快使CPU恢复工作,只会使保护延时动作,不致造成拒动。