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1、第7章 提高微机继电保护装置可靠性的措施,7.1 微机保护装置的电磁兼容性设计 7.1.1电磁兼容性的基本概念和电磁干扰的传播途径 电磁兼容性（EMC，Electro Magnetic Compatibility ）是指电器、电子产品能在规定的电磁环境中正常工作，并不对该环境中其他产品产生过量的电磁干扰。包含着两方面要求： 电磁敏感性（EMS，Electro Magnetic Sensitivity ) 是指设备在包围它的电磁环境中能够不因干扰而降低其工作性能。 电磁干扰（EMI，Electro Magnetic Interference ） 是指能够产生电磁干扰的设备，在工作时不会使同一电磁
2、环境中的其他设备因其电磁发射而不能正常工作。,电磁干扰的传播方式： 辐射：电磁干扰的能量通过空间的磁场、电场或电磁波的形式，使干扰源与受干扰体之间产生耦合。 传导：电磁干扰的能量通过电或电磁波的形式，使干扰源与受干扰体之间产生耦合源线和信号电缆，以电压或电流的方式传播。 干扰信号的频率： 低频干扰（DC至10 20kHz）、 高频干扰（几百兆赫，辐射干扰可达几千兆赫） 瞬变干扰（持续周期从数纳秒到数毫秒）。,国际电工委员会（IEE）于1990年推出了新的电磁兼容基础性标准IEC1000-4标准。该标准的应用场合为： 居民区和商业场合下的公共电源网络； 工业场合的电源网络； 在公共电源网络和工厂
3、（包括控制室）中的控制线路； 在电站中的电源及控制线路； 通信线路； 一些有专用电源的电气设备。,目前我国微机保护装置应符合的电磁兼容标准有： 辐射电磁场干扰试验应符合GB/T 14598. 9规定的辐射电磁场干扰； 快速瞬变干扰试验应符合GB/T 14598. 10规定的严酷等级为级的快速瞬变干扰； 脉冲群干扰试验应符合GB/T 14598. 13规定的频率为1MHz及100kHz衰减振荡波（第一个半波为电压幅值共模为2. 5kV，差模为1 kV）脉冲群干扰； 抗静电放电干扰试验应符合GB/T 14598. 14规定的严酷等级为III级的抗静电放电干扰等。,微机保护装置本身的功率非常小，不可
4、能发射足以影响其周围电气或电子设备工作的电磁干扰，因此，对它的电磁兼容性设计也就集中在降低其电磁敏感性，以提高抗干扰能力。,对微机保护装置的电磁兼容性设计，主要考虑从一次侧耦合过来的干扰，以及其他二次设备对装置本身的干扰。主要干扰来自以下几个方面： 1低频干扰 1）高、中、低电压电网中的谐波干扰，一般应考虑到40次谐波（2000Hz）。 2）电网电压跌落和短时中断。 3）电网三相电压不平衡和电网频率变化引起的干扰。 3）电网三相电压不平衡和电网频率变化引起的干扰。 2高频干扰 1）20kHz以上的电压浪涌，50kHz以上的电流浪涌。它们是由电网中的开关电器操作，变压器、电动机及继电器等感性负载
5、的投切和雷击等因素造成的。 2）快速瞬变脉冲群干扰。,3静电放电干扰 微机保护装置会受到来自雷电、操作者和邻近物体对设备的放电。 4磁场干扰 1）工频电流或变压器磁场泄漏产生的工频磁场干扰。 2）由雷电引起的脉冲磁场干扰。,微机保护装置的电磁兼容性设计，就是针对以上干扰源，从硬件电路和软件设计上采取措施，一方面抑制这些干扰，另一方面提高自身的抗干扰能力。,7.1.2 微机保护装置硬件的电磁兼容性设计 1静电放电干扰的抑制 静电放电分为直接和间接放电，前者是通过直接产生放电，后者则是通过辐射耦合产生放电。 抑制静电干扰最有效的方法是让设备的外壳与大地良好地接触。因此，保护装置开关电源的金属外壳应
6、当与本体金属屏蔽外壳可靠连接，同时必须把本体金属屏蔽外壳直接接地。,2减小电网电压跌落和短暂中断的影响 电压跌落指电网电压值偶然降低10 15，持续时间为0.5 50个周波；短暂中断则是100 的电压跌落。 造成电压跌落的原因：大多是电网中大容量负荷的投切，电网因某种原因造成瞬间短路后又恢复，短路或接地故障情况下线路开关电器的连续快速重合闸等。电压跌落和短期中断会使保护装置因电源不能正常工作而引起实时数据丢失，一次开关电器误动、拒动等问题。 相应措施： 采用具有宽输入电压范围并带有储能电容和电感的开关电源为保护装置供电 ； 增设对电源供电质量的监视，在电源电压跌落到极限值后，保护装置会报警并闭
7、锁一些服务功能 。,3滤除快速瞬变脉冲群的干扰 这类干扰源主要是保护装置输出继电器接点弹跳或一次真空断路器操作时产生的电弧，脉冲周期在50us以内，脉冲群重复率为1 100次/s，尖峰电压为200 3000V。 其特点是：单个脉冲上升时间快，持续时间短，能量低，但重复频率较高。虽不会使装置损坏，但可能会产生干扰，影响其可靠工作。 由于脉冲群的频率远远高于系统的正常工作频率，消除它的影响最有效的方法就是滤波。 （1）设置电源线路滤波器 （2）消除模拟量输入通道的干扰 （3）设置保护装置专用采样互感器的二次侧滤波器 （4）用瞬态电压抑制器（TVS）吸收过电压能量 （5）安装去耦电容,4电压、电流浪
8、涌的吸收 最常见的浪涌是雷电电流浪涌和开关操作电压浪涌。 这类干扰的形式基本上是单极性脉冲或迅速衰减的振荡波，其特点是持续时间较长，单极性脉冲上升比较缓慢且能量大，因而对保护装置的正常工作影响很大，甚至造成危害。 为保护装置免受浪涌浸袭，采取的主要措施有： 在电源的交流输入侧线路滤波器前并接浪涌吸收器； 在输出直流侧并接过压抑制器。 浪涌吸收器和过压抑制器一般都采用金属氧化物压敏电阻。,7.1.3 微机保护装置印刷电路板（PCB）的抗干扰设计 （1）数字电路与模拟电路分开布置， 分开供电 （2）加宽PCB中的电源线和地线 （3）强电区域与弱电区域严格分离 （4）通信部分采用与中央控制模块完全隔
9、离的独立电源供电,7.1.4 硬件自复位电路 有些单片机内部设有监视定时器 ； 专门的硬件自复位电路芯片，如X5045、IPM813等； 7.1.5 硬件设计中采用容错设计 完全双重化的保护配置方案。 在微机保护装置内部实现部分插件的双重化或热备用。 部分元件采用三取二表决方案 数据采集时冗余采样通道的设置。,7.2 微机保护装置的软件抗干扰措施 合理的硬件设计是装置抗干扰的第一道防线，可以做到将干扰“拒之门外”，不会引起微机的工作错误，而软件的抗干扰措施可以称作第二道防线，就是说万一干扰突破了第一道防线，造成了微机工作出错，也决不能允许它导致保护误动作或拒动，而应能自动地纠正。,7.2.1
10、利用软件循环自检检查微机系统的硬件故障 1程序存储器芯片的检测 常用的检查方法有补奇校验法、循环冗余码校验法以及 求和校验法等。 2SRAM芯片的检测 检查的方法是选择一定的数据模式进行读写正确性检查。一般是用四个典型数据检查。即00H，0FFH、0AAH，55H。将数据写入某个RAM单元，然后再从RAM单元读出，比较读出的内容是否与刚才写入的内容一致，如不一致，则说明RAM出错。 3开关量输出电路的检测 4开关量输入通道的检测 5CPU的工作状态检测,7.2.2 处理过程校核 在微机保护系统中，反复进行校核是抗干扰的重要措施！ 1功能顺序校核 事先设置一个控制标志字，其中的一个标志对应一个功
11、能块 。 每当一个处理周期开始时，先将所有的标志位清零，然后在程序执行过程中由各子功能块对相应标志置位。在适当的时候对标志字校核，只有当标志位被充分置位时，才认为此次循环的结果是可信的。,2出口密码校核,3、复算校核 通过整个运算过程的重复来校核由于干扰可能造成的运算出错。 方法一：在运算的结尾由程序安排CPU将运算结果暂时保存起来、再利用原始数据复算一次，然后与前一次结果相比较，如果样，则说明结果可信；如果两次结果不样，则再复算次三取二表决，或直至两次结果样。 方法二：在复算时将算法所依据的数据窗顺移一个采样值。,7.2.3 其他软件抗干扰措施 1设置上电标志 2指令冗余技术 3软件陷阱技术 4采用软件滤波技术,