遙信信號(hào)誤報(bào)的分析與處理

曹 艷

（榆林供電局調(diào)度通信中心，陜西 榆林 719000）

遙信是電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的一項(xiàng)基本功能，遙信信息量約占自動(dòng)化系統(tǒng)信息采集量的 70%以上[1]。遙信信息主要由變電站設(shè)備的模擬量和開關(guān)量的所有現(xiàn)場(chǎng)信息，直接反應(yīng)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)以及變電站等相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息。遙信信號(hào)的誤報(bào)如檢修試?yán)祥_關(guān)，繼電器的動(dòng)作的抖動(dòng)等不進(jìn)會(huì)覆蓋有用的信息，干擾整個(gè)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的正常運(yùn)行,還嚴(yán)重影響事故報(bào)警和對(duì)電網(wǎng)故障的判斷及對(duì)電網(wǎng)事故的正確處理。因此對(duì)于減少遙信信息的誤報(bào)、漏報(bào)，加強(qiáng)遙信信息傳輸?shù)目煽啃詫?duì)于電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行和故障分析具有重要意義[2-3]。

本文首先介紹了遙信信號(hào)誤報(bào)的類型，并對(duì)幾種主要的遙信誤報(bào)的原因做了主要分析，接受了觸點(diǎn)抖動(dòng)和接觸不良、強(qiáng)電磁干擾和傳輸通道造成遙信誤報(bào)的原理。在此基礎(chǔ)上，提出了防止和減少遙信誤報(bào)的應(yīng)對(duì)措施。

1 遙信信號(hào)誤報(bào)原因分析

遙信信號(hào)由狀態(tài)量和數(shù)字量組成[4]。狀態(tài)量信號(hào)主要包括隔離開關(guān)的狀態(tài)，繼電保護(hù)動(dòng)作信號(hào)、運(yùn)行告帶信號(hào)、主變分接頭的位置和斷路器等；數(shù)字量信號(hào)主要包括變電站內(nèi)由計(jì)算機(jī)構(gòu)成的有關(guān)保護(hù)或自動(dòng)裝置的信息。

由于遙信量大多來源與開關(guān)的輔助節(jié)點(diǎn)，同時(shí)加上在遙信量的采集過程的開關(guān)等元件造成的信號(hào)抖動(dòng)和傳輸過程的電磁干擾和傳輸通道問題等影響，遙信信息的誤報(bào)現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。表1給出了某地區(qū)的遙信誤發(fā)事故原因的統(tǒng)計(jì)表。

表1 遙信誤發(fā)事故原因統(tǒng)計(jì)表

由表1所示的遙信誤發(fā)事故原因統(tǒng)計(jì)表可知，引起遙信事故的原因是多方面的，主要有觸點(diǎn)抖動(dòng)、觸點(diǎn)接觸不良，強(qiáng)電磁干擾以及其他等原因，其中最主要是因?yàn)槌鳇c(diǎn)抖動(dòng)和強(qiáng)電磁干擾。

1.1 觸點(diǎn)抖動(dòng)

開關(guān)位置的遙信信號(hào)一般都是來自其輔助節(jié)點(diǎn)，由于開關(guān)長時(shí)間的動(dòng)作引起輔助節(jié)點(diǎn)的物理動(dòng)作部分出現(xiàn)裂痕和間隙，同時(shí)由于開關(guān)的開斷與閉合的過程中的震動(dòng)，引起輔助節(jié)點(diǎn)不對(duì)位或者物理接觸不緊密，加上開關(guān)元件沒有采用防抖動(dòng)措施，開關(guān)元件動(dòng)作是輔助接點(diǎn)的遙信信號(hào)誤動(dòng)或者據(jù)動(dòng)；其二，由于觸點(diǎn)受運(yùn)行環(huán)境的原因，輔助節(jié)點(diǎn)變化氧化或者污垢等原因引起輔助節(jié)點(diǎn)的接觸過程中時(shí)斷時(shí)續(xù)，引起遙信信息量在短時(shí)間內(nèi)不停的抖動(dòng)；此外，由于信號(hào)繼電器的直流電源出現(xiàn)波動(dòng)，引起信號(hào)繼電器二次回路的遙信信號(hào)發(fā)生誤動(dòng)或者抖動(dòng)[5-6]。

圖 1給出了觸點(diǎn)抖動(dòng)引起遙信信號(hào)誤報(bào)的原理。當(dāng)輔助觸點(diǎn)聯(lián)系動(dòng)作時(shí)，觸點(diǎn)之間的采集遙信會(huì)存在一個(gè)抖動(dòng)的暫態(tài)過程，通過光隔離之后的波形就會(huì)才生一個(gè)反映觸點(diǎn)抖動(dòng)的的暫態(tài)過程的波形，采集元件就會(huì)將抖動(dòng)的采集信號(hào)傳輸?shù)秸{(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，造成遙信信號(hào)的不停的抖動(dòng)，引起遙信的誤報(bào)，如圖1所示。

圖1 觸點(diǎn)抖動(dòng)引起的遙信誤報(bào)原理圖

1.2 強(qiáng)電磁干擾

遙信信號(hào)的采集回路的工作電壓一般是直流24V，電壓不夠，采集到的遙信信號(hào)屬于弱點(diǎn)信號(hào)。而采集回路處于變電站內(nèi)部的高電壓環(huán)境中，由麥克斯韋理論可知，變化的交流電場(chǎng)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)有產(chǎn)生電場(chǎng)，其變電站周圍有很強(qiáng)的電磁波干擾，其對(duì)弱點(diǎn)信號(hào)影響較大，因此造成了遙信信號(hào)的誤報(bào)[7-8]。

圖 2給出了電磁干擾引起遙信信號(hào)誤報(bào)的原理。由于遙信采集回路的終端設(shè)備使用直流24V電源作為工作電源，當(dāng)繼電器處于斷開時(shí)，光耦的輸入端懸空，由于變電站的強(qiáng)電磁波的干擾，才生電壓超過24V的電壓使光耦導(dǎo)通造成遙信誤報(bào)，強(qiáng)磁場(chǎng)干擾引起的遙信信號(hào)誤報(bào)的過程如圖2所示。

圖2 強(qiáng)電磁廠干擾引起遙信誤報(bào)原理圖

此外變電站現(xiàn)場(chǎng)斷路器、隔離開關(guān)的輔助觸點(diǎn)處于惡劣的電磁干擾環(huán)境中, 這些輔助觸點(diǎn)通過長引線連接到開關(guān)量輸入電路, 必然會(huì)帶來干擾信息,從而使斷路器或隔離開關(guān)的輔助觸點(diǎn)產(chǎn)生抖動(dòng), 造成分/合閘位置判別的錯(cuò)誤。

1.3 傳輸通道的影響[9]

遙信號(hào)需要經(jīng)過溝道鋪設(shè)的電纜線路傳輸，因此容易造成外部環(huán)境通道的干擾。此外，變電站的信息和數(shù)據(jù)是按照對(duì)應(yīng)遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約編成16進(jìn)制碼源，經(jīng)過數(shù)據(jù)打包，經(jīng)過遠(yuǎn)動(dòng)通道，傳到調(diào)度主站，解碼后變成調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)需要的數(shù)據(jù)和信息。如果通信通道的誤碼率很高而使遙信變位，進(jìn)而造成信號(hào)無法傳輸?shù)秸{(diào)度主站，引起遙信誤報(bào)，所以通道的好壞對(duì)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)具有重要作用。

2 遙信信號(hào)誤報(bào)解決措施

2.1 雙觸點(diǎn)采集

為了解決遙信誤報(bào)的發(fā)生幾率，可以通過兩個(gè)遙信幸好來綜合判別，及采用雙觸點(diǎn)采集的方式。從開關(guān)的輔助裝置上取兩對(duì)常開或者常閉接點(diǎn)，或一對(duì)常開和一對(duì)常閉接點(diǎn)，這兩個(gè)遙信信號(hào)通過采集裝置采集，直接傳送到主站系統(tǒng)，由調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)兩對(duì)遙信信號(hào)邏輯處理后產(chǎn)生最終的遙信信號(hào)。

產(chǎn)生雙觸點(diǎn)的方式雖然能有效的減少遙信誤發(fā)和遙信抖動(dòng)的概率，但是由于遙信信號(hào)采集量增加了一倍，但是增加了現(xiàn)場(chǎng)工作量和調(diào)度系統(tǒng)自動(dòng)化的處理工作量，因此建立在一些主要或者關(guān)鍵的觸點(diǎn)位置采用雙觸點(diǎn)的方式。雙觸點(diǎn)的邏輯處理如下所示[10]。

1） 將遙信信號(hào)采集裝置同時(shí)接入一對(duì)繼電器常開、常閉觸點(diǎn)，在RTU端外加數(shù)字邏輯芯片電路進(jìn)行一定的“與”、“非”運(yùn)算，處理后的信號(hào)最為RTU的輸入信號(hào)，如圖3所示。

圖3 軟件與非邏輯電路圖

2）將兩個(gè)常開觸點(diǎn)串聯(lián)，經(jīng)遙信采集裝置將兩個(gè)觸點(diǎn)的信號(hào)采集之后，由邏輯數(shù)字芯片實(shí)現(xiàn)了“與”運(yùn)算功能，輸出信號(hào)作為RTU的輸入信號(hào)，如圖4所示。

圖4 軟件與邏輯電路圖

3）將兩個(gè)常閉觸點(diǎn)并聯(lián)后, 經(jīng)遙信采集裝置將兩個(gè)觸點(diǎn)的信號(hào)采集之后，由邏輯數(shù)字芯片 “或非”計(jì)算，輸出信號(hào)作為RTU的輸入信號(hào)，如圖5 所示。

圖5 軟件或非邏輯電路圖

采用雙觸點(diǎn)采集保證了只有兩個(gè)觸點(diǎn)同時(shí)動(dòng)作，才能發(fā)出遙信信號(hào)。而且，對(duì)二次回路的改動(dòng)較小，具有較好的可操作性。

2.2 軟件去抖法

軟件去抖法主要采用電容的充放電過程中，電容兩端的電壓的變化是一個(gè)指數(shù)函數(shù)，電壓不會(huì)突變的原理，在主站端用軟件延時(shí)方法過濾掉絕大部分誤報(bào)信息來消除軟件的抖動(dòng)。圖6給出了一階電路的電容充放電電路圖。其中Us是恒壓源。Rs是恒壓源內(nèi)阻，R是放電回路電阻，C是電容。

圖6 電容充放電電路圖

如果切換開關(guān)在“1”的位置，則圖6所示的電路為充電狀態(tài)，及恒壓源Us對(duì)電容進(jìn)行充電，則在t≥0時(shí)刻，電容C兩端的電壓為

如果切換開關(guān)在“0”的位置，則圖6所示的電路為放電狀態(tài)，及電容C和電阻R組成的多回路進(jìn)行放電，則在t≥0時(shí)刻，電容C兩端的電壓為

由式（1）、式（2）可知，電容兩端的充放電電壓與時(shí)間T是一個(gè)一階指數(shù)關(guān)系，充放電時(shí)間的快慢取決為時(shí)間常數(shù)1/RsC和1/RC。因此，借助這個(gè)原理，在調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中增加一個(gè)反映電容兩端電壓隨時(shí)間變化過程的軟件模塊，遙信狀態(tài)的分與合對(duì)應(yīng)如圖6所示電路的充電與放電狀態(tài)。

下面以一個(gè)簡單的算例來說明軟件去抖法實(shí)現(xiàn)的具體過程。

首先定義遙信狀態(tài)“合”與“開”的兩個(gè)狀態(tài)，設(shè)合是電容兩端的電壓為 100，分時(shí)電容兩端的電壓為 0。當(dāng)遙信狀態(tài)為“分”的狀態(tài)時(shí)，對(duì)應(yīng)的電容的電壓應(yīng)該由初始值 100將為 0，當(dāng)遙信為“合” 狀態(tài)時(shí)，對(duì)應(yīng)的電容的電壓應(yīng)該由初始值0將為 100。在調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中定義當(dāng)遙信狀態(tài)為“分”與“合”時(shí)電容兩端電壓滿足如下關(guān)系：

遙信狀態(tài)為“分”：電容兩端電壓由100進(jìn)入小于5，并且小于5的時(shí)間不短語T1。

遙信狀態(tài)為“合”：電容兩端電壓由0進(jìn)入大于95，并且大于95的時(shí)間不短語T2。

其中 T1和 T2相當(dāng)于時(shí)間常數(shù)中的 1/RsC和1/RC。

假設(shè)開關(guān)的某個(gè)遙信狀態(tài)由“合”到“分”，但是出現(xiàn)了一個(gè)抖動(dòng)的過程，其抖動(dòng)的過程為合-分-合-分-合-分的抖動(dòng)過程，在每一個(gè)遙信狀態(tài)的過程持續(xù)時(shí)間分別為t1，t2，t3，t4和t5。

在第一個(gè)抖動(dòng)狀態(tài)，遙信狀態(tài)由合—分，由于時(shí)間t1小于T1，故電容兩端的電壓U不會(huì)由100進(jìn)入小于5的狀態(tài)，設(shè)此時(shí)的電容電壓設(shè)為U1＞5，故遙信狀態(tài)仍然為合。

在第二個(gè)抖動(dòng)狀態(tài)，遙信狀態(tài)分分—合，經(jīng)過時(shí)間t2，電容電壓U1大于95，但是這個(gè)電壓的變化過程既不符合分的狀態(tài)也不符合合的狀態(tài)，故遙信狀態(tài)仍然為初始狀態(tài)合。

同理對(duì)于第三個(gè)狀態(tài)和第四個(gè)狀態(tài)，電壓的變化過程既不符合分的狀態(tài)也不符合合的狀態(tài)，故遙信狀態(tài)仍然為初始狀態(tài)合。

在第五個(gè)抖動(dòng)狀態(tài)，遙信狀態(tài)由合—分，由于抖動(dòng)過程結(jié)束，時(shí)間t2遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于T1，故電容兩端的電壓U由 100進(jìn)入小于5的狀態(tài)，故遙信狀態(tài)仍然為分。

經(jīng)過軟件模塊的處理之后，遙信狀態(tài)不會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)，能較好地消除遙信的抖動(dòng)。

2.3 工藝進(jìn)行隔離

針對(duì)強(qiáng)電磁干擾，加強(qiáng)工藝進(jìn)行有點(diǎn)的隔離，選用屏蔽線電纜材料和對(duì)絞芯線，利用對(duì)絞芯線的雙絞線感應(yīng)的干擾電壓接近又互相抵消的原理，降低感應(yīng)耦合的差模干擾。其次，進(jìn)行合理布線，強(qiáng)電信號(hào)和弱點(diǎn)信號(hào)分開布線，進(jìn)行必要的隔離以使信號(hào)電纜盡量避開電力電纜，盡量增大兩者之間的距離，減少信號(hào)傳輸?shù)闹虚g環(huán)節(jié)。同時(shí)改造二次信號(hào)回路，確保信號(hào)源的可靠傳輸，站內(nèi)級(jí)聯(lián)用的通信線路建議采用光纖網(wǎng)絡(luò)，提高抗干擾能力[11]。

3 結(jié)論

遙信是電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的一項(xiàng)基本功能，本文簡要的介紹了遙信誤報(bào)的種類，并對(duì)幾種主要的遙信誤報(bào)的原因進(jìn)行了細(xì)致地分析，在此基礎(chǔ)上，提出了遙信誤報(bào)的三種改進(jìn)措施，能有效的解決遙信誤報(bào)發(fā)生的概率。

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