浅谈微机保护装置的可靠性
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇浅谈微机保护装置的可靠性范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
摘要：在制订微机保护装置可靠性措施时，从微机保护装置采用的元器件及制造工艺等硬件方面及软件采取的对策入手，根据运行中可能出现的故障为分析基础，从中找出解决问题的措施。
关键词：保护装置 可靠性 措施
1 概述
传统的继电保护都是反映模拟量的保护，其功能完全依赖于硬件，从1965年英国剑桥大学P・G・Mc／aren发表了第一篇利用采样技术实现输电线路距离保护的论文开始，继电保护领域出现了日新月异的变化，随着微型计算机技术的发展，除将微型计算机用于故障分析和保护功能分析外，还研制出了反映数字量的微机继电保护装置。
我国自1984年华北电力学院杨奇逊主研的国内第一套以MC6809CPU为核心的微机距离保护装置在电力系统投入运行以来，已有微机型线路保护、变压器保护、发电机一变压器保护、母线保护等各种型号5000余套投入运行。与常规模拟式继电保护相比，它具有维护调试方便、灵活性大、可靠性高、易于获得附加功能、逻辑判断清楚、正确等特点。不言而喻，微机保护装置在确保电网安全运行中的重要地位日益突出，但由于硬件及软件的各种原因，其运行可靠性仍受到种种限制。
2 可靠性的隐患
微机保护装置内部为工作电平很低(数字部件5V，模拟部件15V)的弱电系统，而其工作环境的电磁干扰却很严重，这些干扰信号频率高、幅度大，通过电磁耦合很容易进入微机保护内部，另一方面，这些干扰信号的持续时间较短。微机保护装置中的微型机在其内部的时钟控制下高速工作、不能用简单的延时电路来躲过干扰信号。
微机保护装置既有作为核心部分的数字部件，又有作为部分的模拟部件(如出口继电器的驱动电路等)。干扰对这两者的作用后果是不同的，模拟电路中，干扰的作用往往使开关电路误翻转，若无完善的闭锁措施，则将导致误动作，数字电路中，干扰的作用往往造成数据或地址传送错误，从而导致微机运行异常或功能障碍。
根据造成的影响，干扰主要可造成以下后果：(1)计算或逻辑出错；(2)运算程序出轨；(3)严重干扰可造成元件损坏。
3 设计的指导思路
鉴于以上问题，在提高微机继电保护可靠性措施方面，可从以下几方面人手，抑制干扰源、抑制干扰耦合、抗干扰纠错、保护装置的故障自动检测以及采取容错设计方式。
选用高质量的元器件，合理的制造工艺和采用屏蔽和隔离技术从装置的设计和元件的选择上，减少保护装置故障和错误出现的几率；自动检测技术是利用微机在工作程序开始前或结束后的时间，实时检测微型机保护装置中有关硬件设备的运行工况，当有关硬件设备出现故障时，闭锁保护装置防止微机继电保护装置误动作，并及时报警通知运行值班人员及早检修，尽快恢复保护装置在线运行；容错设计则是利用冗余的设备在线运行，保证保护装置不间断地在线运行。
4 防干扰的具体措施
干扰可分为内部干扰和外部干扰。内部干扰主要来自于内部继电器触点的切换产生强高频电磁信号所引起的干扰信号；外部干扰主要来自与接线端子排从外界引入的浪涌电压所引起的干扰信号，这表明微型机保护装置的输入、输出线、电源线和地线等，都是干扰进入微机保护装置的途径。
按干扰对电路的作用分为差模干扰和共模干扰，前者指串联于信号回路的干扰，主要是由长线路传输的互感耦合所致。后者就是对地干扰，是由于网络对地电位发生变化所引起的干扰。共模干扰可分为直流交流，是微机保护不正常的主要原因。
干扰源、耦合通道、接收电路称为电磁干扰的三要素。所以，提高抗干扰能力应从阻塞耦合通道、提高接收电路的抗干扰能力着手解决。
(1)抑制干扰源
外部干扰源总是通过端子串人的。所以每一外接端子上对地接一电容(0，47μF)，为防止涌浪击穿，电容要能耐高压。
内部干扰源的抑制依靠设计低噪声电路，主要有：
①微机保护由多个插件组成，各种插件板之间应遵循一点接地的原则，如图1所示，印刷板上的地线要一点接地是难以做到的，但应尽量减少地线长度，在条件允许时尽量加粗线径，印刷板中地线应组成网状。
数字地电平的跳跃会引起很大的尖峰干扰，为了降低A／D转换器在处理弱电平时的精度，应保证模拟地、数字地之间只有一点相连，如图2。连接线应尽量短而粗，最好在A／D转换器的模拟地引脚之间直接相连。
②数字电路干扰的抑制。数字电路的快速开断，伴随电流的高速变化，由于存在电感而产生高频干扰电压，为此在每块组件上都要分别装设高频去耦电容(一船为0.01-0.1μF)，这些电容应尽量靠近集成块，不能集中在印刷板的一端。
(2)抑制干扰耦合
①屏蔽与隔离。为实现对电场、磁场的屏蔽，机箱用铁质材料做成，为防止外部共模干扰通过端子直接传人内部。必须保护端子排的任一点与微机部分无电的联系，
②浮地接线。对加在外部引线与机壳之间的共模干扰，可采取机箱接地，其余部分浮空的办法加以抑制，但要求减少微机电路中对其部分同机壳之间的分布电容。为此应将印刷板周围都用电源零线或+5V线封闭起来，以完全隔离电路板上其它部分同机壳之间的直接耦合，使干扰脉冲侵入时，整个系统各点对机壳电位随电源线一起浮动，而它们相互问保持不变，此外，电源地与大地之间的绝缘电阻应大于50M欧。
③滤波。对串人信号回路的差模干扰，可采用滤波方法加以滤除，这就是模拟量输入回路中的模拟低通滤波器，它既能防止频率混叠，也能吸收差模浪涌干扰。
(3)防止出错
为防止在一些诸如直接实现判据的重要数据和跳闸的状态标志的强干扰下出错，可分别将同一数据(或标志)存在两片RAM中，一次是直接存人，别一次以反码存人。在使用这些数据(或标志)前，应先校核两者是否一致，如不一致，则判断为出错，剔除该数据(或标志)。
此外，健全完善保护装置的故障自动检测功能及采取容错设计概念，也可提高系统的可靠性。
(4)保护装置的故障自动检测
当保护装置的某些元、器件损坏时，为防止保护误动作，同时亦为防止元、器件损坏而造成功能障碍导致保护拒动，可采用故障自检。
自检可分为静态自检和动态自检，前者是指在保护退出运行的条件下进行自检，可安排在开机加电源后进行，也可安排在专门的调试程序中用以故障定位。动态自检是指在保护投运条件下，利用保护功能程序执行的空隙重复进行的自检，这种自检主要是为保证功能不发生障碍，如果出现动态自检发现故障而不能定位的情况，则应停止执行保护功能程序，转向静态自检查定位。
(5)容错设计的概念
容错即容忍错误，即使出现局部错误，也不会导致保护误动或拒动，方法是投入更多的超常规设计所需要的外加资源开销，以换取常规设计所不能得到的超高度可靠性。
容错技术实即冗余技术，它可分为硬件冗余和软件冗余。硬件冗余方法之一是硬件堆积冗余，可通过元件的重复来获得，如相同元件的串联、并联或串、并联。方法之二是待命储备冗余，有三种待命储备状态，即①完全不工作状态；②接通电源待命状态；③工作着的待命状态。微机保护不用第①种。
软件冗余也可实现类似上述硬件冗余的功能，如三取二的表决，另外有通过消耗时间资源来达到容错目的的，称为时间冗余。例如指令的重复执行就是一种时间冗余方法，另外一种依靠增加信息的多余度来提高可靠性的，称为信息冗余，它通过附加信息位来实现检错或纠错的要求。信息冗余的优点是增加的冗余度比别的方法低，缺点是产生延时，不能纠正编码器、译码器本身的错误。
5 结束语
随着微型计算机技术的进一步发展，使许多传统保护中存在的技术问题，找到了新的解决办法，例如在短线路上距离保护允许过渡电阻的能力，距离保护如何区别振荡和短路，大型变压器差动保护如何识别励磁涌流和内部故障等问题，都已提出了许多新的原理和解决方法，相信通过各级设计、运行部门共同努力，总结各方面的经验，不断采用新技术，微机继电保护将得到更快的发展。