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        1. 電動機保護器的軟件抗干擾措施
          欄目:行業動態 發布時間:2019-09-28 21:48

           近年來,電力系統微機電動機保護器廣泛使用于電力系統輸電線路保護、元件保護、變電站綜合自動化、故障錄波器和故障測距等領域。在這些裝置的工作現場,存在著強電磁干擾,當干擾信號進入裝置內部后,不僅對各模擬電壓和電流采樣數據的準確性有影響,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,從而直接影響微機保護裝置的正確動作。因此,提高裝置運行的可靠性和抗干擾性能,不容忽視。 

              針對電動機保護器在應用中所遇到的干擾問題,提出了有效的軟件抗干擾措施,包括復位與程序運行監視、掉電保護、指令冗余、軟件陷阱、RAM冗余、軟件濾波等,以求提高系統抗干擾能力。

          引言

              電動機作為所有動力設備的主力軍,一直在國民生產中占據重要地位。特別是隨著我國電力工業的迅速發展,電動機更加廣泛的應用于石油、化工、冶金、紡織等重要行業。但是電動機一旦燒損,不僅直接損失高,而且由此會影響整個生產過程,其間接損失也更加難以估計。因此,對于電動機的故障診斷與保護,意義重大。對于電動機保護通常采用變頻器或電動機保護器,但是變頻器價格昂貴,對于一些不需要調速的場合,若為了保護電動機而采用變頻器就難免小題大做,而選用適合的電動機保護器則水到渠成。研制可靠的電動機保護器,較為關鍵的就是提高其適應惡劣環境的能力。對此,本文針對單片機控制的電動機保護器的提出了一些具體軟件抗干擾措施。

          1、干擾的方式和干擾信號的來源 
                干擾信號是指微機保護裝置的工作信號中,除去有用信號以外的,可能影響裝置正常工作的一些電磁信號。干擾信號來自于干擾源,通過電磁耦合通道作用于微機保護裝置內部某些敏感的回路之中。干擾源、耦合通道和敏感回路稱為電磁干擾的三要素。干擾信號可能來自微機保護裝置的外部,如保護屏上的壓板、連片、切換開關觸點、操作繼電器的觸點,通過接線端子排引入微機保護裝置;也可能來自裝置的內部,如微機高頻時鐘控制信號對裝置中的其它回路產生的干擾信號。內部干擾主要由裝置的結構設計,元器件和某些回路的布局,生產制造裝置的工藝所決定的;而外部干擾是指裝置的工作環境出現的電磁波通過耦合方式而進入微機保護裝置內部的干擾信號。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、干擾對微機保護裝置的影響 
                電動機保護器是以微機為核心的自動控制系統。其硬件組成主要包括數據采集系統、微機系統、開關量輸入和輸出系統、人機對話系統。在干擾信號產生后,干擾信號對數字化器件和對模擬元件影響所產生的后果是不同的。干擾對模擬量輸出執行元件的影響所產生的后果可能導致保護裝置的誤動作;干擾對數字化的微機芯片的影響,則造成運算數據傳送的錯誤或出現微處理器操作碼錯誤,從而導致微機系統出現故障或功能障礙。干擾對微機保護裝置的影響,主要表現在以下幾個方面。 
                (1) 運算或邏輯出現錯誤。在微機保護裝置運行時,其輸入輸出數據、微處理器計算的中間結果、控制程序流程的標志字等,都是存放在數據緩沖區的隨機存貯器(RAM)之中。由于RAM的抗干擾能力較差,在強電磁干擾信號作用下,有可能使存放在RAM中的數據發生變化;此外,在進行讀或寫數據時,數據總線和地址總線也可能在干擾的作用下發生讀寫數據錯誤或將數據傳送到錯誤的地址上。如果數據是控制程序流向的標志字時,還將導致運算邏輯出現錯誤等問題。 
                (2) 運算程序出軌。在微機執行運行程序期間,運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別的機器碼,在干擾信號的作用下,這些機器碼改變時,將可能出現微處理器無法識別的機器碼,致使微處理器無法工作。此外,如果干擾信號改變了控制程序流向的標志字時,也將改變運行程序的執行順序,使微機的運行程序出軌,出現死機等問題。 
                (3) 損壞微機芯片。在微機中的一些半導體芯片,在強電磁干擾作用下,可能受到損壞,使裝置無法工作。 
              3、電動機保護器的抗干擾措施 
              3.1 提高電動機保護器可靠性的三項措施 
                (1) 選用高質量的元器件、合理的制造工藝和采用屏蔽和隔離技術,從裝置的設計和元件的選擇上,減少保護裝置故障和錯誤出現的幾率; 
                (2) 利用微機在工作程序結束后的閑余時間,實時檢測有關硬件設備的運行工況。當有關的硬件設備出現故障時,閉鎖保護裝置防止保護裝置誤動作,并及時通知運行值班人員; 
                (3) 采用容錯設計方式,利用冗余的保護裝置不間斷地在線運行。 
              3.2 抗干擾應考慮的主要因素 
                (1) 合理選用優質的微機芯片和其它半導體器件,設計合理的線路布局和制造工藝,切斷種種電磁耦合的途徑,盡可能減少擾動對保護裝置的影響; 
                (2) 由于干擾信號的出現具有很大的隨機性,一旦干擾信號在保護裝置內部出現后,應考慮可能帶來的問題和采取的對策。 
              3.3 光電耦合的抗干擾典型電路 
                對于在發電廠和變電站運行的電力系統微機保護裝置,其電源回路、模擬量輸入回路、開關量輸入輸出回路以及通信口都是通過電纜引入到比較遠的模擬元件上,這些回路也是把干擾耦合到微機保護裝置的主要媒介,上述回路均應采用光電耦合器件進行隔離。 
                (1) 電力系統微機保護裝置的數據采集系統通常有兩種形式:采用逐次比較模/數轉換的數據采集系統和采用壓/頻變換模/數轉換的數據采集系統。它們的組成框圖見圖1和圖2。 

                圖1 逐次比較模/數轉換的數據采集系統 
                圖1中變換器能將微機保護裝置的內部與外部互感回路完全隔離,不存在直接的電氣信號聯系,有利于提高抗干擾能力。 

                 圖2 壓/頻變換模/數轉換的數據采集系統 
                 圖2中交流變換器能確保裝置內部與外部不存在直接的電聯系。浪涌吸收器不僅能提高裝置的抗干擾能力,而且能對芯片起到過電壓保護作用。
                 (2) 開關量輸入的抗干擾典型電路見圖3。 

                圖3 開關量輸入回路中的抗干擾典型電路 
                當外部觸點閉合時,有電流流過光電器件——發光二極管,使光敏三極管導通,而當外部觸點打開時,無電流流過發光二極管,光敏三極管截止。由此可以切斷外部干擾信號竄入微機保護裝置內部。 
                (3) 開關量輸出的抗干擾典型電路見圖4。 
                該電路采用的編碼方案使每一路開關量輸出的驅動電路都由2根并行口輸出線來控制,通過反相器和與非門執行,使采用與非門后要滿足兩個條件方能使執行元件動作,提高回路的抗干擾能力。 

                圖4 開關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。采用不同電壓等級的開關量輸出引線與不同電壓等級的電源線分開布線以及輸入輸出端子后的走線強弱分離。 
                (4) 提高敏感回路的抗干擾能力。 www.diangon.com
                (5) 合理設計接地泄放電路。 
              3.5 抗干擾措施中應注意的問題 
                電動機保護器的工作程序中,應設置對不良數據的檢錯和識別功能等子程序,以確保軟件程序運算結果的正確性。 
                (1) 對輸入模擬量采樣數據采取的抗干擾措施。在微機保護中,輸入模擬量有三相電壓、零序電壓、三相電流和零序電流,可以利用自身的規律進行采樣數據的檢錯。 
                (2) 運算過程中的核對措施。將整個的運算過程進行兩次或兩次以上核對,用來檢驗運算過程是否有錯。 
                (3) 出口閉鎖。在保護跳閘出口的硬件電路上,設計成在連續收到多個跳閘指令時,該回路才能執行出口跳閘,不允許接收一條指令就跳閘。 
                (4) 防止程序出軌的對策。使用專用的硬件電路來檢測程序出軌,并實現自動恢復正常運行。如用微機的定時/計數芯片和利用定時電路來實現對微處理器的重新啟動。 
              4、結束語 
                工業環境中的干擾一般是以脈沖形式進入測控系統中,其竄入電動機保護器系統的渠道主要有三條,即空間干擾、信號通道干擾、供電系統干擾。其中,信號通道干擾和供電系統干擾強度較大,為抗干擾防范的重點。 

                電動機保護器出錯主要表現為以下幾個方面:死機、硬件控制失常、顯示混亂以及采集或測量數據不準。 為解決上述干擾問題,需要進行硬件和軟件抗干擾設計。硬件設計得當,可杜絕大部分干擾。但是,軟件措施依然必不可少,而且由于其實現不需要增加硬件設備,使用靈活,修改方便,特別是能夠較好地解決生產過程中未曾考慮的干擾因素,所以在工程應用實踐中,更顯重要。

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