微機(jī)保護(hù)抗干擾設(shè)計(jì)

微機(jī)繼電保護(hù)抗干擾設(shè)計(jì)湖南紫光測(cè)控有限公司2006年6月一、概述可靠性是對(duì)繼電保護(hù)裝置的基本要求之一。它包括兩個(gè)方面------不誤動(dòng)和不拒動(dòng)?？煽啃院秃芏嘁蛩赜嘘P(guān)，例如保護(hù)的原理、工藝和運(yùn)行維護(hù)水平等。這里將著重討論由于應(yīng)用微型計(jì)算機(jī)而帶來的兩個(gè)問題。一是：微機(jī)保護(hù)的抗干擾問題；二是：裝置內(nèi)部元件出現(xiàn)損壞。就元件損壞來說，使用微機(jī)后，元件數(shù)量大大減小，而且大規(guī)模集成電路芯片在各領(lǐng)域大量使用的實(shí)踐已證明損壞率是很低的，特別是微機(jī)保護(hù)可以實(shí)現(xiàn)高級(jí)的在線自動(dòng)檢測(cè)，在絕大多數(shù)情況下，元件損壞都能被自動(dòng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，并且發(fā)出警報(bào)，一般不會(huì)引起保護(hù)誤動(dòng)作。繼電保護(hù)裝置工作環(huán)境中的干擾是嚴(yán)重的，這些干擾的特點(diǎn)是頻率高、幅度大，因而可以順利通過各種分布電容的耦合；另一方面這些干擾持續(xù)時(shí)間短。常規(guī)保護(hù)裝置反映遲緩，可以用延時(shí)來躲過這些干擾，由于微機(jī)保護(hù)中計(jì)算機(jī)的工作是在時(shí)鐘節(jié)拍的嚴(yán)格控制下以較高速度同步進(jìn)行的，不能簡(jiǎn)單的設(shè)置延時(shí)電路．這就增加了干擾問題的嚴(yán)重性．所以，提高微機(jī)保護(hù)裝置可靠性的重點(diǎn)在抗干擾上．電磁干擾三要素

電磁干擾源：指產(chǎn)生電磁干擾的部件或系統(tǒng)。耦合通道：指把能量從干擾源傳輸?shù)矫舾性O(shè)備上，并使之產(chǎn)生響應(yīng)的媒介。敏感設(shè)備：指對(duì)電磁干擾發(fā)生響應(yīng)的設(shè)備。耦合通道敏感設(shè)備干擾源二、干擾源和干擾途徑

內(nèi)部干擾是指由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、元件布局和生產(chǎn)工藝等所決定的干擾。主要有雜散電感和電容的結(jié)合引起的不同信號(hào)感應(yīng)、長(zhǎng)線（對(duì)高頻信號(hào)而言）傳輸造成電磁波的反射、多點(diǎn)接地造成的電位差干擾等等。

外部干擾是指那些與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無關(guān)而是由使用條件和外部環(huán)境因素所決定的干擾。如：非線性負(fù)載（電力電子等）；沖擊性負(fù)載（整流變壓器等）；大容量負(fù)載的操作導(dǎo)致的系統(tǒng)暫態(tài)過程（主要體現(xiàn)為操作過電壓及電壓陡落）；雷電引起的系統(tǒng)暫態(tài)過程（主要體現(xiàn)為雷電過電壓）；大量使用的真空開關(guān)在截?cái)嚯姼行孕‰娏鲿r(shí)由于截流現(xiàn)象導(dǎo)致的系統(tǒng)持續(xù)的高頻過電壓。

（1）干擾源（內(nèi)部干擾、外部干擾）（2）干擾途徑（傳導(dǎo)、感應(yīng)和輻射）傳導(dǎo)干擾：通過直接相通的電路（電力線、信號(hào)線、互連線和接地導(dǎo)體等）傳播的電磁干擾叫傳導(dǎo)干擾，其耦合形式有傳導(dǎo)耦合和共阻抗耦合。感應(yīng)干擾：電耦合（容性）、磁耦合（感性）和電磁耦合。輻射干擾：通過空間傳播的電磁干擾叫輻射干擾，其耦合形式有近場(chǎng)感應(yīng)耦合和遠(yuǎn)場(chǎng)輻射耦合。三、敏感設(shè)備的兩種受干擾形式1）差模干擾：差模干擾是串聯(lián)于信號(hào)源之中的干擾，即串聯(lián)干擾，其產(chǎn)生情況如圖所示，其中U表示差模干擾電壓，Ua、Ub、Uc表示信號(hào)源。差模干擾的原因主要是由于各信號(hào)線對(duì)干擾源的相對(duì)位置不對(duì)稱而引起以及長(zhǎng)線傳輸?shù)幕ジ?、分布電容的相互干擾等。

差模干擾示意圖

2）共模干擾 共模干擾是引起回路對(duì)地電位發(fā)生變化的干擾，U表示共模干擾電壓。共模干擾可為直流，亦可為交流，它是造成微機(jī)保護(hù)裝置損壞或工作不正常的重要原因。共模干擾示意圖

四、干擾對(duì)微機(jī)保護(hù)裝置的影響

裝置的內(nèi)部干擾主要由內(nèi)部繼電器的切換等原因引起；而外部干擾主要是由裝置的端子排從外界引入的浪涌電壓。也就是說，裝置所有的輸入輸出線、電源線、地線（包括機(jī)殼）均會(huì)引入干擾。微機(jī)保護(hù)既有作為核心部分的數(shù)字部件又有作為外圍部分的模擬部件（如出口繼電器、驅(qū)動(dòng)電路等）。干擾對(duì)模擬電路和數(shù)字部件所造成的后果是不同的。模擬電路在干擾作用下往往使開關(guān)電路誤翻轉(zhuǎn)，在沒有完善閉鎖措施時(shí)將會(huì)導(dǎo)致誤操作；數(shù)字電路受干擾作用往往造成數(shù)據(jù)或地址傳送錯(cuò)誤，從而導(dǎo)致微機(jī)運(yùn)行故障或功能障礙，也能引起保護(hù)的不正確動(dòng)作．

（l）計(jì)算或邏輯錯(cuò)誤

微機(jī)保護(hù)中的輸出數(shù)據(jù)、計(jì)算中間結(jié)果和控制標(biāo)志字都放在隨機(jī)存貯器RAM中，強(qiáng)干擾引起RAM數(shù)據(jù)發(fā)生改變是有可能的。另外，當(dāng)CPU正在讀（或?qū)懀┮粋€(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)線或地址線受干擾發(fā)生改變，就會(huì)造成讀（或?qū)懀┮粋€(gè)壞數(shù)據(jù)或者對(duì)一個(gè)錯(cuò)誤的地址讀（或?qū)懀Ｈ绻@是一個(gè)中間結(jié)果或者采樣數(shù)據(jù)，就會(huì)造成計(jì)算錯(cuò)誤，如果這是一個(gè)標(biāo)志字，就會(huì)造成邏輯紊亂，這都有可能引起裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)。（2）程序運(yùn)行出軌

由于隨機(jī)干擾破壞了程序執(zhí)行的正常順序而造成程序執(zhí)行卡死的現(xiàn)象．例如，當(dāng)CPU正通過地址總線送出一個(gè)地址以便從EPROM獲取指令操作碼。如果由于干擾使傳送地址出錯(cuò)，它將從一個(gè)錯(cuò)誤的地址取得一個(gè)錯(cuò)誤的操作碼。如果這個(gè)誤碼CPU不認(rèn)識(shí)，程序運(yùn)行將發(fā)生中斷；如果這個(gè)錯(cuò)誤碼是可執(zhí)行碼，那么在執(zhí)行了一系列非預(yù)期指令后往往最終碰到一個(gè)CPU不認(rèn)識(shí)的指令操作碼而停止工作。由此看出，在程序運(yùn)行出軌后引起誤動(dòng)作的概率是很小的，但會(huì)造成CPU停止執(zhí)行繼電保護(hù)的規(guī)定任務(wù)，再發(fā)生系統(tǒng)故障時(shí)，保護(hù)將拒動(dòng)。（3）元件損壞

實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電磁兼容性是一項(xiàng)復(fù)雜的技術(shù)任務(wù)，解決這個(gè)問題不存在萬能的方法。實(shí)際上采取的措施可相對(duì)地分為兩類： 其一是在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)就注意選用相互干擾最小的元件，部件和電路，并在結(jié)構(gòu)上注意合理布局，以保證元件部件等級(jí)上的電磁兼容性； 其二是采用接地，屏蔽和濾波等技術(shù)，