微机继电保护的优点及抗干扰措施

摘要：微机继电保护装置因其具有的性能可靠、功能强大、算法丰富、维护方便等优点，在众多的供配电行业得到了广泛的推广和应用。但微机继电保护装置使用的环境中往往存在着源自变压器等设备的强烈电磁干扰，使其发生保护误动或据动现象，严重危及电力系统的稳定运行。基于此，本文提出了一些切实有效的抗干扰措施，希望能对微机继电保护装置的使用起到参考作用。

关键词：微机继电保护；电力系统；优点；抗干扰措施

中图分类号： TM7 文献标识码： A 文章编号：

1 引言

微机保护装置正以其性能可靠、功能强大、算法丰富、维护方便等优越性被众多工况行业广泛应用，并且大有取传统继电保护而代之的趋势。但是在微机继电保护装置的现场应用中，微机保护在强烈的电磁干扰下会产生误动或据动现象，给电网正常运行带来威胁，因此怎么样提高微机继电保护装置的抗干扰性能，是推动其在更广领域、更深层次应用需解决的首要问题。本文概述了微机保护所具有的优点，提出了一些切实可行的抗干扰措施。

2 微机继电保护的优点

微机继电保护装置所具有的优点主要有以下几个方面：

一是性能可靠。微机电保护装置的保护动作完全由程序控制，因而稳定性好，同时还具有极强的分析、判断能力和自我诊断能力，可以自动识别和排除外界干扰，并能自动检测自身硬件的异常，因而具有很好的可靠性。

二是维护、调试方便。微机保护装置中，各种复杂的功能均由软件编程来实现，只需简单的操作就可以完成对其软硬件的调试试验，大大减轻了保护装置运行维护的工作量。

三是应用灵活。微机保护的功能特性主要依靠软件的逻辑设计来实现，不同原理的保护在使用通用硬件的情况下，通过改变相应的功能软件就可以实现，而且功能特性毫不逊色与传统的继电保护组合，因此微机继电保护装置可以灵活地适应电力系统的各种功能需求。

四是具有远程控制功能。微机继电保护装置具有强大的串行通讯功能，可以与变电所微机监控系统进行实时通讯，从而实现信息共享、集中管理和远程操作维护功能。

除了以上所述的优点之外，微机继电保护装置还具有元器件使用寿命长、综合成本比使用传统继电保护低、体积小、重量轻、操作方便、显示美观、种类齐全等优点。

3微机保护装置抗干扰措施

3.1 微机继电器装置本身应采取的抗干扰措施

通常情况下，微机继电保护装置由三相电源电流通道、A/D转换器、单片机、ROM、通信模块、开关量的输入输出、键盘显示等几部分构成，具体结构图如图1所示。

图1：微机继电保护装置结构示意图

针对现场应用中微机继电保护装置最易受到各类干扰，可以考虑从硬件、软件和印刷电路板三个方面来进行抗干扰设计。

3.1.1 硬件抗干扰措施

微机继电保护装置在设计过程中可采取的抗干扰措施较多，主要有：一是选用低功耗的单片机；二是模拟量输出回路应采用防频率混叠的模拟低通滤波器，从而阻止差模浪涌，使传输线上的噪声在送入A/D转换器时消减或消除；三是对单片机和运放的电源采用滤波稳压电源，从而减少电源噪声对单片机和运放的干扰；四是继电器内部接地。微机保护装置的内部地应该遵循一点接地的原则，以消除共模干扰、预防程序出轨和元器件损坏，其又分为数字地和模拟地，数字地是各插件板的接地，参见图2（a）；模拟地主要是模拟电路，特别是A/D转换电路，具体接地方式参见图2（b）。

.

（a）、插线板一点接地示意图 （b）数字地与模拟地一点接地示意图

图2：微机继电保护装置内部接地示意图

3.1.2软件抗干扰措施

为了避免微机继电保护装置的软件程序因为干扰而进入死循环或死机状态，软件方面也要采取必要的抗干扰措施：一是提高对RAM的自检和对EPROM、EEPROM检测能力；二是设置看门狗电路。为防止程序跑飞，有必要设计看门狗电路来检测CPU的运行情况。当CPU程序因干扰而失控时，看门狗电路会发出复位信号，使保护装置重新启动运行。三是对关键输出口的闭锁。为防止程序出轨时碰到一条非预期的指令正好是跳闸指令而误动，可以对装置输出口的操作进行校核闭锁，使该回路必须在连续执行几条指令后才能出口。四是数字滤波。采用数字滤波技术是对硬件抗干扰措施的补救，所谓数字滤波，即通过一定的计算程序，对采样信号进行平滑加工，提高其有用信号，消除或减少各种干扰和噪声，以保证保护装置的可靠性和精度。

3.1.2印刷电路板的抗干扰措施

印制电路板(PCB)是电路元件和器件的支撑件，它提供电路元件和器件之间的电气连接，PCB设计及其上元器件的布局好坏对抗干扰能力影响很大，因此应从如下四个措施提升PCB的设计水平：一是要合理PCB布线，印刷电路板式电磁干扰传播的重要通道，因此，对PCB进行合理的布线，设法减少分布参数，从而提高微机继电保护装置抗干扰能力。二是合理安排空余输入端，电路板元器件空余输入应采取与输入端并联或通过一个电阻接高电平。三是采用表面贴片（SMD）技术，这是一种使集成电路和印制电路板形成一体的电路制作技术，在减小体积的同时，可大大提高电磁兼容性；四是设计PCB时将数字逻辑器件和易受干扰的模拟器件竟可能远的分开布置，以减少它们之间的耦合。

3.2 对来自外部干扰的抗干扰措施

3.2.1 设置屏蔽

在微机保护装置中，屏蔽主要体现在两个方面，一是电磁感应屏蔽，二是静电屏蔽，一般情况下微机保护装置中的CT（电流互感器）与PT（电压互感器）的原、副边绕组之间以及开关电源的原、副边绕组之间都需要采取屏蔽措施。众多的快速瞬变抗扰试验业已证明，对试验结果影响最大的因素之一是微机保护装置中CT与PT的屏蔽层接地性能优劣的问题。比如实验中在模拟量输入通道上加以快速瞬变扰动，如果屏蔽层接地性能良好，则可以达到IEC61000-4-4要求的试验等级的要求，相反如果装置的屏蔽层接地不良或不接地时，实验结果将很不理想，这就很好的证明：在CT与PT原、副边之间设置屏蔽，并将屏蔽进行良好的接地，对微机保护装置的抗干扰性能提升是十分必要的。

3.2.2 接地措施

一是安全接地，即通过导线将设备金属壳体与大地相联。安全接地可以起到静电屏蔽、降低电磁感应噪声的作用。二是工作接地。主要采取浮地方式、直接接地、和屏蔽接地三种方式，其中浮地方式可以实现浮地系统对地的电阻增大，对地的分布电容减小，从而使带电流对系统的影响减小，使其抗干扰性能提高；直接接地一般是电源零线与大地直接相联，对微机继电保护装置来说，是指将各直流源系统的零线与变电站的接地网相联，这样只要保证变电站接地网无扰动电流，就可以同时保证微机保护的直流源也不受干扰；三是屏蔽接地。屏蔽接地在上文已做了叙述。

3.2.3 滤波措施

滤波器可以对某一特定频率范围以内的分量信号（系统需要的信号）“放行”而阻止特定频率范围以外的分量信号（即干扰信号）通过，从而对系统起到抗干扰的作用，而且滤波器对传导性骚扰的防范最为明显。众所周知，在变电站的各类电磁干扰中，快速瞬变骚扰是较为严重的一种，而快速瞬变骚扰在进入到微机继电保护装置之后主要表现为传导性骚扰，所以如果能够在微机继电保护装置的端口部位设置性能优良的低通滤波器，则可以对快速瞬变骚扰侵入起到显著的作用。

4结语

微机继电保护装置因其独特的优点被电气保护领域广泛应用，同时也因其面临的复杂而严重的干扰问题困扰着其发展，所以提高其抗干扰性能对微机保护的发展来说就显得尤为重要，但抗电磁干扰问题是一个复杂而系统的问题，为此微机继电保护系统的设计、施工和应用管理维护人员都要积极开展研究探讨，对可能产生的各种干扰，采取相应措施，从而推动微机继电保护系统更广领域、更深层次的应用。

参考文献：

[1] 郑国强.探讨微机继电保护技术的特点及发展趋势[J]. 广东科技 2009,4:205-205

[2] 黄蕙.微机继电保护硬件系统的抗电磁干扰设计策略[J].电力系统保护与控制2010,10:220-223

[3] 吴益鹏.变电站微机继电保护抗干扰措施研究[J]. 科技资讯 2009(30):97

[4] 邱立新. 微机继电保护装置抑制干扰措施分析[J]. 中国新技术新产品, 2019(9):13