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 余高旺，王振華，王麗，張艷超，畢大強(qiáng)

（1．許繼電氣，河南許昌  461000;

2．清華大學(xué)電機(jī)系電力系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京  100084）

摘要：智能變電站的發(fā)展對測控裝置遙信SOE分辨率提出了更高的要求。詳細(xì)分析了測控遙信SOE分辨率在測試過程中H現(xiàn)的異�，F(xiàn)象原因，即受遙信時(shí)標(biāo)最小單位為毫秒的限制，理論上測控裝置遙信SOE分辨率小于1ms的要求不可能100%滿足。進(jìn)行阻尼振蕩波的EMC試驗(yàn)時(shí)，利用仿真試驗(yàn)在理論上證明遙信SOE錯(cuò)誤的原因是：遙信1l動作后，遙信2回路中耦合進(jìn)入了初值為220V的衰減直流分量，從而導(dǎo)致遙信2提前動作最后，針對阻尼振蕩波試驗(yàn)的特點(diǎn)，提出了一種解耦方案，通過改變試驗(yàn)接線避免了遙信回路之間的影響，即遙信1和遙信2分別接入不同的電源回路。

關(guān)鍵詞：測控；遙信；SOE; EMC;差模干擾

O引言

 測控裝置是變電站白動化系統(tǒng)間隔層的核心，它采集的遙信量，反應(yīng)的是變電站一次設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、控制設(shè)備的動作信號以及告警信號等信息。遙信信息通過通道遠(yuǎn)距離傳送給遠(yuǎn)方調(diào)度．調(diào)度員以此為依據(jù)確定設(shè)備工況并決定是否進(jìn)行操作。

 遙信量發(fā)生改變時(shí)，測控裝置進(jìn)行記錄并打上時(shí)標(biāo)，形成事件順序記錄( sequenc:e of events，SOE)ci SOE的主要功能就是正確辨別電網(wǎng)故障時(shí)各類事件發(fā)生的先后順序，為電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行人員正確處理事故、分析和判斷電網(wǎng)故障提供重要手段。因而．電網(wǎng)中SOE的正確記錄非常重要。若處理不好．特別是在信號有干擾或抖動的情況下，可能會導(dǎo)致SOE錯(cuò)誤的情況。SOE錯(cuò)誤不但干擾了調(diào)度員對系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的正確判斷，影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，而且因記錄時(shí)間不準(zhǔn)確，導(dǎo)致因果混亂，在事故狀態(tài)下無法做出正確的故障判斷和分析，在系統(tǒng)發(fā)生緊急情況時(shí)，對事故的處理更是極為不利。

 隨著數(shù)字化變電站和電網(wǎng)調(diào)度自動化的發(fā)展．人們對測控裝置SOE分辨率的要求也越來越高。

 傳統(tǒng)的變電站自動化系統(tǒng)對測控裝置SOE分辨率要求是小于或等于2 ms。在智能變電站中，部分技術(shù)規(guī)范要求提高測控裝置SOE分辨率，即小于1ms。

 變電站的運(yùn)行電磁環(huán)境惡劣，各種電磁干擾均可能對SOE分辨率產(chǎn)生影響。因此，相關(guān)技術(shù)規(guī)范也提m了電磁干擾下的SOE分辨率指標(biāo)要求。

 圍繞SOE分辨率小于1 ms的指標(biāo)要求，測試過程中存在一些有爭議和異常的現(xiàn)象，本文詳細(xì)分析了其原岡并提出了對應(yīng)的解決方案。

1  裝置實(shí)現(xiàn)遙信數(shù)據(jù)采集的方法

實(shí)際應(yīng)用中，測控裝置對遙信量采集的原理是硬件上首先對強(qiáng)電信號進(jìn)行分壓，光電隔離變換后．通過開關(guān)量采集系統(tǒng)將強(qiáng)電的通斷信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的“0”、“1”電平，然后進(jìn)行定時(shí)采樣處理。其硬件電路組成原理如圖1所示。

 其中電阻R1和R2起到分壓作用。光隔完成左側(cè)強(qiáng)電系統(tǒng)和右側(cè)弱電系統(tǒng)的隔離．可編程邏輯芯片完成狀態(tài)量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。

 在測控裝置的實(shí)際運(yùn)行中．由于設(shè)計(jì)的不合理，導(dǎo)致設(shè)備抗干擾能力弱，采集的遙信不正確、漏采集現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。

 為了防止遙信誤報(bào)或漏報(bào)，在硬件上，裝置一般通過下面的手段提高抗干擾能力。

 (1)改善光隔導(dǎo)通電壓或在光隔中增加抗十?dāng)_電容，如圖1中的電容C。

 (2)提高開入的動作電壓。按照《同家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》繼電保護(hù)專業(yè)重點(diǎn)實(shí)施要求，制造部門應(yīng)提高微機(jī)保護(hù)抗電磁干擾水平和防護(hù)等級，光耦開入的動作電壓應(yīng)控制在額定直流電壓的55%～70%。

 在軟件上．裝置通過增加遙信信號的軟件濾波來提高抗十?dāng)_能力。遙信的軟件濾波一般通過遙信消抖時(shí)間來完成，其物理意義是繼電器接點(diǎn)最長抖動時(shí)間。

CPU將輸入的信號量電平寬度與預(yù)先設(shè)定的電平寬度設(shè)定值進(jìn)行比較，小于設(shè)定值則認(rèn)為是接點(diǎn)抖動而被丟棄，只有大于設(shè)定值的信號才被認(rèn)為是有效信號，遙信變位的時(shí)刻是遙信進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)刻。如圖2所示，假設(shè)在時(shí)刻t1受到十?dāng)_，CPU感受到抖動的變位信號．由于裝置設(shè)置有消抖時(shí)間，裝置認(rèn)為該變位為干擾信號并舍棄。對于時(shí)刻t開始的變位信號．裝置記錄為真實(shí)的遙信變位。

 對于遙信的消抖時(shí)間，目前尚兀相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)或規(guī)程要求，各生產(chǎn)廠家對測控裝置防抖時(shí)限的設(shè)置也不盡相同。為了防止交流串直流引起的遙信誤發(fā)信號，遙信消抖時(shí)間一般設(shè)置為大于10 ms。

 對于含智能終端的智能變電站．絕大部分遙信的采集南智能終端完成．因此SOE分辨率取決于智能終端。智能終端的遙信采集電路構(gòu)成與測控裝置類似．影響SOE分辨率的因素也相同，本文儀分析測控采集遙信的情況．對于智能終端采集遙信的情況不再贅述。

2遙信SOF分辨率的測試及理論分析

 遙信SOE分辨率為l ms的測試方法如下：測試儀器的動作接點(diǎn)1和動作接點(diǎn)2相差1ms相繼動作．要求測控裝置對應(yīng)記錄的遙信1和遙信

2的動作順序正確，且時(shí)標(biāo)相差1ms。

 實(shí)際測試時(shí)．測控裝置記錄到的遙信時(shí)標(biāo)偶爾會出現(xiàn)相同或相差2 ms的情況。下面詳細(xì)分析該現(xiàn)象出現(xiàn)的原因。

 測試裝置遙信SOE分辨率時(shí)要求測試儀器的動作接點(diǎn)1和動作接點(diǎn)2相差1ms相繼動作，由于實(shí)際測試時(shí)動作接點(diǎn)的動作時(shí)間存在誤差，假設(shè)誤差為At（一般小于0.01 ms），即t+At/2時(shí)動作接點(diǎn)1動作，t+l+At,/2時(shí)動作接點(diǎn)2動作。

 假設(shè)測控裝置采集到遙信開入的時(shí)刻為：年一月一日一時(shí)一分一秒一毫秒一微秒。由于遙信上送監(jiān)控系統(tǒng)的時(shí)標(biāo)最小單位為毫秒．對于微秒位的處理方法有舍棄法和四舍五入法。這2種處理方法對遙信SOE分辨率的影響各不相同。

2.1  舍棄法

 舍棄法是舍棄掉遙信時(shí)標(biāo)的微秒位。采用這種處理方法時(shí)．遙信動作在不同時(shí)刻對裝置遙信SOE分辨率有不同的影響。為了簡化，下文以毫秒為單位描述時(shí)間，其中t為整數(shù)，At為小數(shù)。

如圖3a）所示，當(dāng)動作接點(diǎn)1在（t+l-At/2）ms時(shí)動作，測控裝置遙信1的時(shí)標(biāo)毫秒位打?yàn)閠ms,遙信2的時(shí)標(biāo)分為2種情況。

 (1)若動作接點(diǎn)2在（t+2.O-At/2）ms時(shí)動作，遙信2的時(shí)標(biāo)會打?yàn)?t+l) ms．則SOE分辨率為1 ms，滿足1 ms的測試要求。

 (2)動作接點(diǎn)2在(t+2.0+△t/2) ms時(shí)動作，遙信2的時(shí)標(biāo)會打?yàn)?t+2) ms，則SOE分辨率為2 ms．不滿足1 ms的測試要求。

 如圖3b）所示，當(dāng)動作接點(diǎn)l在(t+l.O+Ad2) ms時(shí)動作，測控裝置遙信1時(shí)標(biāo)毫秒位打?yàn)?t+l) ms，遙信2的時(shí)標(biāo)分為2種情況。

 (1)動作接點(diǎn)2在（t+2.O-At/2）ms時(shí)動作，遙信2的時(shí)標(biāo)會打?yàn)?t+1)ms，則SOE分辨率為0 ms，不滿足要求。

 (2)動作接點(diǎn)2在（t+2.O+At/2）ms時(shí)動作，遙信2的時(shí)標(biāo)會打?yàn)?t+2) ms，則SOE分辨率為1 ms，滿足1ms的測試要求。

2.2  四舍五入法

 四舍五入法是根據(jù)時(shí)標(biāo)微秒位的大小選擇是否將毫秒位加1。采用這種處理方法時(shí)，當(dāng)遙信開入在整毫秒附近動作時(shí)．裝置遙信SOE分辨率能滿足1ms的要求。但是當(dāng)遙信開入在整毫秒的中間時(shí)刻動作時(shí)，也存在類似的問題。下面儀分析遙信SOE分辨率出現(xiàn)0 ms和2 ms的情況。

 當(dāng)動作接點(diǎn)1在（t+0.5 -At/2）ms時(shí)動作，測控裝置遙信1的時(shí)標(biāo)毫秒位打?yàn)閠ms．如動作接點(diǎn)2在( t+1.5+At/2)  ms時(shí)動作，遙信2的時(shí)標(biāo)會打?yàn)? t+2.0)  ms，則SOFJ分辨率為2 ms。

 當(dāng)動作接點(diǎn)1在(f+0.5+△t,/2) ms時(shí)動作，測控裝置遙信1的時(shí)標(biāo)毫秒位打?yàn)?t+1) ms，如動作接點(diǎn)2在（t+l.5 -At/2）ms時(shí)動作，遙信2的時(shí)標(biāo)會打?yàn)?t+1.0)nls，則SOE分辨率為0 ms．，

 從1二面的分析可以得知，進(jìn)行遙信SOE分辨率測試時(shí)．111于實(shí)際遙信開入的時(shí)間差并不是絕對的1ms,存在誤差△tms，遙信1和遙信2的SOE分辨率有一定的概率出現(xiàn)0 ms和2 ms的情況。出現(xiàn)0 ms和2ms的概率由遙信測試儀器1 ms間隔的誤差決定。假設(shè)遙信SOE分辨率測試儀器1ms的誤差為At ms,則測控裝置SOE分辨率出現(xiàn)0 ms和2 ms的概率百分比為100*△t。比如出為0.005 ms,則測控裝置SOE分辨率出現(xiàn)0 ms和2 ms的概率為0.5%。

 從上面的分析可以看出，受測控裝置遙信時(shí)標(biāo)的最小單位為毫秒的限制，理論上測控裝置遙信SOE分辨率小于1ms的要求不可能100%滿足。

3阻尼振蕩波試驗(yàn)及現(xiàn)象分析

 在實(shí)際應(yīng)用中．由于一次開關(guān)操作可能出現(xiàn)重燃現(xiàn)象，從而產(chǎn)生電磁干擾。阻尼振蕩波試驗(yàn)即模擬此類干擾對測控裝置的影響。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也要求測控裝置在阻尼振蕩波干擾下，遙信不誤發(fā)漏發(fā)，SOE分辨率不受影響。

 在某權(quán)威裝置檢測機(jī)構(gòu)進(jìn)行測控裝置阻尼振蕩波干擾下的SOE分辨率檢驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)測控裝置SOE受到了影響，出現(xiàn)SOE錯(cuò)誤的現(xiàn)象。具體現(xiàn)象為：差模干擾下，實(shí)際2個(gè)遙信開入時(shí)問相差1ms時(shí)，裝置遙信時(shí)間相差0 ms。將實(shí)際遙信開入時(shí)問差修改為10 ms后，裝置遙信時(shí)間仍相差Oms。

進(jìn)行阻尼振蕩波干擾試驗(yàn)時(shí)試驗(yàn)接線如圖4所示。

 圖4中SOE試驗(yàn)儀的K1首先閉合．1ms后K2閉合．試驗(yàn)要求測控裝置遙信1先于遙信2動作，且時(shí)標(biāo)相差1ms。

 為了提高抗電磁十?dāng)_能力，一般測控裝置要在遙信回路中添加電容濾波，如圖1中的電容C。

 根據(jù)阻尼振蕩波試驗(yàn)的國家標(biāo)準(zhǔn)( GB/T17626.12)．阻尼振蕩波的振蕩頻率為100 kHz和1MHz．且震蕩電壓在第三到第六周期后衰減至峰值的50%。理論上，阻尼振蕩波干擾的高頻干擾能被電容C吸收，此十?dāng)_不會引起光隔動作，從而影響遙信SOE。

 為了查明原因，在圖4中的測試同路增加了示波器監(jiān)視遙信開入同路電壓的變化。

當(dāng)在H1和H2之間打差模干擾，并進(jìn)行SOE測試時(shí)，示波器上捕捉到的波形如圖5所示。

 圖5中的通道1測量的是遙信開入1上的電壓，通道2測量的是遙信開入2上的電壓。

 從圖5中可以看出，遙信開入l閉合后，開入1 L的電壓瞬時(shí)由O V上升到220 V時(shí)，開入2上的電壓也同時(shí)上升到220 V并逐漸衰減。實(shí)際遙信開入2在10 ms后閉合，開入2上的電壓再發(fā)生一次突變。顯然，開入2上的衰減直流電壓導(dǎo)致了裝置開入2提前動作，即測控裝置遙信1和遙信2的時(shí)標(biāo)相同，SOE錯(cuò)誤。

 下面詳細(xì)分析出現(xiàn)初值為220 V的衰減直流分量的原因。

根據(jù)阻尼振蕩波試驗(yàn)的原理( GB/T17626.12)．對遙信開入1和遙信開入2進(jìn)行差摸干擾試驗(yàn)時(shí)的原理如圖6所示。

在電容兩端施加直流電壓時(shí)，由于電容的充電效應(yīng)．可認(rèn)為此時(shí)電容瞬時(shí)導(dǎo)通。如圖6所示，當(dāng)開關(guān)S1閉合．直流電壓對同路中的電容進(jìn)行充電．直流電壓能通過電容在遙信開入2回路中耦合進(jìn)瞬時(shí)的直流電壓。耦合路徑如圖7中的箭頭所示。由于干擾源中的R4，Rs較大，故圖7的耦合路徑是在圖6的基礎(chǔ)上進(jìn)行了簡化處理。

用Multisim仿真軟件對圖7對應(yīng)的電路進(jìn)行仿真，電路參數(shù)如下：R3為200 Q，L和L2為1uH，耦合電容C為0.5uF，電感L為1uH，測控裝置遙信開入回路以100 kfl,的電阻R進(jìn)行等效。S1閉合后，遙信開入2上的耦合電壓U2仿真波形如圖8所示。從圖8可見，遙信開入2上的耦合電壓超過了開入的動作值（大約135 V），且持續(xù)的時(shí)間超過了10 ms。因此，差摸干擾下，出現(xiàn)SOE分辨率錯(cuò)誤的原因是遙信1動作后，遙信2回路中耦合進(jìn)入了直流分量，導(dǎo)致遙信2提前動作。

4  改進(jìn)方法探討

 由于實(shí)驗(yàn)中的耦合回路和干擾源均集成到了實(shí)驗(yàn)儀器中，改變實(shí)驗(yàn)儀器的參數(shù)非常困難。本文提出一種實(shí)驗(yàn)接線方法能解決遙信開入l和遙信開入2的直流耦合問題。

在遙信開入1和遙信開入2上分別接入不同的直流電源可解決這個(gè)問題。具體的試驗(yàn)接線如圖9所示。

對應(yīng)的解耦的差模干擾原理電路如圖10所示。從圖10中可以看出，當(dāng)S1閉合后，遙信1回路中的光隔導(dǎo)通，遙信1動作，遙信2所在的回路沒有電流流過，遙信2不會動作。采用此方法后，遙信開入1和遙信開入2實(shí)現(xiàn)了解耦。

5結(jié)論

 受測控裝置遙信時(shí)標(biāo)最小單位為毫秒的限制，實(shí)際測試中遙信SOE分辨率小于1 ms的要求不可能100%滿足．本文分析了其理論原兇并計(jì)算了遙信SOE出現(xiàn)錯(cuò)誤的概率。進(jìn)行阻尼振蕩波試驗(yàn)時(shí)，遙信SOE分辨率錯(cuò)誤的原因是：SOE試驗(yàn)儀的動作接點(diǎn)1閉合后．通過耦合回路在裝置的遙信2回路中耦合進(jìn)了初值為220 V的衰減直流分量，導(dǎo)致遙信2提前動作。在通過仿真分析證明了該原岡后，本文根據(jù)阻尼振蕩波試驗(yàn)的特點(diǎn)，提出了開入1和開入2上分別接入不同直流電源的解耦解決方案。