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综合交通枢纽电力监控系统干扰分析与解决方案

[日期:2013-08-23]
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摘要:以深圳北站综合交通枢纽变配电所的电力监控系统为背景,针对变配电所电力监控系统中存在干扰的问题进行了详细分析,并结合现场实际提出了抑制干扰的措施,从实际运行效果来看,抗干扰措施得当,整个系统取得了较好的监控效率。
    关键词:交通;电力监控系统

    深圳北站综合交通枢纽是广深港客运专线和厦深铁路的重要枢纽站,位于深圳市宝安区龙华西南部,是深圳“两主三辅”铁路客运格局中最主要的客运站,也是深圳最大型的综合客运交通枢纽。北站枢纽东广场共设置1座10kV开闭所,6座10/0.4kV变配电所。西广场共设置1座10kV开闭所,5座10/0.4kV变配电所。新区大道改造工程共设置1座10kV开闭所,2座10/0.4kV变配电所。枢纽范围内的变配电所均实现了无人值守,这就对电力监控系统设备的可靠性提出了较高要求,而电力监控系统的抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行的关键。电力监控系统中所使用的各种类型控制设备,大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。因此,解决电力监控系统的干扰问题就成了一个不可回避和不容忽视的重要问题。

    1故障现象
    北站枢纽变配电所的电力监控系统在调试阶段,发现监测数据通讯延时较大,反映在监控画面上,就是监测数据长时间不能刷新,监测的实时性较差。起初以为是个别变配电所监控工作站配置存在问题,但在后续调试过程中又发现多个变配电所内监控工作站通讯网络都不同程度的存在时断时续,监控界面数据刷新异常缓慢,数据刷新的间隔有时长达十几分钟;而有时在遥信、遥测过程中又是正常的,察觉不到有明显的延时,并且这种现象反反复复。为此,调试人员对整个系统从硬件配置、物理接口着手,利用专业工具逐一检查,最终发现监控系统中的大部分工作站和通信服务器,在数据传输交互过程中存在明显的数据丢包及通讯不畅现象,并且网络延迟时间也比较长。在部分变配电所调试时还发现了某些断路器、隔离开关有误动作,及分、合闸位置判断错误等现象。后经进一步检查发现某些断路器、隔离开关的辅助触点有不规则的抖动,这些辅助触点则是通过长引线到开关量输入电路,开关量的输出通道是由控制系统输出至断路器的分、合闸出口电路。基于以上这种现象的分析及检查结果的判断,北站枢纽变配电所的电力监控系统存在干扰,严重影响了监控系统的可靠性。下面就针对存在干扰的问题,具体分析。

    2干扰原因分析
    从故障现象可以发现,电力监控系统干扰来源于外部和内部两个方面。外部干扰与系统结构无关,是由使用条件和外部环境因素所造成的干扰,主要由其他物体和设备辐射电磁波所产生的强电场和强磁场,如供电电压的波动等。供电电压的瞬时变动会产生掉电过电压、电流冲击和高频振荡等干扰。这些干扰都能通过配电线路传到监控系统的供电电源,影响系统设备的正常工作。内部干扰则由系统结构、生产工艺等造成的干扰,主要有信号线缆传输造成的电磁波的反射、多点接地造成的电位差扰动,尖峰信号引起的干扰。
    2.1信号线缆引发的干扰。与电力监控系统连接的各类信号(信号线和控制指令线)线,除了传输有效的各类信息之外,总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径:
    1)通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰;
    2)信号线受空间电磁辐射感应的干扰,即信号线上的外部感应干扰,这是很严重的。由信号引入干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低,严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统,还将导致信号间互相干扰,引起共地系统总线回流,造成逻辑数据变化、误动和死机。所以检测端信号必须加设隔离装置。
    2.2接地错误引发的干扰。接地是提高电子设备电磁兼容性(EMC)的有效手段之一。正确的接地,既能抑制电磁干扰的影响,又能抑制设备向外发出干扰;而错误的接地,反而会引入严重的干扰信号,使系统无法正常工作。控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对监控系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均,不同接地点间存在地电位差,引起环路电流,影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层必须一点接地,如果电缆屏蔽层两端A,B都接地,就存在地电位差,有电流流过屏蔽层,当发生异常状态如雷击时,地线电流将更大。其次,屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路,在变化磁场的作用下,屏蔽层内有会出现感应电流,通过屏蔽层与芯线之间的耦合,干扰信号回路。若监控系统接地与其他接地混接,所产生的接地环流就可能在地线上产生不等电位分布,将导致监控系统测量精度下降,引起对信号测控的严重失真和误动作。

    3抑制干扰的措施
    电力监控系统干扰问题,可以通过外引线进行屏蔽以防空间辐射电磁干扰,同时对外引线进行加装隔离装置。特别是动力电缆,选用合理的线路布局,分层布置,切断各种电磁耦合的途径。再就是正确选取接地点和接地装置,完善接地系统。针对北站枢纽项目存在的故障,结合现场的实际情况,采取以下几个措施来解决。
    3.1使各类传感器与通讯服务器连接。电缆两端接地具体方法为:在把传感器的输入线接到继电器之前,扒开并剪去约10mm长的绝缘皮,露出铜屏蔽层,并将露出的屏蔽层拧紧,就近固定在开关柜的接地端子排。这样就构成了等电位面,而且由于传感器端接地与通讯服务器端(已接地),实际组成了两端接地,能够有效的屏蔽干扰信号。连接电缆屏蔽层两端接地电流传感器电缆(双屏蔽层)连接器其次,再增加一条长约200mm,宽10mm的编织软铜带,从通讯服务器的机箱外壳接到电力监控屏的柜壁。通过集肤效应可知,电流或信号只会沿着铜导体表面传播,10mm的宽编织软铜带有400mm的传导长度,能使机壳更有效的接地,消除干扰信号。
    3.2降低电压互感器和电流互感器接地电阻。变配电所的监控系统、保护装置所采集的模拟量,大多都来自一次系统的电压互感器和电流互感器,它们均处于强电回路中,不能直接输入监控系统,必须经过设置在监控系统各种交流回路中的隔离变压器(俗称TA和TV)隔离,这些隔离变压器一次、二次中间的隔离层要安全接地,并尽可能降低电流互感器,电压互感器的接地电阻,这样可以降低因高频电流注入时产生的电压差,构成一个具有低阻抗的接地网,从而有效降低对监控系统的干扰。具体方法为:使用导流能力较好的宽编织软铜带,牢靠连接TA和TV的外壳,再用接地电阻仪测试,并调整软铜带连接的松紧程度,直到测试数据较低时为止。
    3.3选用带屏蔽的双绞线,并与电力电缆分层敷设。电力监控系统的信号电缆主要是双绞线,枢纽的各变配电所之前均使用的是非屏蔽双绞线(UTP),都或多或少存在时延较大现象。为此将非屏蔽双绞线更换为屏蔽双绞线(STP),并将靠近测量装置端的屏蔽信号线的屏蔽层接地,经现场测试,数据通讯的时延类比其他项目均正常。其次,又将从各个测量装置引出,到连接至通讯服务器的双绞线,全部进行捆扎并固定,与电力电缆分层敷设,以减少电磁干扰。
    3.4 软件上采取的措施。一旦干扰突破了由硬件组成的防线,可由软件来进行纠正,如将保护测量装置设定接收到时间在50ms以内的信号为干扰信号,不予理会;还可以对每个测量信号设置两个通道,只在两个通道读数一致时才可信,否则取用以后的数据,相当于让保护带延时以躲过干扰。其次,可以将电力监控系统的跳闸程序进行闭锁。在保护装置中可设定标志字的状态,当接收到上位机的跳闸命令,保护装置核验标志字的状态,若正确,则执行跳闸命令,否则便重新初始化。

       4 结语
       深圳北站枢纽变配电所电力监控系统中存在干扰因素是多方面的,结合现场的实际分析,采取了有效接地、合理屏蔽等综合防护的措施,显著降低了干扰的影响,目前各变配电所电力监控系统均取得了较好的监控效率。

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