保护信号范文

保护信号范文（精选9篇）

保护信号 第1篇

1 就地装置与DCS中的干扰及处理

所谓就地装置就是实现电机油站、空预器、风机油站及磨煤机油站等控制柜的就地控制。如果需要远实现方进行操作以及实现重要参数监控、保护功能, 就必须让就地装置同DCS有大量联系。但现实是当下定型产品的风格迥然不同, 那么风险也就难以避免。

例如:某厂家的风机控制柜的信号有些是常开点、有些是常闭点, 并且采用公共线送DCS的方式, 结果热工维护时不小心碰到了公共线, 随后油泵马上停止, 信号也出现误发, 最终风机出现跳闸的后果。处理:

(1) 抛弃使用就地装置来转接保护信号的方法, 而是把保护功能完全装进DCS中。

(2) 少用常闭点信号, 最好用常开点信号完全替代常闭点信号的使用。

(3) 少用或者不用公共线, 这样上述状况也难更好避免;第四、对于开关量信号而言, 最好是使用干接点, 而对模拟量信号而言, 无论是对DCS还是对装置, 要把两者的就地要求都考虑到位, 尤其是DCS、装置都要接地的时候, 必须事先加入信号隔离器把两者隔离。

2 电缆选型中的干扰及处理

控缆、动缆敷设时没有分层, 保护信号又容易被电缆的电磁所干扰, 信号误发就因此产生, 所以敷设控缆、电缆时特别注意严格分层。例如:某厂某日遇雷雨天气, 某些区域的电缆屏蔽层出现接地不良的情形, 以至于DCS启动了防浪涌功能, 信号也因此减弱, 所以要时常对电缆屏蔽层在接地方面的情况多检修。第四、例如:某厂的电缆转接头因为进水而误发信号, 接着磨煤机出现误动跳闸, 所以也要常常查看电缆转接头是不是完好的。

3 辅助设备的干扰及处理

例如:某厂某日所有的磨煤机都跳闸, 以至锅炉启动灭火的保护行为, 最终使得机组解列。追查原因发现:磨煤机的辅助设备控制箱的电源失电, 以至油泵停止, 加之动力电源是控制电源的来源, 所以备用油泵也就没有联启, 在油泵全部停止的情形下, 磨煤机也就全部跳闸。这种情况只需对电源配置加以完善, 隐患也就自然消除。

4 外围系统干扰及处理

以往的维护模式下, 热工保护更注重对主机区域保护, 对外围系统比如除灰、化水、脱硫等就欠缺保护。但是, 检查标准是涵盖了外围系统的, 现实是外围系统问题颇多, 只要这些问题爆发, 单元机组即使不停止出力也会降低, 这让整个厂的安全都不保。所以要有效化解上述问题, 不是多投入资金或重新配置人员就能解决的, 更重要的是转变观念, 把外围系统与主机区域两者的热工保护同等对待。

5 气源、电源的干扰及处理

控制电源和设备的动力电源在配置上出现故障, 例如某电厂的磨煤机辅助设备的控制电源和电力源使用同一电源。热工控制回路接地造成磨煤机就地控制柜失电造成事故跳闸。电厂的排渣系统的装置到位之后开关安装位置较低, 运行的时候清理渣斗造成电缆蛇皮管压坏, 导致了断路开关跳闸、信号线接地, 液压油压低的油泵电气回路失电。C磨跳闸之后, 经过实地调查发现1号机组, C磨液压油站加载电磁阀左侧的变加载线圈已经被烧毁。加载电磁阀是双线圈电磁阀, 就地检查发现电气回路有延时继电器。由于运行人员操作不规范, 从而导致双线圈同时带电而引起左侧变加载线圈烧毁。处理措施是将延时继电器的时间调到零。从上述两种情况不难看出, 热工控制回路应选用独立电源回路, 这样设备的安全性、可靠性就会得到很大的提高。

6 解/投保护的干扰及处理

如果需要消缺时就必须短暂地解除保护, 解除行为不正确, 反而会引发保护的误动作。解决这类难题注意2点:第一点、解/投保护有它的审批流程, 必须按程序走, 既要做好对应的记录, 又要重视监护制度。第二点、自设计系统起就特别要统筹考虑, 把可能的人为误动从源头上加以消灭。比如:设计规划软件逻辑的时候, 增加设置软件解投按钮, 这样就不会有投错保护、解错保护等情形产生。再如:增设保护的闭锁, 目的是预防解除了保护后, 保护却仍是动作状态, 马上投入闭锁保护后, 那么“一投就跳”的这种现象就能被抑制, 以此让人为误动概率降为最低。

7 结束语

要想拥有更可靠的热工保护系统, 第一原则是保证没有拒动发生, 第二原则是误动概率降至最低。上文论述能看出:保护回路、保护电源、信号检测及执行机构等是热工保护的重点。对热工保护从这些方面加以实施, 对实现可靠热工保护系统意义非凡。另外, 对技术层面与管理层面充分思考后, 总结并落实热工保护的可行措施, 对于机组的安全以及经济也有正面影响。

参考文献

[1]朱北恒.火电厂热工保护系统的可靠性分析[J].浙江电力, 2013, 5 (11) :23-30.

[2]焦洪波.火力发电厂典型电热保护误动的原因[C].2010年全国发电厂热工自动化专业会议论文集, 2011.

保护信号 第2篇

一、总则

1.1为适应电网快速发展及调控一体管理模式的要求，充分发挥电网二次设备的性能，减轻运维检修人员的劳动强度，提高电网运行效率，决定审慎开放对福建电网各变电站35千伏及以下等级的继电保护（含110千伏备自投等安全自动装臵，以下同）远方投退软压板，开放各电压等级的保护信号远方复归，为规范本项工作，确保电网运行安全，特制定本规定。

1.2本规定规范了继保设备软压板和信号远方操作要求、实现办法、应用原则以及保护设备应满足的技术条件等。

1.3本规定适用于福建省电力有限公司所属已实现调控一体并完成二次远控操作功能调试验收的直管单位新建变电站，已运行变电站应依据调度主站和变电站二次设备的技术条件逐步完善，其他采用调控一体模式的配调中心可参照执行。

二、术语

2.1远方操作：指在调控中心EMS系统及该系统运维监控工作站遥控投退保护软压板、复归保护信号的操作。

2.2就地操作：指在保护屏上进行硬压板的操作或通过保护装臵面板进行软压板的操作；在保护屏上对保护信号进行复归的操作。

三、软压板远方投退及信号远方复归实现办法

3.1 新建站在调控一体技术支持平台以站内遥控方式实现远方投退软压板功能,即由调控系统延伸工作站下发远方投退软压板的命令给综合自动化系统，再由综合自动化系统将投退命令转发给保护装臵执行。目前采用远方改定值的规约命令方式实现远方投退软压板功能的厂站可继续运行。

3.1.1保护装臵及站内综自系统应具备软压板及其远方投切功能，保护装臵的软压板功能，即重合闸、低周功能、备自投方式等功能性压板的投退应以软压板的形式而不能以控制字的方式进行，同时保护装臵应支持将软压板做为遥信形式上送并在远方投退成功后将投退情况以变位遥信的形式上送，如投退不成功，应返回遥控失败信息。注：保护装臵软压板与硬压板的关系均采用与门逻辑。3.1.2实行远方投退继电保护和自动装臵软压板的变电站，各继电保护和自动装臵相应的硬压板正常应保持固定状态。如：重合闸压板投入、闭锁重合闸压板解除、低周减载压板投入、备自投外部方式压板均解除等。

注：备自投装臵外部方式压板投入时均为闭锁相应方式压板，应针对不同装臵软压板投入定义不同而采取不同的遥控方式。

3.2变电站继电保护信号的远方复归功能在EMS系统中实现，采用软复归及硬复归两种方式。

3.2.1软复归：由EMS系统远方发送规约命令，通过保护装臵通信接口实现保护动作信号复归，它直接作用于保护装臵。

3.2.2硬复归：由EMS系统远方发操作命令给测控装臵，通过测控装臵的硬接点去启动保护装臵的复归继电器，从而复归保护信号，类似触动保护屏上的信号复归按钮。一个复归命令对应复归一个屏内装臵所报出的信号。远方复归必须保证一对一的正确性，严禁复归信号变成了开关及刀闸的遥控操作，保护信号远方复归后必须能返回执行情况，以保证现场信号确已被复归。

3.3 保护装臵信号远方复归新建变电站应统一采用软复归方式，操作箱等无通信接口设备采用硬复归方式，已投运变电站内部分保护装臵功能上无法实现信号软复归的，测控装臵控点够的可采用硬复归方式，控点不足的待保护改造或技改时实现本功能。

3.4为保证运行监控人员可以快速、准确、完整的获取现场一、二次设备运行信息，保护设备及功能设计应满足以下要求：

一类硬接点信号，保护设备应提供带自保持功能的信号接点，厂站自动化系统采集的是带自保持功能的信号接点。

二类和三类硬接点信号，保护设备应提供不保持的信号接点，异常情况消除或方式改变，相应信号节点应返回；在异常情况未消除时，保护设备应保证异常信号不被任何形式的复归命令所复归。

反措要求的软报文信号（如差动保护CT断线信号）、保护测控一体化装臵的重要软报文信号（含保护测控装臵动作总、告警总两个信号）等一类软报文信号，调控系统应将该类软报文信号设臵带保持功能。

四、远方复归信号和远方投退软压板应用原则

4.1调控中心负责对信号内容及性质进行初步分析和判断，对设备异常信号通知运维站及时记录、核查和处理。运维站接到调控中心指令后，应及时核查设备异常信号，结合现场设备情况进行分析和判断，确认是否可远方复归，对于符合远方复归条件的给予复归，不符合的派人现场检查，闭环跟踪处理，及时掌握所辖变电站运行工况和设备健康水平。

4.2信号远方复归必须确保电网及设备安全运行，确认不会遗漏设备安全隐患和缺陷的情况下进行。信号远方复归前必须确认该装臵已发出的所有信号均可以远方复归，不会误复归影响设备安全运行的重要信号。

4.3对于已有运维人员在现场或有人将去现场检查的，应采用现场复归信号。

4.4信号远方复归必须具备较高技术资格人员担任。信号远方复归必须如实记录在运维站运行日志中，且应方便查询及统计。

4.5远方复归信号结束后，运维站人员应通过EMS系统确认信号已复归，并电话汇报至调控中心。调控中心再次确认信号已复归后，一般不必再安排人员到现场检查确认，但对于一类事故信号，在事故应急处理后，仍需安排人员至现场检查确认。

4.6可采用远方复归的信号归类如下（仅对于具备且已进行调试验收的可远方复归的装臵信号，不具备该功能则必须进行现场检查确认及手动复归）。

4.6.1 正常运行出现Ⅲ类状态信号，收发信机动作信号，失灵启动装臵电流达启动值的信号，保护过负荷信号、母差保护“开入变位”信号，如确认上述设备除启动或变位信号外无其他信号时，可对该设备此类信号进行远方复归。母差保护“开入变位”信号复归后再次出现，应现场检查设备。

4.6.1由于系统方式改变导致保护失压的保护装臵Ⅱ类异常信号（如方式改变导致备自投装臵失压、母差保护失压、低频低压装臵失压、线路保护装臵失压、母差保护闭锁开放等）。

110kV主变保护中各侧PT断线为自保持信号的，如南自PST1200（简化版）、PST671U，在确认无其他异常告警信号时，例如母线遥测值已恢复正常、复压开放已返回，可由运维站人员自行进行远方复归，如无法复归，则应反馈调控中心并立即通知检修人员，按消缺流程处理。

4.6.2正常系统操作出现的Ⅲ类状态信号，如采用远方遥控母联开关或者远方遥控刀闸引起的母差保护“开入变位”、“互联”信号，远方确认遥控对象已成功变位且该信号为遥控操作引起，可远方复归该信号。倒闸出现的“切换继电器同时动作”，“切换继电器同时不动作”，系统扰动出现的“收发信机装臵动作”，正常运行中母差保护出现“互联”信号，可远方先复归一次。

4.6.3本线无故障时允许式接口装臵收、发令信号复归需对整个电网方式进行分析后，才允许进行远方复归。

4.6.4闽电调„2009‟870号文异常信号中的非紧急缺陷类信号，原则上可尝试进行远方信号复归，如信号远方复归成功后，不必再立即安排人员至现场进行信号复归，但应结合巡视至现场再次确认状态。

告警异常类信号出现后，部分保护装臵（带自检功能）硬接点出现后但无相应软报文信息提示其当前状态，则运维站人员可对其先行远方复归（不是复位），确认当前状态后（是异常一直存在，或异常已消失），将设备运行状态告知检修人员分析、处理，同时运行人员立即到现场安排设备检查，核对及确认相关信息（自检信息等），提高检修人员对异常信息的分析、判断和处理效率。若异常信号伴随有软报文信号出现，不论报文提示该信号是否已复归，均不进行远方复归，要求运维站人员现场检查确认后手动复归，并将现场检查情况汇报检修人员。

4.6.5 220千伏及以上开关的操作箱出口跳闸信号、110kV及以上线路开关跳闸时的保护动作、重合闸动作信号均为自保持信号，两侧GIS开关（调控一体支持系统中应能够将两侧GIS开关的设备用特殊标记标识）的线路保护跳闸重合不成功后加速跳闸调度要求强送时，由调控中心通知运维站人员，运维站人员在指定时间内确认报文上送完整，至少一套保护动作正确，无其余一二次设备异常信号下，在强送前对这些相关的跳闸信号进行远方复归，对于高频闭锁保护应进行高频通道检查试验无异常。在台风和恶劣天气电网故障频发时线路保护跳闸又重合成功后的跳闸信号（要求双重化配臵的保护均动作）可由运维站人员自行进行远方复归。上述事件处理结束后应安排人员到现场检查核对一二次设备状态。

4.6.6 35kV及以下线路保护或备自投装臵中事故总和报警总信号为自保持信号的，例如北京四方的CSC-

211、CSC-221A、CSC-246，在确认故障已切除或无其他异常告警信号时，可由运维站人员自行进行远方复归，如无法复归，则应反馈调控中心并立即通知检修人员，按消缺流程处理。信号远方复归成功后，仍应结合巡视至现场再次确认状态。

4.6.7其他各单位经专业认证和领导审核批准可进行远方复归的一二次信号。

4.7下列情况必须现场进行手动复归：

4.7.1正常运行出现Ⅱ类状态信号，不论信号是否可以远方复归，均需安排运维站人员现场检查确认。信号分类及复归类型如下：（1）出现“装臵闭锁”、“直流消失”“火灾报警”信号，不采用远方复归，需安排现场检查、确认。

（2）EMS监控系统有异常信号且对应软报文未复归的，运维站人员应立即通知检修人员分析、处理，以提高缺陷处理效率。

（3）出现“CT断线”、“母差开入异常”等信号，为防止设备二次回路有接触不良而信号可被复归的情况发生，该类型信号必须人员至现场检查，确认无异常后采用现场复归。

4.7.2 正常运行同一变电站同时出现两套及以上保护同一类型的装臵异常信号，不采用远方复归，要求现场检查确认后手动复归。4.7.3 高频保护装臵或光纤差动保护装臵的高频（光纤）通道异常或通道中断报出时，不可采用远方信号复归功能。该类型信号必须人员至现场检查，确认无异常后采用现场复归。

4.7.4设备故障或异常信号远方复归成功后，短时内（1小时内）再次报出时，不得再进行远方复归，需至现场检查确认后手动复归。4.7.5部分动作信号返回时无复归报文上送，该类型信号不得采用信号远方复归，需至现场检查判断后手动复归。

4.7.6开关变位伴随的保护动作信号(非4.7.5两侧SF6开关的线路保护跳闸重合不成功后强送条件外)，运行人员必须到现场检查确认,装臵异常可能影响保护正常运行的保护信号，运行人员也必须到现场检查确认。

4.7.7对于直流系统等设备采用智能接口，技术上无法实现信号远方复归，必须现场复归该类型设备的信号。

4.7.8正常运行EMS监控系统出现保护跳闸信号，但无相应开关变位及潮流变化时，不得采用远方复归，需现场检查设备。

4.7.9闽电调„2009‟870号文各类信号中需要通过现场检查、确认一二次设备状况的，不得进行远方复归的信号。

各单位应在保证电网及设备安全的前提下，根据实际情况制定相应的各类信号远方复归策略。对于保护、自动装臵因通讯异常或其他原因导致经常误报，但短时无法处理又不影响设备运行的，以及间歇性、季节性出现的异常信号，应明确其复归条件，供运维站人员对照执行。

4.8远方投退软压板，由调控中心依据专业部门的方式单意见下达给运维站执行，运维站接到调控中心指令后，应及时核查设备和通道异常信号，在主站端设臵保护装臵通讯状态一览表，要求运行人员在操作前先确认保护装臵通讯状态。状态正常方允许远方投退软压板，保护通讯中断时严禁进行远方投退软压板操作。

4.9采用远方进行“重合闸投入”、“低周减载”等软压板的投入或退出操作时，严禁同时通过操作就地保护屏上的重合闸出口、合闸出口或闭锁重合闸硬压板来进行重合闸投入或退出操作，严禁同时通过操作就地保护屏上的低周减载硬压板来进行低周功能投入或退出操作，要求在其每条线路保护装臵上做好看板管理。

4.10远方进行软压板的投入或退出操作也应严格执行操作票的有关规定，严禁无票操作或单人操作。

4.11软压板采用远方操作后，变电运行值班员应结合巡视检查保护装臵面板上软压板状态是否正确。

4.12在就地通过保护装臵的面板进行软压板的投入或退出操作后，应与远方对应软压板进行核对状态正确。4.13异常处理

4.13.1“保护通讯中断”光字牌亮，则无法在远方进行投退软压板的操作，应立即汇报维护人员进行处理，此时相应软压板只能在相应就地保护装臵面板上进行投退。

4.13.2当出现远方软压板状态与就地保护装臵面板上状态不一致时，在确认保护装臵未死机的情况下，则以就地保护装臵面板上软压板的状态为准，若保护装臵死机或远方软压板状态不正确应汇报维护人员进行处理。

4.13.3在远方操作投退继电保护和自动装臵软压板和信号复归过程中，发生系统异常无法继续操作时，专业人员应到现场进行检查，确认当前设备软压板运行状态和发生异常的原因并处理。

4.14能实现保护远方软压板投退操作的变电站，应及时更改相应典型操作票，现场运行规程、巡视作业指导书及巡视卡。4.15远方投退软压板成功确认方法

4.15.1远方修改定值系统具备在远方召唤定值的功能，而保护软压板作为定值的一部分能被召唤，可在远方修改定值系统中获取软压板的状态进行确认。

4.15.2软压板在变位后主动上送变位信息，远方投退软压板主站端根据变位信息修改主站端显示的压板状态；主站端定时下发总召唤命令，将下属保护装臵压板状态召唤上来，避免由于变位信息发生、传输、接收过程中可能产生的错误而引起主站端压板状态与保护装臵压板状态不一致。

4.16保护信号和软压板远方操作功能集成在调控一体的应用支持系统中，该系统应具备以下功能要求。

4.16.1运行所延伸工作站可查阅、核对继电保护和自动装臵软压板状态，具备软压板投退操作，可远方执行信号复归。

4.16.2远方投退继电保护和自动装臵软压板、远方复归信号时需经用户名及密码确认，并实行监护操作。

4.16.3远方操作投退继电保护和自动装臵软压板和复归信号必须逐个执行，不得批量操作。

4.16.4系统具备继电保护和自动装臵远方投退软压板和信号远方复归的事项记录功能，并提供查询功能。

4.16.5监控系统应具备统计并显示一周期内同一个信号出现的次数，防止调控运行人员遗漏重要信号。

五、对新建、改扩建工程要求 5.1新建、改扩建工程在设计、设备选型、接入调试时应能满足实现信号远方复归功能，新投运保护装臵的重合闸、低周功能、备自投方式的投退和改变应以软压板的形式进行，不能以控制字的形式进行，同时保护装臵应支持远方投退软压板功能，能对收到综自系统及监控系统的投退软压板及招唤软压板命令作出正确的响应。

5.2新建、改扩建工程需远方信号复归功能须在启动送电前经调试成功，保护装臵、综自系统、调控系统经验收合格且应经运行所延伸工作站和当地后台监控机分别进行实际遥控投退“重合闸投入”和“低周减载”等功能软压板，远方与就地状态核实无误，确保信号复归一对一的正确性，方可进行远方重合闸和低周减载等功能投退操作。

在运行变电站状态下进行验收时需要做远方投退压板的试验，应有防止控错间隔，控错压板的措施。

5.3启动送电前基建部门应统计允许进行信号和软压板远方操作功能的装臵清册并移交调度运维班组、调度自动化和继自班组学习和存档。

六、附则

保护信号 第3篇

关键词：汽机ETS；电缆电容；保护信号；电跳机

中图分类号：TK269 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）17-0072-02

某电厂2×135MW汽轮机危急遮断系统（ETS）保护装置由上海汽轮机有限公司（STC）提供ETS电跳机保护工作原理示意图，当主PLC（MPLC）和辅助PLC（BPLC）输入通道同时扫描到电跳机回路触点闭合，主PLC（MPLC）和辅助PLC（BPLC）经过逻辑运算后由其输出通道断开AST电磁阀的电源，使AST电磁阀失电动作。

1 事件经过

某电厂#2机组并网后投入ETS电跳机保护的瞬间机组误跳闸。查#2机组DCS的SOE记录，发现#2机组跳闸情况很奇异，甚至可以说跳闸得有些不符合逻辑，具体情况

如下：

12时13分56秒841毫秒（推算为投K1时间）ETS装置发汽轮机主汽门关闭、MFT指令；56秒940毫秒发变组出口开关2201跳闸；57秒10毫秒发电机灭磁开关跳闸；57秒22毫秒汽机主汽门关闭；58秒867毫秒（推算为投K2时间，因为正常情况下此时间与两外一路发变组）ETS装置发出发电机出口开关跳闸信号。查ETS跳闸首出逻辑画面显示“电跳机”（说明：主汽门关闭信号不进ETS首出逻辑，所以即便是汽轮机先跳闸也不会在首出画面显示），检查汽机跳闸前后各参数正常，检查#2机ETS未发现问题。后联系电气专业检查#2发变组出口开关2201辅助触点及就地端子箱，联系机务专业重点检查EH油、润滑油系统有无泄漏。电气和机务专业检查后未发现设备异常。后向中调申请空载合2201开关，试投电跳机保护正常。#2机组重新并网，再次投入ETS电跳机保护正常。

2 原因分析

从热工控制的方向分析，要让AST电磁阀失电跳机只有三方面的原因：（1）AST电磁阀双路110VAC电源在投入保护过程中恰好故障，导致汽机跳闸。但测量双路电源都正常，排除这种可能；（2）ETS开关量双路输出卡件（通道）在投入保护过程中恰好故障，导致汽机跳闸。通过检查和测试卡件工作正常，所以也排除这种可能；（3）在投入保护过程中恰好输入回路瞬间扫描到电跳机接通信号，通过ETS输出卡件发出AST电磁阀失电指令，跳闸汽机，排除了以上两种可能性，只有这种原因导致跳机。

调查当时投保护的三人已确认2201开关在合闸状态，且操作完全按照操作票正常执行，排除误操作的可能。排除人为因素，就只剩下保护回路自身的问题。由于电跳机回路电缆总长有300米，存在电容效应，在投入电跳机保护时有导致信号通道电压瞬间拉低的可能，以致ETS系统误判，进而误跳机。

因此本次离奇的跳机的原因锁定在电跳机回路设计缺陷。

3 电跳机回路电容效应分析及试验

通过分析确定跳机原因之后，还要证实分析是否正确。下面通过理论和试验来分析验证。

3.1 理论分析

3.1.1 图1是电跳机输入回路的工作原理图，当K1、K2闭合的情况下（即保护投入状态）只要现场发电机出口开关辅助接点S闭合，光耦的正负极之间有电流流过，并电流大于2.5mA足够接通光耦，则认为S闭合。

图1

3.1.2 那么该回路是否有误认S闭合可能性，如果将K1、K2到S间的信号电缆看作是一个电容，实测电容容量为49nF。K1本身也可以看作是一个电容，在K2投入的瞬间，即使在K1没有投入的情况下，实际上电源的正负极之间有电流流过，所以可造成瞬间误判导致跳机。

3.2 投保护试验

3.2.1 用CAAP2000录波仪分别测量PLC的I/O通道24VDC电源电压、电跳机DI通道电压、电跳机信号电缆电压，观察在K1、K2开关投入瞬间PLC通道电压变化情况。发现在电跳机保护投入的瞬间PLC通道电压瞬间降到11.46VDC，持续1ms后恢复正常。经过反复试验，PLC通道电压在每次投保护时谷值都有不一致，范围在11.13～12.46VDC。在不接地线情况下测得PLC通道最低电压为10.15VDC，这说明接地线对通道压降有一定影响。

3.2.2 甩开发变组出口开关至ETS柜的电缆，只测量发变组保护屏至ETS柜的电缆在保护投入瞬间电压，此段电缆长度约为50米。结果发现PLC通道电压下降幅度不大，谷值在19.97VDC附近。

3.2.3 甩开发变组保护屏至ETS柜侧信号电缆，只测量2201开关至ETS电缆在投入保护瞬间电压，此段电缆长度约为250米。结果发现PLC通道电压下降幅度很大，谷值在13.47VDC附近。

从以上试验可以判定，在投入电跳机保护瞬间，PLC通道在给电缆进行充电，导致PLC通道电压突降，但不是每次都会降至I/O通道判断的门槛值，所以不是每次投保护时都会导致保护误动。

4 解决方案

证实原因分析正确后下一步就是采取措施进行防范。我们在投切开关间采用充电电阻，对电缆进行充电，以提高在保护投切的瞬间PLC通道扫描电压的稳定性。

具体措施如图2所示，在K1、K2上并接合适的电阻，使其在K1、K2断开时对电缆进行充电。在闭合K1、K2后充电电阻被旁路掉，不影响PLC对2201开关辅助接点信号的扫描。

图2 电跳机保护回路增加充电电阻R1、R2示意图

此方案的关键问题在于找出一个合理的电阻值。我们通过在PLC输入回路里串入滑线变阻器（R1、R2）试验电跳机保护回路的方法来寻求此电阻值。初步试验发现串入电阻值在4490Ω以下时PLC还可以扫描到开关量的状态，电阻值大于5190Ω时PLC认为外回路处于断开状态。进一步改变滑线变阻器（R1、R2）的阻值，观察信号电缆在合闸状态下的电压值。我们发现R1、R2阻值越大外回路分压越小。说明长电缆有自放电现象，放电电流在1mA左右。为保证外回路电压大于20VDC，最后选用R1、R2阻值为50KΩ、功率0.5W的电阻。

5 实施效果

确定电阻后，观察接入电阻后投入电跳机保护时PLC通道、信号电缆电压波形。发现在接入电阻的情况下投入电跳机保护，对通道电压影响非常小，消除了在投保护瞬间电缆充电对通道的影响。

增加充电电阻后进行开关分闸试验，分闸后电压降时间为0.2ms，保护回路动作时依然可以实现快速可靠。

6 结语

根据试验数据分析，加装保护回路充电电阻对保护装置和保护逻辑无影响。满足保护的快速性，巧妙解决长电缆充电导致PLC误判的问题。又不违反ETS设计标准和二十五项反措要求。实施起来方便，成本可以忽略不计。此方法适用于所有PLC、单片机的开关量长电缆输入信号投切保护回路。

参考文献

[1] 国电发（2000）589号.防止电力生产重大事故的二十五项重点要求实施细则[S].

[2] 邱关源.电路[M].北京：高等教育出版社，1999.

[3] 火力发电厂热工控制系统设计技术规范（DL/T5175-2003）[S].

开关磁阻电机位置信号故障保护算法 第4篇

电机的微机保护技术的特点是数字化、智能化以及多功能化[8,9]。在电动车驱动系统中,考虑成本、安装空间等因素,电机保护必须依托开关磁阻电机控制器来实现,同时提高控制系统中电机和控制器的安全可靠性,发挥开关磁阻电机成本低、控制灵活等优点。本文针对上述问题,对其控制原理进行分析,研究正常和异常位置信号随转子转动的规律并提出位置信号故障的保护算法,在STM32为核心的控制器中实现此算法,并建立测试系统验证算法的正确性。

1 开关磁阻电机控制原理分析

开关磁阻电机调速系统主要由开关磁阻电机(SRM)、功率变换器、控制器和检测器4部分组成[10],如图1所示。

控制器根据电机反馈的位置信号得到当前电机定转子的相对位置,由此来判断当前应该开通的电机相限,将控制信号传送给功率变换器,驱动开通此相对应的MOS管,使得电机该相绕组两端连接电源,从而驱动电机运行。位置检测器一般固定在电机后端,使用开关型霍耳器件对固定在电机转子并且跟随转子旋转的磁环进行检测,由于磁环上N/S极分布对称均匀。随着电机转子的旋转,位置检测器的输出信号为0~5 V高低电平循环输出。

不计电动机磁路饱和的影响,假定相绕组的电感与电流的大小无关,且不考虑磁场边缘扩散效应,相绕组的电感随转子位置角θ的周期性变化规律可以用简化线性模型描述,如图2所示。

图2中Lu为定转子凸极非对齐位置的电感,La为对齐位置的电感,Linc为上升区电感,Ldec为下降区电感,βs为定子极弧,βr为转子极弧,τr为转子极距。在θ2~θ3区域内,定转子磁极不相重叠,电感保持最小值Lu不变,在θ4~θ5区域内,定转子磁极完全重叠,相电感保持最大值La不变,在θ1~θ2和θ3~θ4区域内,定转子磁极部分重叠,相电感值随重叠面积线性减小或增加。

根据转矩简化公式:

电机输出力矩是和电流平方以及相电感对于位置角度的微分成正比。在某相电感的上升阶段,开通该相使得电流流过,产生正向力矩,反之在某相电感的下降阶段开通该相绕组,则会产生负向力矩,影响电机的正常运行。那么电机应该在定转子凸极的非对齐位置开通,此时电机的相电感正处在上升阶段,然后在定转子凸极的对齐位置前关断,保证对齐位置是电流减小为零,在电感的下降阶段不产生负力矩。

开关磁阻电机系统通过三相不对称半桥功率变换器轮流开通或关断电机绕组,绕组开通连接到电源产生磁场,驱动电机运行。其电路原理图(三相)如图3所示。

图3中,Udc为驱动电机系统的直流电源,T1~T6为功率管,可以选择Power-MOSFET或者IG-BT等,D1~D6为续流快恢复型二极管,A,B和C三相分别为电机各相绕组。以A相为例,功率变换器的工作过程为:当T1和T2导通时,A相绕组从直流电源吸收电能,此时UA=Udc;若T1和T2中任意关断一个,假设关断T1,则相绕组电流经D2和T2继续流通,进入自然续流状态,直到绕组中存储的能量消耗完毕,此时UA=0,称为“续流”;若T1和T2同时关断,则相绕组电流经续流二极管D1和D2继续流通,并回馈给电源,进入回馈制动状态,此时UA=-Udc,称为“回流”。这种形式的功率变换器具有控制灵活方便,相与相之间电流独立,上下桥臂间不存在“直通”问题,能量能够回馈使得系统效率高等优点,可以更方便采用不同的控制策略。

2 位置信号故障保护

目前主流的12/8结构三相开关磁阻电机的位置信号检测器采用电磁式位置信号采样电路,使用3个开关型霍耳元件检测磁环的磁极,每个霍耳器件相隔为30°,与转子连轴旋转的磁环由弧长为45°的8块圆形磁铁充磁而成,其中N极和S极弧长均为22.5°。开关型霍耳位置传感器输入为磁感应强度,输出为数字信号。它是一个双值元件,对于N,S磁极分别输出为“0”和“1”。假设A相定转子凸极非对齐时,相对位置θ设为0°,12/8结构三相开关磁阻电机中相邻转子凸极间相距45°,相邻转子凸极转过同一定子的凸极的时间内,位置传感器输出波形正好为一个周期。从图4中可以看出,在各相位置输出信号的下降沿开通该相,并且在下一个上升沿到来前关断,即可获得正向力矩,使得电机正常运行。

但是电机在运行过程中,由于颠簸或者长时间运行发热导致位置信号检测器焊盘脱落,而且输出信号做了上拉处理,故障发生后使得某一相输出信号持续为高电平,控制器接收故障信号后输出错误的驱动信号,造成电机缺相运行,容易损坏电机。为了防止这种故障的发生,需要对检测器输出信号进行检测,检查在定转子非对齐位置到对齐位置这个循环中,输出信号是否按照预定的顺序循环输出,如果不符合循环则保护电机。

本文中电机的换相顺序为ACBA,如此反复循环,其中位置信号“100”,“110”状态开通A相,“010”,“011”开通C相,“001”,“101”开通B相,每相开通2个状态共15°。

CPU根据接收到的位置信号,输出相应的驱动信号,依次导通各相绕组,驱动电机正常换相运行。因为位置检测部分与电机本体一起安装,如果霍耳器件损坏、位置信号接口脱落或者其他故障,则会导致位置信号没有按“100”“110”“010”“011”“001”“101”“100”依次输入CPU,如果CPU根据错误的位置信号输出驱动信号,扰乱电机换相顺序,在相电感的下降区间开通该相绕组,一方面使得控制器电流处于不可控状态,另一方面电机产生负力矩,可能导致控制系统和电机损坏,降低它们的可靠性。为了预防这种故障的发生,在50μs定时中断中位置信号状态发生变化时,将最新状态与上一状态进行比较,比较结果是否符合规定的换相顺序,例如当前状态为“110”,前一状态为“100”才属正常。前后2个状态的比较结果符合规定的顺序,CPU则根据当前状态输出驱动信号,切换开通绕组,驱动电机正常运行;否则判定电机位置信号检测部分出现故障,电机需要停机进入保护。其具体流程图如图5所示,位置信号检测子程序在50μs定时中断中执行,CPU读取连接A,B,C三相位置信号的GPIO数据,将位置信号状态赋予变量Cur State,记录当前位置信号状态。然后将Cur State与已赋值变量Pre State比较,Pre State中存放的是当前电机运行所对应的位置信号状态,两者相同则维持输出控制信号不变,电机继续开通当前绕组运行。如果数值不相同,首先查看Cur State,然后根据规定的换相状态顺序查看Pre State的值是否为Cur State的前一状态,在符合的情况下CPU根据Cur State中的位置信号状态输出驱动信号,开通此相绕组并关断其他两相绕组,并且将Cur State的值赋给Pre State留待下次中断执行比较;否则判定为电机位置信号故障,电机停机进入保护。

3 实测验证

3.1 测试系统

为了验证开关磁阻电机保护算法能够针对电机运行过程中位置信号异常状态,做出正确的保护措施。测试平台包括12/8结构开关磁阻电机,60 V,100 A稳压电源,测功机,测功机数字显示仪,0~5 V可调稳压电源,4通道数字示波器,电流霍耳传感器,开关磁阻电机控制器。测试平台中使用的电流霍耳传感器的采集比例为1∶100,即示波器采集的传感器电压波形中,100 m V感应电压对应实际运行中电机相电流10 A。

控制器采用Cortex-M3内核的STM32处理器。其片上搭载了专为电机控制设计的定时器和AD。定时器最高输入频率可达72 MHz,提供13.9 ns的边沿分辨能力,位置信号检测精度更高;在每个PWM周期和每次DMA传输过程中有一个附加的中断,不会损失分辨率;PWM输出相互独立可选择,并且提供了可编程的、硬件水平支持的死区产生机制。ADC架构提供了并行转换模式,采样率可编程,最低1μs转换时间,最多16个通道,同时提供卓越的计算性能和先进的中断系统响应。霍耳器件输出集电极开路,因此需要在输出端使用上拉电阻。

控制器软件中采用前后台设计,表1列出主要中断功能,捕获中断用于获取当前速度及时更新换相周期。50 ms中断增加外部信号更新PWM驱动信号的占空比。其中保护算法在50μs中执行,有效保障其反映速度。

3.2 位置信号故障保护算法测试

测试方案为:在电机运行过程中,拔掉A相位置信号,由于外部上拉使其持续为高电平,模拟电机运行过程中位置信号脱落的情况并记录波形。

图6a中通道1为A相电流,通道2,3,4分别为A,B,C三相位置信号;图6b中通道1为A相下管驱动信号,低电平为开通,通道2,3,4分别为A,B,C三相位置信号。从波形图可以看出,A相位置信号脱落之后,因保护算法在50μs中断执行,迅速判断执行保护动作,A相下管驱动信号持续为高电平,绕组不再开通,控制器停止驱动电机,实现了位置信号故障保护的功能。

4 结论

本文针对开关磁阻电机的位置检测器件存在损坏、脱落等问题,分析其控制原理,研究正常和异常位置信号随转子转动的规律,提出位置信号故障的保护算法,在STM32为主控CPU的控制器上实现算法并建立测试系统验证其效果,结果表明算法能在位置信号发生异常状态下,准确判断并迅速做出保护动作,提高了电机及控制器的安全可靠性。

参考文献

[1]Spong M,Peresada S,Tayler D.Feedback Linearizing Controlof Switched Reluctance Motors[J].IEEE Transactions onAutomatic Control,1987,32(5):371-379.

[2]Lawrenson P J,Stephenson J M,Blenkinsop P T,et al.Variable-speed Switched Reluctance Motor[J].IEE Proceeding B,1980,127(4):253-265.

[3]Kim J,Krishnan R.High Efficiency Single-pulse ControlledSwitched Reluctance Motor Drive for High Speed(48 kr/min)Application:Analysis,Design,and Experimental Verification[C]∥IEEE Industry Applications Society Annual Meeting,Edmonton,Canada,2008:1-8.

[4]Mese E,Sozer Y,Kokernak J M,et al.Optimal Excitation of aHigh Speed Switched Reluctance Generator[C]∥IEEE Applied Power Electronics Conference 2000,New Orleans,Louisiana,United State,2000:362-368.

[5]Besbes M,Gabsi M,Hoang E,et al.SRM Design for Starter-alternator System[C]∥Proceeding of 8th International Conference on Electrical Engineering(ICEE 2000),Isfahan,Iran,2000:1931-1935.

[6]Radun A V.High Power Density Switched Reluctance MotorDrive for Aerospace Applications[J].IEEE Trans.Ind.Appl.,1992,28(1):113-119.

[7]Rahman K M,Fahimi B,Suresh G,et al.Advantage of SwitchedReluctance Motor Applications to EV and HEV:Design andControl Issues[J].IEEE Trans.Ind.Appl.,2000,36(1):111-121.

[8]刘重轩.论我国电机保护的现状和未来[J].西北纺织工学院学报,1998(1):53-55.

[9]李国岭.国内外电机保护控制综述与发展趋势及配套前景[C]∥第6届全国电机保护控制与电工节能技术学术研讨会论文集,温州,2004:9-11.

保护信号 第5篇

关键词：手跳,出口跳闸,误动作,信号回路

信号回路在设备运行及检修中的作用极为重要, 完善的信号回路是保证电网安全稳定运行的必要一环。断路器进行手动分闸操作, 有时会令操作箱两路出口跳闸灯部分动作, 同时发“一、二组出口跳闸”信号。该信号属误动作, 对运检人员产生严重误导。

1 故障现象

2014 年4 月8 日, 220k V某变电站板东1#线2588 断路器进行手动分闸操作时, 发现“W X B -11 (C) ”保护屏FC X -12N操作箱两路出口跳闸灯部分动作 (如图1所示) , 同时发“一、二组出口跳闸”信号。

2 原因分析

该变电站是公司投运较早的变电站之一, 其保护设备较老, 220k V板东1#线2588 的保护配置为“W X B -11 (C) ”单套保护, 操作箱型号为FC X -12N, 其跳闸回路原理如图2 所示。“W X B -11 (C) ”保护分别启动第一、二组跳闸回路。

当手动拉开开关时, STJ1常开接点闭合, 启动TB Ja电流线圈, 经断路器常闭辅助接点D L启动跳闸线圈, 实现开关跳闸;但是此时究竟还能否启动TX Ja信号继电器, 要看辅助接点D L与电流自保持接点TB Ja1的动作速度。如果D L动作比TB Ja1慢, 则在跳闸回路尚未断开前TX Ja信号继电器已经励磁并自保持, 同时发出“跳A相”信号;如果D L动作比TB Ja1快, 则不等TB Ja1动作, 跳闸回路已经断开, 不会发出“跳A相”信号。

现场进行2 次断路器手跳试验, 发现操作箱跳闸信号灯亮情况依次为:

第1次实验:I、II跳A, I、II跳B、I跳C灯亮;

第2次实验:II跳A, I跳B灯亮。

由此可见, 该跳闸信号出现无规律性。2588 断路器手跳报出口跳闸信号的根本原因在于操作回路的设计问题, 图2 中手跳接点STJ1动作虽然避开了信号继电器1TX Ja, 但并不能保证开关手分操作时该信号继电器可靠不动作。

3 解决方案

根据信号回路原理, 提出了两套方案, 并分别对这两套方案进行了分析。

3.1 解决方案一:在信号回路中串联STJ常闭节点

方案一原理如图3所示。

采用方案一后, 当手跳继电器动作时, 可以有效断开出口动作信号回路, 避免发生误动作。但若出现手跳接点复归时, 断路器辅助接点尚未断开的情况, 则仍会发生保护出口信号误动作的情况。因此, 需要手跳继电器有足够的动作展宽时间以保证其接点复归时间长于断路器辅助接点动作时间。

3.2 解决方案二:将防跳继电器 (跳闸保持用) 自保持接点TBJ跨过信号继电器TXJ

方案二如图4 所示, 在手动拉开开关时, TB Ja1不会启动1TX Ja, 可以保证手动拉开关时, 不发出口动作信号。

相较于第一种方案, 采用这种方案不需要考虑手跳接点复归时间与断路器辅助接点动作时间的配合问题, 即对手跳继电器动作后展宽时间无要求, 从原理上讲更为可靠。

4 方案的可行性及应用现状

断路器手跳报出口跳闸信号故障的根本原因在于防跳继电器电流线圈自保持接点与断路器辅助接点的竞速问题。有人提出断路器机构老化是导致其辅助接点动作慢的原因, 更换该接点可以解决问题。由于辅助接点动作时间不可控, 即使更换成功也无法保证故障不会复发, 因此, 最好的方法还是对回路设计方案进行改进。

目前公司广泛使用的操作箱为南瑞继保公司C ZX系列。该系列产品出口跳闸信号回路大多采用与图2 相似的设计方案 (如C ZX -12R) , 虽然很少发生本文所提之故障现象, 但故障隐患依然存在。为改进该问题, 南瑞继保公司研发了C ZX -12G型操作箱, 该操作箱采用方案一的设计思路, 避免发生上述故障现象。

而北京四方公司JFZ-12FB型操作箱的设计方法则采用的是方案二, 由于不需要考虑手跳接点复归时间与断路器辅助接点动作时间的配合问题, 该方案从原理上讲更为可靠。

参考文献

[1]王梅义.高压电网继电保护运行技术[M].北京:电力工业出版社, 1981.

[2]金建源.继电保护测试技术[M].北京:水利电力出版社, 1993.

[3]孙国凯.电力系统继电保护原理[M].北京:中国水利水电出版社, 2002.

[4]毛锦庆等.电力系统继电保护实用技术问答[M].北京:电力工业出版社, 2000.

[5]国家电网公司.国家电网公司十八项电网重大反事故措施 (继电保护反事故措施重点要求) [Z].

[6]徐国政.高压断路器原理和应用[M].北京:清华大学出版社, 2000.

[7]S1-145高压断路器安装使用说明书[Z].西安断路器厂, 1992.

高阻抗微弱信号测量的保护电路设计 第6篇

关键词：高阻抗,微弱信号,放大电路,保护电路

空气质量检测、光电信号探测、加速度计、压电传感器以及生物体信号等高阻抗信号测量,易受到来自测量系统输入电阻、输入偏置电流的影响,实际测量系统中主要有与信号路径相并联的元器件如电阻、电容的分流,电缆泄漏电流和印刷电路板寄生漏电流的影响[1]。因此,高阻抗微弱信号测量电路,必须经过精心设计以满足系统对低偏置电流、低噪声和高增益的要求[2]。

1 高阻抗信号测量原理与影响因数分析

高阻抗信号测量,易受到测量系统输入阻抗的分压与系统输入偏置电流的影响[3]。如图1所示,将被测高阻抗信号源与测量系统相连,信号源的戴维宁等效电路由Vs与Rs串联而成。假定测量系统的等效输入电阻为Rin,输入端电压为Vin,由于Rs与Rin的分压,使得输入端电压减小,测量系统的输入端电压为:

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假定Rs=1 MΩ,Rin=100 MΩ。当Vs=1 V时,Vin=0.99 V,可以看出,系统输入电阻的负载效应产生1%的误差。实现高精度测量,需要增加测量系统的输入阻抗。

如图1所示,测量系统的偏置电流为Ibias,假定电流正方向为流入测量系统,这一电流将在源电阻Rs上产生误差电压,实际测量系统探测到的输入电压为:

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假定Ibias=1 nA,Rs=10 MΩ,Vs=1 V,则Vin=0.99 V。此时,输入偏置电流将引起1%的误差。实现高精度测量,需要降低测量系统的输入偏置电流。

从以上分析可以得出,提高测量系统的输入阻抗和减小输入偏置电流对高阻抗信号测量有着重要的意义。测量系统的输入阻抗应当远大于被测信号源的内阻才能满足对测量精确度的要求。

实际测量系统的等效输入阻抗主要包括有信号电缆绝缘电阻、信号调理电路的分流电阻、放大器输入阻抗,以及印刷电路板的寄生电阻。系统的输入偏置电流主要包括有信号调理电路分流电流、信号输入电缆和印刷电路板上的泄露电流。目前,高输入阻抗、低噪声的FET放大器,其输入阻抗高达1010～1012 Ω,输入偏置电流为皮安(pA)量级,电压、电流噪声性能都能满足普遍应用场合。由于理想的高阻值电阻、低漏电流电容往往是难以得到的,从传感器输出的微弱信号,在经过放大之前需要经过各种调理,信号调理电路的设计显得非常重要,它决定了测量系统的性能。如何提高测量系统的输入阻抗,减小输入偏置电流与降低系统噪声成为了高阻抗微弱信号探测的主要考虑因数。这里主要就提高系统输入阻抗和减小输入偏置电流进行研究和分析。

2 电路设计与分析

这里所指的保护,是指将电路中的低阻抗节点电势与高阻抗输入端电势近似等电势的一种技术,即通过低阻抗的保护电路,把电路中低阻抗节点的电势强制拉升到与高阻抗输入端电势近似相等[1,2]。这里针对被测信号是源电阻Rs=10 MΩ、交流信号幅值为0.1 mV、直流信号电平为0.1 V的高阻抗微弱交流电压信号。信号源的戴维宁等效电路如图2中左边虚线框所示,为Vs与Rs串联构成,信号调理电路包括高通滤波电路、前级放大电路和保护电路。

由于实际探测信号,频率成分往往较为复杂,有时想要测量的信号,深深地掩埋在其他频率信号噪声中,因此,信号在进入放大器之前,需要经过滤波。本电路需要测量的信号为交流信号,被直流电平所掩盖,因此需要先对其高通滤波,滤波截止频率由被测量信号的带宽决定,通过改变C1,R1的值来改变高通滤波截止频率,这里需要注意的是,理论上电阻R1的阻值越大越好,这样可以提供测量系统的输入阻抗,实际上大阻值的电阻往往是不容易得到的,这里选用阻值为100 MΩ的电阻,高通截止频率为fH=1.6 Hz。

如图2所示,前级信号放大电路采用同相比例运算电路结构,此电路引入电压串联负反馈增大输入电阻,减小输出电阻,其放大倍数A等于:

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如图2中所示,电路电阻取值分别为:R4=100 kΩ,R5=1 kΩ,因此放大倍数A=101倍。这里需要注意同相比例运算电路具有高输入电阻、低输出电阻的优点,但因集成运放有共模输入,为了提高运算精度,应选用高共模抑制比的集成运算放大器。

常规方法测量时,电阻R1的下端直接与地相连,系统的输入阻抗主要取决于电阻R1的值,系统的等效输入阻抗约等于100 MΩ。由以上分析可以得出,其测量误差会达到10%。这么大的误差,在实际应用中是不允许的。通过设计保护电路,可以很好地解决这一问题。

图2中下侧虚线框内的电路为保护电路,从放大器A1的反相输入端引入信号到保护放大器Aguard的正相输入端,保护放大器实则为电压跟随器。电阻R1的低电位端加上保护电位Vguard,当R2≫R3时,在一定频率范围内,保护电位近似等于高阻抗输入端电位Vin,可以通过调节R2,R3的阻值来改变保护电位的大小。保护电位由保护缓冲放大器提供,而不是由信号源提供,电阻R1的低阻抗端加上保护电位后,其电压降将大大减小,流经它的电流也将大大减小。

保护电路需要满足信号路径阻抗远大于保护电路阻抗,即:

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式中:Zs表示信号路径的阻抗,Zg表示保护电路阻抗,本设计中,R2=100 kΩ,C2=1 μF,Zs/Zg=1 000。

高阻抗微弱信号测量中,运算放大器的选择是至关重要的,需要考虑高的输入阻抗、低的输入偏置电流、低噪声等参数。该电路选用AD公司的极低噪声BiFET运算放大器AD743,其输入偏置电流最大值为250 pA,输入阻抗高达1010 Ω,CMRR达90 dB[4]。

实际测量系统中,对于输入信号电缆引起的误差,可以选择使用绝缘电阻尽可能高的电缆,另外,在电缆屏蔽层加上保护电势Vguard,可以大大降低电缆泄露电流引起的误差。印刷电路板由于污染等原因导致绝缘电阻下降而引起漏电流,当运放同相输入端与电源输入端相邻时,会带来干扰,因此,将保护电势加载于运放输入端与信号线周围,将大大减小信号路径上的泄露电流,而来自电源的漏电流将会被保护电路吸收[5,6]。

3 仿真结果分析

对图2所示的电路,用PSpice仿真软件对电路进行模拟分析,交流扫描的结果如下,各关键节点电压如表1所示,电阻R1的低阻抗端加上了90.121 μV的保护电压,流经电阻R1的分流电流为90.031 fA。

如图3所示,图中上半部分为系统输出信号波形,下半部分为系统输入阻抗波形,从图中可以看出,在频率为100 Hz处,测量系统的输出电压值Vout为10.011 mV,交流输入阻抗Rin为1.132 8 GΩ。经计算,系统的放大倍数A为100.998倍。

从上述分析可以得出,采用保护电路大大提高了系统的输入阻抗,减小了系统的输入偏置电流。仿真结果与理论分析相符,保护电路对高阻抗微弱电压信号高精度测量提供保障。

4 结 语

本文从高阻抗信号测量原理出发,分析了测量系统输入阻抗和偏置电流对测量精度的影响,针对高阻抗微弱电压信号,应用保护技术,设计了一种带保护电路的高阻抗微弱信号放大电路,通过PSpice软件仿真分析,验证了该电路可实现对高阻抗信号的高精度测量,为高阻抗信号测量提供了一种有价值的参考方法。

参考文献

[1]Glen Brisebois.Signal Conditioning for High-impedance Sen-sors[EB/OL].http://www.edn.com/article/CA6305356.html,2006.02.16.

[2]Walt Kester,Scott Wurcer,Chuck Kitchin.Sensor SignalConditioning Section 5:High Impedance Sensors[EB/OL].http://www.analog.com/zh/rfif-components/rms-detec-tors/products/seminars-webcasts/resources/index.html,1999.

[3]John Yeager,Mary Anne Hrusch Tupta.Low Level Meas-urements Handbook[M].Fifth Edition.Keithley Instru-ments,Cleveland,OH,1998.

[5]Clement Alphonse Berard.Guard Circuit for High Imped-ance Signal Circuits[P].United States Patent,4091430.1978.3.23.

[4]Analog Devices Inc..AD743 Datasheet[Z].REV.D.2002.

保护信号法对变压器故障的诊断 第7篇

关键词：电力变压器,故障诊断,保护信号法

目前, 变压器的状态监测和故障诊断是国内外研究最多的对象之一。变压器的故障, 主要是由于变压器内部绝缘老化造成的, 因而对变压器的状态监测和故障诊断, 主要集中在对变压器内部绝缘状态的监测和诊断上。而采用一些新的分析工具和手段, 如神经网络、模糊逻辑等来改进常规的特征分析和判别, 如对振动模式的分类、油中气体的综合判别等, 是变压器状态监测和故障诊断的另一趋势[1]。

1 变压器故障诊断的保护信号方法

1.1 保护信号方法的现状

近年来, 微机保护在电力系统中得到了广泛的应用。目前, 二次谐波制动原理的差动保护仍然是变压器保护的主要形式, 由于变压器本身的复杂性, 该原理的保护在实践中的正确动作率仅为60%~70%。传统的变压器保护算法已无法完全适应电力系统新的要求, 因此有必要对变压器保护展开新的研究工作[2]。

1.2 根据保护信号的变压器故障的快速分类方法[3]

1.2.1 概述

对电力变压器的运行状态的快速估计对变压器的监控非常重要。本节介绍3种方法, 用它们的信号, 可以对变压器保护的故障结果进行分类。第一种是根据模拟的故障和保护动作之间的关系, 它是用函数模型表达的。用pseudoinversion来得到变压器诊断指数。它运用了故障和保护运行时的新的定义函数关系。第二种方法是用巴拿赫空间标准里的大多数可能的结果的测量。利用其空间里的距离的测量来对故障进行分类。第三种方法是根据故障和保护运行时的数据统计开发了Bayes可能性计算。利用不同故障的频率通过的数据和保护正确和不正确运行时的统计结果。

1.2.2 故障分类:基本假设

一般来说, 电力变压器的主保护和后备保护是结合使用的。为了达到测试目的, 我们选择配有5种保护的电力变压器。它安装3个主保护, 如差动 (DIF) , 限制接地故障 (REF) , 和瓦斯 (BU) 和2个中心点过电流 (Inp) 和过电流保护 (I>) 保护[4]。

1.2.3 故障估计方法

变压器触发值为E, 保护媒介为P。它们的函数关系可以表达成非线形函数:

除了正确的动作外, 在每一种故障类型时每一个继电保护可能回误动作。也可能当故障不存在时, 保护会动作。对这些细节进行了分类后, 它可表示在不同的可能性相配合时保护的响应情况。即可以表达成:

其中的M是故障和保护信号动作模型的普遍关系。向量P中的0或者1分别对应于不同继电保护信号的动作和不动作。P的范围由变压器保护的数量决定。向量E的值表示不同的故障的加权值。

1.2.4 标准逼近法

用标准逼近法可以检测到故障的起源。向量Pi包括考虑继电保护时的运行信号, 它是定义在巴拿赫空间里的。根据 (2) 定义的M, 故障和保护的状态可由假设的正确运行的模型和实际动作媒介的标准距离表达。巴拿赫空间里的标准的感应满足公式:

通过计算的距离我们可以得到最有可能的故障d10100=0。在5个主要类型的故障中, 距离和的部分计算可由:

得到:P=[10100]T时的结果见表1。第6列由1.2的比例得到, 因为NF类型故障只有5个单元组成并且其它4种类型的故障包含6个单元。最小值表示最可能发生的故障。

1.2.5 Bayes逼近法

可能的故障分类需要不同故障的频率和它们发生的概率的统计数据以及保护动作和它们动作的概率的统计数据。Bayes方法的运用如下。故障空间S包括5种故障S={E1, E2, E3, E4, E5} (5) 。其中E1表示内部接地故障, E2表示内部短路, E3表示外部接地故障, E4表示外部短路, E5表示故障没发生时出现的不需要的保护动作。

2 三种方法的比较

像前面提到的那样, 由于他它们计算基础的性质不同, 所有的建议的方法的比较是有局限的。因此, 只有主要的故障如IEF, ISC, EEF, ESC和NF才对它们的所有方法进行比较结果见F3d。32种组合中的16种, 就是50%, 用3种方法时的结果只有一种可能的分类, 11种其它的情况用Bayes逼近法时得到了相同的分类, 但是用估算方法或者标准逼近法可以得到一两个其它的故障分类。在剩余的5种情况下, 结果是3种方法中的2种在故障假设时的结论是一样的。在这些情况下, 需要考虑更多的可能性和其它的信息来发现其中的正确的原因。

参考文献

[1]陈维荣, 宋永华, 孙锦鑫.电力系统设备状态监测的概念及现状[J].电网技术, 2000, 11 (11) .

[2]刘一平.微机变压器保护的现状及其原理的模糊化分析[J].新疆钢铁, 2003, 1.

[3]T.Babnik, F.Gubina.Fast power trans-former fault clssification methods based on protection signals[J].IEEE Proc-Gener, Transm Distib, 2003, 150 (2) .

保护信号 第8篇

关键词：窄轨铁路自动信号,可编程序控制器,防护措施

天津市水泥石矿有限公司原矿运输车间电机车窄轨铁路运输所使用的是区间自动信号, 是由两台电机车通过信号自动控制, 主、辅道同时运行。这套自动信号系统由模拟信号控制中心、信号电源线、八个信号灯 (4个红灯、4个绿灯) 、两台电动转辙机组成。原矿运输所用电源型式复杂, 包括电机车牵引用电为750 V直流电、380 V交流电、信号电源交流电220 V和直流电160 V四个种类, 受地理环境的制约, 四种电源线均在同一线杆上不同位置布线。近年来, 曾多次发生高速运行的电机车因信号问题将电源线直接挑断, 导致750 V直流电源和380 V交流电窜入220 V信号电源并将信号主机烧毁的事故, 信号系统全部不能使用, 铁路道岔挤坏, 铁路基础设施被摧毁, 铁路生产运输全部瘫痪, 造成全矿停产, 最长一次停产长达三天三夜, 因停产和恢复铁路设施及设备的费用, 给企业带来了较大的经济损失。信号系统维修工作相当复杂。另外, 由于信号输电线路的电缆质量等原因, 也经常造成传输信号不准确, 造成电机车相撞重大安全事故。因此增加铁路信号的保护, 是保证生产顺利进行的必要条件, 是必须解决的问题。

1 增加可编程序控制器主机保护

天津市水泥石矿有限公司铁路信号所使用的可编程序控制器是三菱微型MELSEC-FX2N-32MR (以下简称主机) , 输入8个信号, 输出12个信号, 内部指令101步, 通过4个行程开关触发器发送信号传给主机, 通过运作来给运行电机车提供运行道路, 原主机使用220 V电源无任何保护, 所以一旦出现生产事故造成电源线路断开的情况, 主机烧毁现象时有发生。通过市场调研, 我们采用欧姆龙MY系列接触器作为主机保护电器, 输入选用MY2N-J型8个接触器作为接收信号, 其线卷为220 V跟电源接通, 触点24 V跟主机接通, 其中24 V电源由主机提供。输出选用M Y 2 N型12个接触器作为输出信号, 其线卷24V与主机接通, 此24 V电压由欧姆龙S8JC-05024稳压器提供, 触点电压220 V跟作为输出信号, 与外部线路接通, 这样所有接触主机输入、输出信号均是24 V安全电压, 给主机提供的220 V电源也增加保险加以保护。增加主机此类保护后, 再无因其它电源的窜入而使主机烧毁的事故发生, 而且MY系列接触器均有指示灯指示, 一旦信号有问题, 指示灯熄灭, 维修人员一目了然, 无论输入、输出哪条线路出现故障, 维修人员直奔哪里, 大大减轻了维修人员的劳动强度和维修时间, 而且接触器更换相当方便。

2 增加电缆线路输送信号准确度保护

我矿原矿运输车间地理环境较为恶劣, 夏季多雨、多雷、潮湿, 冬季积雪时间较长, 这些对信号电缆损坏很大, 特别是夏季, 因受雷击而将电缆破坏的现象时有发生。信号电缆被击穿后, 因受感应电压的影响, 输入、输出信号线同在一起的16芯电缆经常出现多信号或少信号, 以及误发、错发信号现象, 导致信号系统无法正常运行, 影响正常生产, 甚至发生电机车相撞的重大事故。经过研究调查后, 并查阅了相关资料, 对信号缆进行了改造, 改造后, 选用了高质量的信号缆, 关键是将输入、输出信号的电缆进行分离, 即一根全部是输入电缆;另一根是全部输出电缆, 而且输入信号及输出信号的电源线全部隔离布线, 此举大大减少了因感应电而发生的信号误发、错发的现象, 而且出现信号电缆问题时, 无论输入电缆, 还是输出电缆, 可直接查找、检查、维修, 省时省力。

3 增加其他影响自动信号准确度的保护

可编程序控制器主机比较灵敏, 所用电源电压稍高一些, 发送电所用的行程开关断电后, 因残余电压的存在, 输入接触器仍不能释放, 而另一个行程开关的接触器的信号已经输入, 就出现了多信号现象。针对这种现象, 将输入信号的4个接触器每个并联一个100 W的菲利普白炽灯泡用来衰减信号, 增加了输入信号的准确度, 另外担心输送电压信号电缆内电磁感应存在, 仍出现误发、错发信号的现象发生, 在输入信号的4跟信号线均增加一个二极管, 利用二极管的通直流、阻交流的特点, 在输入接触器220 V线圈完全吸合的情况下, 消除了电磁干扰, 来保证信号的准确输入。

另外, 对触发器所使用的行程开关的质量严格把关, 因为它是信号输入的第一道关口, 其重要性可想而知, 通过一段时间的使用, 我们把触发器定在价低质优的德力西集团生产的JLXK-511行程开关上。因为它是和电机车滑线捆绑在一起, 在其本身具有良好绝缘的基础上, 在和牵引线接触部位又增加了一层绝缘板来防止信号的误输入, 其他还对电缆连接处的分支箱也做了防雨保护, 以免进入雨水增加电磁感应而影响输入信号的准确度。

4 加强对电动转辙机的维护

电动转辙机是自动信号系统最后的执行机构, 我矿使用的是天津市铁路信号工厂生产的ZD6-A型转辙机, 它是由表示回路及操作回路两部分组成。表示回路是电气回路, 其布线复杂, 操作回路是执行机构, 是表示轨道岔尖的闭合位置及密合程度, 如果闭合程度不对或岔尖密贴超过4 m m, 则红灯闪, 机车不能通行, 影响生产, 为防患于未然, 我们在正常情况下, 每星期对电动转辙机进行维护、检修, 将动作杆、表示杆行程加润滑油润滑, 清除底部碎石, 使其底部无碎石阻挡, 行程顺畅, 岔尖密贴到位, 机车正常运行。

经过增加以上对铁路自动信号的多重保护, 为电机车正常运行提供了准确无误的信号, 为我矿窄轨铁路运输提供了保障。彻底根除了因信号问题而使机车相撞后所造成的铁路大面积摧毁, 大量设备维修、大量线路维修的事故。仅此一次事故, 恢复铁路正常使用的施工费用、维修设备及线路的大量配件及材料费用每次可节约资金5万元。同时减少了维修工平时的劳动强度, 未改造前检查此类事故耗时两个小时, 改造后20 min就可将问题处理完毕, 提高了劳动效率。

5 结语

天津市水泥石矿有限公司窄轨铁路自动信号的准确运行, 为我矿安全生产提供了保障, 彻底根除了因信号失误而引发的重大安全生产事故, 为我矿安全生产做出了贡献, 同时减少了维修人员的劳动强度, 维修过程省时省力、取得了一定的经济效益。为水泥石矿发展做出了贡献!

参考文献

[1]天津市安全生产监督管理局编组.电工作业安全技术[Z].

保护信号 第9篇

ESD保护器件的新材料以及制造工艺的发展驱动力在于, 既要具备很高的抗静电放电的能力, 又要具有超低的电容。

传统ESD保护器件的局限性

最常见的ESD保护器件可以分为三类:聚合体、变阻器/抑制器以及二极管。

聚合体器件

聚合体因具有低于0.05~1.0 p F数量级的电容, 它在高频应用中似乎具有吸引力, 但是, 这种低电容特性也带来了一些副作用。

聚合体击穿的触发电平远远高于钳位电平, 典型的聚合体ESD保护器件的击穿电压高达500V, 击穿之后迅速回复至高达150V的钳位电平。当电荷被释放后, 聚合体才恢复高阻状态, 这就需要花费很长的恢复时间。

变阻器和抑制器

变阻器和抑制器是非线性可变电阻器。抑制器存在的问题在于触发电压高、钳位电压高以及电阻高, 典型的低电容抑制器的钳位电压范围150~500V, 动态电阻在20~40Ω之间, 从而导致大部分能量能够抵达受保护器件, 而不是被旁路到地。此外, 变阻器和抑制器存在的最大问题是每次ESD冲击之后, 器件的电特性会发生变化, 包括电容参数。

二极管

ESD保护二极管具有低的钳位电压、低电阻以及快速开启时间和更高的可靠性等特点, 因此, 能提供最佳的保护特性, 最新的ESD保护二极管已经可以做到低于1p F的电容, 因此, 使之成为ESD保护的理想选择之一。许多公司提供针对ESD保护的二极管阵列。可是, 片上ESD保护二极管存在的问题在于要进一步提高抗ESD冲击的能力有限, 它更适合于便携式产品。

随着数字信号速率的提高, 传统的ESD保护器件均存在一定的局限性, 因此, 有必要研究更为有效的ESD保护器件的新结构和新材料。

确保信号完整性对保护器件的3个要求

ESD保护器件的设计和制造除了要遵循ESD保护准则之外, 同等重要的就是ESD保护器件必须符合数据传输过程中确保信号完整性的要求。

新一代ESD保护器件必须要通过下列手段确保数字信号的完整性:

(1) 提供更大的带宽;

(2) 减低电容;

(3) 确保各个批次的ESD保护器件具有一致的特性。

ESD保护器件既要对电容和带宽进行最优化, 又要求对具有多条接口线的器件来说, 接在各条线上的保护器件具有均匀一致的特性, 为的是防止出现不一致的数据通道以及串扰。

按照参考文献[3]给出的测量方法, 利用眼图技术可以确定ESD保护器件的电容和带宽对信号完整性的影响, 如图1所示。

图中各数字的意义如下所述:

⑴“0”电平:对逻辑“0”的平均值的测量;

⑵“1”电平:对逻辑“1”的平均值的测量;

⑶上升时间:对数据向上跳变时间的测量;

⑷下降时间:对数据向下跳变时间的测量;

⑸眼高:对垂直开口的测量, 确定因噪声引起的眼的闭合程度;

⑹眼宽:对水平开口的测量, 确定抖动对眼的开口的影响;

⑺确定性抖动:由其理想时间的跃迁导出, 它由相对于其他跳变的反射引起;

⑻眼幅:逻辑“0”和逻辑“1”的柱状图平均值的差;

⑼比特率:比特周期的倒数。

从图2对1.65Gbit/s数据率信号的眼图测量中, 比较左上角采用0.6p F电容的ESD保护器件测得的眼图与右下角未使用ESD保护器件测得的眼图可见, ESD保护器件的电容越低, 对信号质量退化的影响越小。图2中左下角和右上角显示了ESD保护器件的电容分别是2.5p F和3.5p F时眼图质量变差的情形。

降低ESD保护器件电容的新结构和材料

为了克服传统ESD保护二极管的局限, 多年前安森美半导体已经采用突破性的工艺技术, 将超低电容PIN二极管和大功率TVS二极管集成在单个裸片上, 从而实现高性能片外ESD保护解决方案。这种集成型ESD保护技术既保留了传统硅TVS二极管技术的良好钳位和低泄漏性能, 又将电容大幅降低至0.5p F。0.5p F的总电容使ESD保护器件适用于USB2.0高速 (480Mbit/s) 和高清多媒体接口 (HDMI) (1.65Gbit/s) 等高速应用。

然而, 目前HDMI接口已经发展至1.3版本, 其速率已经远远高于最初版本规定的速率。为了进一步满足高速数据接口对ESD保护器件的新要求, 日本Tateyama Kagaku工业股份有限公司提出了一种具有0.2p F (±0.1p F) 超低电容的ESD保护器件的结构, 如图3所示。

这种结构的独特之处在于采用了铝基厚膜片, 从而制成具有很高机械强度的薄膜结构。此外, 因为采用了薄膜丝印电容制作工艺, 可以实现超低的电容。

另一方面, Littlefuse公司提出了一种绝缘的压变材料 (VVM) , 当遇到ESD瞬间冲击时, VVM变为导通并把冲击旁路到地。在ESD被消耗之后, 该材料恢复绝缘状态。其核心技术在于采用了聚合体混合材料, 把金属离子和半导体粒子在电容的两个电极之间混合, 从而创造极低的电容值, 如图4所示。

Littlefuse提供的基于VVM材料的Pulse Guard ESD抑制器件的特点在于, 一方面对ESD敏感的IC提供可靠的钳位保护, 另一方面提供低至0.05p F的超低电容。这是现今业内宣称最低的ESD保护器件的电容值。

另外, California Micro Devices公司开发的Pico Guard XS架构ESD保护器件通过集成电感与ESD保护二极管, 消除了对用于线路阻抗匹配的外部补偿的需要, 从而降低了设计复杂性和成本。它也可以在改善ESD保护的同时, 提供杰出的信号完整性, 以及将设计复杂性降到最低, 从而使系统设计师无需再就信号完整性和ESD保护做出折中选择。

目前, 提供ESD保护器件的公司众多, 包括ST、Maxim、Semtech、CMD、安森美、Littlefuse、Vishay、Sarnoff等等, 这里尤其值得关注的是位于欧洲的Sarnoff公司, 该公司以授权ESD保护器件的IP著称。

在ESD保护器件领域云集如此多的厂家, 原因之一在于我们正在进入一个高清视听时代。

高清视听时代保护器件将面临大发展

通过本文的介绍, 您看到了ESD保护器件的最新结构。而随着时间的推移, 多个领域出现了对更高速率传输标准及其接口器件的需求, 如图5所示, 包括广播、消费电子、PC、以太网、存储设备以及电信等领域。

ESD保护器件作为挂在高速数据传输接口上的器件, 只有进一步降低电容或者采取其他技术措施, 才能在数据率不断提高的情况下, 从元器件上确保信号完整性。以HDMI接口保护为例, 每一条接口线均需要一块ESD保护器件, 一路HDMI接口就需要8块ESD保护器件。可以想象, 在高清视听设备时代对ESD保护器件的需求将呈现天文数字的高速增长。

当然, 要全面解决信号完整性设计所涉及的问题, 不仅仅外接的ESD保护器件很重要, 高速芯片的电路板布局布线也是相当复杂的问题, 这方面有专门的文献可供参考。当数据率超过电信号处理的极限时, 采用光纤或者数模混合技术进行数据传输可能就是终极解决方案。

总而言之, 掌握最新的技术趋势, 对于中国电子元器件行业把握前进的方向有一定的指导意义。

参考文献

[1]In-Stat.DisplayPort崭露头角, HDMI仍将是主流[R/OL].电子产品世界, [2008-12-16].www.eepw.com.cn/article/90247.htm

[2]STMicroelectronics.TA0325Technical Article:ESD protection with ultra-low capacitance for high bandwidth applications[R/OL].http://www.st.com/stonline/products/literature/ta/11835.pdf

[3]California Micro Devices.Eliminating the Tradeoff between Protection and Signal Integrity Using PicoGuard XS ESD Protection Architectures[R/OL]. (2008-1) .http://www.xtremeesd.com/whitepapers/Eliminating_the_Tradeoffs_PicoGuard_XS_010508.pdf

[4]TATEYAMA KAGAKU.ESD Suppressor[R/OL]. (2007) .http://www.aska.com.hk/photos/pdf/ESD_Suppressor_presentation.pdf