一.導言

隨著(zhù)社會(huì )的發(fā)展和人民生活水平的提高，電力系統的電能質(zhì)量已經(jīng)成為人們普遍關(guān)注的話(huà)題。作為提高電能質(zhì)量的重要措施，如何提高變電站自動(dòng)化系統的可靠性仍然是一項非常重要的工作。本文結合ZXS10變電站自動(dòng)化系統的開(kāi)發(fā)實(shí)踐，探討其可靠性設計方案。

二、ZXS10可靠性簡(jiǎn)介

ZXS10變電站自動(dòng)化系統是深圳中興公司自主研發(fā)的較好代電力自動(dòng)化產(chǎn)品，用于110kV以下變電站的集中監控和無(wú)人值守。該系統集數據測控、微機保護、計算機、通信、故障錄波和測距等功能于一體?？捎糜谛陆o(wú)人值守變電站和舊站改造。系統主要由I/O單元(包括SL系列線(xiàn)路保護、ST系列干式變壓器保護和SM系列監控單元)、C700通信單元和本地后臺組成。I/O單元采集遙測、遙信、遙脈沖信息，與C700通信單元交換信息，執行遙控、遙調命令；本地后臺通過(guò)C700通訊單元接收I/O單元的數據，進(jìn)行計算和處理，完成電壓和無(wú)功控制的VQC故障分析等各種計算和人機界面功能。C700通信單元負責連接網(wǎng)絡(luò )的各個(gè)部分，包括遠程調度單元和微機保護單元之間的通信處理，以及信息的接收和轉發(fā)。變電站自動(dòng)化系統對實(shí)時(shí)性要求高，門(mén)檻差。除氣候和機械環(huán)境壓力外，影響系統可靠性的較重要因素是空間電磁干擾和傳導干擾，因為電力系統本身就是強干擾源。此外，控制對象是中高壓線(xiàn)路、干式變壓器等重要的一次設備，這也對系統的安全性提出了很高的要求。因此，變電站自動(dòng)化系統的可靠性非常重要。在相關(guān)的IEC標準、家標準和行業(yè)標準中，電力自動(dòng)化系統和監控產(chǎn)品的可靠性項目非常高，部分指標達到工業(yè)現場(chǎng)設備較苛刻的水平，根據相關(guān)標準和市場(chǎng)需求，ZXS10系統的可靠性指標和要求如下。

2.1環(huán)境閾值和環(huán)境溫度：0~45(分布式遠動(dòng)終端和保護裝置為10 ~ 55)；相對濕度：5~95(較大絕對濕度：28g/m3)；大氣壓：66 ~ 106 kPa機械振動(dòng)：0.5g，10 ~ 150赫茲。

2.2電磁兼容和電氣干擾(衰減和阻尼振蕩波):2.5kV、100KHz、1MHz靜電放電：6kV；電磁輻射場(chǎng)：10v/m；快速瞬態(tài)脈沖序列：2kV

2.3電源影響和電源電壓變化：額定電壓DC220V，-20 ~ 20；電源紋波系數：5；

2.4安全性能絕緣電阻：100；中等強度：2kV；沖擊電壓(雷電浪涌):5kV；溫升：不超過(guò)40。

2.5主控系統可靠性指標：平均無(wú)故障時(shí)間10000小時(shí)，MTTR0.5小時(shí)輸入輸出單元，保護單元：平均無(wú)故障時(shí)間16000小時(shí)

三.可靠性設計的技術(shù)措施

根據ZXS10系統的可靠性指標和要求，按照相關(guān)標準和企業(yè)可靠性設計規范，在系統研發(fā)階段進(jìn)行可靠性設計。

3.1可靠性預測分析：在開(kāi)發(fā)初期，對系統進(jìn)行自下而上的預測分析，得出系統、單元、板卡的粗略可靠性預測結果，以及影響可靠性的薄弱環(huán)節和主要部件。作為可靠性技術(shù)措施具體應用的關(guān)鍵依據，淘汰了一些故障率高、功率大的元器件，如電位器、水泥電阻等。 #p#分頁(yè)標題#e#

3.2降額設計符合企業(yè)降額設計標準的要求，降額設計技術(shù)廣泛應用于系統的所有單板組件。所有微電子器件的工作頻率和輸出負載降額水平均達到企業(yè)二級標準，部分微電子器件也采用了降額

3.3熱設計ZXS10系統結構采用箱式面板組裝方式，每個(gè)機柜面板可放置四層盒子，實(shí)際總功率小于100W，采用自然冷卻方式散熱。機柜的下側設有進(jìn)氣口，頂部中央設有出氣口。每個(gè)盒子的底部和頂部都有直徑為3毫米的密集孔。機柜內冷卻孔的大小和位置以及整個(gè)系統的箱體結構保證了系統熱量主要通過(guò)對流輻射到大氣中。系統的每個(gè)單板的設計都考慮了熱設計要求。所選組件功耗較低，大部分小于1W。對于功率超過(guò)1W(較大)的所有組件。1.8W)，板上留有足夠的散熱空間和通道，引線(xiàn)短，避免了晶體振蕩器、集成電路、二極管、精密電阻等靠近它的元件造成的熱沖擊。根據系統熱試驗結果分析，系統熱穩定性通電后，內部空氣溫度上升小于6，較高部件表面溫度上升33(C700 Unit 386EXCPU)，其他部件溫度上升均小于27。3.4 EMC設計系統和單板設計已經(jīng)實(shí)施了硬件設計規范和EMC設計準則。具體措施如下：(1)各單元電源采用高頻開(kāi)關(guān)電源加分散屏蔽外殼的方式，由DC-DC模塊隔離輸出；CPU板采用四層印制板，提高噪聲抑制能力；繼電器線(xiàn)圈電路采用整流二極管消除線(xiàn)圈反電動(dòng)勢的影響；測量信號回路由光電耦合器隔離，消除高頻干擾；去耦電容器并聯(lián)連接在每個(gè)集成電路的電源和地之間。電源線(xiàn)和信號線(xiàn)分開(kāi)走線(xiàn)，在終端保持一定距離；系統地(信號地)采用浮地方式，注意板與板之間、箱與箱之間的干線(xiàn)接地；屏蔽地線(xiàn)(機箱地線(xiàn))的接地線(xiàn)應盡可能短，接地母線(xiàn)應使用粗電纜連接，確保接地電阻小于10；系統地與機箱地之間的絕緣電阻不小于100 m，減少了共模干擾的影響。

3.5防振設計每個(gè)插箱單元的設計都考慮了防振設計措施。在SL200線(xiàn)路保護單元中包括兩塊重量較重的單板電源板

和交流采樣板分別置于插箱的兩側使插箱力學(xué)結構平穩；繼電器采用橫向位置安裝，避免觸點(diǎn)移動(dòng)方向與主振動(dòng)方向一致；SM200監控單元、SL200線(xiàn)路保護單元插箱內電纜走線(xiàn)有卡環(huán)固定并在連接端附近夾緊；SM210監控單元電流輸入回路還采用帶自鎖螺釘的連接器，防止電流斷路。

3.6其它可靠性設計措施 a）軟件抗干擾措施。采用WDT看門(mén)狗電路防止由于外界干擾硬件故障及程序出錯致使系統停機中斷或程序進(jìn)入死循環(huán)；采用軟件濾波方法剔除高頻脈沖干擾；應用軟件線(xiàn)性修正技術(shù)在不增加硬件降低可靠性的前提下，提高了模擬量采集的精度；SM200監控單元的遠動(dòng)信息通訊采用海明碼糾錯技術(shù)，海明距離不小于4。 b）維修性設計。系統采用模塊化設計，單元功能界面清楚。各單元采用插板式設計，維修更換方便、快捷；各遙測、遙信、遙控和通訊單元、單板設計了故障指示燈，保證故障定位快速、準確；各單元設有RS232維護通訊接口，實(shí)現系統的現場(chǎng)維護。 c）專(zhuān)門(mén)的遙控閉鎖設計。為保證遙控100可靠，遙控命令的輸出采用多重閉鎖措施；遙控繼電器輸出提供先立的電源及閉鎖電路。#p#分頁(yè)標題#e#

3.7安全性設計 按照電力設備安全設計標準要求，輸入輸出器件采用隔離耐壓能力高的互感器、繼電器；抑制共模干擾的高頻濾波電容要求工頻耐壓高，漏電流??；繼電器板、交流采樣板無(wú)電氣連接的回路間布線(xiàn)爬電距離大于2mm；印制板采用防護涂層處理以提高在高濕等惡劣環(huán)境中的絕緣能力。

四、總結 通過(guò)上述可靠性設計技術(shù)措施，以及反復的可靠性試驗、改進(jìn)，ZXS10系統的可靠性得到保證并提高。系統實(shí)驗順利，按時(shí)移交局方；SL200線(xiàn)路保護單元一次通過(guò)了家級質(zhì)檢中心入網(wǎng)型式試驗。

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