一.導(dǎo)言

隨著社會的發(fā)展和人民生活水平的提高，電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量已經(jīng)成為人們普遍關(guān)注的話題。作為提高電能質(zhì)量的重要措施，如何提高變電站自動化系統(tǒng)的可靠性仍然是一項(xiàng)非常重要的工作。本文結(jié)合ZXS10變電站自動化系統(tǒng)的開發(fā)實(shí)踐，探討其可靠性設(shè)計(jì)方案。

二、ZXS10可靠性簡介

ZXS10變電站自動化系統(tǒng)是深圳中興公司自主研發(fā)的較好代電力自動化產(chǎn)品，用于110kV以下變電站的集中監(jiān)控和無人值守。該系統(tǒng)集數(shù)據(jù)測控、微機(jī)保護(hù)、計(jì)算機(jī)、通信、故障錄波和測距等功能于一體。可用于新建無人值守變電站和舊站改造。系統(tǒng)主要由I/O單元(包括SL系列線路保護(hù)、ST系列干式變壓器保護(hù)和SM系列監(jiān)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(zhí)行遙控、遙調(diào)命令；本地后臺通過C700通訊單元接收I/O單元的數(shù)據(jù)，進(jìn)行計(jì)算和處理，完成電壓和無功控制的VQC故障分析等各種計(jì)算和人機(jī)界面功能。C700通信單元負(fù)責(zé)連接網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)部分，包括遠(yuǎn)程調(diào)度單元和微機(jī)保護(hù)單元之間的通信處理，以及信息的接收和轉(zhuǎn)發(fā)。變電站自動化系統(tǒng)對實(shí)時(shí)性要求高，門檻差。除氣候和機(jī)械環(huán)境壓力外，影響系統(tǒng)可靠性的較重要因素是空間電磁干擾和傳導(dǎo)干擾，因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)本身就是強(qiáng)干擾源。此外，控制對象是中高壓線路、干式變壓器等重要的一次設(shè)備，這也對系統(tǒng)的安全性提出了很高的要求。因此，變電站自動化系統(tǒng)的可靠性非常重要。在相關(guān)的IEC標(biāo)準(zhǔn)、家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，電力自動化系統(tǒng)和監(jiān)控產(chǎn)品的可靠性項(xiàng)目非常高，部分指標(biāo)達(dá)到工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備較苛刻的水平，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和市場需求，ZXS10系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)和要求如下。

2.1環(huán)境閾值和環(huán)境溫度：0~45(分布式遠(yuǎn)動終端和保護(hù)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(jī)械振動：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：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(shù)：5；

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

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

三.可靠性設(shè)計(jì)的技術(shù)措施

根據(jù)ZXS10系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)和要求，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)可靠性設(shè)計(jì)規(guī)范，在系統(tǒng)研發(fā)階段進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)。

3.1可靠性預(yù)測分析：在開發(fā)初期，對系統(tǒng)進(jìn)行自下而上的預(yù)測分析，得出系統(tǒng)、單元、板卡的粗略可靠性預(yù)測結(jié)果，以及影響可靠性的薄弱環(huán)節(jié)和主要部件。作為可靠性技術(shù)措施具體應(yīng)用的關(guān)鍵依據(jù)，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#分頁標(biāo)題#e#

3.2降額設(shè)計(jì)符合企業(yè)降額設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求，降額設(shè)計(jì)技術(shù)廣泛應(yīng)用于系統(tǒng)的所有單板組件。所有微電子器件的工作頻率和輸出負(fù)載降額水平均達(dá)到企業(yè)二級標(biāo)準(zhǔn)，部分微電子器件也采用了降額

3.3熱設(shè)計(jì)ZXS10系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用箱式面板組裝方式，每個(gè)機(jī)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(jī)柜的下側(cè)設(shè)有進(jìn)氣口，頂部中央設(shè)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(jī)柜內(nèi)冷卻孔的大小和位置以及整個(gè)系統(tǒng)的箱體結(jié)構(gòu)保證了系統(tǒng)熱量主要通過對流輻射到大氣中。系統(tǒng)的每個(gè)單板的設(shè)計(jì)都考慮了熱設(shè)計(jì)要求。所選組件功耗較低，大部分小于1W。對于功率超過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(jù)系統(tǒng)熱試驗(yàn)結(jié)果分析，系統(tǒng)熱穩(wěn)定性通電后，內(nèi)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(shè)計(jì)系統(tǒng)和單板設(shè)計(jì)已經(jīng)實(shí)施了硬件設(shè)計(jì)規(guī)范和EMC設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。具體措施如下：(1)各單元電源采用高頻開關(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；繼電器線圈電路采用整流二極管消除線圈反電動勢的影響；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。電源線和信號線分開走線，在終端保持一定距離；系統(tǒng)地(信號地)采用浮地方式，注意板與板之間、箱與箱之間的干線接地；屏蔽地線(機(jī)箱地線)的接地線應(yīng)盡可能短，接地母線應(yīng)使用粗電纜連接，確保接地電阻小于10；系統(tǒng)地與機(jī)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(shè)計(jì)每個(gè)插箱單元的設(shè)計(jì)都考慮了防振設(shè)計(jì)措施。在SL200線路保護(hù)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(cè)使插箱力學(xué)結(jié)構(gòu)平穩(wěn)；繼電器采用橫向位置安裝，避免觸點(diǎn)移動方向與主振動方向一致；SM200監(jiān)控單元、SL200線路保護(hù)單元插箱內(nèi)電纜走線有卡環(huán)固定并在連接端附近夾緊；SM210監(jiān)控單元電流輸入回路還采用帶自鎖螺釘?shù)倪B接器，防止電流斷路。

3.6其它可靠性設(shè)計(jì)措施 a）軟件抗干擾措施。采用WDT看門狗電路防止由于外界干擾硬件故障及程序出錯(cuò)致使系統(tǒng)停機(jī)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(yīng)用軟件線性修正技術(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(jiān)控單元的遠(yuǎn)動信息通訊采用海明碼糾錯(cuò)技術(shù)，海明距離不小于4。 b）維修性設(shè)計(jì)。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，單元功能界面清楚。各單元采用插板式設(shè)計(jì)，維修更換方便、快捷；各遙測、遙信、遙控和通訊單元、單板設(shè)計(jì)了故障指示燈，保證故障定位快速、準(zhǔn)確；各單元設(shè)有RS232維護(hù)通訊接口，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的現(xiàn)場維護(hù)。 c）專門的遙控閉鎖設(shè)計(jì)。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#分頁標(biāo)題#e#

3.7安全性設(shè)計(jì) 按照電力設(shè)備安全設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)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，漏電流小；繼電器板、交流采樣板無電氣連接的回路間布線爬電距離大于2mm；印制板采用防護(hù)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(jié) 通過上述可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)措施，以及反復(fù)的可靠性試驗(yàn)、改進(jìn)，ZXS10系統(tǒng)的可靠性得到保證并提高。系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)順利，按時(shí)移交局方；SL200線路保護(hù)單元一次通過了家級質(zhì)檢中心入網(wǎng)型式試驗(yàn)。

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