Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние вопросов электромагнитной ' совместимости. цифровых устройств релейной защиты и автоматики на основе микро-эвм с объектами электрической части станций и подстанций 13
1.1. Краткая характеристика цифровых устройств релейной защиты и автоматики на основе микро-ЭВМ 13
1.2. Состояние исследований дамеховой обстановки в электрической части станций и подстанций 23
1.3. Помехоустойчивость цифровых устройств релейной защиты и автоматики на основе микро-ЭВМ 38
1.3.1. Существующие разработки имитаторов помех 40
1.3.2. Методика проведения исследований помехоустойчивости электронных устройств релейной защиты и автоматики 43
1.4. Средства и методы повышения помехозащищенности цифровых устройств релейной защиты и автоматики 44
1.5. Задачи в области обеспечения электромагнитной совместимости цифровых устройств релейной защиты и автоматики на основе микро-ЭШ 53
1.6. Выводы 54
2. Исследование помех в цепях вторичной коммутации электрических станций и подстанций и способы их моделирования 56
2.1. Характеристики помех в цепях вторичной коммута ции электрических станций и подстанций 56
2.2. Средства определения характеристик помех... 57
2.2.1. Основные требования к средствам измерения помех 57
2.2.2. Регистратор уровня помех 59
2.3. Исследование помеховой обстановки в цепях
вторичной коммутации электрических станций
и подстанций 66
2.3.1. Методика определения статистических характеристик электромагнитных помех в цепях вторичной коммутации электрических станций и подстанций 66
2.3.2. Характеристики помех в цепях вторичной коммутации электрических станций и подстанций 71
2.4. Средства моделирования основных видов помех. 78
2.4.1. Испытательные тесты 79
2.4.2. Имитатор импульсных помех 81
2.4.3. Имитатор высокочастотных помех. 86
2.5. Выводы 93
3. Помехоустойчивость микро-эвм семейства "электроника с5" по отношению к помехам по сети питания и цифровым входам 94
3.1. Исследование помехоустойчивости микро-ЭВМ семейства "Электроника С5" по отношению к по мехам из сети питания 94
3.1.I. Основные технические характеристики ис точников вторичного питания микро-ЭВМ
семейства "Электроника С5" 94
3.1.2. Требования к экспериментальным иссле дованиям помехоустойчивости 97
Результаты исследований помехоустойчивости микро-ЭВМ семейства "Электроника С5" по отношению к помехам из сети питания. 100
3.2.1. Помехоустойчивость микро-ЭВМ "Электроника С5-0І" 100
3.2.2. Помехоустойчивость микро-ЭВМ "Электроника С5-І2" в составе универсального вычислительного блока УВБ-0 по отношению
к импульсным и высокочастотным помехам... 104
3.2.3. Помехоустойчивость микро-ЭВМ "Электроника С5-І2" в составе УВБ-0 по отношению к длительным помехам 106
Исследования помехоустойчивости микро-ЭВМ семейства "Электроника С5" по отношению к помехам по цифровым входам 109
3.3.1. Основные технические характеристики цифровых TTL входов 109
3.3.2. Методика проведения исследований помехоустойчивости микро-ЭВМ по цифровым входам 112
Результаты исследований помехоустойчивости микро-ЭВМ "Электроника С5-І2" по цифровым входам 117
Выводы 119
4. Средства и методы повышения помехозащищенности цифровых устройств релейной защиты и автоматики на ос нове микро-эвм семейства "электроника с5" 122
4.1. Помехозащищенность цифровых устройств релейной защиты и автоматики на основе микро-ЭВМ по отношению к помехам из сети питания 122
4.1.1. Средства защиты от длительных помех из сети питания 122
4.1.2. Аппаратные средства защиты от кратковременных помех из сети питания 126
4.2. Математическая модель средств помехозащищен ности цифровых устройств релейной защиты и автоматики на основе микро-ЭВМ 130
4.2.1. Основные требования к математическим моделям 130
4.2.2. Расчетная схема и математическое описание сетевого фильтра СФ-2 133
4.2.3. Алгоритм и программа расчета переходных процессов в сетевом фильтре СФ-2 139
4.2.4. Основные результаты исследования переходных процессов в сетевом фильтре СФ-2
и их анализ 142
4.3. Результаты испытаний средств повышения помехозащищенности цифровых устройств релейной защиты и автоматики на основе микро-ЭВМ по сети питания 153
4.4. Разработка аппаратных и программных средств помехозащищенности цифровых входов микро-ЭВМ 155
4.4.1. Программные средства защиты цифровых входов от внешних помех 155
4.4.2. Аппаратные средства защиты цифровых входов от внешних помех 158
4.5. Результаты испытаний дискретных фильтров ДФ-І и ДФ-2 164
4.6. Выводы 166
Заключение 167
Литература
- Краткая характеристика цифровых устройств релейной защиты и автоматики на основе микро-ЭВМ
- Помехоустойчивость цифровых устройств релейной защиты и автоматики на основе микро-ЭВМ
- Характеристики помех в цепях вторичной коммута ции электрических станций и подстанций
- Исследование помехоустойчивости микро-ЭВМ семейства "Электроника С5" по отношению к по мехам из сети питания
Введение к работе
В решениях ХХУІ съезда КПСС по основним направлениям экономического и социального развития СССР на І98І-І985 годы и на период до 1990 года предусматривается дальнейшее увеличение объема производства электрической энергии и рост энерговооруженности промышленных предприятий и сельского хозяйства на основе последних достижений науки и техники /І/. В Отчетном докладе Центрального Комитета КПСС ХХ7І съезду Коммунистической партии Советского Союза /2/ сказано: "Основа основ научно-технического прогресса -это развитие науки... Поистине революционные возможности открывают создание и внедрение миниатюрных электронных управляющих машин..."
Появление микро-ЭВМ среди разработанных и серийно выпускаемых изделий электронной техники соизмеримо, по мнению многих экспертов в области радиоэлектроники, с появлением в 50-х годах первых серийных полупроводниковых приборов /57/.
Народнохозяйственный эффект от применения микро-ЭВМ достигается за счет резкого сокращения трудоемкости и стоимости устройств на их основе, повышения серийности и аппаратной надежности этих устройств.
Использование интегральной и микропроцессорной техники для реализации задач релейной защиты, автоматики и управления энергосистем широко проявляется в последние годы. Указанная техника не только позволяет улучшить технические характеристики устройств релейной защиты и автоматики /РЗА/, но и делает возможным реализацию новых принципов. Наиболее перспективными,с точки зрения простоты, эффективности и гибкости в эксплуатации,являются системы на базе микро-ЭВМ.
Как в СССР, так и за рубежом проведен ряд исследований по
применению микро-ЭШ, как возможных аппаратных средств, для построения устройств релейной защиты, автоматики и управления энергосистем /17, 36, 39, 41, 47, 48, 81, 90, 91/.
Относительно невысокая стоимость, уменьшение объема оборудования, самодиагностика и простота эксплуатационного обслуживания, в сочетании с достаточно высокой производительностью и объемом оперативной памяти, открывают перед микро-ЭВМ широкие области применения в системах РЗА. Рассматривая перспективы применения микро-ЭВМ для реализации алгоритмов РЗА энергосистем, нельзя обойти стороной вопросы надежности их функционирования. Известно, что требования к надежности устройств РЗА очень высоки. В работах ВГПИ и НИИ "Энергосетьпроект" /19/ в качестве критерия надежности устройств РЗА приняты следующие показатели: неготовность к срабатыванию /^=0,002/, несрабатывание при внешних коротких замыканиях /U/ =0,002/ и параметр потока ложных срабатываний /Ш =0,005/. Надежность защиты /69/ обеспечивается простотой схемы, уменьшением в ней количества контактов и реле, простотой конструкции и качеством изготовления реле и другой аппаратуры, качеством монтажных материалов, самого монтажа и контактных соединений, а также уходом за ней в процессе эксплуатации. В этом плане микро-ЭВМ, выполненная на элементах с высокой степенью интеграции, обеспечивает требуемую надежность.
Однако, надежность работы электронно-цифровых вычислительных машин, в частности микро-ЭШ, зависит не только от качества составляющих элементов, но и от воздействия факторов внешней среды, в том числе нежелательных электромагнитных воздействий. Устройство РЗА нельзя признать нормально функционирующим, если все его элементы исправны, но при воздействии электромагнитных возмущений оно неверно перерабатывает информацию и осуществляет ложные управляющие воздействия. Таким образом, задача обеспече-
ния надежного функционирования устройств релейной защиты и автоматики на основе микро-ЭВМ является актуальной. Вопросы эксплуатации и функционирования микро-ЭВМ на электрических станциях и подстанциях, среди которых далеко не последнее место занимает проблема их защиты от нежелательных электромагнитных воздействий, неоднократно обсуждались на всесоюзных и международных совещаниях и симпозиумах.
Решение этой задачи требует детального изучения источников электромагнитных возмущений и путей их распространения, углубленного исследования восприимчивости цифровых устройств РЗА на основе микро-ЭВМ к таким возмущениям, совершенствование существующих и разработку новых средств защиты от них.
Проблемой электромагнитной совместимости электронных устройств занимается ряд международных организаций, в том числе Международная электротехническая комиссия /МЭК/, Международная конференция по большим электрическим системам /СИГРЭ/, Международный союз электросвязи /МСЗ/ и ряд других. Подобные работы проводятся рядом организаций в СССР Доми филиал АН СССР, УзНИИЭ и А, СКВ Вильнюсского завода счетных машин, Всесоюзный заочный политехнический институт и др./. Цель настоящей работы заключается в исследовании и обеспечении электромагнитной совместимости цифровых устройств РЗА на основе микро-ЭВМ с объектами электрической части станций и подстанций.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
исследовать характеристики электромагнитных помех, возникающих в цепях вторичной коммутации электрических станций и подстанций;
разработать средства моделирования основных видов помех,
характерных для энергообъектов;
исследовать вопросы электромагнитной совместимости цифровых устройств РЗА на основе микро-ЭВМ с объектами электрической части станций и подстанций;
разработать и исследовать параметры средств защиты микро-ЭВМ от электромагнитных воздействий среды, характерных для электрических станций и подстанций.
Работа выполнена на кафедре "Электрические станции" Белорусского политехнического института. Разработка, исследование и лабораторные испытания аппаратуры для регистрации и имитации помех, а также средств защиты микро-ЭВМ проводились в лаборатории электроавтоматики производственного предприятия "Белэнерго-ремналадка" Белглавэнерго.
На защиту выносятся следующие основные положения:
результаты статистических исследований уровней электромагнитных помех в цепях вторичной коммутации электрических станций и подстанций;
результаты разработки аппаратуры для регистрации и имитации помех в соответствии с рекомендациями и требованиями МЭК;
результаты исследований помехоустойчивости микро-ЭВМ семейства "Электроника С5" по отношению к помехам из сети питания и информационных линий связи;
комплексная математическая модель средств помехозащищенности цифровых устройств РЗА на основе микро-ЭВМ;
результаты разработки и испытаний средств помехозащищенности цифровых устройств РЗА.
Диссертация состоит из четырех глав.
В первой главе дана краткая характеристика цифровых устройств релейной защиты и автоматики на основе микро-ЭШ, приведены примеры использования микро-ЭВМ для реализации задач релей-
ной защиты, автоматики и управления энергосистем.
Проанализированы виды и источники помех на электрических станциях и подстанциях, описаны основные средства регистрации помех. Кратко охарактеризованы методы исследований помехоустойчивости цифровых устройств РЗА на основе микро-ЭВМ. Приведены способы моделирования основных видов помех, дана характеристика существующих разработок имитаторов помех. Описаны средства и методы повышения помехозащищенности цифровых устройств, дан анализ средств защиты микро-ЭВМ от воздействия паразитных электромагнитных возмущений.
Во второй главе приведены основные результаты статистических исследований уровня "естественных" /эксплуатационных/ помех в цепях вторичной коммутации подстанции II0/S5/I0/6 кВ и ГРЭС 2400 МВт. Исследования проведены с помощью разработанного с участием автора регистратора уровня помех. Описаны разработанные автором имитаторы импульсных и высокочастотных помех. Приведена методика исследования помехоустойчивости /помехозащищенности/ цифровых устройств РЗА на основе микро-ЭВМ.
В третьей главе даны основные результаты исследований помехоустойчивости микро-ЭВМ семейства "Электроника 05" по отношению к помехам из сети питания и информационных линий связи. Сформулированы главные требования к экспериментальным исследованиям помехоустойчивости цифровых устройств РЗА на основе микро-ЭВМ. Выбраны оптимальные элементы гальванической развязки цифровых входов микро-ЭВМ и информационных линий связи. Основные результаты исследований иллюстрированы графическим материалом.
В четвертой главе описаны разработанные при участии автора средства и методы повышения помехозащищенности цифровых устройств релейной защиты и автоматики на основе микро-ЭВМ семейства "Электроника С5". Приведены основные результаты испытаний средств за-
II щиты от помех в составе модели цифрового устройства автоматики на основе микро-ЭВМ. Комплексное использование вышеуказанных средств обеспечивает функционирование цифровых устройств на основе микро-ЭВМ "Электроника С5" в условиях помеховой обстановки по Ш классу, установленному МЭК. Приведена математическая модель сетевого фильтра СФ-2, алгоритм и программа расчета переходных процессов на ЦВМ при моделировании на входе фильтра основных видов помех. Дан анализ полученных результатов и их сопоставление с экспериментом.
Основные результаты диссертации прошли апробацию на всесоюзной научно-технической конференции "Помехи в цифровой техни-ке-82" в г.Паланге, на всесоюзном семинаре "Опыт внедрения и эксплуатации АСУТП тепловых электростанций" в г.Ладыжине, а также республиканской научно-технической конференции "Проблемы разработки и эксплуатации АСУ на предприятиях радиотехнической, электронной, приборостроительной и машиностроительной промышленности" в г.Могилеве, на республиканском семинаре "Новые разработки "Белэнергоремналадки" в г.Минске, на республиканском научно-техническом совещании "Применение полупроводниковой техники в устройствах релейной защиты и автоматики" в г.Минске. Автор неоднократно докладывал результаты работы на ежегодных научно-технических конференциях в Белорусском политехническом институте.
Аппаратура для регистрации и имитации помех внедрена на Лукомльской ГРЭС, в РЭУ "Гродноэнерго" и на Конотопском Ордена Трудового Красного Знамени заводе "Красный металлист". Аппаратура для имитации помех была использована при проведении ведомственных испытаний "Устройства противоаварийной автоматики энергосистем типа ПАА", разработанного в ВЭИ им.В.И.Ленина. Средства помехозащищенности цифровых устройств РЗА внедрены в РЭУ "Гродноэнерго" в составе управляющего вычислительного комплекса /УВК/ на
12 основе микро-ЭВМ "Электроника C5-I2". УВК предназначен для реализации алгоритмов подстанционного АВР и контроля положения коммутационных аппаратов распределительных фидеров 10 кВ сельскохозяйственного назначения.
По заказу ЦДУ ЕЭС СССР в 1984 году п/п "Белэнергоремналадка" намечен выпуск 10 комплектов аппаратуры для регистрации и имитации помех.
Для Министерства энергетики и электрификации СССР разработана методика испытаний на помехозащищенность средств микропроцессорной вычислительной техники, эксплуатируемой на энергообъектах.
Краткая характеристика цифровых устройств релейной защиты и автоматики на основе микро-ЭВМ
История развития микропроцессоров и микро-ЭВМ насчитывает немногим более десятилетия. В 1969 году на зарубежном рынке появились сложные полупроводниковые арифметрические и запоминающие устройства, а через 2 года первые микропроцессоры фирмы "lateZ Corporation". Такие устройства совместно с другими большими интегральными схемами /БИС/ - устройствами памяти, синхронизации, ввода-вывода - позволили создать полную микро-ЭВМ,
В /4/ дается краткое определение микропроцессора. Микропроцессор - это функционально законченное устройство с фиксированным интерфейсом, построенное на БИС. Микропроцессор состоит из ариф-метическо-логического устройства /АЛУ/, внутренних регистров и устройства управления и предназначен для реализации заданной системы команд. Микро-ЭВМ /микроэлектронная вычислительная машина/ -это ЭШ, состоящая из микропроцессора, полупроводниковой памяти и средств связи с периферийными устройствами /57/.
Вследствие конкуренции, наряду с улучшением технических характеристик микропроцессоров, увеличивается и объем их производства. Это привело к тому, что каждые два года число имеющихся в мире микро-ЭВМ более чем удваивается и происходит устойчивое снижение цен приблизительно на 20$ в год /58/.
В настоящее время существует три поколения микро-ЭВМ, микропроцессоры которых /66/ различаются по технологии изготовления, длине слова, времени выполнения операций и т.п.
К первому поколению микропроцессоров /67/ относятся 4-8 разрядные устройства, выполненные на р-канальной МОП-технологии /металл-окисел-полупроводник/ с невысоким быстродействием и несовершенной организацией. Тактовая частота этих устройств составляет 0,2-0,8 МГц, время выполнения команд 10-60 мкс.
Второе поколение — 8-12 разрядные устройства, выполненные по п-канальной МОП-технологии, а также К-МОП-технологии. Тактовая частота таких микропроцессоров равна 0,8-2 МГц, время выполнения операций 2-8 мкс. К этому поколению следует отнести зарубежные микропроцессоры Inte -8080, Motorola МС-6800,
FaLrchlKd-8.
К третьему поколению микропроцессоров относятся быстродействующие устройства с более совершенной структурой, применением микропрограммирования, большим разнообразием наборов команд. К этому поколению принадлежат микропроцессоры I fit Є t -Э000, 58Р -0400 /9/.
Серийное производство отечественных микро-ЭВМ начато в середине 70-х годов. В настоящее время среди выпускаемых промышленностью микро-ЭВМ можно назвать следующие модели: "Электроника С5", "Электроника 60", "Электроника Щ", CM-I800, В-7 и др.
Семейство 16-разрядных микро-ЭВМ "Электроника С5" выполнено на базе р -канальных МОП БИС. В состав семейства входят модели "Электроника C5-0I", "Электроника С5-02", "Электроника C5-I2", "Электроника C5-2I" /на основе П-канальных МОП БИС/ и "Электроника C5-3I". Микро-ЭВМ "Электроника C5-0I" и "Электроника С5-02" состоят из трех основных функциональных частей: микропроцессора, системы памяти, устройств ввода-вывода. Микропроцессор состоит из АЛУ и устройства микропрограммного управления. Система памяти включает в себя модуль управления оперативным запоминающим устройством /ОЗУ/, постоянное запоминающее устройство /ПЗУ/ емко стью до 20К и модуль ОЗУ емкостью до 20К /57/. Устройство ввода-вывода включает в себя модули цифровых входов-выходов, управления телеграфным аппаратом, аналого-цифровым преобразователем /АЦП/, ЭПМ " Consul 260.1", дисплейным адаптером и т.п.
В микро-ЭВМ "Электроника C5-I2", "Электроника C5-2I" микропроцессор, память и ввод-вывод размещены на одной плате. Данные модели,в основном,используются в качестве контроллеров, предназначенных для замены устройств с жесткой структурой. Модель "Электроника C5-3I" представляет собой первую отечественную однокристальную микро-ЭВМ. Технические характеристики микро-ЭВМ семейства "Электроника С5" приведены в табл.1.1 /57/.
Помехоустойчивость цифровых устройств релейной защиты и автоматики на основе микро-ЭВМ
В /72/ устанавливаются классы помеховой обстановки на электрических станциях и подстанциях и обсуждается возможность эксплуатации электронных устройств в зоне тех или иных классов. Помехо-вая обстановка, в которой возникает необходимость эксплуатации электронных систем, может быть чрезвычайно разнообразна. Щит управления, экранированный и свободный от источников помех, представляет собой низший уровень /класс/ помеховой обстановки, а распределительное устройство высокого напряжения, в котором могут возникать наиболее сильные помехи, представляет собой высший уровень /класс/. В работе приводится шесть классов помеховой обстановки с описанием соответствующих им условий.
Для четкого и обоснованного представления помеховой обстановки на объекте внедрения цифровых устройств защиты и автоматики необходимо проведение статистических исследований характеристик помех на этом объекте.
Методы и средства измерения помех широко и обстоятельно изложены в /13/. Однако, все регистрирующие приборы, как выпускаемые промышленностью /осциллографы, импульсные цифровые вольтметры, счетные и селектирующие измерители/, так и выпущенные опытной пар тией /РИП-І/, обладают рядом недостатков, ограничивающих их применение для регистрации уровней помех на электрических станциях и подстанциях. Во-первых, без внешнего делителя напряжения они не могут регистрировать помехи выше 1000В. Во-вторых, все регистрирующие приборы выполнены без накопления информации /кроме РИП-І/. Следовательно, они требуют обслуживающего персонала для регистрации на весь период испытаний. Запись на кино- или фотопленку с экрана осциллографа представляется достаточно сложной и, кроме того, в этом случае не регистрируются одиночные импульсы, так как первый импульс осуществляет запуск осциллографа. Прибор РИП-І с внешним делителем напряжения пригоден для регистрации помех на электрических станциях и подстанциях, за исключением высокочастотных. Однако, в Вильнюсском СКВ вычислительных машин выпущена только опытная партия приборов РИП-І для собственных нужд. Для регистрации уровней помех на электрических станциях и подстанциях в п/п "Белэнергоремналадка" разработан с участием автора автоматический регистратор РУП-І, описанный ниже.
Помехоустойчивостью вычислительной машины называется ее способность сохранять качество функционирования при воздействии внешних помех в отсутствие дополнительных средств защиты от помех, не относящихся к принципу действия или построения вычислительной машины /68/. Вопросы повышения естественной помехоустойчивости микро-ЭВМ, входящие в сферу деятельности разработчиков микро-ЭВМ, в данной работе не рассматриваются.
Помехозащищенностью вычислительной машины называется ее способность сохранять качество функционирования при воздействии внешних помех и наличии дополнительных средств защиты от помех, не относящихся к принципу действия или построения вычислительной машины /с2/. Следует отметить, что понятия "помехоустойчивость" и "помехозащищенность" часто отождествляют. Понятие "помехозащищенность" /13/ охватывает все свойства и ресурсы объекта, позволяющие ему противостоять помехам, в то время как "помехоустойчивость" охватывает лишь те свойства и ресурсы, которые позволяют объекту противостоять помехам, когда последние уже "проникли" на приемные входы его функциональных устройств. Отсюда можно заключить, что количественно "помехозащищенность" объекта выше его "помехоустойчивости" или равняется ей, если не применяются средства защиты объекта /3/.
Помехозащищенность цифровых устройств релейной защиты и автоматики следует рассматривать как одну из основных составных частей надежности их функционирования. Надежность функционирования не следует, как это иногда делается, смешивать с аппаратной надежностью. Последняя характеризует свойства изделия сохранять свою работоспособность и может определяться вне связи с выходным эффектом от функционирования в процессе эксплуатации. В этом плане надежность цифровых устройств не ниже, а зачастую и выше надежности устройств на современных аналоговых элементах, в основном, за счет высокой степени интеграции элементов.
Несмотря на повышенный интерес к микропроцессорной технике, в литературе нет сведений об исследованиях помехоустойчивости микро-ЭВМ, используемых в цифровых устройствах РЗА. Однако, это не говорит о полном отсутствии подобных исследований. В ряде работ /13 , 15, 16, 68/ приводятся результаты исследований помехоустойчивости ряда типов ЭЦВМ Дир-I, Рута-ПО и т.д./ и комплексов на их основе.
Характеристики помех в цепях вторичной коммута ции электрических станций и подстанций
По мере развития и укрупнения энергетических систем становится все более актуальным оснащение их надежными системами РЗА и управления, обеспечивающими функционирование энергетических объектов в нормальных и аварийных режимах. В последние годы эти системы и устройства все чаще создаются на основе элементов вычислительной техники, в частности микро-ЭВМ. Надежность работы энергообъектов при этом зависит от правильного функционирования таких устройств, поскольку помехи, возникающие в цепях вторичной коммутации, могут приводить к ложным срабатываниям, т.е. явиться причиной аварии. Проблема защиты от помех становится с каждым годом все более актуальной. Важной информацией при разработке средств повышения помехозащищенности являются характеристики электромагнитных помех, возникающих в цепях вторичной коммутации электрических станций и подстанций.
В ряде работ /65, 76, 79/ проведены исследования характеристик помех, имеющих "искусственную" природу возникновения. При этом исследовались характеристики помех, возникающих в кабелях вторичной коммутации при экспериментальных операциях с разъединителями, включениях на шины батареи статических конденсаторов и т.п. Влияние на характеристики помех других мощных источников /короткие замыкания, коронирование, разряды в изоляции, атмосферные перенапряжения/ не учитывалось.
Статистическим исследованиям характеристик помех, имеющих "естественное" /эксплуатационное/ происхождение, уделяется еще мало внимания. Во многом это объясняется отсутствием простых, доступных и удобных в эксплуатации регистраторов характеристик помех.
В условиях электрических станций и подстанций, где длительность переднего фронта большинства помех составляет доли микросекунды /32, 72, 81, 91, 101 и др./, амплитуда помех оказывает основное влияние на функционирование цифровых устройств РЗА. Исследование характеристик помех для сети переменного тока 380/220В вычислительного центра, конструкторского бюро и ряда цехов приборостроительного завода показали достаточно низкие уровни помех /до 300В/ /22/. Как будет показано ниже /см. главу 3/, подобные уровни помех не оказывают заметного влияния на функционирование цифровых устройств на основе микро-ЭВМ. С другой стороны, уровни помех, имеющих "искусственную" природу возникновения, в условиях энергообъектов имеют значительно более высокие значения, достигающие десятков киловольт /40, 65, 75/. Вот почему повышенный интерес вызывают статистические исследования уровней "естественных" помех в связи с внедрением на современных мощных электрических станциях и подстанциях цифровых устройств РЗА и управления на основе микро-ЭВМ.
В настоящей главе решались задачи оценки помеховой обстановки в цепях вторичной коммутации электрических станций и подстанций, а также вопросы имитации электромагнитных помех в соответствии с нормами и требованиями МЭК.
Технические средства, предназначенные для регистрации внешних помех /регистраторы помех/, должны обладать рядом специфических свойств. Прежде всего их собственная помехозащищенность долж на быть выше измеряемых уровней помех, характерных для энергообъектов.
Регистраторы помех не должны оказывать заметного шунтирующего влияния на источник помех.
Приборы должны быть надежны, портативны, иметь малый вес и не требовать эксплуатационного обслуживания в течение длительного периода регистрации.
Объем информации, получаемой при регистрации внешних помех, достаточно велик, поэтому приборы должны быть с накоплением информации. Более того, собранная информация должна сохраняться при частичном или полном исчезновении напряжения питания.
Внешние помехи часто носят импульсный характер, поэтому приборы должны иметь возможность регистрации одиночных или редко повторяющихся импульсов. Для этого измерительная система должна быть практически безинерционной или должна запасти в течение времени следования импульса достоверную информацию для дальнейшего преобразования. Кроме того, при измерениях одиночных импульсов отсутствует предварительная информация о моменте появления и примерных значениях сигнала. Поэтому такого рода приборы желательно снабжать входными устройствами, позволяющими автоматически переключать пределы измерения, а также блокировать вход прибора на время, требующееся для обработки и регистрации полученной информации /II/.
Исследование помехоустойчивости микро-ЭВМ семейства "Электроника С5" по отношению к по мехам из сети питания
Источник вторичного питания /блок питания/ микро-ЭВМ представляет собой комплекс энергетического и электронного оборудования, выполняющий следующие функции: обеспечение стабилизированным напряжением постоянного тока функциональных блоков, контроль, блокировку и защиту цепей их питания в рабочем и аварийных режимах.
Структурная схема одного канала источника вторичного питания /ИВП/ микро-ЭВМ "Электроника С5-0І" приведена на рис.3.I.
Сетевое напряжение Ис понижается с помощью трансформатора TV , выпрямляется выпрямителем В, сглаживается фильтром ФІ и поступает на регулирующий элемент РЭ. Выходное напряжение Ивых. сравнивается с эталонным напряжением Еэт., их разность усиливается и воздействует на РЭ таким образом, чтобы выходное напряжение оставалось постоянным.
ИВП представляет собой четырехканальный стабилизированный источник питания. Каждый канал является компенсационным стабилизатором напряжения линейного типа. В каналах с выходным напряжением 24В, 9В и 5В регулирующий элемент включен последовательно с нагрузкой, как показано на рис.3.І. В канале с выходным напряжением ЗВ регулирующий элемент включен параллельно нагрузке.
Каждый канал 24В, 9В и 5В снабжен устройством, которое обеспечивает защиту регулирующего транзистора при коротком замыкании и превышении током нагрузки допустимого значения. По каналу ЗВ специальных мер защиты не предусмотрено, так как регулирующий элемент включен параллельно нагрузке.
Усилители обратной связи выполнены на основе интегральных микросхем - операционных усилителей К553УД2.
Схемы, используемые при проведении исследований помехоустойчивости микро-ЭВМ, должны обладать рядом специфических свойств.
Собственная помехозащищенность измерительной аппаратуры, используемой в эксперименте, должна быть выше уровней моделируемых помех. Моделируемые в процессе исследований помехи не должны оказывать заметного влияния на потребителей, подключенных к той же сети. С этой целью испытуемая микро-ЭВМ и имитатор помех подключаются к сети питания через фильтр нижних частот /ФЩ/. Кроме того, ФНЧ снижает влияние случайных помех из сети питания на результаты эксперимента. В качестве фильтра могут использоваться воздушные катушки с индуктивностью в 350-400 мкГ.
Во избежание искажения характеристик помех, генерируемых имитатором помех, длина соединительных проводов не должна превышать 2 м /75/, Волновое сопротивление проводов должно быть согласовано с выходным сопротивлением имитатора помех.
Импульсы помех подаются на сеть питания через разделительные емкости /Ср/, изолирующие цепи средства моделирования .помех и сеть питания микро-ЭВМ по постоянной составляющей. Выбор разделительной емкости определяется двумя факторами.
Во-первых, падение напряжения промышленной частоты на выходном сопротивлении имитатора должно быть на порядок меньше номинального напряжения сети. Во-вторых, постоянная времени нагрузки / GPRH /должна быть на порядок больше длительности генерируемого импульса.
Для визуального наблюдения помех, генерируемых в процессе испытаний, используются широкополосные электронные осциллографы с выносным емкостным делителем напряжения. Прибор должен быть гальванически развязан с сетью питания, его корпус заземлен, а измерительный кабель иметь минимальную длину. В особых случаях применяется дополнительное экранирование прибора.
Схема проведения исследований помехоустойчивости микро-ЭВМ к помехам по сети питания приведена на рис.3.2.
В процессе испытаний микро-ЭВМ подвергается воздействию несимметричных помех, так как помехи указанного вида встречаются наиболее часто /71/ и представляют наибольшую опасность для функционирования микро-ЭВМ. Микро-ЭВМ при испытаниях работает в режиме тестового контроля, выполняя при этом контроль работы внутреннего ПЗУ, внутреннего ОЗУ, правильность функционирования каналов устройства ввода-вывода и системы прерывания, набор операций системы команд. В случае сбоя микро-ЭВМ переходит в режим динамического останова.
Помехи на сеть питания микро-ЭВМ /220В, 50 Гц/ подаются от имитатора помех /ИЦ/ с регулируемыми в заданных пределах параметрами сигналов /формой, амплитудой, длительностью, частотой следования/. Помехи подаются между зажимами питания и клеммой заземления микро-ЭВМ. Амплитуда помех измеряется электронным осциллографом C8-I2, имеющим полосу пропускания сигналов до 10 МГц, Для ограничения амплитуды помех до безопасного уровня на входе осциллографа устанавливается емкостной делитель напряжения 1:100. Возможно также использование для целей измерений прибора РУЇЇ-І.
В процессе исследований определялась помехоустойчивость микро-ЭВМ "Электроника C5-0I" по отношению к импульсным и высокочастотным помехам по сети питания. В эксперименте использовались два имитатора помех: имитатор импульсных помех и имитатор высокочастотных помех.
