防过电压在RS485通讯回路的安全策略
1、异常状况和分析
近两年来,运行值班员值班发现,某220kV变电站35kV的保护装置通信经常发生中断现象。尤其是当操作电容器和电抗器时或遇到雷雨天气,经常造成35kV保护装置与通信服务器通信中断,从而导致35kV保护装置失去监控,使运行人员无法看清现场地设备实际运行情况,而且造成误判断。为此,自动化检修人员要经常临时赶到现场进行抢修,耗费了大量人力和物力,尽管采取了多种措施,效果也不是很明显。
通过查阅图纸和观察,在变电站构成RS-485总线网时,采用双绞线作传输线,传输线一般在室外架空或沿电缆沟敷设,所以在雷雨季节常发生因雷电传输线上引起的瞬变过电压,而变电站总自系统RS-485的网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构,即通常采用一条总线将各个节点串接起来,不支持环型或星型网络,因此,雷电的引发的瞬变往往导致传输线上的多个RS—485收发器损坏。
RS-485接收器差分输入端对“地”的共模电压允许-7V+12V,超过此范围的过压瞬变就可能损坏器件,引起过压瞬变的来源通常是雷电、静电放电、电源系统开关干扰等,例如人体接触芯片的引脚而产生静电放电,其电压可以高达数10千伏,可使在工作中的器件产生闭锁而不能运行或使器件受损;而感应雷在RS-485传输线上引起的瞬变干扰,其能量更可能在瞬间烧联接传输线上的全部器件。
2、防范措施和建议
在实施中,查阅大量资料的基础上制定了详细的防护方案,与自动化专业一起进行反复的讨论和研究,并多次到现场进行勘察、测试,最终提出一套较为专业的整改措施。
将敷设在35kV设备室电缆沟内485总线套上金属管,并两端接地(黄绿线为接地处);将35kV保护装置的I、ⅡRC485总线在设备室和保护室两端分别加装防雷器件,在所有35kV保护装置通信接口处加装防雷器件。
所有RC485总线的空余线芯和屏蔽层全部做接地处理。
将35kV设备室的直流220V电源和PT电压加装防雷器件,将保护室1#、2#站用电交流输出380V电源和直流输出220V电源分别加装防雷器件如图2、图3。
整改结束后,雷雨天气通讯状况有了好转。通过自动化人员进行了简单的测试,值班员对电容器和电抗器进行了多次分、合闸操作。在操作过程中我们对保护装置通信芯片的工作电平进行测量,没有发现明显波动,而以前每次操作电容器或电抗器,通信芯片的工作电平都会有所升高,几次操作以后,通信芯片就会损坏,由此说明通过这次整改,取得的效果还是比较明显的。
3、RS485通讯回路安全策略
结合RC485通讯回路的特点包括,在装置电源防护、装置通信口防护、RS485总线防护及改变网络拓扑结构等相关问题上提岀策略意见:
查看RC485接口地保护测控接线,发现所有接线是否地线均未接地,如存在有可能造成在雷电时感应电压造成通讯芯片地损坏,立即整改。
采用串联接线,在接线地未端最容易损坏,可能感应电压无通路二叠加双倍电压造成末端通讯芯片损坏。
未加装防雷设施无法承受高的感应电压,采取必要的防护措施。
严把质量关,芯片质量本身有问题。
严审设计关,设计存在缺陷。
严格验收关。
接线不良也会造成通讯中断,接地应可靠。
结束语
黄山公司采用RS485总线方式通信的变电站35kV和10kV开关室内,完善保护测控各种接地防护(包括外壳地、通信地和RS485屏敝地),并将开关室内电缆沟内横跨处用铁管互套,其次在室外电缆沟(包括上楼总线)采用全线套铁管方式等有效的过电压防护措施。减轻集控运行人员工作负担,提高了电网的稳定安全运行,确保综自变电站自动化设备运行稳定可靠。
参考文献:
[1]综合自动化变电站RC485通讯防雷技术应用梁鸭红《供电与用电》总第119期
[2]部分厂家防雷装置说明书
责任编辑:蒋桂云
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