一.導言

隨著社會的發展和人民生活水平的提高，電力系統的電能質量已經成為人們普遍關注的話題。作為提高電能質量的重要措施，如何提高變電站自動化系統的可靠性仍然是一項非常重要的工作。本文結合ZXS10變電站自動化系統的開發實踐，探討其可靠性設計方案。

二、ZXS10可靠性簡介

ZXS10變電站自動化系統是深圳中興公司自主研發的較好代電力自動化產品，用于110kV以下變電站的集中監控和無人值守。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。可用于新建無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C700通訊單元接收I/O單元的數據，進行計算和處理，完成電壓和無功控制的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絡的各個部分，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。變電站自動化系統對實時性要求高，門檻差。除氣候和機械環境壓力外，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，變電站自動化系統的可靠性非常重要。在相關的IEC標準、家標準和行業標準中，電力自動化系統和監控產品的可靠性項目非常高，部分指標達到工業現場設備較苛刻的水平，根據相關標準和市場需求，ZXS10系統的可靠性指標和要求如下。

2.1環境閾值和環境溫度：0~45(分布式遠動終端和保護裝置為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：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40。

2.5主控系統可靠性指標：平均無故障時間10000小時，MTTR0.5小時輸入輸出單元，保護單元：平均無故障時間16000小時

三.可靠性設計的技術措施

根據ZXS10系統的可靠性指標和要求，按照相關標準和企業可靠性設計規范，在系統研發階段進行可靠性設計。

3.1可靠性預測分析：在開發初期，對系統進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節和主要部件。作為可靠性技術措施具體應用的關鍵依據，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#分頁標題#e#

3.2降額設計符合企業降額設計標準的要求，降額設計技術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，每個機柜面板可放置四層盒子，實際總功率小于100W，采用自然冷卻方式散熱。機柜的下側設有進氣口，頂部中央設有出氣口。每個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系統的箱體結構保證了系統熱量主要通過對流輻射到大氣中。系統的每個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實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關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；去耦電容器并聯連接在每個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(機箱地線)的接地線應盡可能短，接地母線應使用粗電纜連接，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防振設計每個插箱單元的設計都考慮了防振設計措施。在SL200線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結構平穩；繼電器采用橫向位置安裝，避免觸點移動方向與主振動方向一致；SM200監控單元、SL200線路保護單元插箱內電纜走線有卡環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入死循環；采用軟件濾波方法剔除高頻脈沖干擾；應用軟件線性修正技術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監控單元的遠動信息通訊采用海明碼糾錯技術，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，實現系統的現場維護。 c）專門的遙控閉鎖設計。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；印制板采用防護涂層處理以提高在高濕等惡劣環境中的絕緣能力。

四、總結 通過上述可靠性設計技術措施，以及反復的可靠性試驗、改進，ZXS10系統的可靠性得到保證并提高。系統實驗順利，按時移交局方；SL200線路保護單元一次通過了家級質檢中心入網型式試驗。

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