“三选二”冗余提高自动化系统的容错能力的研究

郑威

【摘要】自动化系统常使用辅助触点指示遥信点状态从而判定设备的运行状态，为保证其及时可靠的反映开关的实际运行状态和可靠性，许多人试图采用“双点遥信”增加开关量来反映，然而其作用恰好减小了状态点的准确度。本文提出了采用“三选二”冗余测量点提高自动化系统开关量和模拟量的容错能力，从而真实准确反映测量值。

关键字：容错能力、遥信、三选二、冗余。

0引言

开关状态是反映配电网运行方式的重要信息，必须保证其及时可靠地反映开关量的实际状态。自动系统中多用干簧片、辅助触点等遥信点反映设备的运行状态，部分遥信点可能参与设备互锁和联锁运行。在实际运行中，户外遥信点难免出现氧化、干扰、机械失灵等现象，易造成数据失真，不能可靠准确地反映开关的实际運行状态。为了提高开关状态信息的可靠性，许多人主张采用“双点遥信”代替传统一套辅助触点反映开关状态的解决方案，但这种方法却适得其反，反而增加了开关状态的不确定性。

1“双点遥信”原则

假设单点辅助触点能正确反映开关状态的概率P1=90%，那么只有双点辅助触点同时正确才能准确反映开关的状态，因此其概率P2=P1×P1=81%。试想，如果两套辅助接点反映的状态点不相同，其中一套辅助触点反映开关处于合闸状态，另一套辅助触点则反映分闸状态，那么究竟应该以那一套为主呢？可见“双点遥信”比单点辅助触点正确反映开关状态的概率低。

2 “三选二”原则

使用3个辅助触点分别反映开关的状态并采用“三选二”的策略，即当3个辅助触点中其中由2个或2个以上状态相同时，则将此状态作为开关的遥信状态。

采集A、B、C 3个辅助触点并采用“三取二”策略，各种情况概念如表2-1所示，其中“0”表示出错，“1”表示正确。

可见，采取采集A、B、C 3个辅助触点并采用“三取二”策略，能正确反映开关状态的概率为P=100%-0.1%-0.9%-0.9%-0.9%=97.20%。

3 “三选二”原则在开关量的研究

大中型变压器在顶盖装设压力开关，当变压器箱体压力达到设定值时，可以发出跳闸或者报警信号，其属于变压器的重点检测开关量。现以变压器压力开关量为例，压力开关由压力传感器和变送电路组成，经控制系统判断处理实现对介质压力控制信号的数字量输出，即无源接点的分位和合位。

设在变压器压力检测点分别设置3个压力开关C1、C2、C3（也可集成在一个压力开关，分别有3个常开触点和3个常闭触点），其3个压力开关的数字量输出采用“三选二”原则作为此处压力开关量或保护的的判定条件，其接线图如图3-1所示。

根据图3-1所示，当C1、C2合位，C3开位，则支路1通;当C2、C3合位，C1开位，则支路2通;当C1、C3合位，C2开位，则支路3通;当C1、C2、C3合位，，则支路1、2、3通;均能正确反映开关实际状态，容错能力也得到了很大的提高。

4 “三选二”原则在模拟量数据采集的研究

现以变压器温度模拟量为例，PT100铂热电阻经温度变送器和数显表指示模拟量的输出，变压器上层油温设置3支PT100铂热电阻，设模拟量显示分别为t1、t2、t3，偏差率为k，则变压器实际油温t按照“三选二”原则算法如下图所示：

根据图4-1所示，变压器上层油温通过热电阻、温度变送器和数显表读取t1、t2、t3，按照冒泡算法依次从大到小排序即：t1’、t2’、t3’，选择最大值t1’作为参考值，分别计算t2’、t3的偏差率k2、k3。若k2<k且k3<k，则t=（t1’+t2’+t3’）/3;若k2>k且k3>k，则t=（t2’+t3’）/2;若k2<k且k3>k，则t=（t2’+t1’）/2;若k2>k且k3<k，则t=（t1’+t3’）/2。可见，通过“三选二”原则，采集的模拟量数据更佳准确且逼近准确值。

五、结论

采用“三选二”原则大大提高了遥信点可靠地反映开关的实际状态，在遥测点准确的测量上也具有一定的指导意义。“三选二”原则虽然提高了系统的容错能力，但是投资成本增加较大，组态方式和逻辑算法也随之复杂，因此在重要参数进行多重化采集和存储上，具有一定的参考价值。

参考文献：

【1】刘健等著.《简单配电网》.中国电力出版社.2017.8 p37-38.

【2】周荣.《容错技术研究》. 商情.2008.5 p21-p22.

【3】李宗勇、程向东.《浅谈高可靠性容错安全控制系统设计》.石油化工自动化.2002.5 p20-p21.