110kV輸電線路微型機(jī)零序電流保護(hù)原理分析與程序設(shè)計(jì)

1、題目 ：110kV輸電線路微型機(jī) 零序電流保護(hù)原理分析與程序設(shè)計(jì)系別：專業(yè)：姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：河南城建學(xué)院2012年5月20日摘要隨著時(shí)代的進(jìn)步，電力系統(tǒng)的規(guī)模在不斷擴(kuò)大，用戶對(duì)電能質(zhì)量的要求也在不斷提高。因此，對(duì)繼電保護(hù)裝置本身的要求也越來越高，微型機(jī)繼電保護(hù)具備了傳統(tǒng)保護(hù)所沒有的優(yōu)良特性。110kV輸電線路微型機(jī)零序電流保護(hù)原理分析與程序設(shè)計(jì)是本次研究的主要內(nèi)容。微型機(jī)保護(hù)的硬件結(jié)構(gòu)分析、微型機(jī)保護(hù)的軟件結(jié)構(gòu)分析、微型機(jī)保護(hù)的算法和數(shù)字濾波器、零序保護(hù)及自動(dòng)重合閘的基本原理與整定計(jì)算、零序保護(hù)及自動(dòng)重合閘的流程圖和程序設(shè)計(jì)等。本設(shè)計(jì)首先簡要介紹了電力系統(tǒng)微型機(jī)繼電保護(hù)的發(fā)展、技術(shù)構(gòu)成及

2、其發(fā)展方向。其次對(duì)硬件、軟件的結(jié)構(gòu)做了分析，它的硬件結(jié)構(gòu)核心由P89C51RD和DSP2181組成，CPU完成裝置的總啟動(dòng)和人機(jī)界面及與外圍設(shè)備的通信功能,CPU內(nèi)設(shè)總啟動(dòng)元件，啟動(dòng)后開放出口繼電器正電源,使得裝置具有很高的固有可靠性及安全性。最后本文對(duì)裝置進(jìn)行了軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)各個(gè)模塊的功能作了具體介紹本文研究的110kV輸電線路微型機(jī)零序電流保護(hù)原理分析與程序設(shè)計(jì)是由微型計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的線路保護(hù)裝置，用三相一次自動(dòng)重合閘重合方式，采用后加速方式，適用于110kV的輸電線路。關(guān)鍵詞：微型機(jī)保護(hù)，110kV輸電線路，零序電流，重合閘ABSTRACTRelay protection device i

3、s a reaction equipment of power system fault and unnormal operation condition and action in circuit breaker tripped and signal transmitted. Moreover, the size of the power system, users in continuous expansion of power quality requirements are constantly improved. Therefore, the requirements of the

4、relay protection device itself more and more is also high. This article 110 kv transmission lines protection is the theme of zero sequence current protection principle analysis and design program of research. Mainly includes microcomputer protection hardware structure analysis,Microcomputer protecti

5、on software structure analysis,Zero sequence pilot protection and the basic principle of automatic reclosing and setting calculation,Zero sequence pilot protection and the automatic reclosing flow chart and design program, etc. This design firstly introduces the microcomputer relay protection of pow

6、er system development history, present situation and the technical characteristics and development direction. Second on the hardware and software structure are analyzed, and its hardware structure composed by P89C51RD and DSP2181 core CPU complete device, the total startup components and human-compu

7、ter interface and backend communication function, CPU with total startup components, start export relays are open, making the device with high power the inherent reliability and safety. This paper also have the software structure of the unit to design, the function of each module of introduced concr

8、etely.This paper developed 110 kv transmission lines of single-chip zero sequence current protection principle analysis and design program is realized by micro-computer line protection device, applicable to 110 kv transmission lines. Apparatus includes three sections of zero sequence current directi

9、on protection and automatic reclosing three-phase once. Keywords: microprocessor-based protection, 110 kv transmission lines, zero sequence current protection, reclosion目 錄摘要IABSTRACTII引言11 微型機(jī)繼電保護(hù)概述32 微型機(jī)保護(hù)的硬件結(jié)構(gòu)分析82.1 110kV輸電線路微型機(jī)保護(hù)的硬件82.2.2 采樣保持電路和模擬低通濾波102.2.3 多路轉(zhuǎn)換開關(guān)和模數(shù)轉(zhuǎn)換112.3 開關(guān)量輸入/輸出系統(tǒng)143 數(shù)字濾波器

10、203.1 數(shù)字濾波器介紹204 微型機(jī)保護(hù)的軟件結(jié)構(gòu)分析244.5.5 R-L 模型算法385 零序電流保護(hù)及自動(dòng)重合閘整定計(jì)算416 零序方向保護(hù)及自動(dòng)重合閘的流程圖和程序設(shè)計(jì)447 總結(jié)和展望53參考文獻(xiàn)54致謝55引言與當(dāng)代新興科學(xué)技術(shù)相比，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)是相當(dāng)古老了，然而電力系統(tǒng)繼電保護(hù)作為一門綜合性科學(xué)又總是充滿青春活力，處于蓬勃發(fā)展中。之所以如此，是因?yàn)樗且婚T理論和實(shí)踐并重的科學(xué)技術(shù)，又與電力系統(tǒng)的發(fā)展息息相關(guān)。它以電力系統(tǒng)的需要作為發(fā)展的源泉，同時(shí)又不斷地吸取相關(guān)的科學(xué)技術(shù)中出現(xiàn)的新成就作為發(fā)展的手段。繼電保護(hù)裝置是電力系統(tǒng)的重要組成部分，它在保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等

11、方面起著非常重要的作用。它在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)切除故障設(shè)備，對(duì)系統(tǒng)安全運(yùn)行作出貢獻(xiàn)，但若不正常動(dòng)作(包括拒動(dòng)和誤動(dòng))，則給系統(tǒng)造成的危害也是巨大的。所以對(duì)繼電保護(hù)裝置的可靠性(包括安全性和信賴性兩個(gè)方面)要求很高。信賴性是指不應(yīng)拒動(dòng)，安全性是指不應(yīng)誤動(dòng)。繼電保護(hù)裝置除了在故障的很短時(shí)間內(nèi)動(dòng)作外，長期是不動(dòng)作的，因而被喻為電力系統(tǒng)的無聲警衛(wèi)。因此裝置的某些缺陷可能不被察覺，從而成為故障時(shí)不正確動(dòng)作的隱患。微型機(jī)保護(hù)可以實(shí)現(xiàn)自我監(jiān)視和檢測，大大提高了裝置的安全性。傳統(tǒng)的整流型或晶體管型繼電保護(hù)裝置的調(diào)試工作量很大，尤其是一些復(fù)雜的保護(hù)，例如超高壓線路的保護(hù)設(shè)備，調(diào)試一套保護(hù)常常需要一周，甚至更長的時(shí)間

12、。究其原因，這類保護(hù)裝置都是布線邏輯的，保護(hù)的每一種功能都由相應(yīng)的硬件器件和連線來實(shí)現(xiàn)。為確定保護(hù)裝置是否完好，就需要把所具備的各種功能都通過模擬試驗(yàn)來校核一遍。微型機(jī)保護(hù)則不同，它的硬件是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，各種復(fù)雜的功能是由相應(yīng)的軟件來實(shí)現(xiàn)的。換言之，它是用一個(gè)只會(huì)作幾種單調(diào)的、簡單操作的硬件，配以軟件，把許多簡單操作組合而完成各種復(fù)雜功能的。因而只要用幾個(gè)簡單的操作就可以檢驗(yàn)微型機(jī)的硬件是否完好?；蛘哒f如果微型機(jī)硬件有故障，將會(huì)立即表現(xiàn)出來。如果硬件完好，對(duì)于已成熟的軟件，只要程序和設(shè)計(jì)時(shí)一樣，就必然會(huì)達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，用不著逐臺(tái)作各種模擬試驗(yàn)來檢驗(yàn)每一種功能是否正確。微型機(jī)保護(hù)裝置具有自診斷功能

13、，對(duì)硬件各部分和存放在EPROM中的程序不斷地進(jìn)行自動(dòng)檢測，一旦發(fā)現(xiàn)異常就會(huì)發(fā)出報(bào)警。通常只要給上電源后沒有警報(bào)，就可確認(rèn)裝置是完好的。所以對(duì)微型機(jī)保護(hù)裝置可以說幾乎不用調(diào)試，從而可大大減輕運(yùn)行維護(hù)的工作量。計(jì)算機(jī)在程序指揮下，有較強(qiáng)的綜合分析和判斷能力，因而它可以實(shí)現(xiàn)常規(guī)保護(hù)很難辦到的自動(dòng)糾錯(cuò)，即自動(dòng)地識(shí)別和排除干擾，防止由于干擾而造成誤動(dòng)作。另外它有自診斷能力，能夠自動(dòng)檢測出本身硬件的異常部分，配合多重化可以有效地防止拒動(dòng)，因此可靠性很高。由于計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，使很多原有形式的繼電保護(hù)中存在的技術(shù)問題，可找到新的解決辦法。本課題的主要目的在于，研究一套l1OKV線路微型機(jī)保護(hù)裝置和硬件電路的合

14、理配置，著重研究微型機(jī)保護(hù)軟件算法的優(yōu)化設(shè)計(jì)，并對(duì)保護(hù)的新原理進(jìn)行有益的探討。1 微型機(jī)繼電保護(hù)概述微型機(jī)繼電保護(hù)的發(fā)展微型機(jī)保護(hù)是指將微型機(jī)、微控制器等器件作為核心部件構(gòu)成的繼電保護(hù)。國內(nèi)在微型機(jī)保護(hù)方面的研究工作起步較晚，但進(jìn)展很快。自從1984年第一套微型機(jī)線路保護(hù)裝置在河北馬頭電廠投入運(yùn)行以來，我國微型機(jī)繼電保護(hù)的發(fā)展已經(jīng)歷了28年的歷史，整個(gè)發(fā)展過程大體上經(jīng)歷了三個(gè)階段：第一階段為以單CPU的硬件結(jié)構(gòu)為主，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由逐次逼近式的AD574(12位或8位）芯片構(gòu)成，硬件及軟件的設(shè)計(jì)符合我國高壓線路保護(hù)裝置的“四統(tǒng)一”設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，其代表產(chǎn)品WXB01，WXH1A型微型機(jī)高壓輸電線路保護(hù)

15、裝置；第二階段為以多個(gè)單片機(jī)構(gòu)成的多CPU硬件結(jié)構(gòu)為主，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為VFC電壓-頻率轉(zhuǎn)換原理的計(jì)數(shù)式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，硬件及軟件的設(shè)計(jì)方面吸取了WXB01型微型機(jī)保護(hù)裝置的成功運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)01型保護(hù)存在的問題進(jìn)行了改進(jìn)，同時(shí)，利用多CPU的特點(diǎn)，強(qiáng)化了自檢和互檢功能，使硬件故障可定位到插件，對(duì)保護(hù)的跳閘出口回路，具有完善的抗干擾措施及防止拒動(dòng)和誤動(dòng)的措施，其代表產(chǎn)品為WXB11、WXH 1X型微型機(jī)高壓線路保護(hù)裝置和LFP900系列保護(hù)裝置；第三階段為以高性能的32位單片機(jī)構(gòu)成的硬件結(jié)構(gòu)為主，具有總線不引出芯片，電路簡單的特點(diǎn)，抗干擾能力進(jìn)一步加強(qiáng)，完善了通信功能，為變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

16、提供了強(qiáng)有力的環(huán)境，其代表產(chǎn)品為CSL及CST系列保護(hù)裝置。十幾年來，微型機(jī)繼電保護(hù)的研究方向側(cè)重于高壓輸電線路保護(hù)方面，目前在全國各大電力系統(tǒng)中投入運(yùn)行的微型機(jī)線路保護(hù)裝置以超過數(shù)千套。近年來，各個(gè)制造廠家相繼推出了中低壓網(wǎng)的微型機(jī)保護(hù)裝置。這些產(chǎn)品基本上可以分為兩種方式，一種方式為“一對(duì)一”方式，即一套裝置實(shí)現(xiàn)一條線路的保護(hù)：另一種方式為“一對(duì)N”方式，即一套裝置實(shí)現(xiàn)多條線路的保護(hù)。由于中低壓線路保護(hù)的使用面廣，且大多處于電力系統(tǒng)的基層運(yùn)行單位，這些單位的技術(shù)水平，運(yùn)行維護(hù)管理能力，調(diào)試及檢測儀器設(shè)備均相對(duì)偏低。因此中低壓系統(tǒng)的微型機(jī)保護(hù)宜于采用積木式結(jié)構(gòu)，對(duì)不同要求的用戶可選用不同的插件

17、組合，使用戶的調(diào)試維護(hù)工作量盡量減少，使微型機(jī)保護(hù)成為“免維護(hù)”保護(hù)裝置。另外，低壓網(wǎng)的微型機(jī)保護(hù)可能安裝于一次設(shè)備旁邊，因此對(duì)其抗干擾水平提出了更高的要求。由于中低壓網(wǎng)的用戶廣泛，并且考慮到無人值班變電站，首先在較低電壓等級(jí)的變電站推廣，所以中低壓微型機(jī)保護(hù)可望出現(xiàn)一個(gè)新局面。微型機(jī)繼電保護(hù)的基本構(gòu)成微型機(jī)保護(hù)的主要部分是微型計(jì)算機(jī)本體。微型機(jī)是被用來分析計(jì)算電力系統(tǒng)的相關(guān)電量并判定系統(tǒng)是否發(fā)生故障，然后決定是否發(fā)出跳閘信號(hào)的主要裝置。除計(jì)算機(jī)本體外，還必須配備自電力系統(tǒng)向計(jì)算機(jī)送進(jìn)有關(guān)信息的輸入接口部分和向電力系統(tǒng)送出控制信息的輸出接口部分。此外計(jì)算機(jī)還要輸入有關(guān)計(jì)算和操作程序，輸出記錄的

18、信息，以供運(yùn)行人員分析事故，即計(jì)算機(jī)還必須有人機(jī)聯(lián)系部分?？偟膩碚f就是由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、微型機(jī)主系統(tǒng)、開關(guān)量（或數(shù)字量）輸入/輸出系統(tǒng)構(gòu)成。對(duì)微型機(jī)保護(hù)的評(píng)價(jià)微型機(jī)保護(hù)在我國已獲得極其廣泛的應(yīng)用。微型機(jī)保護(hù)在發(fā)展過程中繼承、借鑒了模擬式保護(hù)的成熟經(jīng)驗(yàn)，由于微型機(jī)的優(yōu)越性把繼電保護(hù)的技術(shù)向前推進(jìn)。實(shí)踐已證明微型機(jī)保護(hù)的性能顯著優(yōu)于傳統(tǒng)的保護(hù)。微型機(jī)保護(hù)的特點(diǎn)微型機(jī)保護(hù)的優(yōu)缺點(diǎn)如下。優(yōu)點(diǎn)是：程序可實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)性，可依系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)而自動(dòng)改變整定值和特性，靈活性大；有可存取的存儲(chǔ)器；在現(xiàn)場可靈活地改變繼電器特性；用數(shù)學(xué)方程方法較之用繼電器元件特性方法可以使保護(hù)性能得到更大的改進(jìn)；有自檢的能力，對(duì)硬件各部分

19、和程序（包括功能、邏輯等）不斷地進(jìn)行自動(dòng)檢測，一旦發(fā)現(xiàn)異常就會(huì)自動(dòng)報(bào)警；有利于事故后分析；可與計(jì)算機(jī)交換信息；對(duì)現(xiàn)有硬件可增加其功能；缺點(diǎn)和問題：與傳統(tǒng)的保護(hù)有根本性的背離；對(duì)硬件和軟件都要求高度可靠；硬件很快變成過時(shí)；微型機(jī)保護(hù)的優(yōu)缺點(diǎn)一方面決定于技術(shù)本身，另一方面與各國的技術(shù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r有關(guān)。微型機(jī)保護(hù)和傳統(tǒng)保護(hù)相比還有兩大特點(diǎn)：(1)保護(hù)中的各項(xiàng)功能(相應(yīng)于傳統(tǒng)保護(hù)中的元件)都是由軟件實(shí)現(xiàn)的；(2)保護(hù)中的各項(xiàng)功能是按程序規(guī)定的順序依次串行(在傳統(tǒng)保護(hù)中是并行)工作的。微型機(jī)保護(hù)的技術(shù)進(jìn)步與新概念微型機(jī)的應(yīng)用給線路保護(hù)帶來以下幾個(gè)方面的技術(shù)進(jìn)步和新概念。由軟件實(shí)現(xiàn)的功能性能穩(wěn)定、優(yōu)越。機(jī)

20、械型繼電器的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)可能失靈，觸點(diǎn)可能接觸不良，模擬式靜態(tài)繼電器的元器件和電路可能有故障。微型機(jī)保護(hù)中的功能是由軟件實(shí)現(xiàn)的，沒有上述缺陷。批量生產(chǎn)的保護(hù)裝置程序相同，各功能的特性一致，不受溫度等影響，所以性能穩(wěn)定。復(fù)雜的微型機(jī)保護(hù)都采集到齊全的交流信息，于是只要寫出一項(xiàng)功能的動(dòng)作判據(jù)的數(shù)字表達(dá)式，CPU按保護(hù)算法進(jìn)行計(jì)算就實(shí)現(xiàn)了該項(xiàng)功能。如果輸入交流量已經(jīng)過濾波，數(shù)據(jù)窗中數(shù)據(jù)完整，那么每一采樣間隔對(duì)判據(jù)的計(jì)算結(jié)果都相同。從這一點(diǎn)說各項(xiàng)功能的動(dòng)作都與短路發(fā)生時(shí)的初相角無關(guān)，動(dòng)作后輸出連續(xù)脈沖。當(dāng)然濾波和保護(hù)算法要求的數(shù)據(jù)窗寬度會(huì)影響動(dòng)作速度，繼電器特性復(fù)雜，精度要求高，會(huì)帶來動(dòng)作的延時(shí)。在故障切

21、除時(shí)返回也回需要延時(shí)。邏輯判斷清楚、正確。在復(fù)雜的保護(hù)中，要對(duì)若干相關(guān)繼電器的動(dòng)作作出邏輯判斷，才能決定保護(hù)是否出口跳閘。機(jī)械型保護(hù)由觸點(diǎn)構(gòu)成邏輯回路，模擬式靜態(tài)保護(hù)由門電路構(gòu)成邏輯電路。在微型機(jī)保護(hù)中主要由程序作邏輯判斷。不論邏輯關(guān)系如何復(fù)雜，在微型機(jī)保護(hù)中都可按人的思維邏輯編寫程序，十分自然不會(huì)出錯(cuò)，要注意的是設(shè)置的標(biāo)志要在適當(dāng)時(shí)候清除，否則下一次執(zhí)行程序時(shí)要出現(xiàn)錯(cuò)誤。不論保護(hù)如何復(fù)雜，只要許多功能之間復(fù)雜邏輯關(guān)系都編制在一個(gè)程序中，都能正確反映設(shè)計(jì)思想，并且程序被正確地復(fù)制于成批生產(chǎn)的各套保護(hù)裝置之中，所以與傳統(tǒng)保護(hù)相比較，微型機(jī)的應(yīng)用使線路的保護(hù)得到簡化，繼電保護(hù)的正確率必將得到提高。

22、微型機(jī)能對(duì)輸入的電氣量進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)保護(hù)無法實(shí)現(xiàn)的優(yōu)良性能。微型機(jī)保護(hù)既能對(duì)以瞬時(shí)值也能對(duì)以相量表達(dá)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，不僅能計(jì)算交流輸入量也能計(jì)算其對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)和積分值。微型機(jī)可方便的貯存數(shù)據(jù)因而不僅可以記憶相量的相位也可記憶其幅值，所以微型機(jī)保護(hù)可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)保護(hù)無法實(shí)現(xiàn)的良好性能。微型機(jī)保護(hù)可不考慮個(gè)別元件的功能失靈。在機(jī)械型和模擬式靜態(tài)保護(hù)中每一元件都是由獨(dú)自的硬件實(shí)現(xiàn)的，因此為了保證可靠性常常要考慮個(gè)別元件的失靈問題。例如，對(duì)于電流保護(hù)要不要加方向元件的問題，加方向元件后電流元件的整定就可不考慮反方向故障，不與背后保護(hù)配合，可以提高保護(hù)的靈敏性或縮短動(dòng)作時(shí)間。但萬一方向元件失靈

23、就會(huì)導(dǎo)致保護(hù)的拒動(dòng)，機(jī)械型方向繼電器還有電壓死區(qū)問題，因此傳統(tǒng)的習(xí)慣是能不帶方向性就不加方向元件。微型機(jī)保護(hù)增加一個(gè)方向判別的功能只是多計(jì)算一個(gè)方向判據(jù)。只要采集的電流、電壓經(jīng)變換后得到的數(shù)值是正確的，代入判據(jù)進(jìn)行計(jì)算，其結(jié)果是不會(huì)出錯(cuò)的，也不會(huì)帶來機(jī)械上的或回路上的故障，因此在微型機(jī)保護(hù)中增加方向性應(yīng)當(dāng)說是有益無害的。在一個(gè)龐大的保護(hù)程序中有關(guān)關(guān)方向判據(jù)的少數(shù)語句出現(xiàn)障礙的可能性是很小的。因干擾等原因，程序走飛了的情況也許會(huì)發(fā)生，但出現(xiàn)那種情況就不是有無方向判據(jù)功能的問題了。可以增加功能實(shí)現(xiàn)多重判別，完善保護(hù)性能。在傳統(tǒng)保護(hù)中每一元件都由獨(dú)自的硬件構(gòu)成，為了不使保護(hù)過于復(fù)雜，希望所采用的元件

24、的性能應(yīng)盡可能的適應(yīng)各種工況下的各種故障。在微型機(jī)保護(hù)中既然各種功能都是由軟件實(shí)現(xiàn)的，而軟件又十分可靠，所以只要及時(shí)允許就可以增加功能實(shí)現(xiàn)多重判別，獲得完善的保護(hù)性能。簡化定期校驗(yàn)、延長檢驗(yàn)周期。繼電器的動(dòng)作特性是從其動(dòng)作判據(jù)推導(dǎo)出來的，繼電器的動(dòng)作是微型機(jī)直接按動(dòng)作判據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算所得的結(jié)果，所以沒有必要用試驗(yàn)的方法來檢驗(yàn)繼電器進(jìn)而取得動(dòng)作特性。微型機(jī)保護(hù)中的繼電器是由軟件實(shí)現(xiàn)的，繼電器的動(dòng)作沒有機(jī)械障礙，也沒有電路元件參數(shù)失調(diào)的問題，不同相別繼電器的特性沒有差別，批量生產(chǎn)的裝置由于程序相同，繼電器特性包括邏輯回路也一定完全相同。對(duì)微型機(jī)保護(hù)的檢驗(yàn)主要是檢驗(yàn)各個(gè)通道（交流量、開關(guān)量、輸入和輸

25、出)是否良好，確認(rèn)各項(xiàng)功能是否按設(shè)計(jì)要求正確起作用，檢驗(yàn)的項(xiàng)目和內(nèi)容和傳統(tǒng)保護(hù)相比可大大精簡，檢驗(yàn)周期可以延長。微型機(jī)保護(hù)的前景與展望微型機(jī)保護(hù)的研制工作雖然在我國起步較晚，但發(fā)展迅速，經(jīng)過十幾年的努力，微型機(jī)保護(hù)的研究和應(yīng)用工作取得了可喜的成果，但是還應(yīng)該看到微型機(jī)保護(hù)的應(yīng)用發(fā)展不平衡，微型機(jī)保護(hù)的智能作用有待進(jìn)一步開發(fā)，微型機(jī)保護(hù)的運(yùn)行管理工作尚需進(jìn)一步提高。關(guān)于微型機(jī)保護(hù)的硬件目前，微型機(jī)保護(hù)的硬件變化十分迅速，高性能，多功能，綜合性強(qiáng)的芯片不斷推向市場，因此，微型機(jī)保護(hù)的硬件變化快，但是硬件的多樣性，過快的更新周期，使得在應(yīng)用與實(shí)際的時(shí)候難以適應(yīng)。因此，硬件的相對(duì)穩(wěn)定是有利于現(xiàn)實(shí)情況的

26、，當(dāng)然這并不排除局部硬件采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)。另外，對(duì)用戶來說，各廠家的產(chǎn)品最好能在端子排布置，模擬量，開關(guān)量的引入，開關(guān)量輸出，鍵盤命令設(shè)置，定值管理，液晶顯示菜單方面取得統(tǒng)一，這將極大的有利于微型機(jī)保護(hù)的運(yùn)行管理。所謂自適應(yīng)保護(hù)是指保護(hù)系統(tǒng)能夠自動(dòng)修改其動(dòng)作參數(shù)以響應(yīng)變化的網(wǎng)絡(luò)條件，從而保持其最優(yōu)的性能，這個(gè)概念是由Dyliaaco于1967年首先提出的，常規(guī)保護(hù)也力圖適應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化，例如電流保護(hù)的整定值考慮了最大運(yùn)行方式下不誤動(dòng)，最小運(yùn)行方式下的靈敏性，差動(dòng)保護(hù)的制動(dòng)特性與區(qū)外故障時(shí)的不平衡電流相適應(yīng)等，但是由于常規(guī)保護(hù)不能實(shí)時(shí)檢測系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化和在線修改定植，因此其適應(yīng)能力差。微

27、型機(jī)保護(hù)與常規(guī)保護(hù)相比有著根本的區(qū)別，利用微型機(jī)的智能作用，可以獲取更多的有用信息，同時(shí)借助現(xiàn)代化通信手段可以方便地得到遠(yuǎn)方的信息，這樣微型機(jī)保護(hù)通過分析即可最大限度的適應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化，從而，給微型機(jī)型自適應(yīng)保護(hù)的發(fā)展開辟了廣闊前景。充分利用微型機(jī)的特點(diǎn)，開發(fā)新原理的微型機(jī)保護(hù)裝置。國內(nèi)現(xiàn)有的微型機(jī)保護(hù)裝置中，在起動(dòng)元件、選相元件、阻抗元件中充分利用了突變量的原理：在振蕩閉鎖中利用了DRDT的原理；在零序功率方向元件中，根據(jù)電壓互感器二次是否斷線，采用了由軟件自動(dòng)切換產(chǎn)生3U。或開口三角3U。的方法?？傊?，為改善保護(hù)的性能在微型機(jī)保護(hù)中采用了一些新原理，但是從大的方面看，微型機(jī)保護(hù)裝置在

28、保護(hù)的新原理開發(fā)上不夠全面，需要進(jìn)一步深入研究和探討。另外，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的完善和模糊控制理論的應(yīng)用必將給繼電保護(hù)新原理的研究開發(fā)創(chuàng)造出一條新的途徑。微型機(jī)保護(hù)與變電站綜合自動(dòng)化近年來，我國的變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)有了迅速發(fā)展，微型機(jī)保護(hù)在變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中是一個(gè)十分重要的方面，因此微型機(jī)保護(hù)的研究工作應(yīng)與變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)相適應(yīng)，在變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中，微型機(jī)保護(hù)裝置既要保持其相對(duì)的獨(dú)立性又要具備與變電站監(jiān)控系統(tǒng)相適應(yīng)的接口條件和環(huán)境，對(duì)無人職守的變電站，要求微型機(jī)保護(hù)的硬件及軟件設(shè)計(jì)應(yīng)具備與調(diào)度端計(jì)算機(jī)通信的條件及適合遙測、遙信、遙控、遙調(diào)的要求。2 微型機(jī)保護(hù)的硬件結(jié)構(gòu)分析2.1 110

29、kV輸電線路微型機(jī)保護(hù)的硬件微型機(jī)保護(hù)的硬件構(gòu)成由四部分組成： 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（或稱模擬量輸入系統(tǒng)）：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括電壓形成、模擬濾波、采樣保持(S/H)、多路轉(zhuǎn)換(MPX)以及模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)，其功能為完成將模擬輸入量準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換為所需的數(shù)字量。 微型機(jī)主系統(tǒng)：微處理器(MPU)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)或閃存內(nèi)存單元(FLASH)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、定時(shí)器、并行以及串行接口等。其功能為執(zhí)行編制好的程序，以完成各種繼電保護(hù)測量、邏輯和控制功能。 開關(guān)量（數(shù)字量）輸入/輸出系統(tǒng)：并行接口(PIA或PIO)、光電隔離器件及有觸點(diǎn)的中間繼電器等組成，其功能為完成各種保護(hù)的出口跳閘、信號(hào)、外部接

30、點(diǎn)輸入及人機(jī)對(duì)話及通信等功能。 電源模塊：其功能為微型機(jī)保護(hù)裝置提供工作電壓。一般常采用開關(guān)穩(wěn)壓電源或DC/DC電源模塊，其提供數(shù)字系統(tǒng)5、24、+15、-15V、電源。微型機(jī)保護(hù)的硬件構(gòu)成圖如下圖2.1所示，圖2.1 微型機(jī)保護(hù)的硬件結(jié)構(gòu)圖數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（模擬量輸入系統(tǒng)）主要包括電壓形成、模擬濾波、采樣保持(S/H)、多路轉(zhuǎn)換(MPX)以及模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)，其功能為完成將模擬輸入量準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換為所需的數(shù)字量。如下圖2.2：圖2.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電壓形成回路微型機(jī)保護(hù)要從被保護(hù)電力線路的電流互感器、電壓互感器取得電流、電壓信息，但這些互感器的二次數(shù)值、輸入范圍對(duì)典型的微機(jī)電路卻不使用

31、，故需要降低和變換。在微機(jī)保護(hù)中，通常根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入范圍的要求，將輸入信號(hào)變換為±5V或±10V范圍內(nèi)的電壓信號(hào)。因此，一般采用中間變換器來實(shí)現(xiàn)以上的變換。交流電流信號(hào)可以采用電壓變換器，將交流電流信號(hào)變換為稱比例的電壓信號(hào)?？梢圆捎秒娍棺儞Q器或電流變換器，兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)。總之，就是把信號(hào)變換為模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊可以承受范圍內(nèi)的電壓信號(hào)，供微型機(jī)保護(hù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片使用。本文研究的110KV線路微型機(jī)保護(hù)裝置將由二次電流互感器(CT)轉(zhuǎn)換來的電流信號(hào)(5A)通過如圖2.3所示的電路轉(zhuǎn)換為mA級(jí)的電流信號(hào)；將由二次電壓互感器(PT)轉(zhuǎn)換來的電壓信號(hào)(100V)通過如圖2.4所示的

32、電路也轉(zhuǎn)換為可供模數(shù)轉(zhuǎn)換部分使用的電壓，這樣做的優(yōu)點(diǎn)是可以使得元件小型化。再將mA級(jí)的電流信號(hào)經(jīng)過如圖2.2所示的電路，進(jìn)行放大處理轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，作為AD轉(zhuǎn)換的輸入信號(hào)。圖2.3 電流信號(hào)輸入變換電壓的計(jì)算公式為：圖2.4 電壓信號(hào)輸入采樣保持電路和模擬低通濾波采樣保持電路，又稱S/H（Sample/Hold）電路，其作用是在一個(gè)極短的時(shí)間內(nèi)測量模擬輸入量在該時(shí)刻的瞬時(shí)值，并在模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換的期間內(nèi)保持其輸出不變。利用采樣保持電路后，可以方便地進(jìn)行多個(gè)模擬量實(shí)現(xiàn)同時(shí)采樣。S/H電路的工作原理可用圖來說明，它由一個(gè)電子模擬開關(guān)AS、保持電容以及兩個(gè)阻抗變換器組成。其中和為兩個(gè)放大器構(gòu)成

33、跟隨器，使輸出端電壓跟隨輸入端的電壓，R為負(fù)反饋電阻，兩個(gè)反向并聯(lián)的二極管是為了防止放大器進(jìn)入飽和區(qū)以防止信號(hào)的失真。圖2.5 芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖采樣頻率的是指采樣周期的倒數(shù)。采樣頻率的選擇是微型機(jī)保護(hù)硬件設(shè)計(jì)中應(yīng)該特別關(guān)注的問題。如果過快時(shí)，因微型機(jī)的CPU在處理采樣信號(hào)時(shí)需要一定的時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)不允許有再一個(gè)采樣數(shù)據(jù)的輸入，否則會(huì)造成處理混亂出錯(cuò)。如果過慢時(shí)，會(huì)使CPU的效率得不到充分的發(fā)揮而浪費(fèi)了資源，而且得到的數(shù)據(jù)還不能真實(shí)反映被采樣信號(hào)的真實(shí)情況。有采樣定理知道，其中是被采樣信號(hào)的最大頻率成分。對(duì)微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)而言，在故障剛發(fā)生時(shí)，電壓、電流信號(hào)中可能含有較高的頻率分量（如2KHz

34、以上），為防止混淆，將不得不用的很高，進(jìn)而對(duì)硬件速度提出過高的要求。實(shí)際上，目前大多數(shù)的微機(jī)保護(hù)反映的是工頻量，在這種情況下，可以采用一個(gè)前置的低通濾波器（LPF，Low Pass Filter）將高頻分量濾掉，這樣就可以降低，從而降低對(duì)硬件提出的要求。對(duì)頻率高于的可以用簡單的低通濾波器（如圖2.6所示）來濾除高頻分量，而對(duì)于小于的頻率分量可以用數(shù)字濾波器來濾除。RRCC圖2.6 低通濾波器多路轉(zhuǎn)換開關(guān)和模數(shù)轉(zhuǎn)換對(duì)反映兩個(gè)電氣量以上的繼電保護(hù)裝置，都要求對(duì)各個(gè)模擬量同時(shí)采樣，以準(zhǔn)確地獲得各個(gè)量之間的相位關(guān)系，因而要對(duì)每個(gè)模擬輸入量設(shè)置一套電壓形成、抗混疊低通濾波器采樣保持電路。所有采樣保持器的

35、邏輯輸入端并聯(lián)后，由定時(shí)器同時(shí)供給采樣脈沖。但由于模數(shù)轉(zhuǎn)換器價(jià)格相對(duì)較貴，通常不是每個(gè)模擬量輸入通道設(shè)一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸入給微型機(jī)。而是公用一個(gè)，中間是通過轉(zhuǎn)換開關(guān)MPX (Multiplex)切換，輪流由公用的A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后輸入給微機(jī)。圖2.7 多路轉(zhuǎn)換開關(guān)模數(shù)轉(zhuǎn)換是微機(jī)保護(hù)的重要元器件，要理解它的工作原理需先了解數(shù)模轉(zhuǎn)換器的原理。數(shù)字量是用代碼按數(shù)位的組合起來表示的，每一位代碼都有一定的權(quán)，及代表一個(gè)具體數(shù)值。因此，為了將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，必須先將每一位代碼按其權(quán)的值轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后將代表各位的模擬量相加，即可得到與被轉(zhuǎn)換數(shù)字量相當(dāng)?shù)哪M量，完成了數(shù)模轉(zhuǎn)換。如圖為一個(gè)

36、4位數(shù)模轉(zhuǎn)換器的原理圖，更多位數(shù)的情況與此類似。 圖2.8 四位數(shù)模轉(zhuǎn)換器原理輸出電壓為：可見，輸出模擬電壓正比于控制輸入的數(shù)字量D，比例常數(shù)為數(shù)模轉(zhuǎn)化器在構(gòu)成逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器時(shí)會(huì)有用到。且一般的A/D轉(zhuǎn)換都是單極性的，即如果輸入的信號(hào)是負(fù)值，則不論負(fù)值多大，比較結(jié)果必然是零。但是繼電保護(hù)所反映的交流電流、交流電壓都是雙極性的，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)雙極性模擬量的模數(shù)轉(zhuǎn)換，需要設(shè)置一個(gè)直流偏置量，其值為最大允許值的一半。對(duì)一般的A/D轉(zhuǎn)換來說，如果輸入電壓超過所允許的最大值，就會(huì)出現(xiàn)平頂波，這種現(xiàn)象叫溢出，出現(xiàn)小部分平頂波溢出的危害并不是特別嚴(yán)重，因?yàn)樵谖⑿蜋C(jī)得到采樣值后，還可以經(jīng)過數(shù)字濾波器來對(duì)平

37、頂波進(jìn)行修正，基波相位可以做到基本不受影響，對(duì)電流保護(hù)和阻抗保護(hù)的影響較小。但是，應(yīng)當(dāng)指出：不應(yīng)出現(xiàn)輸入量超出允許值時(shí)出現(xiàn)零值的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象對(duì)微機(jī)保護(hù)的危害是致命的。如果電流信號(hào)出現(xiàn)這種溢出情況，則出口短路可能會(huì)被計(jì)算成區(qū)外短路，導(dǎo)致拒動(dòng)。避免這種溢出現(xiàn)象的常用方法有：1，采用類似于逐次逼近方式的A/D轉(zhuǎn)換器；2，在A/D轉(zhuǎn)換器之前采用預(yù)先措施；3，調(diào)整模擬量回路的增益。模數(shù)轉(zhuǎn)換器的類型有并行，積分型、逐次逼近型、流水線型等。在A/D轉(zhuǎn)換器中AD7665時(shí)一種逐次逼近型的16位快速模數(shù)轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換速率是500kSPS（Samples Per Second），即進(jìn)行一次模數(shù)轉(zhuǎn)換的時(shí)間為1/50

38、0K=2uS。A/D7665模數(shù)轉(zhuǎn)換器是由 Analog Devices 公司生產(chǎn)。芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.9所示。圖2.9 芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖其中，Reset為復(fù)位輸入。當(dāng)該端子輸入邏輯1時(shí)，無論A/D其器件處于什么狀態(tài)，均被強(qiáng)制復(fù)位，任何正在進(jìn)行的轉(zhuǎn)換工作都不在繼續(xù)進(jìn)行。、分別為讀數(shù)據(jù)和片選控制信號(hào)。當(dāng)二者均為0時(shí)，輸出數(shù)據(jù)才有效。為啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換輸入端。在下降沿時(shí)，先觸發(fā)內(nèi)部的采樣保持電路，隨即開始模數(shù)轉(zhuǎn)換。模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7665的模數(shù)轉(zhuǎn)換功能必須由微型機(jī)執(zhí)行軟件程序來控制，即微型機(jī)通過總線控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7665。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7665與微型機(jī)的接口如下圖2.10所示。圖2.10

39、 模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7665與微型機(jī)的接口由于微機(jī)保護(hù)的采樣脈沖是由定時(shí)器產(chǎn)生。為了實(shí)時(shí)、快速地進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，將采樣信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，在微機(jī)保護(hù)中可以利用采樣脈沖的下降沿作為微型機(jī)的中斷信號(hào)，從而觸發(fā)微型機(jī)響應(yīng)中斷，保證中斷服務(wù)程序能過快速地與采樣脈沖實(shí)現(xiàn)同步。在微型機(jī)的多個(gè)中斷源中，一般將完成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)功能的中斷設(shè)置為優(yōu)先級(jí)最高。這樣，就可以將需要實(shí)時(shí)、快速、與采樣脈沖同步的功能程序放在優(yōu)先級(jí)最高的中斷服務(wù)程序中予以執(zhí)行。微機(jī)保護(hù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的控制和A/D數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，就是屬于需要實(shí)時(shí)、快速、與采樣脈沖同步的功能之一。開關(guān)量輸入/輸出系統(tǒng)開關(guān)量輸入輸出模塊開關(guān)量輸入輸出模塊包括開關(guān)量輸入回路和開

40、關(guān)量輸出回路，是微型機(jī)保護(hù)裝置的重要組成部分，是連接外部強(qiáng)電和內(nèi)部弱電的主要通道，其核心是狀態(tài)信號(hào)的隔離輸入回路和動(dòng)作信號(hào)的隔離輸出回路，主要完成外部開關(guān)量引入裝置進(jìn)行處理和將裝置內(nèi)發(fā)出的開關(guān)信號(hào)引出到繼電器插件，從而驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的繼電器跳閘或告警，達(dá)到保護(hù)的功能。下面分別介紹開關(guān)量輸入回路和輸出回路的設(shè)計(jì)。開關(guān)量輸入部分在微型機(jī)線路保護(hù)裝置中，通常需要采集斷路器狀態(tài)、隔離開關(guān)狀態(tài)和外部分、合閘等狀態(tài)信息，這些狀態(tài)量的采集都是以光電隔離方式輸入的，采用光電隔離的主要優(yōu)點(diǎn)是：輸入信號(hào)與輸出信號(hào)在電氣上完全隔離，抗干擾能力很強(qiáng)；無觸點(diǎn)，耐沖擊，壽命長，可靠性高；響應(yīng)速度快，易與邏輯電平配合使用。需要采

41、集的輸入開關(guān)量共8路，分為兩組，一組為4路220V開關(guān)量輸入，另一組為4路24V開關(guān)量輸入。圖2.11所示開關(guān)量通過光電隔離輸入電路圖。其工作原理是：當(dāng)外部接點(diǎn)接通時(shí)，光電隔離的二極管導(dǎo)通，光電隔離的三極管也導(dǎo)通，其集電極輸出低電位；當(dāng)外部接點(diǎn)斷開時(shí)，光電隔離的二極管不導(dǎo)通，于是三極管截止，集電極輸出高電位，軟件讀并行口該位的狀態(tài)，即可知道外部接點(diǎn)的狀態(tài)。圖中二極管起保護(hù)作用，用于防止開關(guān)量輸入回路電源極性接反時(shí)將光電耦合器中的發(fā)光二極管反向擊穿，另一方面二極管還能夠加速繼電器的返回。電容為抗干擾電容。這樣，開關(guān)量經(jīng)過光電耦合器后直接與保護(hù)DSP相應(yīng)的通用IO口相連，光敏三極管的導(dǎo)通和截止完全

42、反映外部接點(diǎn)的狀態(tài)，帶有電磁干擾的外部輸入回路與微型機(jī)電路之間沒有直接電的聯(lián)系，各種干擾信號(hào)不能進(jìn)入微型機(jī)電路部分，從而達(dá)到抗干擾的目的。圖2.11 開關(guān)量經(jīng)光耦輸入電路(只畫出220V的一路輸入)。在整體電路中，上面4路為220V開關(guān)量輸入電路，并配有兩路220V開關(guān)量監(jiān)視電路；下面4路為24V開關(guān)量輸入電路，配有兩路24V開關(guān)量監(jiān)視電路。監(jiān)視電路能夠?qū)崿F(xiàn)8路開關(guān)量輸入信號(hào)的開啟與停止，從而達(dá)到省電目的；同時(shí)，配備有自檢回路，通過4路開關(guān)量監(jiān)視回路，可以實(shí)現(xiàn)8路開關(guān)量輸入通道的自檢功能。圖2.12 開關(guān)量輸入回路(以220V的一路輸入量為例) 圖2.12的原理為：6JA21為220V開關(guān)量控

43、制1端口。當(dāng)該端口輸入為“1"時(shí)，光電隔離器PTl中發(fā)光二極管發(fā)光，三極管導(dǎo)通，表現(xiàn)為低電平，可正確對(duì)220V開關(guān)量輸入信號(hào)進(jìn)行采集；當(dāng)6JA21控制端口輸入為“O”時(shí)，光電隔離器PT3中發(fā)光二極管不導(dǎo)通，同時(shí)三極管截止，表現(xiàn)為高阻狀態(tài)，此時(shí)無法采集相應(yīng)的開關(guān)量。這樣，就可以將裝置的電源停掉，實(shí)現(xiàn)省電功能。自檢測功能：220V開關(guān)量控制2端口6JB21輸入為“1”時(shí)，光電隔離器PT2中的發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光，三極管導(dǎo)通，220V正電源經(jīng)導(dǎo)通的三極管，二極管D3進(jìn)入開關(guān)量采集電路中，通過查詢開關(guān)量輸入口6JBl8的狀態(tài)，用以判斷開關(guān)量采集電路是否工作正常。開關(guān)量輸出部分相對(duì)于開關(guān)量輸入，

44、開關(guān)量輸出回路具有更加重要的地位。因?yàn)樵谖⑿蜋C(jī)保護(hù)裝置中，所有的保護(hù)功能最終是通過開關(guān)量輸出部分來控制繼電器動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)斷路器跳閘或發(fā)出告警信號(hào)。如下圖為一簡單的輸出接線圖。圖2.13 裝置開關(guān)量輸出回路接線圖但是，由于開關(guān)量輸出信號(hào)的正確與否關(guān)系到整個(gè)繼電保護(hù)裝置的可靠性，因此，開關(guān)量輸出回路必須加上監(jiān)視回路來監(jiān)視開關(guān)量的狀態(tài)。開關(guān)量輸出部分主要包括跳閘出口、重合閘出口以及各種信號(hào)出口等。開關(guān)量輸出部分是對(duì)斷路器實(shí)現(xiàn)控制的出口通道，DPS2812M的IO口輸出的是33V的低電壓微電流信號(hào)，不足以直接驅(qū)動(dòng)斷路器實(shí)現(xiàn)各種操作。因此，開關(guān)量輸出回路需要將CPU輸出的小信號(hào)放大為大功率信號(hào)，從而驅(qū)動(dòng)斷

45、路器。另外，為了防止斷路器操作過程中產(chǎn)生的瞬時(shí)脈沖對(duì)微型機(jī)保護(hù)裝置的反饋干擾，還必須對(duì)出口通道進(jìn)行隔離。通過采用光電耦合器與繼電器相結(jié)合的方法來實(shí)現(xiàn)出口信號(hào)的隔離與放大。為了提高開關(guān)量輸出回路的可靠性，在數(shù)字輸出和繼電器之間選用了光電耦合器，提高了抗干擾能力。另外，任何一路的輸出均由兩個(gè)信號(hào)通過與非門產(chǎn)生的控制信號(hào)所控制，這樣就可以有效地抑制干擾產(chǎn)生的誤動(dòng)，可也以在裝置出現(xiàn)故障的時(shí)候有效地實(shí)現(xiàn)閉鎖。輸出量光耦電路如圖2.14所示。圖2.14 輸出量光耦電路(只畫出一路) 輸出量光耦電路原理為：6JB24為輸出總控制端口，只用當(dāng)該端口輸入為“0”，與非門， U1A輸出“1”時(shí)，整個(gè)開關(guān)量輸出電路

46、才能正常工作，否則，當(dāng)該端口輸入為“1”時(shí)，各開關(guān)量輸出端口經(jīng)與非門后均為“1”，光電耦合器不導(dǎo)通，回路被閉鎖。在6JB24為“O”的前提下，當(dāng)跳閘輸出端口6JBl4輸出為“1”時(shí)，經(jīng)與非門輸出為“0”，光電耦合器中發(fā)光二極管導(dǎo)通，三極管導(dǎo)通，24V電源經(jīng)二極管D1至3d26，3d28端口，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的繼電器；同時(shí)24V電源經(jīng)二極管D8至光電耦合器PT8，二級(jí)管導(dǎo)通，三級(jí)管導(dǎo)通，輸出電路監(jiān)視端口6JA25對(duì)電路進(jìn)行監(jiān)視。微型機(jī)主系統(tǒng)模塊微型機(jī)主系統(tǒng)一般由中央處理器、存儲(chǔ)器、定時(shí)器計(jì)數(shù)器以及控制電路等部分組成，并通過數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線連成一個(gè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和操作控制，對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)送

47、來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，指揮各種外圍接口部件運(yùn)轉(zhuǎn)，完成各種繼電保護(hù)測量和邏輯功能。電源模塊微型機(jī)保護(hù)系統(tǒng)對(duì)電源要求較高，通常這種電源是逆變電源，即將直流電逆變?yōu)榻涣麟?，再把交流電整流為微型機(jī)系統(tǒng)所需的直流電壓。將變電所強(qiáng)電系統(tǒng)的直流電源與微型機(jī)的弱電系統(tǒng)電源完全隔離開，通過逆變后的直流電源具有極強(qiáng)的抗干擾能力，對(duì)來自變電所中因斷路器跳合閘等原因產(chǎn)生的強(qiáng)干擾可以完全消除掉。本設(shè)計(jì)采用的逆變穩(wěn)壓電源的輸入電壓為直流220V，其輸出有5V，供微型機(jī)系統(tǒng)使用，±12V供數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)使用，24V供繼電器回路使用。電源模理圖如圖2.15所示。圖2.15 電源模塊原理圖顯示部分顯示面板單設(shè)一個(gè)單片機(jī)

48、P89C51RD，負(fù)責(zé)漢字液晶顯示、鍵盤處理，通過串口與CPU交換數(shù)據(jù)。3 數(shù)字濾波器3.1 數(shù)字濾波器介紹定義：對(duì)經(jīng)過采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換變成數(shù)字量的信號(hào)進(jìn)行某種數(shù)學(xué)運(yùn)算，取得信號(hào)中的有用信息，而去掉信號(hào)中的無用成分。在微機(jī)保護(hù)中，數(shù)字濾波器一般體現(xiàn)成一段程序。圖3.1 數(shù)字濾波器數(shù)字濾波器的優(yōu)點(diǎn)：1、特性一致性好。模擬濾波器存在元件特性的差異，而數(shù)字濾波器只要保證程序一樣，特性也就完全一致。2、不存在由于溫度變化、元件老化等因素對(duì)濾波器特性影響的問題。3、不存在阻抗匹配的問題。4、靈活性好。只要改變數(shù)字濾波器的計(jì)算公式或改變某些系數(shù)，即可改變?yōu)V波器的特性。5、精度高。通過增加計(jì)算字長位數(shù)，就可提

49、高計(jì)算精度。離散時(shí)間信號(hào)的頻譜一個(gè)模擬信號(hào)x(t)經(jīng)過采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換后，輸入至微機(jī)的是一串時(shí)間離散、數(shù)值量化的離散數(shù)列。此數(shù)列可表示為式（）圖3.2 采樣信號(hào)的表示法離散數(shù)列的傅氏變換定義：式（）與X(t)的頻譜X(f)的關(guān)系之間關(guān)系：定義：式（）信號(hào)的頻譜為式（）由公式（）與（）得式（）的頻譜和的頻譜的關(guān)系：對(duì)式（）傅里葉變換得式（）如果X(f)是有限帶寬的，且滿足： X(f) =0，當(dāng)|f|>fs/2.則在任一個(gè)周期內(nèi)的形狀都同X(f)一樣。且有：當(dāng)|f|<fs/2時(shí),式（）非遞歸型數(shù)字濾波器定義：將輸入信號(hào)和濾波器的單位沖激響應(yīng)作卷積而實(shí)現(xiàn)的一類濾波器。即：式（）非遞歸型數(shù)字

50、濾波器的單位沖激響應(yīng)必須是有限長的，即從0到N，共N+1個(gè)沖激序列值。非遞歸型數(shù)字濾波器必定是有限沖激響應(yīng)濾波器（FIR）。設(shè)計(jì)步驟：1、先在連續(xù)域進(jìn)行，即根據(jù)頻域提出的要求，找到一個(gè)合適的傅氏變換對(duì)H(f)和h(t)，稱為設(shè)計(jì)樣本。2、然后對(duì)h(t)按系統(tǒng)的采樣頻率采樣得到h(nTs)的各系數(shù)值，即可實(shí)現(xiàn)濾波器。數(shù)字濾波與模擬濾波等價(jià)的條件：常用的有差分濾波器與積分濾波器遞歸型數(shù)字濾波器定義：將前幾次的輸出值作為輸入來求下一時(shí)刻輸出的數(shù)字濾波器。式（）兩邊進(jìn)行傅氏變換：式（）式（）遞歸型數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)步驟：1確定所要求的頻率特性；2對(duì)進(jìn)行采樣得到進(jìn)行傅氏變換得到；3將整理成的形式；從而得到

51、和系數(shù)，得出遞歸型數(shù)字濾波器。4 微型機(jī)保護(hù)的軟件結(jié)構(gòu)分析軟件結(jié)構(gòu)分析概述110KV線路微型機(jī)保護(hù)裝置是由P89C51RD單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的兩CPU線路保護(hù)裝置。裝置包括三段零序電流保護(hù)及三相一次自動(dòng)重合閘。裝置采用了多單片機(jī)并行工作的方式，配置了兩個(gè)CPU插件，分別完成零序保護(hù)及重合閘，另外配置了一塊接口板，完成對(duì)各保護(hù)CPU插件的巡檢、人機(jī)對(duì)話和與系統(tǒng)微型機(jī)連機(jī)等功能。零序電流保護(hù)包括零序I段-III段和不靈敏I段，零序三段均可由控制字整定是否經(jīng)零序功率方向閉鎖。可由控制字控制是否加速II、III段。振蕩閉鎖采用啟動(dòng)元件動(dòng)作后短時(shí)開放的原理，即啟動(dòng)元件動(dòng)作后的015秒內(nèi)開放保護(hù)，若在該時(shí)間內(nèi)I、

52、II段均不動(dòng)作，則將保護(hù)閉鎖。零序保護(hù)不經(jīng)振蕩閉鎖，只受啟動(dòng)元件的控制。三相一次自動(dòng)重合閘由保護(hù)啟動(dòng)或由開關(guān)位置不對(duì)應(yīng)啟動(dòng)。程序總框圖如圖41所示軟件整體流程圖。本設(shè)計(jì)中，采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，軟件模塊主要由主程序模塊、中斷服務(wù)程序模塊和故障處理程序模塊組成。如圖4.1 軟件整體流程圖主程序模塊主程序模塊包括初始化、全面白檢、開放中斷與等待中斷、數(shù)據(jù)傳輸通信等環(huán)節(jié)。初始化初始化是指保護(hù)裝置在上電或按下復(fù)位鍵時(shí)首先執(zhí)行的程序，它主要是對(duì)DSP芯片的工作方式及參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，以便在后面的程序中按預(yù)定的方案工作。首先F2812對(duì)自身的工作環(huán)境進(jìn)行設(shè)置，初始化各種寄存器，按照電路設(shè)計(jì)的輸入輸出要求，設(shè)置

53、每一個(gè)端口用作輸入還是輸出，初始化保護(hù)輸出的開關(guān)量，以保證出口繼電器均不動(dòng)作；初始化DSP采樣定時(shí)器，控制采樣間隔時(shí)間等。全面自檢對(duì)裝置的軟硬件進(jìn)行一次全面的自檢，包括RAM、FLASH或ROM、各開關(guān)量輸出通道、程序和定值等，以保證裝置在投入使用時(shí)處于完好的狀態(tài)。(1)RAM的讀寫檢查對(duì)RAM某一單元寫入1個(gè)數(shù)，再從中讀出，并比較兩者是否相等。如發(fā)現(xiàn)寫入與讀出的數(shù)不一致，說明隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM有問題，則轉(zhuǎn)至告警模塊。并將告警信息顯示在液晶顯示屏上。(2)開出自檢開出自檢主要是檢測開出通道是否正常，它是通過硬件開出反饋來檢查的依次開出每一路開出量，并從反饋回路檢查開出量是否正確。由于受啟動(dòng)繼電器

54、的閉鎖，所以在開出每一路開出量時(shí)，保護(hù)并不會(huì)誤動(dòng)。(3)整定值檢查每套定值在存入EEPROM時(shí)，都自動(dòng)固化若干個(gè)校驗(yàn)碼。若發(fā)現(xiàn)只讀存儲(chǔ)器EEPROM定值求和碼與事先存入的定值和不一致，說明EEPROM有故障，轉(zhuǎn)至告警模塊，并將告警信息顯示在顯示器上。參數(shù)刷新在經(jīng)過全面自檢后，應(yīng)將所有的數(shù)據(jù)、標(biāo)志字清零，因?yàn)槊恳粋€(gè)標(biāo)志代表了一個(gè)“軟件繼電器”和邏輯狀態(tài)，如果不清零，這些標(biāo)志將控制程序流程的走向，以致無法達(dá)到預(yù)期的目的。開放中斷與等待中斷經(jīng)過初始化和全面自檢后，表明裝置的準(zhǔn)備工作已經(jīng)全部就緒，此時(shí)，開放中斷，將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)投入工作?？删幊痰亩〞r(shí)器將按照初始化程序規(guī)定的采樣間隔Ts不斷發(fā)出采樣脈沖，

55、控制各模擬量通道的采樣和AD轉(zhuǎn)換，并在每次采樣完成后向微型機(jī)請(qǐng)求中斷，來實(shí)時(shí)監(jiān)視和獲取電力系統(tǒng)的采樣信號(hào)。對(duì)保護(hù)計(jì)數(shù)器的值進(jìn)行判斷，該計(jì)數(shù)器用于保護(hù)起動(dòng)元件動(dòng)作后的6s延時(shí)計(jì)算。保護(hù)計(jì)數(shù)器不為零，說明在6s延時(shí)時(shí)間內(nèi)，則進(jìn)入等待中斷流程；當(dāng)保護(hù)計(jì)數(shù)器歸零時(shí)，說明起動(dòng)元件延時(shí)時(shí)間到，進(jìn)入整組復(fù)歸環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)傳輸通信數(shù)據(jù)傳輸通信主要為串口收發(fā)數(shù)據(jù)。串口通信主要完成保護(hù)處理CPUTMS320F2812與管理CPU LPC2220處理器之間的數(shù)據(jù)通信，包括DSP到ARM的數(shù)據(jù)上傳顯示，ARM到DSP的數(shù)據(jù)下傳整定，以及相關(guān)通信控制標(biāo)志位的置位與清零等，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)動(dòng)作定值的查詢、修改和保存，以及動(dòng)作信息

56、報(bào)告和各種實(shí)時(shí)參數(shù)的顯示等。中斷程序模塊在保護(hù)裝置開中斷后，每隔一個(gè)Ts，定時(shí)器就會(huì)發(fā)出一個(gè)采樣脈沖，隨即產(chǎn)生中斷請(qǐng)求。保護(hù)裝置先暫停一下系統(tǒng)程序的流程，轉(zhuǎn)而執(zhí)行一次中斷服務(wù)程序，以保證對(duì)輸入模擬量的實(shí)時(shí)采集，同時(shí)，實(shí)時(shí)地運(yùn)行一次繼電保護(hù)的相關(guān)功能。中斷服務(wù)程序主要包括定時(shí)采樣，電流求和自檢，TV斷線檢查，以及啟元件等功能?？刂茢?shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將8個(gè)模擬量輸入通道的模擬量輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的采樣值，然后存入RAM區(qū)的相應(yīng)的地址單元中。采用全波傅氏算法等微型機(jī)保護(hù)算法對(duì)各數(shù)字量采樣值進(jìn)行計(jì)算。將計(jì)算得到的各電力系統(tǒng)參數(shù)代入啟動(dòng)元件動(dòng)作判據(jù)中，判斷啟動(dòng)元件是否動(dòng)作。若電力系統(tǒng)正常運(yùn)行，保護(hù)啟動(dòng)元件

57、不啟動(dòng)。系統(tǒng)進(jìn)入自檢程序。首先對(duì)每個(gè)采樣點(diǎn)都檢查三相電流之和是否與變壓器中性點(diǎn)側(cè)TA引入的零序電流3Io相等，如果不相等，則判定為采樣回路出錯(cuò)，進(jìn)行上傳數(shù)據(jù)請(qǐng)求置位，將相應(yīng)的報(bào)警信息上傳給ARM。然后，系統(tǒng)進(jìn)入TV斷線檢查模塊，依據(jù)相應(yīng)的判據(jù)對(duì)TV進(jìn)行斷線檢查。TV斷線判據(jù)如下：1負(fù)序電壓大于8V，負(fù)序電流小于A；2正序電壓小于30V，相電流差突變量小于A。系統(tǒng)確定TV二次斷線時(shí)，發(fā)出“TV斷線”信號(hào)，待電壓恢復(fù)正常后信號(hào)復(fù)歸。在TV斷線期間，相應(yīng)的TV斷線標(biāo)志位置“1”，并通過程序安排閉鎖自動(dòng)重合閘。這時(shí)保護(hù)將根據(jù)整定的控制字決定是否退出與電壓有關(guān)的保護(hù)。經(jīng)過上述TV斷線以及采樣通道自檢后，若互感器及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)均無異常，再次判斷啟動(dòng)繼電器是否動(dòng)作。如果此時(shí)電力系統(tǒng)正常，則中斷服務(wù)程序執(zhí)行完畢后就回到主程序中被中斷的地址處，繼續(xù)循環(huán)自檢。若啟動(dòng)繼電器動(dòng)作，則設(shè)置保護(hù)計(jì)數(shù)器的初始值，并通過保護(hù)計(jì)數(shù)器每次循環(huán)自減“l(fā)”來實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)元件動(dòng)作后自保持6s的時(shí)間。同時(shí)，系統(tǒng)修改中斷返回地址和中斷返回參數(shù)，使系統(tǒng)流程跳轉(zhuǎn)至故障處理程序入口出。在進(jìn)入中斷服務(wù)程序后，若啟動(dòng)元件動(dòng)作，則裝置閉鎖掉采樣通道檢查，TV斷線檢測環(huán)節(jié)，直接跳轉(zhuǎn)至修改中斷返回地址和修改中斷返回參數(shù)環(huán)節(jié)，從而進(jìn)入故障處理程序中。這樣可以使CP