微機(jī)保護(hù)設(shè)計(jì)

1、基于單片機(jī)的B站微機(jī)電流速斷保護(hù)設(shè)計(jì)摘 要：電力作為一種高級、清潔、方便的能源利用形式，正越來越廣泛地應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)社會(huì)的各個(gè)方面。電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性是形成系統(tǒng)威脅的主要問題，然而電力系統(tǒng)中的故障卻是不可避免的。為確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，增強(qiáng)供電的可靠性和連續(xù)性，就需要一個(gè)優(yōu)質(zhì)的故障診斷分析系統(tǒng)。輸電線路，它連接著電源和各種用電設(shè)備，實(shí)現(xiàn)電能的傳輸任務(wù)。當(dāng)輸電線路發(fā)生短路故障時(shí)，短路電流比正常工作電流大許多倍，產(chǎn)生巨大的熱效應(yīng)和力效應(yīng)。這不僅危及線路的本身的運(yùn)行，而且給整個(gè)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了隱患。繼電保護(hù)（包括安全自動(dòng)裝置）是保障電力設(shè)備安全和防止及限制電力系統(tǒng)長時(shí)間大面積停電的最基本、

2、最重要、最有效的技術(shù)手段。本文是針對BC段線路的電流保護(hù)設(shè)計(jì)，對采用單片機(jī)構(gòu)成結(jié)構(gòu)簡單，成本低，使用方便的三段式電流保護(hù)裝置的硬件結(jié)構(gòu)、軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)了一種基于MCS-51單片機(jī)的輸電線路電流保護(hù)裝置，并且進(jìn)行了電流保護(hù)整定值的計(jì)算和靈敏度教研，完成了芯片選型及外圍電路設(shè)計(jì)，給出了軟件流程圖。關(guān)鍵詞：微機(jī)保護(hù)；電流保護(hù)；繼電保護(hù)；單片機(jī)；輸電線路中圖分類號：TM77A Deisign of Microcomputer Current Protection based on MCS-51Class2113,Institute of electrical and mechanical ,

3、 Anhui Polytechnic UniversityAbstract:The electric power took one kind of senior, clean,convenient energy use form, is more and more widely applied in economic society in evry aspect.Th

4、e security movement of electrical power system is the main question form the system threat, however breakdown in the electrical power system is inevitable actually. For g

5、uarantees the system safe stable movement, the enhancement power supply reliability and the continuity, need a high quality breakdown diagnostic analysis system. Transmission network,&#

6、160;it joins power source and the various transmission tasks that realize electrical energy with electrical equipment. When transmission network occurs the fault of short circuit&#

7、160;short-circuit current than normal working current a lot of times, produce huge fuel factor and force effect. This not only dangerous operation of the of line has 

8、;also brought hidden trouble to the safely steady operation of entire power system. Relay protection (including security automatic device) is the guarantee electric power equipment safety and to prevent and limit of power system blackouts f

9、or a long time the most basic, most important, the most effective technological means.This article is aimed at the BC section of line current protection design, to use single chip has simple structure, low cost, convenient to use the three-step current protection device of hardware structure and sof

10、tware design are studied, designed a MCS - 51 single chip microcomputer based transmission line current protection device, and the current protection setting value calculation and sensitivity of the research, completed the chip selection and peripheral circuit design, software flow chart are given.K

11、ey words: The microcomputer protection; Current protection; Relay protection; Single chip microcomputer; Transmission line.1 引言1.1 一次接線圖 圖1 一次接線圖 微機(jī)線路保護(hù)實(shí)驗(yàn)裝置的一次接線圖如圖所示，電源電壓105V，最大運(yùn)行方式下系統(tǒng)阻抗13，最小運(yùn)行方式下系統(tǒng)阻抗10，正常運(yùn)行方式下系統(tǒng)阻抗16。A保護(hù)位于AB段始端，線路阻抗20；B保護(hù)位于BC段始端，線路阻抗50。AB段輸電線路最大負(fù)荷電流0.3A，額定負(fù)荷電流0.28A。BC段輸電線路最大負(fù)荷電流0.2

12、A，額定負(fù)荷電流0.18A。1.2 電流速斷保護(hù)（第段）對于僅反應(yīng)于電流增大而瞬時(shí)動(dòng)作電流保護(hù)，稱為電流速斷保護(hù)。 其優(yōu)缺點(diǎn)是：接線簡單，動(dòng)作可靠，切除故障快；但不能保護(hù)線路全長，保護(hù)范圍受到系統(tǒng)運(yùn)行方式變化的影響較大?；驹恚涸陔娋W(wǎng)的不同地點(diǎn)發(fā)生相間短路時(shí)，線路中通過電流的大小是不同的，短路點(diǎn)離電源愈遠(yuǎn)，短路電流就愈小。此外，短路電流的大小與系統(tǒng)的運(yùn)行方式和短路種類也有關(guān)。圖2 電流速斷保護(hù)范圍的確定在圖2中：表示在最大運(yùn)行方式下，不同地點(diǎn)發(fā)生三相短路時(shí)的短路電流變化曲線；表示在最小運(yùn)行方式下，不同地點(diǎn)發(fā)生兩相短路時(shí)的短路電流變化曲線。如果將保護(hù)裝置中電流起動(dòng)元件的動(dòng)作電流Idz

13、整定為：在最大運(yùn)行方式下，離線路首端Lb·max·3處發(fā)生三相短路時(shí)通過保護(hù)裝置的電流，那么在該處以前發(fā)生短路，短路電流會(huì)大于該動(dòng)作電流，保護(hù)裝置就能起動(dòng)。對在該處以后發(fā)生的短路，因短路電流小于裝置的動(dòng)作電流，故它不起動(dòng)。因此，Lb·max·3就是在最大運(yùn)行方式下發(fā)生三相短路時(shí)，電流速斷的保護(hù)范圍。從圖2可見，在最小運(yùn)行方式下發(fā)生兩相短路時(shí)，保護(hù)范圍為Lb·min·2，它比Lb·max·3來得小。如果將保護(hù)裝置的動(dòng)作電流減小，整定為Idz，從圖2可見，電流速斷的保護(hù)范圍增大了。在最大運(yùn)行方式下發(fā)生三相短路時(shí)，保護(hù)范

14、圍為Lb·max·3；在最小運(yùn)行方式下發(fā)生兩相短路時(shí)，保護(hù)范圍為Lb·min·2。由以上分析可知，電流速斷保護(hù)是根據(jù)短路時(shí)通過保護(hù)裝置的電流來選擇動(dòng)作電流的，以動(dòng)作電流的大小來控制保護(hù)裝置的保護(hù)范圍。假如電力線路如圖3所示： 圖3 BC段線路的無時(shí)限電流速斷保護(hù) 在如圖3所示的線路上，若故障發(fā)生在線路BC之間即K3點(diǎn)短路時(shí)，希望（要求）本段線路上裝設(shè)的電流速斷保護(hù)裝置，能夠根據(jù)選擇性的要求使斷路器3迅速動(dòng)作，切除故障。1.3 保護(hù)整定及靈敏度校驗(yàn)1無時(shí)限電流速段保護(hù)整定計(jì)算在圖2所示的電網(wǎng)中，如果在線路上裝設(shè)了無時(shí)限電流速斷保護(hù)，由于它的動(dòng)作時(shí)間很小（小

15、于0.1s），為了保證選擇性，當(dāng)在相鄰元件上發(fā)生短路時(shí)，則不允許電流起動(dòng)元件動(dòng)作的。因此，不論在哪種運(yùn)行方式下發(fā)生哪種短路，保護(hù)范圍不應(yīng)超過被保護(hù)線路的末端。也就是說，無時(shí)限電流速斷保護(hù)的起動(dòng)電流 或 =Kk （2-1）在式（2-1）中，Kk為可靠系數(shù)，考慮到計(jì)算采用的是次暫態(tài)電流而沒有計(jì)及短路電流中的非周期性分量的影響、電流繼電器誤差和計(jì)算誤差等因素，因此它的數(shù)值取1.21.3。選擇可靠系數(shù)取1.25。由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)一次電流等于二次電流，接線系數(shù)為1。所以BC段電流速斷保護(hù)電流整定值：(A)=I1 2、無時(shí)限電流速段保護(hù)的靈敏度校驗(yàn)靈敏性指的是繼電保護(hù)裝置對于其保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀

16、態(tài)的反應(yīng)能力，通常用靈敏系數(shù)來衡量。滿足靈敏性要求的保護(hù)裝置應(yīng)該是在事先規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)部故障時(shí)，不論短路點(diǎn)的位置，短路的類型如何，以及短路點(diǎn)是否存在過度電阻，都能敏銳感覺，正確反應(yīng)。無時(shí)限電流速斷保護(hù)的靈敏度是用保護(hù)范圍的大小來衡量的。對于保護(hù)相間短路的無時(shí)限電流速斷保護(hù)來說，在最大運(yùn)行方式下發(fā)生三相短路時(shí)，它的保護(hù)范圍Lb·max·3最大；在最小運(yùn)行方式下發(fā)生兩相短路時(shí)，它的保護(hù)范圍Lb·min·2最小。從圖2可見，根據(jù)動(dòng)作電流和在不同地點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)的短路電流變化曲線，可以求得Lb·max·3和Lb·min·2

17、的大小。一般要求Lb·max·3不小于被保護(hù)線路全長的50%，Lb·min·2不小15%20%。 無時(shí)限電流速斷保護(hù)的保護(hù)范圍也可以用解析法進(jìn)行計(jì)算。在最大運(yùn)行方式下保護(hù)范圍Lb·max·3末端發(fā)生三相短路時(shí)，短路電流與動(dòng)作電流相等。即=或 從上式可以求得 Lb·max·3= (2-2)在最小運(yùn)行方式下保護(hù)范圍末端Lb·max·2末端發(fā)生兩相短路時(shí)，短路電流與動(dòng)作電流相等，即=或 從上式可以求得 Lb·min·2 = (2-3)系統(tǒng)的次暫態(tài)電勢(相)； 最大運(yùn)行方式下的系統(tǒng)電

18、抗； 最小運(yùn)行方式下的系統(tǒng)電抗； 被保護(hù)線路每公里的電抗； 被保護(hù)線路的全長(Km)。從式(2-2)可見：線路長度一定，系統(tǒng)容量愈大(即一定，愈小)，保護(hù)范圍愈大；反之，系統(tǒng)容量一定，線路愈長(即一定，愈長)，保護(hù)范圍愈大。從式(2-3)可見：最大、最小運(yùn)行方式相差愈小(即與的差值愈小)，保護(hù)范圍愈大。因此，電流速斷保護(hù)適用于系統(tǒng)容量較大，或被保護(hù)線路較長或系統(tǒng)運(yùn)行方式變化較小的場合。BC段電流速斷保護(hù)靈敏度校驗(yàn)：最大運(yùn)行方式下三相短路66.6最小運(yùn)行方式下兩相短路=371.4繼電保護(hù)裝置的組成  根據(jù)不同原理構(gòu)成的繼電保護(hù)裝置種類雖然很多，但他們都有三個(gè)基本部分組成，即測量部分、邏

19、輯部分和執(zhí)行部分。1、測量部分   測量部分是測量從被保護(hù)對象輸入的有關(guān)電氣量，并與已給定的整定值進(jìn)行比較，根據(jù)比較的結(jié)果，給出“是”、“非”、“大于”、“不大于”等于“0”或“1”的一組邏輯信號，從而判斷保護(hù)是否應(yīng)該啟動(dòng)。通常這一部分的硬件電路主要有模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片（A/D）或電壓頻率變換芯片（VFC）與數(shù)據(jù)信號處理器(DSP)或控制處理器單元(CPU)組成。 2、邏輯部分   邏輯部分是根據(jù)各輸出量的大小、性質(zhì)、輸出的邏輯狀態(tài)、出現(xiàn)的順序或它們的組合，是保護(hù)裝置按一定的邏輯關(guān)系工作，最后確定是否應(yīng)該使斷路器跳閘或發(fā)出信號，并將有關(guān)命令傳給執(zhí)行部

20、分。繼電保護(hù)中常用的邏輯回路有或與否延時(shí)啟動(dòng)延時(shí)返回以及記憶等回路。3、執(zhí)行部分  執(zhí)行部分是根據(jù)邏輯部分傳送的信號，最后完成保護(hù)裝置所負(fù)擔(dān)的任務(wù)。如故障時(shí)動(dòng)作于跳閘；不正常運(yùn)行時(shí)發(fā)出信號，正常運(yùn)行時(shí)，不動(dòng)作等。這一部分的硬件電路主要由控制器和繼電器組成的開關(guān)部分組成。其原理框圖4如下： 圖4 繼電保護(hù)裝置的原理結(jié)構(gòu)圖 2 微機(jī)保護(hù)硬件結(jié)構(gòu)圖 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的輸電線路電流保護(hù)裝置要求把輸電線路上的電流經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換變成數(shù)字量，利用單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行處理，判斷是否發(fā)生故障或不正常狀態(tài)，從而控制跳閘電路，達(dá)到保護(hù)輸電線路的作用。按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的要求，初步確定設(shè)計(jì)系統(tǒng)由模擬量輸入通道，單片機(jī)系統(tǒng)

21、，開關(guān)量輸入輸出通道以及鍵盤和顯示四個(gè)部分組成。其基本結(jié)構(gòu)框圖如5所示。在系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)中，單片機(jī)系統(tǒng)主芯片使用的是AT89S51芯片，AT89S51是高性能單片機(jī)，其可以完全兼容AT89C51單片機(jī)。AT89S51單片機(jī)是一種有一個(gè)8位的CPU，片內(nèi)集成4KB的Flash存儲器帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM）的低電壓、高性能CMOS微處理器，最高工作頻率24MHZ，具有32位可編程I/O線，兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，低功耗的閑置和掉電模式，五個(gè)中斷源，2級中斷優(yōu)先權(quán)等，因而本身具有很強(qiáng)的接口能力。對于AT89S51組成的系統(tǒng)，P0-P3口均可作為I/O口用，共有32根I/

22、O口線。但在應(yīng)用系統(tǒng)中往往是不夠的，需要對I/O接口電路進(jìn)行擴(kuò)展。在模擬輸入通道設(shè)計(jì)中，由于需要同時(shí)輸入多路電流，所以常常采用模擬多路開關(guān)，利用它將各路模擬量輪流與AD轉(zhuǎn)換器接通。這樣使用一片AD轉(zhuǎn)換器就可完成多個(gè)模擬輸入信號的依次轉(zhuǎn)換，從而節(jié)省了硬件電路。在AD接口中，模擬多路開關(guān)用于切換模擬信號，通常是多路輸入，一路輸出。目前已有多種型號的模擬多路開關(guān)集成芯片，它們的功能基本相同，僅在某些參數(shù)和性能指標(biāo)上有所差異。這里采用了芯片ADC0809，其為逐次比較型AD，由一個(gè)比較器和DA轉(zhuǎn)換器通過逐次比較邏輯構(gòu)成，從MSB開始，順序地對每一位將輸入電壓與內(nèi)置DA轉(zhuǎn)換器輸出進(jìn)行比較，經(jīng)n次比較而輸

23、出數(shù)字值，其電路規(guī)模屬于中等，優(yōu)點(diǎn)是速度較高、功耗低，在低分辨率（<12位）時(shí)價(jià)格宜。 圖 5 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)輸電線路電流保護(hù)結(jié)構(gòu)框圖    在開關(guān)量輸出通道中，為了提高抗干擾能力，經(jīng)過一級光電隔離，控制斷路器跳閘。顯示部分采用四位一體共陰極數(shù)碼管 。2.1 硬件選型1、 AT89S51單片機(jī)AT89S51的內(nèi)部資源 ：（1）一個(gè)8位的微處理器（CPU）。 （2）片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器RAM（128B/256B），用于存放可以讀/寫的數(shù)據(jù)，如運(yùn)算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù)等。 （3）片內(nèi)程序存儲器ROM/EPROM（4KB/8KB

24、），用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格。 （4）四個(gè)8位并行I/O接口P0P3，每個(gè)口既可以用做輸入，也可以用作為輸出。 （5）兩個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，每個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器都可以設(shè)置成計(jì)數(shù)方式，用于對外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)，也可設(shè)置為定時(shí)方式，并可以根據(jù)計(jì)數(shù)或定時(shí)的結(jié)果實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。 （6）五個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng)。 （7）一個(gè)全雙工UART（通用異步接收發(fā)送器）的串行I/O口，用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間或單片機(jī)與微機(jī)之間的串行通信。 （8）片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高允許振蕩頻為12MHZ。 以上各個(gè)部分通過內(nèi)部數(shù)據(jù)總線

25、相連接。  AT89S51單片機(jī)引腳圖及其功能： 圖6 AT89S51引腳圖AT89S51采用40腳雙列直插封裝方式，其引腳功能如下： (1) 電源引腳Vcc和Vss Vcc（40腳）：電源端，為+5V。 Vss（20腳）：接地端。 (2) 時(shí)鐘電路引腳XTAL1和XTAL2 XTAL2（18腳）：接外部晶體和微調(diào)電容的一端； 在8051片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸出端，振蕩電路的頻率就是晶體固有頻率。若需要采用外部時(shí)鐘電路時(shí)，該引腳輸入外部時(shí)鐘脈沖。XTAL1（19腳）：接外部晶體和微調(diào)電容

26、的另一端；在8051片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸入端。在采用外部時(shí)鐘信號時(shí)，該引腳必須接地。   (3) 控制引腳RST，ALE，PESN和EA RST/VPD：RST是復(fù)位信號輸入端，高電平有效。RST引腳的第二功能是，即備用電源的輸入端。 ALE/PROG（30腳）：地址鎖存允許信號端。當(dāng)8051上電正常工作后，ALE引腳不斷向外輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。CPU訪問片外存儲器時(shí)，ALE輸出信號作為鎖存低8位地址的控制信號。此引腳的第二功能PROG在對片內(nèi)帶有4KB    

27、EPROM的8751編程寫入時(shí)，作為編程脈沖輸入端。 PESN（29腳）：程序存儲允許輸出信號端。在訪問片外程序存儲器時(shí)，此端定時(shí)輸出負(fù)脈沖作為片外存儲器的選通信號。 EA/VPP（31腳）：外部程序存儲器地址允許輸入端/固化編程電壓輸入端。當(dāng)EA接高電平時(shí)，CPU只訪問片內(nèi)的EPROM/ROM并執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器的指令，但當(dāng)PC（程序 計(jì)數(shù)器）的值超過0FFFFH（對8051為4KB）時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行外部程序存儲器的程序。 當(dāng)EA接低電平時(shí)，CPU只訪問外部EPROM/ROM并執(zhí)行外部程序存儲器的指令，而不管是否有片內(nèi)程序存儲器。 （4）輸

28、入/輸出端口P0，P1，P2和P3 P0口：P0口是一個(gè)漏極開路的8位準(zhǔn)雙向I/O端口。作輸出端口時(shí)，每位可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型的TTL負(fù)載。作輸入時(shí)，應(yīng)先向口鎖存器（80H）寫入全1。P1口、P2口、P3口均可作為輸出/輸入口，每位可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型的TTL負(fù)載。P3口除此之外，每個(gè)引腳還具有第二功能。2、ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。ADC0809各引腳功能 ADC0809各引腳功能如下： D7-D0：8位數(shù)字量輸出引腳。 

29、IN0-IN7：8位模擬量輸入引腳。VCC：+5V工作電壓。 GND：地。 REF（+）：參考電壓正端。 REF（-）：參考電壓負(fù)端。 START：A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號輸入端。 ALE：地址鎖存允許信號輸入端。以上兩種信號用于啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換）。 EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出引腳，開始轉(zhuǎn)換時(shí)為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)為高電平。 OE：輸出允許控制端，用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。 CLK：時(shí)鐘信號輸入端（一般為500KHz）。 A、 B、C：地址輸入線。 圖7 ADC0809的引腳圖  ADC0809對輸入模

30、擬量要求：信號單極性，電壓范圍是05V，若信號太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。3、 LM324運(yùn)算放大器  LM324系列器件為價(jià)格便宜的帶有真差動(dòng)輸入的四運(yùn)算放大器，與單電源應(yīng)用場合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著的優(yōu)點(diǎn)，該放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的電源下，靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一（對每一個(gè)放大器而言）。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了許多應(yīng)用場合中采用外部偏置元件的必要性。4、LF398采樣保持芯片 LF398是一種反饋型采樣/保持放大器，也是目前比較流行的通用型

31、采樣/保持放大器。與LF398結(jié)構(gòu)相同的還有LF198F、LF298等，都是由場效應(yīng)管構(gòu)成，具有采樣速率高、保持電壓下降慢和精度高等特點(diǎn)。5、四位一體共陰極數(shù)碼管    LED數(shù)碼管實(shí)際上是由七個(gè)發(fā)光管組成8字形構(gòu)成的，加上小數(shù)點(diǎn)就是8個(gè)。這些段分別由字母a,b,c,d,e,f,g,dp來表示。當(dāng)數(shù)碼管特定的段加上電壓后，這些特定的段就會(huì)發(fā)亮，以形成我們眼睛看到的 2個(gè)8字樣了。如：顯示一個(gè)“2”字，那么應(yīng)當(dāng)是a亮b亮g亮e亮d亮f不亮c不亮dp不亮。LED數(shù)碼管有一般亮和超亮等不同之分，也有0.5寸、1寸等不同的尺寸。小尺寸數(shù)碼管的顯示筆畫常用一個(gè)發(fā)光

32、二極管組成，而大尺寸的數(shù)碼管由二個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管組成，一般情況下，單個(gè)發(fā)光二極管的管壓降為1.8V左右，電流不超過30mA。發(fā)光二極管的陽極連接到一起連接到電源正極的稱為共陽數(shù)碼管，發(fā)光二極管的陰極連接到一起連接到電源負(fù)極的稱為共陰數(shù)碼管。 2.2 電路設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的電路框圖如圖所示： 圖 8 實(shí)現(xiàn)電流速斷保護(hù)的電路框圖 若線路BC發(fā)生故障，其短路電流流經(jīng)電流互感器并將短路電流的信號傳送至放大器LM324的輸入端口，根據(jù)ADC0809對輸入模擬量要求，由于模擬輸入信號變化太快，需在轉(zhuǎn)換器的輸入前增加采樣保持電路（主要由芯片LF398這種反饋型采樣/保持放大器構(gòu)成）后才能加到ADC0

33、809模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換為電信號后送給AT89S51單片機(jī)處理，而后單片發(fā)出跳閘信號給繼電器，繼電器發(fā)出執(zhí)行跳閘給該線路（BC）上裝設(shè)的斷路器，斷路器斷開，切除故障，縮小停電范圍。3 軟件流程圖設(shè)計(jì)3.1 主程序設(shè)計(jì) 主程序流程如圖9所示。圖中Iu，Iv，Iw分別為A/D轉(zhuǎn)換后的各相電流，Iopi為A/D轉(zhuǎn)換后I的動(dòng)作電流。PB0、PB1控制跳閘，PB2、PB3控制報(bào)警，PB4、PB5控制信息出口，和PB6、PB7控制啟動(dòng)繼電器。只要由軟件使并行口的PB0輸出“0”，PB1輸出“1”，便可使與非門輸出低電平，光敏三極管導(dǎo)通，K的接點(diǎn)被吸合。在初始化和需要繼電器J返

34、回時(shí)，應(yīng)使PB0輸出“1”，PB1輸出“0”，PB2和PB3、PB4和PB5、PB6和PB7同樣控制K。 主程序包括初始化、全面自檢、開放和等待中斷等功能。當(dāng)裝置上電或按復(fù)位按扭后，進(jìn)入該程序模塊的入口。首先進(jìn)行必要的初始化（一），如堆棧寄存器賦值、控制口初始化（置ID、T0、T1的工作方式）、查詢面板上開關(guān)的位置等。當(dāng)面板上開關(guān)在調(diào)試位置則進(jìn)入監(jiān)控程序，否則進(jìn)入運(yùn)行程序。進(jìn)入運(yùn)行程序后，單片機(jī)將開始運(yùn)行狀態(tài)所需的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作即初始化（二），包括往I/O并行控制口寫數(shù)，讓所有的開關(guān)量處于正常狀態(tài)；按照面板上的整定值或門檻值切換開關(guān)的位置，按套號將所需要的那一套整定值或門檻值放在預(yù)先規(guī)定好的RA

35、M區(qū)。之后單片機(jī)依據(jù)程序?qū)ρb置硬件的各部分進(jìn)行全面自檢。 在確認(rèn)一切良好后才允許數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)開始工作，將采集指針和軟件定時(shí)器初始化，準(zhǔn)備好定時(shí)對各模擬輸入量進(jìn)行采樣和A/D轉(zhuǎn)換。這一工作完成后，先將保護(hù)的啟動(dòng)元件動(dòng)作標(biāo)志置1，即PB6=0，PB7=1，閉鎖采樣中斷服務(wù)程序中起動(dòng)元件的計(jì)算。然后開放采樣定時(shí)器中斷并等待。 開放采樣定時(shí)器中斷后，若中斷時(shí)刻到，則轉(zhuǎn)入采樣中斷服務(wù)程序，執(zhí)行完后返回至主程序的斷點(diǎn)處，繼續(xù)執(zhí)行主程序。若中斷時(shí)刻未到，主程序會(huì)繼續(xù)往下執(zhí)行而不斷的進(jìn)行專用自檢項(xiàng)目。專用自檢項(xiàng)目是依據(jù)不同的被保護(hù)元件或不同的保護(hù)原理自行設(shè)置。 上電或復(fù)位 初始化（一） 工作方式？

36、調(diào)試 監(jiān)控程序 初始化（二） 運(yùn)行 全面自檢 不通過 告警 數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)初始化 通過 PB6=0   PB7=1  開中斷 PB6=1  PB7=0 整組復(fù)歸來 輸入Iu, Iv ,Iw全小于Iopi?  N Y 故障處理程序 圖9 主程序框圖 3.2 中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì) 該中斷服務(wù)程序包括對模擬量的采樣、A/D轉(zhuǎn)換、采樣值存儲、起動(dòng)元件的計(jì)算和是否有故障發(fā)生的判斷等功能。圖10給出了采樣中斷服務(wù)程序的框圖。進(jìn)入該程序模塊后，首先發(fā)出采樣/保持命令以保證各模擬量輸入通道的同時(shí)采樣；再對各通道保持信號依次進(jìn)行

37、A/D轉(zhuǎn)換并將轉(zhuǎn)換結(jié)果存儲到預(yù)先劃分好的RAM區(qū)域；然后進(jìn)行起動(dòng)元件的計(jì)算和判斷。如果起動(dòng)元件已經(jīng)動(dòng)作，說明這次中斷服務(wù)程序的執(zhí)行是由于事故處理程序被采樣定時(shí)器中斷時(shí)間到而打斷引起的，則不用再進(jìn)行起動(dòng)元件的計(jì)算和判斷，當(dāng)判斷出起動(dòng)元件剛好動(dòng)作時(shí)，則進(jìn)行以下三項(xiàng)工作：1）將起動(dòng)元件動(dòng)作標(biāo)志置1；2）向并行控制口寫數(shù)，驅(qū)動(dòng)起動(dòng)繼電器動(dòng)作；3）修改返回地址為事故處理程序的入口地址，這樣在采樣中斷服務(wù)程序的出口處程序?qū)⒎祷氐绞鹿侍幚沓绦?，而不是返回到主程序的斷點(diǎn)處。 入口 采樣/保持、A/D轉(zhuǎn)換及結(jié)果存儲 返回PB6=0 PB7=1 ？ Y 起動(dòng)元件計(jì)算 （BC段短路電流I） N起動(dòng)元件動(dòng)作（I>=I1）？ N Y PB6=0，PB7=1，驅(qū)動(dòng)起動(dòng)繼電器 修改返回地址為事故處理程序  入口地址 圖 10 中斷服務(wù)程序框圖3.3 跳閘子程序流程圖 此程序模塊在起動(dòng)元件動(dòng)作后才投入，包括保護(hù)特性的計(jì)算、故障性質(zhì)的判斷等功能，其框圖如11圖所示。進(jìn)入該模塊后，首先檢查故障后的采樣數(shù)據(jù)是否夠一個(gè)數(shù)據(jù)窗長。所謂數(shù)據(jù)窗長是指能估算