第4章 微機(jī)繼電保護(hù)的軟件原理

第4章微機(jī)繼電保護(hù)的軟件原理4.1微機(jī)保護(hù)主程序框圖原理微機(jī)保護(hù)裝置接通電源（上電）或整組復(fù)歸時(shí)，CPU響應(yīng)復(fù)位中斷，進(jìn)入主程序入口

。4.1.1初始化“初始化”是指保護(hù)裝置在上電或整組復(fù)歸時(shí)首先執(zhí)行的程序，它主要是對(duì)微機(jī)系統(tǒng)及其可編程擴(kuò)展芯片的工作方式初始化、各種標(biāo)志設(shè)置、參數(shù)的設(shè)置、整定值加載等，以便在后面的程序中按預(yù)定方案工作。初始化包括初始化（一）、初始化（二）及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)初始化三個(gè)部分。

初始化（一）：主要是對(duì)微處理器CPU及其擴(kuò)展芯片的初始化，及保護(hù)輸出的開關(guān)量出口初始化，賦以正常初值，以保證出口繼電器均不動(dòng)作。初始化（二）：包括采樣定時(shí)器的初始化、對(duì)RAM區(qū)中所有運(yùn)行時(shí)要使用的軟件計(jì)數(shù)器及各種標(biāo)志位清零等程序。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的初始化：主要指采樣值存放地址指針初始化，如果是VFC式采樣方式，則還需對(duì)可編程計(jì)數(shù)器初始化。

4.1.2全面自檢的內(nèi)容

在完成初始化（二）之后進(jìn)入全面自檢程序，全面自檢包括對(duì)RAM、EPROM、開關(guān)量輸入、輸出等回路的自檢。如果檢查出存在錯(cuò)誤，則驅(qū)動(dòng)顯示器顯示故障信號(hào)（故障字符代碼）和故障時(shí)間及故障類型說明。自檢的方式將在第7章中詳細(xì)說明。4.1.3開放中斷與等待中斷初始化之后，進(jìn)入運(yùn)行之前應(yīng)開始模數(shù)變換，并進(jìn)行一系列采樣計(jì)算。所以必須開放采樣中斷。進(jìn)入運(yùn)行之前應(yīng)開放串行口中斷，以保證接口CPU對(duì)保護(hù)CPU的正常通信。在開放中斷后必須延時(shí)2~3個(gè)工頻周期（40~60ms），以確保采樣數(shù)據(jù)的完整性和正確性。

4.1.4自檢循環(huán)

在開放了中斷后，所有準(zhǔn)備工作就緒了，主程序就進(jìn)入相應(yīng)的主循環(huán)程序。主循環(huán)程序主要包括自檢循環(huán)程序和故障處理程序。自檢循環(huán)程序：在保護(hù)裝置正常運(yùn)行且系統(tǒng)無故障時(shí)運(yùn)行，主要包括查詢檢測(cè)報(bào)告，專用及通用自檢等內(nèi)容。故障處理程序：如果檢測(cè)到故障啟動(dòng)標(biāo)志，則進(jìn)入故障處理程序。故障處理程序中進(jìn)行各種保護(hù)的算法計(jì)算，跳閘邏輯判斷與時(shí)序處理，告警與跳閘出口處理，及事件報(bào)告、故障報(bào)告的整理等。4.2采樣中斷服務(wù)程序與故障處理程序原理采樣中斷服務(wù)程序框圖如圖4-2所示。采樣中斷服務(wù)程序主要包括采樣計(jì)算，TV、TA斷線自檢和保護(hù)起動(dòng)元件三個(gè)部分。同時(shí)還可以根據(jù)不同的保護(hù)特點(diǎn)，增加一些檢測(cè)被保護(hù)系統(tǒng)狀態(tài)的程序。4.2.1采樣計(jì)算概述保護(hù)的采樣計(jì)算就是采用某種適當(dāng)?shù)乃惴ǚ謩e計(jì)算各相電壓、電流的有效值、相位、頻率及阻抗等。還可以根據(jù)需要進(jìn)一步計(jì)算出各序電壓、電流及各序功率方向，并分別存入RAM指定的區(qū)域內(nèi)，供后續(xù)的程序（如邏輯判斷等）使用。4.2.2TV斷線的自檢在保護(hù)判斷起動(dòng)之前，先檢查電壓互感器TV二次是否斷線。在小接地電流系統(tǒng)中，可簡單地按以下兩個(gè)判據(jù)檢查TV二次是否斷線。1、正序電壓小于30V，而任一相電流大于0.1A。2、負(fù)序電壓大于8V。4.2.3TA斷線的自檢在TA二次回路斷線或電流通道的中間環(huán)節(jié)接觸不良時(shí)，有的保護(hù)（例如變壓器差動(dòng)保護(hù)）有可能誤動(dòng)作，因此對(duì)TA二次回路必須監(jiān)視，在斷線時(shí)閉鎖保護(hù)并應(yīng)報(bào)警。對(duì)大接地電流系統(tǒng)可采用如下兩個(gè)零序電流的判據(jù)：1、變壓器“△”側(cè)出現(xiàn)零序電流則判為該側(cè)斷線；2、“Y”接線側(cè)，比較三相電流量、、，與零序電流，如出現(xiàn)差流則判斷該側(cè)TA斷線。具體判據(jù)如下：在中低壓變壓器保護(hù)中采用負(fù)序電流來判斷TA斷線的兩個(gè)判據(jù)：1、TA斷線時(shí)產(chǎn)生的負(fù)序電流僅在斷線一側(cè)出現(xiàn)，而在故障時(shí)至少有兩側(cè)會(huì)出現(xiàn)負(fù)序電流。2、以上判據(jù)當(dāng)在變壓器空載時(shí)出現(xiàn)故障的情況下，會(huì)因?yàn)閮H有電源側(cè)出現(xiàn)負(fù)序電流，將誤判TA斷線。因此要求另加條件：降壓變壓器低壓側(cè)三相都有一定的負(fù)荷電流。在TA斷線期間，軟件發(fā)出運(yùn)行異常“TA斷線”信號(hào)，并置TA斷線標(biāo)志位，而且根據(jù)整定的控制字決定是否退出運(yùn)行。4.2.4起動(dòng)元件原理為了提高保護(hù)動(dòng)作的可靠性，保護(hù)裝置的出口均經(jīng)起動(dòng)元件閉鎖，只有在保護(hù)起動(dòng)元件起動(dòng)后，保護(hù)裝置出口閉鎖才被解除。在微機(jī)保護(hù)裝置里，起動(dòng)元件是由軟件來完成的。起動(dòng)元件起動(dòng)后，啟動(dòng)標(biāo)志位“KST”置1。

不同型號(hào)的微機(jī)線路或元件保護(hù)的起動(dòng)元件程序各有不同。例如：在線路成套保護(hù)裝置中常采用以相電流突變量起動(dòng)方式為主，以零序電流為輔助起動(dòng)方式的算法。4.2.5

故障處理程序原理故障處理程序包括保護(hù)軟壓板的投切檢查、各種保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)計(jì)算及定值比較、邏輯判斷、跳閘處理和后加速以及事件報(bào)告等部分。4.3基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的繼電保護(hù)軟件設(shè)計(jì)思想

在以上第一、二節(jié)中所講的是傳統(tǒng)微機(jī)保護(hù)的軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)采用的是主循環(huán)加中斷的線性結(jié)構(gòu)，可稱之為前后臺(tái)系統(tǒng)。這種程序機(jī)制的特點(diǎn)：簡單直觀，易于控制，但缺乏靈活性。

因此借鑒PC操作系統(tǒng)的進(jìn)程管理和調(diào)度思想，建立一個(gè)基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（Real-TimeOperationSystem，RTOS）的微機(jī)保護(hù)軟件系統(tǒng)，統(tǒng)一安排微機(jī)保護(hù)裝置所有與硬件和軟件資源有關(guān)的管理、調(diào)配與控制相關(guān)的程序模塊，將會(huì)大大提高提高軟件的靈活性和可擴(kuò)充性。4.3.1任務(wù)的劃分

任務(wù)—般是指程序連同它操作的數(shù)據(jù)在處理器中動(dòng)態(tài)運(yùn)行的過程。在微機(jī)繼電保護(hù)軟件中，每項(xiàng)任務(wù)都應(yīng)完成一項(xiàng)獨(dú)立的功能或?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)的處理過程。如保護(hù)判斷、數(shù)據(jù)預(yù)處理、電壓、電流有效值計(jì)算、驅(qū)動(dòng)輸出、故障錄波，液晶顯示，鍵盤管理，通信等都可以看成是獨(dú)立完成的任務(wù)。為保證實(shí)時(shí)任務(wù)的并行性，必須對(duì)所有任務(wù)進(jìn)行分類、分時(shí)管理。按照任務(wù)執(zhí)行的時(shí)間界限，可把任務(wù)劃分三類

第一類任務(wù)有嚴(yán)格的時(shí)間起點(diǎn)和終點(diǎn)，有執(zhí)行周期和任務(wù)周期。執(zhí)行周期——完成任務(wù)所需要的時(shí)間。任務(wù)周期——兩次執(zhí)行同一任務(wù)的時(shí)間間隔。第一類任務(wù)周期的最小公約數(shù)作為最小任務(wù)周期，它是任務(wù)調(diào)度的控制依據(jù)，所有這類任務(wù)的調(diào)用周期都是最小任務(wù)周期的整數(shù)倍。在微機(jī)繼電保護(hù)的任務(wù)調(diào)度設(shè)計(jì)中，基本用采樣任務(wù)周期為最小任務(wù)周期，也叫基本任務(wù)周期。第二類任務(wù)沒有嚴(yán)格的起始點(diǎn)，但有嚴(yán)格的終止點(diǎn)。終止點(diǎn)可以是到達(dá)某個(gè)規(guī)定時(shí)刻或出現(xiàn)某種事件。包括開關(guān)量輸出、故障錄波、通信及