電力系統(tǒng)微機(jī)型繼電保護(hù)裝置設(shè)計(jì)思路

摘要：本文針對(duì)微機(jī)型繼電保護(hù)裝置之存儲(chǔ)、運(yùn)算、軟件可擴(kuò)充性、設(shè)備抗干擾、自檢和自適應(yīng)能力、串行通信等軟硬件技術(shù)之深入討論，提出了一些基本思路。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：

關(guān)鍵詞：微機(jī)保護(hù) 單片機(jī) 抗干擾 串行通信

0 引言

隨著 計(jì)算 機(jī)技術(shù)之高速 發(fā)展 ，隨著電力系統(tǒng)之不斷擴(kuò)大、智能化，微機(jī)型繼電保護(hù)裝置在電力系統(tǒng) 應(yīng)用 成為了必然，它應(yīng)該具備以下特點(diǎn)：

（1）強(qiáng)大之存儲(chǔ)和運(yùn)算能力、軟件功能之可擴(kuò)充性；；

（2）設(shè)備抗干擾、自檢和自適應(yīng)能力；

（3）適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約之通信能力。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：

1 存儲(chǔ)和運(yùn)算、軟件功能之可擴(kuò)充性；

1.1 存儲(chǔ)能力

裝置除能存儲(chǔ)定值、程序、故障信息及一些重要之?dāng)?shù)據(jù)外,還應(yīng)存放采樣值，以便對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行 分析 ，尤其是故障前后之?dāng)?shù)據(jù)。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：一般在設(shè)計(jì)中根據(jù)數(shù)據(jù)之特點(diǎn)分三塊進(jìn)行存儲(chǔ)，RAM用于存放采樣值及一些臨時(shí)之計(jì)算結(jié)果，EPROM用于存放程序，EEPROM用于存放整定值及一些重要之?dāng)?shù)據(jù)。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：

1.2定值轉(zhuǎn)換

（1） 電流電壓定值

A/D轉(zhuǎn)換得到之?dāng)?shù)字量要除以一定之比例系數(shù)才能真實(shí)地反映實(shí)際之電流電壓值。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：為了盡量避免除法運(yùn)算和減少定值比較時(shí)之計(jì)算量，可以將原始電流電壓定值乘以一定之比例系數(shù)之后再與計(jì)算值進(jìn)行比較。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：另外由于傅氏計(jì)算中為了避免開(kāi)方運(yùn)算，實(shí)際得到之是幅值平方。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：故原始定值可以取平方與計(jì)算值比較。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：

（2） 時(shí)間定值

時(shí)間計(jì)數(shù)是在軟件定時(shí)器中斷中完成之，時(shí)間定值轉(zhuǎn)換成定時(shí)器中斷次數(shù)與時(shí)間計(jì)數(shù)進(jìn)行比較。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：

1.3 濾波及傅氏算法

設(shè)A/D采樣得到之原始樣值為ik，則采用差分濾波算法得到之差分樣值Ik＝ik－ik-2。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：式中ik為第k次原始采樣值，ik-2為第k-2次原始采樣值。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：

輸入信號(hào)是周期函數(shù)時(shí)，可以采用傅氏算法分離其基頻及倍頻分量。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：以基頻分量為例，按每周波采樣12次：

由于全周傅氏算法必須在系統(tǒng)發(fā)生故障一周后計(jì)算才有效，其 小響應(yīng)時(shí)間至少為20MS。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：為使計(jì)算能在更快之時(shí)間內(nèi)得出結(jié)果，可以采用半周傅氏算法計(jì)算如下：

采用半周傅氏算法 小響應(yīng)時(shí)間可縮短為10MS。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：

1.4 突變量方式起動(dòng)

投跳閘保護(hù)采用突變量方式起動(dòng)，即連續(xù)三次｜｜Ik－Ik-12｜－｜Ik-12－Ik-24｜｜≥ 突變量時(shí)起動(dòng)保護(hù)。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：突變量在定時(shí)器中斷程序里進(jìn)行判斷，以保證跳閘時(shí)間之準(zhǔn)確性。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：式中Ik為當(dāng)前差分樣值，Ik-12為一周波前差分樣值，Ik-24為兩周波前差分樣值。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：

1.5 人機(jī)對(duì)話(huà)

一方面當(dāng)保護(hù)動(dòng)作或裝置故障時(shí)，在屏幕上顯示相關(guān)之故障信息，另一方面接受用戶(hù)之整定值并存入EEPROM。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：為了方便用戶(hù)調(diào)試整套裝置之硬件，可專(zhuān)門(mén)設(shè)置一些人機(jī)對(duì)話(huà)形式之調(diào)試程序。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：如對(duì)RAM之讀寫(xiě)、時(shí)鐘之對(duì)時(shí)、采樣通道之校驗(yàn)、重要算法之校驗(yàn)、開(kāi)關(guān)量之校驗(yàn)、串行通信之校驗(yàn)等。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：

2 設(shè)備抗干擾、自檢和自適應(yīng)；

2．1 硬件抗干擾

（1）磁環(huán)和抗干擾電容

所有交流輸入端子、開(kāi)關(guān)量輸入端子、直流電源輸入端子均先經(jīng)磁環(huán)和抗干擾電容后再進(jìn)入裝置。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：所有繼電器出口均先經(jīng)磁環(huán)和抗干擾電容后再輸出至端子。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：本措施具有極強(qiáng)之電磁兼容性。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：

（2） 復(fù)位電路

采用MAXIM公司之微處理器監(jiān)控芯片MAX706，實(shí)現(xiàn)以下功能：

① 系統(tǒng)上電或手動(dòng)復(fù)位時(shí)產(chǎn)生復(fù)位脈沖輸出至CPU；

② 獨(dú)立之看門(mén)狗（Watchdog）輸出。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：在一定之時(shí)間內(nèi)看門(mén)狗輸入未被觸發(fā)，則看門(mén)狗輸出使CPU復(fù)位。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：設(shè)置看門(mén)狗功能提供了一種使系統(tǒng)從瞬時(shí)故障中自動(dòng)恢復(fù)之能力。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：MAX706看門(mén)狗功能與CPU內(nèi)部之看門(mén)狗功能配合使用以達(dá)到雙重化之目之。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：

2．2 軟件抗干擾

（1）冷、熱啟動(dòng)入口不同

開(kāi)機(jī)上電啟動(dòng)時(shí)之初始化入口稱(chēng)為冷啟動(dòng)入口，其它原因引起之復(fù)位啟動(dòng)入口稱(chēng)為熱啟動(dòng)入口。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：當(dāng)熱啟動(dòng)之初始化工作不同于冷啟動(dòng)時(shí)，可采用冷、熱啟動(dòng)入口不同之 方法 解決。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：設(shè)置一個(gè)校驗(yàn)字，程序入口處判校驗(yàn)字正確與否。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：冷啟動(dòng)時(shí)由于放置校驗(yàn)字之單元為隨機(jī)數(shù)，故執(zhí)行冷啟動(dòng)初始化程序并置校驗(yàn)字單元之值。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：熱啟動(dòng)時(shí)校驗(yàn)字正確則進(jìn)入熱啟動(dòng)初始化程序入口。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：（具體流程見(jiàn)圖1）

（2）未用存儲(chǔ)單元之處理

未用之存儲(chǔ)單元全部置為復(fù)位指令代碼，一旦程序跑飛到這些未用單元，可以直接返回到熱啟動(dòng)入口處繼續(xù)執(zhí)行程序。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：

2.3裝置自檢

EPROM、EEPROM芯片自檢可采用求和尾碼校驗(yàn)法。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：即將規(guī)定地址空間之單元 內(nèi)容 累加，溢出不管， 后累加之結(jié)果與預(yù)定之校驗(yàn)碼比較，從而判斷ROM中有無(wú)單元損壞。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：（具體流程見(jiàn)圖2）

RAM芯片自檢可先將待檢驗(yàn)單元內(nèi)容保存起來(lái)，然后將55H寫(xiě)入該單元，讀該單元之值，檢查是否正確。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：再將AAH寫(xiě)入待檢驗(yàn)單元，再讀該單元值，檢查是否正確。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：檢驗(yàn)完畢恢復(fù)該單元之值。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：這種方法可測(cè)試每個(gè)存儲(chǔ)單元每一位之兩種二進(jìn)制狀態(tài)，對(duì)于檢測(cè)壞單元數(shù)據(jù)線粘連有較好之效果。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：（具體流程見(jiàn)圖3）

出口回路自檢可采用一路開(kāi)關(guān)量，專(zhuān)門(mén)用來(lái)監(jiān)視出口繼電器之開(kāi)閉狀態(tài)。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：

通信自檢由于保護(hù)裝置是從機(jī)，通信出錯(cuò)之處理主要由通信管理機(jī)負(fù)責(zé)，保護(hù)裝置只負(fù)責(zé)簡(jiǎn)單之報(bào)文內(nèi)容校驗(yàn)。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：

任何裝置自檢故障，均立即閉鎖跳合閘出口回路。陽(yáng)光電子學(xué)校維修專(zhuān)家分析認(rèn)為：

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