電力系統微機型繼電保護裝置設計思路

摘要：本文針對微機型繼電保護裝置之存儲、運算、軟件可擴充性、設備抗干擾、自檢和自適應能力、串行通信等軟硬件技術之深入討論，提出了一些基本思路。陽光電子學校維修專家分析認為：

關鍵詞：微機保護 單片機 抗干擾 串行通信

0 引言

隨著 計算 機技術之高速 發展 ，隨著電力系統之不斷擴大、智能化，微機型繼電保護裝置在電力系統 應用 成為了必然，它應該具備以下特點：

（1）強大之存儲和運算能力、軟件功能之可擴充性；；

（2）設備抗干擾、自檢和自適應能力；

（3）適應標準規約之通信能力。陽光電子學校維修專家分析認為：

1 存儲和運算、軟件功能之可擴充性；

1.1 存儲能力

裝置除能存儲定值、程序、故障信息及一些重要之數據外,還應存放采樣值，以便對系統進行 分析 ，尤其是故障前后之數據。陽光電子學校維修專家分析認為：一般在設計中根據數據之特點分三塊進行存儲，RAM用于存放采樣值及一些臨時之計算結果，EPROM用于存放程序，EEPROM用于存放整定值及一些重要之數據。陽光電子學校維修專家分析認為：

1.2定值轉換

（1） 電流電壓定值

A/D轉換得到之數字量要除以一定之比例系數才能真實地反映實際之電流電壓值。陽光電子學校維修專家分析認為：為了盡量避免除法運算和減少定值比較時之計算量，可以將原始電流電壓定值乘以一定之比例系數之后再與計算值進行比較。陽光電子學校維修專家分析認為：另外由于傅氏計算中為了避免開方運算，實際得到之是幅值平方。陽光電子學校維修專家分析認為：故原始定值可以取平方與計算值比較。陽光電子學校維修專家分析認為：

（2） 時間定值

時間計數是在軟件定時器中斷中完成之，時間定值轉換成定時器中斷次數與時間計數進行比較。陽光電子學校維修專家分析認為：

1.3 濾波及傅氏算法

設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。陽光電子學校維修專家分析認為：式中ik為第k次原始采樣值，ik-2為第k-2次原始采樣值。陽光電子學校維修專家分析認為：

輸入信號是周期函數時，可以采用傅氏算法分離其基頻及倍頻分量。陽光電子學校維修專家分析認為：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發生故障一周后計算才有效，其 小響應時間至少為20MS。陽光電子學校維修專家分析認為：為使計算能在更快之時間內得出結果，可以采用半周傅氏算法計算如下：

采用半周傅氏算法 小響應時間可縮短為10MS。陽光電子學校維修專家分析認為：

1.4 突變量方式起動

投跳閘保護采用突變量方式起動，即連續三次｜｜Ik－Ik-12｜－｜Ik-12－Ik-24｜｜≥ 突變量時起動保護。陽光電子學校維修專家分析認為：突變量在定時器中斷程序里進行判斷，以保證跳閘時間之準確性。陽光電子學校維修專家分析認為：式中Ik為當前差分樣值，Ik-12為一周波前差分樣值，Ik-24為兩周波前差分樣值。陽光電子學校維修專家分析認為：

1.5 人機對話

一方面當保護動作或裝置故障時，在屏幕上顯示相關之故障信息，另一方面接受用戶之整定值并存入EEPROM。陽光電子學校維修專家分析認為：為了方便用戶調試整套裝置之硬件，可專門設置一些人機對話形式之調試程序。陽光電子學校維修專家分析認為：如對RAM之讀寫、時鐘之對時、采樣通道之校驗、重要算法之校驗、開關量之校驗、串行通信之校驗等。陽光電子學校維修專家分析認為：

2 設備抗干擾、自檢和自適應；

2．1 硬件抗干擾

（1）磁環和抗干擾電容

所有交流輸入端子、開關量輸入端子、直流電源輸入端子均先經磁環和抗干擾電容后再進入裝置。陽光電子學校維修專家分析認為：所有繼電器出口均先經磁環和抗干擾電容后再輸出至端子。陽光電子學校維修專家分析認為：本措施具有極強之電磁兼容性。陽光電子學校維修專家分析認為：

（2） 復位電路

采用MAXIM公司之微處理器監控芯片MAX706，實現以下功能：

① 系統上電或手動復位時產生復位脈沖輸出至CPU；

② 獨立之看門狗（Watchdog）輸出。陽光電子學校維修專家分析認為：在一定之時間內看門狗輸入未被觸發，則看門狗輸出使CPU復位。陽光電子學校維修專家分析認為：設置看門狗功能提供了一種使系統從瞬時故障中自動恢復之能力。陽光電子學校維修專家分析認為：MAX706看門狗功能與CPU內部之看門狗功能配合使用以達到雙重化之目之。陽光電子學校維修專家分析認為：

2．2 軟件抗干擾

（1）冷、熱啟動入口不同

開機上電啟動時之初始化入口稱為冷啟動入口，其它原因引起之復位啟動入口稱為熱啟動入口。陽光電子學校維修專家分析認為：當熱啟動之初始化工作不同于冷啟動時，可采用冷、熱啟動入口不同之 方法 解決。陽光電子學校維修專家分析認為：設置一個校驗字，程序入口處判校驗字正確與否。陽光電子學校維修專家分析認為：冷啟動時由于放置校驗字之單元為隨機數，故執行冷啟動初始化程序并置校驗字單元之值。陽光電子學校維修專家分析認為：熱啟動時校驗字正確則進入熱啟動初始化程序入口。陽光電子學校維修專家分析認為：（具體流程見圖1）

（2）未用存儲單元之處理

未用之存儲單元全部置為復位指令代碼，一旦程序跑飛到這些未用單元，可以直接返回到熱啟動入口處繼續執行程序。陽光電子學校維修專家分析認為：

2.3裝置自檢

EPROM、EEPROM芯片自檢可采用求和尾碼校驗法。陽光電子學校維修專家分析認為：即將規定地址空間之單元 內容 累加，溢出不管， 后累加之結果與預定之校驗碼比較，從而判斷ROM中有無單元損壞。陽光電子學校維修專家分析認為：（具體流程見圖2）

RAM芯片自檢可先將待檢驗單元內容保存起來，然后將55H寫入該單元，讀該單元之值，檢查是否正確。陽光電子學校維修專家分析認為：再將AAH寫入待檢驗單元，再讀該單元值，檢查是否正確。陽光電子學校維修專家分析認為：檢驗完畢恢復該單元之值。陽光電子學校維修專家分析認為：這種方法可測試每個存儲單元每一位之兩種二進制狀態，對于檢測壞單元數據線粘連有較好之效果。陽光電子學校維修專家分析認為：（具體流程見圖3）

出口回路自檢可采用一路開關量，專門用來監視出口繼電器之開閉狀態。陽光電子學校維修專家分析認為：

通信自檢由于保護裝置是從機，通信出錯之處理主要由通信管理機負責，保護裝置只負責簡單之報文內容校驗。陽光電子學校維修專家分析認為：

任何裝置自檢故障，均立即閉鎖跳合閘出口回路。陽光電子學校維修專家分析認為：

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