:电力系统微机型继电保护装置的设计思路

gaoxiang8463

引言
! C3 V0 N( N2 p9 k& d
随着计算机技术的高速发展，随着电力系统的不断扩大、智能化，微机型继电保护装置在电力系统应用成为了必然，它应该具备以下特点：

4 |4 b0 P4 E/ J3 `  a) `（1）强大的存储和运算能力、软件功能的可扩充性；；
$ _3 X- J+ g5 ?3 }* ?! Z" J1 R
: e  G9 X7 J# Q* p! y5 f' e( g（2）设备抗干扰、自检和自适应能力；
% z: J2 B! O( R: D) |! z3 b' r7 a" x2 x
（3）适应标准规约的通信能力。

1 存储和运算、软件功能的可扩充性；
: C1 i$ S# b7 c) a1 I
# u, Z* g! K9 s6 [1.1 存储能力
8 B& {: w& o/ h$ M; `6 M8 R
装置除能存储定值、程序、故障信息及一些重要的数据外,还应存放采样值，以便对系统进行分析，尤其是故障前后的数据。一般在设计中根据数据的特点分三块进行存储，RAM用于存放采样值及一些临时的计算结果，EPROM用于存放程序，EEPROM用于存放整定值及一些重要的数据。
: N( o' V) l* p3 A: O8 M5 B
  L, C$ v8 B1 e! L4 F7 [1.2定值转换

9 ^3 P; ]1 k+ Y% E. C% R. ~（1） 电流电压定值

A/D转换得到的数字量要除以一定的比例系数才能真实地反映实际的电流电压值。为了尽量避免除法运算和减少定值比较时的计算量，可以将原始电流电压定值乘以一定的比例系数之后再与计算值进行比较。另外由于傅氏计算中为了避免开方运算，实际得到的是幅值平方。故原始定值可以取平方与计算值比较。

（2） 时间定值

! F0 X, f6 W! R时间计数是在软件定时器中断中完成的，时间定值转换成定时器中断次数与时间计数进行比较。

1.3 滤波及傅氏算法
3 T4 ^8 D. {! w1 I' Y; H7 W
设A/D采样得到的原始样值为ik，则采用差分滤波算法得到的差分样值Ik＝ik－ik-2。式中ik为第k次原始采样值，ik-2为第k-2次原始采样值。

, F% n/ |: c1 O! T% O3 v" ?' k输入信号是周期函数时，可以采用傅氏算法分离其基频及倍频分量。以基频分量为例，按每周波采样12次：
# G) ?" i( W7 {

, B# c2 v& k# S( G! c5 u! p
由于全周傅氏算法必须在系统发生故障一周后计算才有效，其最小响应时间至少为20MS。为使计算能在更快的时间内得出结果，可以采用半周傅氏算法计算如下：
0 C0 O0 h6 o3 R& y+ g

% N& s4 r7 e  c. F
& j6 B# W2 n, H" U采用半周傅氏算法最小响应时间可缩短为10MS。

% W$ J4 @8 }, `) N2 r: h. p, v1.4 突变量方式起动

投跳闸保护采用突变量方式起动，即连续三次｜｜Ik－Ik-12｜－｜Ik-12－Ik-24｜｜≥ 突变量时起动保护。突变量在定时器中断程序里进行判断，以保证跳闸时间的准确性。式中Ik为当前差分样值，Ik-12为一周波前差分样值，Ik-24为两周波前差分样值。

8 \& \8 S, }5 k; L% U1.5 人机对话
% J+ P/ n' v& @' l/ B. L& [
一方面当保护动作或装置故障时，在屏幕上显示相关的故障信息，另一方面接受用户的整定值并存入EEPROM。为了方便用户调试整套装置的硬件，可专门设置一些人机对话形式的调试程序。如对RAM的读写、时钟的对时、采样通道的校验、重要算法的校验、开关量的校验、串行通信的校验等。
- v; j! Q4 Y# v1 W
2 设备抗干扰、自检和自适应；
* z! f0 d3 l4 G, Z, G! z! G
) j% f. v+ ^. \2 [, z7 m" X" P2．1 硬件抗干扰
2 |7 Y) N9 d. r
8 r, F+ Z+ j' ]" u, t3 y6 k（1）磁环和抗干扰电容
7 t8 j" v; j3 \" _  Z0 d
所有交流输入端子、开关量输入端子、直流电源输入端子均先经磁环和抗干扰电容后再进入装置。所有继电器出口均先经磁环和抗干扰电容后再输出至端子。本措施具有极强的电磁兼容性。
! l. F. M8 M3 P/ Y0 D4 x+ s$ G& H
（2） 复位电路
, O5 i+ z7 D8 q) G! S; v( k- v
采用MAXIM公司的微处理器监控芯片MAX706，实现以下功能：

① 系统上电或手动复位时产生复位脉冲输出至CPU；

- q% b9 ~5 I: T5 l7 Y2 W# V② 独立的看门狗（Watchdog）输出。在一定的时间内看门狗输入未被触发，则看门狗输出使CPU复位。设置看门狗功能提供了一种使系统从瞬时故障中自动恢复的能力。MAX706看门狗功能与CPU内部的看门狗功能配合使用以达到双重化的目的。
# ?/ g! p' b8 ~$ o+ V
2 b6 v8 P: v4 J' y2．2 软件抗干扰
) [1 v/ V7 ~# [! ?9 T
（1）冷、热启动入口不同
) J1 o2 N' J) p# Q- V- K8 I5 Y4 l5 {2 E
开机上电启动时的初始化入口称为冷启动入口，其它原因引起的复位启动入口称为热启动入口。当热启动的初始化工作不同于冷启动时，可采用冷、热启动入口不同的方法解决。设置一个校验字，程序入口处判校验字正确与否。冷启动时由于放置校验字的单元为随机数，故执行冷启动初始化程序并置校验字单元的值。热启动时校验字正确则进入热启动初始化程序入口。（具体流程见图1）
0 v- L6 D7 o5 U0 l  L1 u$ D% S! E. l
（2）未用存储单元的处理
1 A" p  t9 C* e+ _+ }2 Z$ U
未用的存储单元全部置为复位指令代码，一旦程序跑飞到这些未用单元，可以直接返回到热启动入口处继续执行程序。
9 A7 l$ g+ u6 E/ m


6 r5 `3 K5 x6 z+ L( \2.3装置自检

EPROM、EEPROM芯片自检可采用求和尾码校验法。即将规定地址空间的单元内容累加，溢出不管，最后累加的结果与预定的校验码比较，从而判断ROM中有无单元损坏。（具体流程见图2）

) w; ~0 @; o5 n! }RAM芯片自检可先将待检验单元内容保存起来，然后将55H写入该单元，读该单元的值，检查是否正确。再将AAH写入待检验单元，再读该单元值，检查是否正确。检验完毕恢复该单元的值。这种方法可测试每个存储单元每一位的两种二进制状态，对于检测坏单元数据线粘连有较好的效果。（具体流程见图3）

出口回路自检可采用一路开关量，专门用来监视出口继电器的开闭状态。
. \# D) R4 L2 }: P! C/ ~
3 ^1 v( [* N5 D0 G! N9 W0 T+ j通信自检由于保护装置是从机，通信出错的处理主要由通信管理机负责，保护装置只负责简单的报文内容校验。

+ O1 \" [2 F# t9 Z( b0 v9 P& v任何装置自检故障，均立即闭锁跳合闸出口回路。



3 适应标准规约的通信能力。

0 L' ~% d1 w' M! m  K6 F
4．1 硬件连接
3 Q  F. o. M7 R* `2 N2 j$ J
采用光电隔离的RS485/RS422标准通信接口与外界进行通信联系。可与装置直接或间接相连的外部设备有：通信管理机、RTU或打印机等。（其连接如图4所示）
/ N* g* U& w9 b3 V. I
1 ^! x# z& P. e
# f1 W5 z6 W$ l! @: ]
4．2 微机保护与通信管理机、RTU通信

2 T' [. v4 w7 |由图5可见，保护装置与通信管理机之间可直接通过RS485/RS422接口相连，亦可将RS485/RS422接口转换为RS232接口后再与通信管理机相连。保护装置与RTU之间可通过通信管理机相连，亦可将RS485/RS422接口转换为RS232接口后直接与RTU相连。
. K8 x/ v) G9 t4 {0 `: [) t
保护装置与通信管理机通信采用一对多主从查询方式。通信管理机为主机，保护装置为从机。程序结构上主机采用查询方式，从机采用中断方式。正常运行时，保护接受来自通信管理机的查询命令并作出相应的应答。当保护动作或装置自检出错时，保护主动上送事件信息及自检报告。
. t8 f" {% I3 }% q  m
4．3 微机保护与打印机相连

  C" Z- q1 S( G/ `0 d* J由图5可见，保护装置与打印机之间相连有以下几种方式：

: A/ ~0 `+ l$ x; o0 X! ]+ w（1）将RS485/RS422接口转换为RS232接口后与串行打印机相连；
$ k: n0 Z  }; K& {* }
9 _" v2 f; T7 }/ H- u5 y2 v8 i（2）将RS232接口转换为并行接口后与并行打印机相连；
; b% _4 K$ A, J4 c$ Q5 K  ~) o# u4 h
（3）通过通信管理机与并行打印机相连；
1 I9 E) [6 U) [# ^- p* R
4 p8 `) t" }4 ?（4）通过RTU与并行打印机相连。

当多台保护装置组屏在一起需共享一台打印机（这里以串行打印机为例，接并行打印机时只需加多一个串/并转换即可）时，由于保护与打印机通信只需发送两根线，故可利用全双工的RS422接口，将接收两根线用于装置与装置之间的级联，即一台保护装置的发送端与另一台保护装置的接收端依次相连，最后一台保护装置的发送端经RS422/RS232转换后与串行打印机相连。（见图5）

1 T" z9 n) v  W' [
5 |- Z0 n' F* h+ F7 l! Q6 g, B
0 U: v' N5 S, w' {7 L1 O. E5 结束语

3 ?! H0 |# F. X/ o1 \目前随着计算机技术的迅速发展，电力系统产品技术也不断的在更新，本文就微机型继电保护装置提出了产品开发的基本思路，如何将最先进的新技术运用到产品开发中是工程设计人员最应把握的开发方向。

% `+ d" M  N# i1 L( X, W, D- B参考文献

, v5 L1 c3 o0 \# L/ f# F1 刘振安，张培仁．MCS-96系列单片微机原理与实践．中国科学技术大学出版社
& l0 b) N: s, x2 q6 G) H& ~
& p$ ?0 Q# Z6 F' ~5 t/ @2 陈德树．计算机继电保护原理与技术．水利电力出版社

onetwo

教科书里的吧，抄一遍也不容易，辛苦了

zhufl78

谢谢，需要了解更多