【正文】 （247）142cosNnkbXn????在 衰 減 的 非 周 期 分 量 的 影 響 下 ， 傅 氏 算 法 的 計(jì) 算 誤 差 比 較 大 。 另 外， 由 于 半 波 傅氏 算 法 的 數(shù) 據(jù) 窗 只 有 半 周 ， 所 以 它 的 精 度 比 全 波 傅 氏 算 法 精 度 低， 但 是 半 波 傅 氏 算 法是 以 提 高 運(yùn) 算 速 度 為 前 提 的 ， 因 此 ， 當(dāng) 線 路 故 障 發(fā) 生 在 保 護(hù) 范 圍 的 O90%以 內(nèi) 時(shí) ， 用 半波 算 法 計(jì) 算 很 快 就 趨 于 真 值 ， 雖 然 精 度 不 高 ， 但 是 足 以 正 確 判 斷 是 范 圍 內(nèi) 故 障 ， 當(dāng) 故 障在 保 護(hù) 范 圍 的 90%以 外 時(shí) ， 為 了 保 證 計(jì) 算 精 度 ， 要 以 全 波 傅 氏 算 法 的 計(jì) 算 結(jié) 果 為 準(zhǔn) 。由 以 上 分 析 可 以 得 到 總 結(jié) ： 何 一 種 算 法 的 精 度 和 速 度 都 是 與 采 樣 點(diǎn) 數(shù)（ 也 就 是 采 樣 頻 率 ） 直 接 相 關(guān) 的 ， 采樣 頻 率 越 高 ， 精 度 越 高 ， 響 應(yīng) 速 度 越 慢 ， 采 樣 頻 率 越 低 ， 精 度 越 低 ， 響 應(yīng) 速 度 越 快 。 氏 算 法 具 有 濾 波 作 用 ， 可 以 消 除 恒 定 的 直 流 分 量 和 整 次 諧 波 分 量， 但 是 不 能消 除 衰 減 的 直 流 分 量 ， 在 最 嚴(yán) 重 的 情 況 下 ， 由 衰 減 直 流 分 量 造 成 的 傅 氏 算 法 的 計(jì) 算 誤差 達(dá) 到 10%以 上 ， 因 此 ， 必 須 采 取 措 施 給 予 補(bǔ) 救 。 波 傅 氏 算 法 的 數(shù) 據(jù) 窗 為 一 個(gè) 周 期， 響 應(yīng) 速 度 比 較 慢 ， 但 運(yùn) 算 精 度 相 對(duì) 較 高 ， 半波 傅 氏 算 法 的 數(shù) 據(jù) 窗 縮 短 為 半 個(gè) 周 期， 響 應(yīng) 速 度 相 對(duì) 較 快 ， 但 運(yùn) 算 精 度 有 所 下 降 [17]。在 裝 置 的 主 保 護(hù) 板 的 算 法 設(shè) 計(jì) 中， 我 們 選 擇 全 波 傅 氏 算 法 作 為 線 路 保 護(hù) 的 算 法， 故障 模 擬 量 經(jīng) 過(guò) 電 壓 互 感 器 和 電 流 互 感 器 進(jìn) 入AD轉(zhuǎn) 換 器 ， 采 樣 頻 率 選 擇 為 600Hz， 即 一 路信 號(hào) 一 個(gè) 周 期 有 12個(gè) 采 樣 點(diǎn) ， 然 后 得 到 的 12個(gè) 采 樣 值 通 過(guò) 式 (244)和 式 (245)計(jì) 算 得 到輸 入 模 擬 量 的 實(shí) 部 和 虛 部 ， 根 據(jù) 式 (242)和 式 (243)就 可 以 計(jì) 算 模 擬 量 的 幅 值 和 相 角 。裝 置 要 實(shí) 現(xiàn) 的 功 能 是 把 計(jì) 算 得 到 的 模 擬 量 有 效 值 與 系 統(tǒng) 的 整 定 值 相 比 較， 如 果 模 擬量 有 效 值 超 過(guò) 系 統(tǒng) 整 定 值 ， 就 迸 一 步 通 過(guò) 驅(qū) 動(dòng) 出 口 繼 電 器 和 斷 路 器 跳 閘， 從 式 (238)和式 (239)可 知 ， 基 波 電 流 可 以 表 示 為 ： （248）111()cos()sin()itbtat???或 （249）02iitIt?基 波 電 流 的 有 效 值 及 相 角 為 ： （250）21abI?? （251）1rctna?同 理 可 以 推 出 n次 諧 波 分 量 的 有 效 值 和 相 角 為 ： （252）2nabI?? （253）rctnna?在 算 法 的 判 據(jù) 設(shè) 計(jì) 中 ， 主 要 是 把 采 集 的 一 路 信 號(hào) 的 12個(gè) 離 散 值 根 據(jù) 式 (244)和 式(245)計(jì) 算 出 模 擬 量 基 波 分 量 的 實(shí) 部 和 虛 部， 然 后 再 根 據(jù) 式 (250)和 式 (251)就 可 以 計(jì)算 出 基 波 分 量 的 有 效 值 和 相 角 ， 最 后 通 過(guò) 與 保 護(hù) 整 定 值 進(jìn) 行 比 較 而 判 斷 裝 置 是 否 動(dòng) 作 。第 3 章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)采三相電流 / 電壓電流 / 電壓互感器調(diào)理電路（ 濾波 、 采樣保持 ）A / D 轉(zhuǎn)換繼電器開關(guān)量輸出C P UA T 8 9 C 5 2上位機(jī) （ P C ）通訊模塊顯示模塊鍵盤輸入模塊圖31 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖 微 機(jī) 保 護(hù) 裝 置 實(shí) 際 上 是 一 個(gè) 具 有 繼 電 保 護(hù) 功 能 的 計(jì) 算 機(jī) 系 統(tǒng) 。 當(dāng) 然 應(yīng) 包 括 硬 件和 軟 件 兩 部 分 。 微 機(jī) 保 護(hù) 的 硬 件 電 路 隨 所 采 用 的 單 片 機(jī) 不 同 而 有 很 大 差 別 。 另 外， 隨 所保 護(hù) 對(duì) 象 的 不 同 在 硬 件 上 也 有 所 不 同 。 因 此， 微 機(jī) 保 護(hù) 裝 置 具 有 一 般 微 機(jī) 系 統(tǒng) 的 基 本結(jié) 構(gòu) [18]。本 設(shè) 計(jì) 是 以 AT89C52單 片 機(jī) 為 核 心 ， 采 集 量 為 三 相 電 流 與 三 相 電 壓 的 數(shù) 字 型 微 機(jī)繼電 保 護(hù) 裝 置 。 將 采 集 量 通 過(guò) 電 流 互 感 器 與 電 壓 互 感 器 轉(zhuǎn) 變 成 小 電 流 與 低 電 壓， 再 經(jīng) 過(guò) 濾波 電 路 、 采 樣 保 持 和 A/D轉(zhuǎn) 換 ， 將 數(shù) 字 量 傳 入 單 片 機(jī) ， 與 輸 入 的 保 護(hù) 整 定 值 進(jìn) 行 比 較 ，而 后 將 結(jié) 果 經(jīng) 過(guò) 通 訊 模 塊 與 上 位 機(jī) 進(jìn) 行 交 流 傳 輸， 從 而 決 定 繼 電 氣 開 關(guān) 量 的 輸 出 ， 并 將結(jié) 果 通 過(guò) 數(shù) 碼 管 呈 現(xiàn) 給 工 作 人 員 。（ 1） 數(shù) 據(jù) 采 集 系 統(tǒng) 。 模 擬 量 輸 入 通 道 為 電 流 、 電 壓 信 號(hào)， 由 于 電 流 、 電 壓 為 隨 時(shí)間 變 化 的 連 續(xù) 信 號(hào) ， 而 計(jì) 算 機(jī) 只 接 收 數(shù) 字 信 號(hào) ， 因 此 需 要 將 這 種 類 型 的 模 擬 信 號(hào) 轉(zhuǎn) 變?yōu)?數(shù) 字 信 號(hào) ， 完 成 模 擬 量 到 數(shù) 字 量 的 轉(zhuǎn) 換 。 該 系 統(tǒng) 包 括 電 流 、 電 壓 形 成 和 模 數(shù) 轉(zhuǎn) 換 模 塊，以 完 成 模 擬 輸 入 量 準(zhǔn) 確 轉(zhuǎn) 換 為 數(shù) 字 信 號(hào) 的 功 能 。（ 2） 數(shù) 據(jù) 處 理 系 統(tǒng) （ 計(jì) 算 機(jī) 系 統(tǒng) ） 。 計(jì) 算 機(jī) 系 統(tǒng) 包 括 微 處 理 器 、 存 儲(chǔ) 器 、 隨機(jī) 存 儲(chǔ) 器 、 定 時(shí) 器 及 并 行 口 等 。 微 處 理 器 執(zhí) 行 存 放 在 程 序 存 儲(chǔ) 器 中 的 保 護(hù) 程 序， 對(duì) 由 數(shù)據(jù) 采 集 系 統(tǒng) 輸 入 至 隨 機(jī) 存 儲(chǔ) 器 中 的 數(shù) 據(jù) 進(jìn) 行 分 析 處 理， 以 完 成 各 種 繼 電 保 護(hù) 功 能 。（ 3） 開 關(guān) 量 輸 出 通 道 。 微 機(jī) 繼 電 保 護(hù) 裝 置 通 過(guò) 數(shù) 字 量 輸 出 實(shí) 現(xiàn) 對(duì) 斷 路 器 等 控 制 。開 關(guān) 量 輸 出 通 道 由 若 干 并 行 接 口 、 光 電 耦 合 器 件 及 中 間 繼 電 器 等 組 成， 完 成 各 種 保 護(hù) 出口 跳 閘 、 信 號(hào) 報(bào) 警 、 外 部 觸 電 輸 入 及 人 機(jī) 對(duì) 話 功 能 。（ 4） 通 訊 接 口 。 它 包 括 通 訊 接 口 電 路 和 接 口 ， 以 實(shí) 現(xiàn) 多 機(jī) 通 訊 或 聯(lián) 網(wǎng) 。 本 設(shè) 計(jì) 采用 以 RS485的 通 訊 電 路 。（ 5） 電 源 。 電 源 的 作 用 是 將 220V或 110V交 流 電 源 變 換 成 供 給 微 處 理 器 、 數(shù) 字 電路 、 模 數(shù) 轉(zhuǎn) 換 芯 片 及 放 大 器 所 需 要 的 弱 電 電 壓 ， 有 177。12V、 +5V等 。 主控制器AT89C52是 一 個(gè) 低 電 壓 ， 高 性 能 CMOS 8位 單 片 機(jī) ， 片 內(nèi) 含 8k bytes的 可 反 復(fù) 擦 寫的 Flash只 讀 程 序 存 儲(chǔ) 器 和 256 bytes的 隨 機(jī) 存 取 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器 （ RAM） ， 器 件 采 用 ATMEL公 司 的 高 密 度 、 非 易 失 性 存 儲(chǔ) 技 術(shù) 生 產(chǎn)， 兼 容 標(biāo) 準(zhǔn) MCS51指 令 系 統(tǒng) ， 片 內(nèi) 置 通 用 8位中 央 處 理 器 和 Flash存 儲(chǔ) 單 元 ， AT89C52單 片 機(jī) 在 電 子 行 業(yè) 中 有 著 廣 泛 的 應(yīng) 用[19]。 RST9 RXD10TXD11 INT012INT113 T014T115 WR16RD17 XTAL218XTAL119 GND20VCC 39 37 35 33 32EA/VPP 31ALE/PROG 30PSEN 29 27 25 23 21AT89C52Y112MHzC2522pC2622pC2410μR5010K+5V+5V圖 32 AT89C52 管腳圖 模擬量采樣電路 電流互感器1. 電 流 互 感 器 ： 電 流 互 感 器 是 將 大 電 流 變 成 小 電 流 的 互 感 器 。 在 正 常 使 用 情 況下 其 比 差 和 角 差 都 應(yīng) 在 允 許 范 圍 內(nèi) 。 電 流 互 感 器 原 理 是 依 據(jù) 電 磁 感 應(yīng) 原 理 的 。 電 流互 感 器 是 由 閉 合 的 鐵 心 和 繞 組 組 成 。 它 的 一 次 繞 組 匝 數(shù) 很 少， 串 在 需 要 測(cè) 量 的 電 流 的線 路 中 ， 因 此 它 經(jīng) 常 有 線 路 的 全 部 電 流 流 過(guò)， 二 次 繞 組 匝 數(shù) 比 較 多 ， 串 接 在 測(cè) 量 儀 表和 保 護(hù) 回 路 中 ， 電 流 互 感 器 在 工 作 時(shí) ， 它 的 2次 回 路 始 終 是 閉 合 的 ， 因 此 測(cè) 量 儀 表 和 保護(hù) 回 路 串 聯(lián) 線 圈 的 阻 抗 很 小 ， 電 流 互 感 器 的 工 作 狀 態(tài) 接 近 短 路 [20]。 流 互 感 器 的 作 用 ： 電 流 互 感 器 的 作 用 是 可 以 把 數(shù) 值 較 大 的 一 次 電 流 通 過(guò) 一定 的 變 比 轉(zhuǎn) 換 為 數(shù) 值 較 小 的 二 次 電 流， 用 來(lái) 進(jìn) 行 保 護(hù) 、 測(cè) 量 等 用 途 ,如 變 比 為 400/5的 電流 互 感 器 ， 可 以 把 實(shí) 際 為 400A的 電 流 轉(zhuǎn) 變 為 5A的 電 流 。 流 互 感 器 的 接 線 方 式 ： 相 式 接 線 相 不 完 全 星 形 接 線 相 電 流 差 接 線 相 完 全 星 形 接 線 。本 設(shè) 計(jì) 采 用 微 型 CT作 為 系 統(tǒng) 電 器 參 量 的 采 集 與 系 統(tǒng) 隔 離， 防 止 系 統(tǒng) 干 擾 的 侵 入 。本 設(shè) 計(jì) 中 采 用 星 格 公 司 的 SCT254AX精 密 電 流 互 感 器 ， 該 互 感 器 小 巧 輕 便 ， 隔 離 度 高 ， 耐沖 擊 性 強(qiáng) 。 輸 入 額 定 電 流 為 5A， 額 定 輸 出 電 流 為 。圖 33 電 流 互 感 器 電壓互感器 壓 互 感 器 ： 電 壓 互 感 器 是 將 高 電 壓 變 成 低 電 壓 的 互 感 器 。 在 正 常 使 用 情 況 下，其 比 差 和 角 差 都 應(yīng) 在 允 許 范 圍 內(nèi) 。 壓 互 感 器 是 一 個(gè) 帶 鐵 心 的 變 壓 器 。 它 主 要 由 一 、二 次 線 圈 、 鐵 心 和 絕 緣 組 成 。 當(dāng) 在 一 次 繞 組 上 施 加 一 個(gè) 電 壓U1時(shí) ， 在 鐵 心 中 就 產(chǎn) 生 一個(gè) 磁 通 φ ， 根 據(jù) 電 磁 感 應(yīng) 定 律 ， 則 在 二 次 繞 組 中 就 產(chǎn) 生 一 個(gè) 二 次 電 壓U2。 改 變 一 次 或二 次 繞 組 的 匝 數(shù) ， 可 以 產(chǎn) 生 不 同 的 一 次 電 壓 與 二 次 電 壓 比， 這 就 可 組 成 不 同 比 的 電 壓互 感 器 。 電 壓 互 感 器 將 高 電 壓 按 比 例 轉(zhuǎn) 換 成 低 電 壓， 即 100V， 電 壓 互 感 器 一 次 側(cè) 接 在一 次 系 統(tǒng) ， 二 次 側(cè) 接 測(cè) 量 儀 表 、 繼 電 保 護(hù) 等 ； 主 要 是 電 磁 式 的 （ 電 容 式 電 壓 互 感 器應(yīng) 用 廣 泛 ） ， 另 有 非 電 磁 式 的 ， 如 電 子 式 、 光 電 式 [21]。 壓 互 感 器 的 接 線 方 式 ： 一 臺(tái) 單 相 電 壓 互 感 器 來(lái) 測(cè) 量 某 一 相 對(duì) 地 電 壓 或 相 間 電 壓 的 接 線 方 式 ?！?　 兩 臺(tái) 單 相 互 感 器 接 成 不 完 全 星 形， 也 稱 V—V接 線 ， 用 來(lái) 測(cè) 量 各 相 間 電 壓 ， 但 不能 測(cè) 相 對(duì) 地 電 壓 ， 廣 泛 應(yīng) 用 在 20KV以 下 中 性 點(diǎn) 不 接 地 或 經(jīng) 消 弧 線 圈 接 地 的 電 網(wǎng) 中 。 　 　 三 臺(tái) 單 相 三 繞 組 電 壓 互 感 器 構(gòu) 成YN， yn， d0或 YN， y， d0的 接 線 形 式 ， 廣 泛 應(yīng)用 于 3~220KV系 統(tǒng) 中 ， 其 二 次 繞 組 用 于 測(cè) 量 相 間 電 壓 和 相 對(duì) 地 電 壓， 輔 助 二 次 繞 組 接 成開 口 三 角 形 ， 供 接 入 交 流 電 網(wǎng) 絕 緣 監(jiān) 視 儀 表 和 繼 電 器