【正文】 ～A14：地址輸入線； D0～D7：雙向數(shù)據(jù)線；Vcc:工作電壓，+5V。CPU是微機(jī)主控單元的核心，近年來單片機(jī)以其可靠性高、性能優(yōu)越、體積小、價格低和工作溫限寬等優(yōu)點，成為各檔次微機(jī)保護(hù)的理想中央處理單元。時鐘電路為保護(hù)裝置的實時顯示和各種事件記錄提供時間基準(zhǔn)，它具有獨(dú)立的振蕩器及專用的充電電池，當(dāng)保護(hù)裝置掉電時，它依然能正常運(yùn)行。當(dāng)實時的采樣數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)采集單元進(jìn)入微機(jī)系統(tǒng)后，微機(jī)根據(jù)由給定的數(shù)學(xué)模型編制的計算、邏輯程序?qū)Σ蓸訑?shù)據(jù)作實時的計算分析、判斷是否發(fā)生故障，故障的范圍、性質(zhì)，是否應(yīng)該跳閘等，然后決定是否發(fā)出跳閘命令，是否給出相應(yīng)信號，是否應(yīng)打印結(jié)果等等。由于HSO發(fā)生中斷，我們就可以推知已有2個I/O事件發(fā)生了，CAM陣列已空出2個位置，利用ADC中斷程序我們就可以掛號以后的ADC啟動事件。此外，HSO的CAM陣列可以掛號8個事件，那么我們就能提起安排ADC啟動等I/O事件。如何實現(xiàn)雙速率采樣法，關(guān)鍵在HSO的應(yīng)用。對于雙速率采樣法來說，此定時常數(shù)有2個，當(dāng)M次采樣的定時常數(shù)為 ，之后的N－M次的定時常數(shù)就為 。80C196KC的T2捕獲功能，經(jīng)計算機(jī)能獲得工頻周期值。CPU根據(jù)工頻周期變化。中斷信號只取轉(zhuǎn)換已結(jié)束，可以驅(qū)動中斷程序。為了方便讀出A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，2片ADC的片選套用常規(guī)方法，由連續(xù)地址線譯碼所得，若在地址0A000H～0A007H范圍內(nèi)ADC1片選有效，而ADC2的片選則在0A008H～0A00FH地址范圍內(nèi)有效。為了保證采樣得到的所需的電壓和電流，為此電路中使用了2片MAX125。例如當(dāng)采樣頻率是600Hz時，要求必須慮除輸入信號中頻率大于300Hz以上的高頻分最。圖22給出了一個二階阻容RC低通濾波電路及其頻率特性。模擬低通濾波器可以分為無源濾波器和有源濾波器兩種。因此，為了保證采樣過程滿足采樣定理，必須將頻率高于某一頻率的信號加以濾除，確保采樣數(shù)據(jù)的質(zhì)量。所以必須對采樣頻率的最高選值有一定的限制。而數(shù)據(jù)處理和相應(yīng)的設(shè)備自檢程序必須在一個采樣周期內(nèi)完成，否則將造成采樣數(shù)據(jù)的積壓。在微機(jī)繼電保護(hù)裝中，采樣頻率fs受到數(shù)據(jù)處理和相應(yīng)的硬件設(shè)備自檢程序的限制。 前置模擬低通濾波器采樣總是在一定的采樣頻率下進(jìn)行的，為了滿足采樣定理，必須限定輸入信號的最高頻率、也就是給輸入信號一定的帶寬。微機(jī)保護(hù)裝置中通常采用逐次逼近的A/D轉(zhuǎn)換器，以提高A/D轉(zhuǎn)換的速度和精度。最后得到微機(jī)所需的數(shù)字量。其中，采樣保持電路將在采樣時刻上所得到的模擬量的瞬時幅度記錄下來，并按A/D轉(zhuǎn)換過程的需要保持其值不變，同時還可保證各通道同步采樣，使各模擬量的相位關(guān)系在采樣前后保持不變。為使采樣后的離散信號可以不失真地還原為輸入信號，根據(jù)采樣定理，模擬量在采樣前，應(yīng)采用低通濾波器濾掉/2 (為采樣頻率)以上的高頻分量，以防止頻譜混疊現(xiàn)象的發(fā)生。與一般的晶體管保護(hù)類似，計算機(jī)保護(hù)也是一個對電磁干擾很敏感的設(shè)備。圖2 1 微機(jī)保護(hù)硬件系統(tǒng)總體框圖 數(shù)據(jù)采集單元數(shù)據(jù)采集單元是將從被保護(hù)元件的電流互感器、電壓互感器上取得的二次模擬電量，變換成微機(jī)主控單元能夠處理的數(shù)字量。4 微機(jī)變壓器保護(hù)裝置硬件設(shè)計 總體框圖硬件部分主要包括數(shù)據(jù)采集單元、微機(jī)主控單元、開關(guān)量(數(shù)字量)輸入/輸出單元、人機(jī)接口單元和通信接口單元。本體瓦斯保護(hù) 二次諧波制動的比率差動保護(hù) 開關(guān)量保護(hù)以中間繼電器轉(zhuǎn)接的方式實現(xiàn)出口跳閘及發(fā)信，工作可靠；．主保護(hù)方案:差動保護(hù)原理成熟可靠，靈敏度高，功能完善。CPU采用Intel高性能16位單片機(jī)80C196KC，主頻可達(dá)16MHz[15]，運(yùn)算速度快，處理能力強(qiáng)； 變壓器微機(jī)保護(hù)方案的確定本論文是根據(jù)110kV電壓等級配電系統(tǒng)的特點，結(jié)合上述電力變壓器微機(jī)保護(hù)的特點而研制的新型微機(jī)保護(hù)裝置，與以往保護(hù)相比，本保護(hù)在原理和算法上有新的突破，在一定程度上解決了變壓器保護(hù)整定困難、動作選擇性差的問題。這類變壓器微機(jī)保護(hù)裝置國內(nèi)生產(chǎn)廠家以南京電力自動化設(shè)備總廠、電力自動化研究院、北京四方公司、許昌繼電器廠為代表，其功能相似[10]。西門子公司沒有為變壓器保護(hù)提供相對獨(dú)立的后備保護(hù)裝置，只是用一些電流型保護(hù)裝置作為其后備保護(hù)，如7SJ517SJ512型過流保護(hù)；7TU99型過壓欠壓保護(hù)。2. 只實現(xiàn)變壓器的主保護(hù)，同時采用獨(dú)立的變壓器后備保護(hù)目前國內(nèi)外大部分的變壓器保護(hù)裝置均采用此種方式。3 論文最終方案的確立3 .1 變壓器微機(jī)保護(hù)的特點及其現(xiàn)狀目前國內(nèi)外生產(chǎn)變壓器微機(jī)保護(hù)的廠家很多，就主保護(hù)而言，國外保護(hù)裝置基本是以二次諧波制動為主的比率差動保護(hù)，而國內(nèi)則以二次諧波制動和間斷角兩種原理為主導(dǎo)，以波形對稱原理為補(bǔ)充的格局正在形成。因此在本論文中采用了兩側(cè)CT均接成Y型的CT接線方式，Y/△的變換由數(shù)學(xué)運(yùn)算完成。Y型接法CT斷線的判斷比較簡單，而△型接法CT斷線的類型較多，有的難以與故障區(qū)別開，使判斷十分復(fù)雜。另外 ，CT接線問題也是一個比較值得注意的問題。據(jù)此，零序電流判據(jù)也必須增加其它判據(jù)。該原理在變壓器空投內(nèi)部故障時正好滿足，因此可能將內(nèi)部故障誤判為CT斷線而拒動，故必須增加其它判據(jù):零序電流判別原理，主要依據(jù)三相電流之和同零序電流的關(guān)系，如果CT斷線的話，那么該關(guān)系就會遭到破壞。目前CT斷線判別原理主要有相電流判別、負(fù)序電流判別和零序電流判別原理。2. 關(guān)于變壓器微機(jī)差動保護(hù)CT二次回路斷線判別原理的研究CT 斷線判別原理是微機(jī)變壓器保護(hù)提出的新課題。從上述對這幾種判別原理的比較和分析可以看出，它們在原理上均不是非常完善；在做動模實驗時，在某種條件下均出現(xiàn)過一定程度的誤動或拒動。4) 國內(nèi)剛剛起步的波形對稱原理的比率差動保護(hù)，利用微分后差流的前半波和后半波 作對稱比較，將變壓器在空載合閘時產(chǎn)生的勵磁涌流和故障電流區(qū)分開。3) 磁通量判別原理，主要是利用磁通量——電流特性或者磁通量變化率——電流特性來區(qū)分內(nèi)部故障和勵磁涌流的。 當(dāng)CT飽和時，間斷角中將產(chǎn)生反向電流，飽和越嚴(yán)重，間斷角中的反向電流越大 ，使得間斷角消失；216。根據(jù)上述特點即可構(gòu)成間斷角判別原理的差動保護(hù)。變壓器內(nèi)部故障時，非周期分量電流迅速衰減后，流入差動保護(hù)回路的是周期電流。 變壓器端部接長線或靜補(bǔ)電容串聯(lián)電抗器后接入系統(tǒng)，變壓器內(nèi)部故障時，暫態(tài)自由電流的頻率可能接近二次諧波，同樣有可能使二次諧波制動，引起差動保護(hù)延時動作。在空載投入變壓器、或外部故障切除后電壓恢復(fù)時，如果變壓器某相發(fā)生匝間短路故障，健全相的勵磁涌流產(chǎn)生的二次涌流將制動保護(hù)，使保護(hù)延時動作或拒動；216。但該原理存在著如下缺陷:216。下面分別就其原理、優(yōu)缺點進(jìn)行分析:1) 二次諧波判別原理主要是應(yīng)用勵磁涌流中含有較大的二次諧波含量來構(gòu)成的，無論雙繞組或三繞組電力變壓器的勵磁涌流中，均含有較大成分的二次諧波分量(約30%70%)[12]，但在變壓器內(nèi)部故障或外部故障的短路電流中，二次諧波分量所占比例較小。1. 關(guān)于變壓器微機(jī)保護(hù)裝置差動保護(hù)涌流判別原理的比較和分析在變壓器差動保護(hù)中，勵磁涌流判別是一個關(guān)鍵問題。此外，CT斷線判別原理也是變壓器微機(jī)保護(hù)提出的一個新課題。所以變壓器差動保護(hù)需要解決的一個突出問題就是要能夠可靠地躲過勵磁涌流，同時對短路電流又能正確反應(yīng)，使差動保護(hù)可靠動作。變壓器在正常運(yùn)行情況下的勵磁電流很小，當(dāng)空載變壓器投入電網(wǎng)或變壓器外部故障切除后電壓恢復(fù)時，勵磁電流大大增加，其值有可能達(dá)到變壓器額定電流的68倍，該電流稱為勵磁涌流。防御變壓器過勵磁的過勵磁保護(hù)。防御大接地電流系統(tǒng)中變壓器外部接地短路的零序電流保護(hù)；防御變壓器繞組和引出線多相短路、單相接地短路及繞組匝間短路的縱聯(lián)差動保護(hù)或電流速斷保護(hù)；針對上述變壓器的各種故障和不正常運(yùn)行情況，根據(jù)《繼電保護(hù)和自動裝置設(shè)計技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定，變壓器繼電保護(hù)裝置一般應(yīng)具有如下保護(hù)功能:發(fā)生這類故障時一般也應(yīng)迅速切除變壓器，以盡量減少或消除短路電流造成的危害。內(nèi)部故障危害性很大，發(fā)生時應(yīng)立即將變壓器切除。變壓器的故障可分為內(nèi)部故障和外部故障兩種。另外，變壓器時刻受到外接負(fù)荷的影響，特別是受電力系統(tǒng)短路故障的威脅較大。電力變壓器本體一般沒有旋轉(zhuǎn)設(shè)備，運(yùn)行起來比較可靠，故障機(jī)會較少。另外，正在研究的數(shù)字式電壓、電流傳感器更便于與微機(jī)保護(hù)實現(xiàn)接口。(7) 對于同一類型的保護(hù)對象，微機(jī)保護(hù)裝置可采用相同的硬件結(jié)構(gòu)，不同的保護(hù)功能體現(xiàn)在軟件上，縮短了新產(chǎn)品的研制和開發(fā)周期。(6) 利用微機(jī)的智能特點，可以采用一些新原理，解決一些常規(guī)保護(hù)難以解決的問題。例如，晶體管型集成電路型距離保護(hù)、高頻保護(hù)由于其構(gòu)成復(fù)雜，調(diào)試工作員很大，而微機(jī)型保護(hù)裝置由于具備友好的人機(jī)界面，依靠軟件可在較短的時間內(nèi)完成調(diào)試工作，特別是某些保護(hù)具有專用的調(diào)試儀器，除交流變換器部分，可自動對保護(hù)的功能進(jìn)行快速檢查。電壓互感器的二次是否發(fā)生斷線等信息。因而，與常規(guī)保護(hù)相比，微機(jī)保護(hù)裝置的可靠性大大提高了。(2) 常規(guī)保護(hù)的完好性是依賴于定期檢驗時發(fā)現(xiàn)的，在正常運(yùn)行時保護(hù)裝置的隱患不能及時發(fā)現(xiàn)，一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，將產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，而微機(jī)保護(hù)裝置可利用程序?qū)ζ溆布M(jìn)行在線自檢，一旦發(fā)現(xiàn)問題，可立即報警。2. 微機(jī)保護(hù)及變壓器微機(jī)保護(hù)特點 微機(jī)保護(hù)特點微機(jī)保護(hù)與常規(guī)保護(hù)相比具有以下特點。包括以Intel公司的高性能16位單片機(jī)8OC196KC為核心的主模塊、輸入/輸出模塊和相應(yīng)的外圍模塊。同時，本課題在理論上，要針對變壓器故障類型多、問題復(fù)雜的特點，在現(xiàn)有的變壓器微機(jī)保護(hù)理論和實踐水平基礎(chǔ)上，聯(lián)系本課題的特點，在算法以及保護(hù)原理上進(jìn)行一些突破性的研究，具體工作如下:一、針對電力變壓器實際運(yùn)行中可能發(fā)生的各種類型的故障和不正常運(yùn)行情況對 電力變壓器的各種保護(hù)原理進(jìn)行了研究分析，制定了具體的保護(hù)方案。最近，國內(nèi)外開始研究用于變壓器運(yùn)行狀態(tài)識別的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，但仍停留在理論階段。CT飽和時，間斷角中將產(chǎn)生反向電流，使得間斷角消失，小電流情況下電流中的諧波含量以及頻率的變化對間斷角的測量影響較大，因此在系統(tǒng)振蕩時可能誤動。二次諧波原理變壓器差動保護(hù)，當(dāng)合閘或切除外部故障電壓恢復(fù)時，發(fā)生變壓器內(nèi)部單相故障或匝間故障會拒動；隨著電網(wǎng)電壓等級的提高和系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大以及變壓器單臺容量的增大，大型變壓器內(nèi)部嚴(yán)重故障時，由于暫態(tài)過程使短路電流過程中的二次諧波含量明顯增大，有可能使二次諧波制動，引起差動保護(hù)延時動作；變壓器端部接長線路或靜補(bǔ)電容串聯(lián)電抗后接入系統(tǒng)，變壓器內(nèi)部故障時，暫態(tài)電流的頻率可能接近二次諧波，同樣有可能使二次諧波制動，引起保護(hù)延時動作。這樣雖解決了涌流時的誤動問題，但當(dāng)變壓器涌流時，發(fā)生單相或兩相內(nèi)部故障，差動保護(hù)因涌流制動而不動作。目前實際應(yīng)用的微機(jī)變壓器保護(hù)具體可分為以下三個原理的差動保護(hù):二次諧波制動原理的差動保護(hù)：普遍采用二次諧波制動的比例差動保護(hù)，利用變壓器勵磁涌流中的二次諧波分量來實現(xiàn)制動，由于三相電力變壓器剩磁的離散性，三相合閘角的不同以及Y△變換的原因使得變壓器產(chǎn)生涌流時，會有某一相的二次諧波含量很小。一般而言，采用以下方法可以防止變壓器差動保護(hù)勵磁涌流而引起誤動作：一、利用涌流中的非周期分量；二、利用涌流中的二次諧波分量；三、利用勵磁涌流波形具有明顯的間斷角特征；四、利用勵磁涌流波形微分后的前半周和后半周的不對稱的特征；五、利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模式識別。當(dāng)變壓器空載投入(差動區(qū)內(nèi)無故障)或差動區(qū)外故障切除后的恢復(fù)時間，均會產(chǎn)生勵磁涌流，變壓器的勵磁涌流一般是額定電流的610倍，一般小容量的變壓器有較大的倍數(shù)，大容量變壓器涌流倍數(shù)相對較小。差動保護(hù)有著悠久的歷史，積累了豐富的經(jīng)驗。 變壓器保護(hù)原理的分析電力變壓器是電力系統(tǒng)中十分重要的供電設(shè)備，它的故障將對供電可靠性和系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來嚴(yán)重的影響。計算機(jī)差動保護(hù)除可繼續(xù)沿用傳統(tǒng)的差動速斷和低電壓加速措施外，還可通過長短數(shù)據(jù)窗算法的配合，提高嚴(yán)重故障時的動作靈敏度。提出各種磁制動及圖象識別方法來鑒別勵磁涌流的原理，這需要更復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算和邏輯處理，若用傳統(tǒng)接線來實現(xiàn)是不可能的。變壓器各側(cè)繞組中因聯(lián)接組關(guān)系而引起的電流相位移可由CT副邊Y△變換改變?yōu)閿?shù)字計算補(bǔ)償。 計算機(jī)變壓器保護(hù)的特點計算機(jī)技術(shù)具有的記憶功能和優(yōu)越的信息處理功能，以及在結(jié)構(gòu)上的特點，提供了比常規(guī)保護(hù)更有效處理手段，表現(xiàn)在以下幾個方面[5]:差動保護(hù)中可將CT二次側(cè)電流直接改為數(shù)字差。一方面要求此時差動保護(hù)不能誤動作，另一方面為防止變壓器流過很大的勵磁電流而發(fā)熱燒損，需要裝置滿足過勵磁倍數(shù)要求和具有反時限制性，并能計算過熱累積效應(yīng)的過勵磁保護(hù)。:對于接于超高壓遠(yuǎn)距離輸電線路的變壓器，當(dāng)發(fā)生內(nèi)部故障時，由于諧振會產(chǎn)生諧波電流，可能引起諧波制動的差動保護(hù)延緩動作，需要采取有效的加速措施或?qū)で笮略淼膭畲庞苛麒b別方法。大型變壓器在電力系統(tǒng)中的地位非常重要，一旦發(fā)生故障，影響范圍很大。隨著我國近年來微機(jī)保護(hù)研究開發(fā)工作的飛速發(fā)展，同時隨著微機(jī)保護(hù)裝置在保護(hù)算法，理論方面的發(fā)展以及硬件裝置的日趨成熟，微機(jī)保護(hù)的發(fā)展前景十分誘人[10]。與傳統(tǒng)模擬型的繼電保護(hù)裝置相比，傳統(tǒng)保護(hù)中諸如動作速度慢，選擇性弱，自動更改定值困難之類的問題在微機(jī)保護(hù)中已基本不存在。到了70年代末期，隨著計算機(jī)本身的重大突破、大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，微型處理機(jī)和微型計算機(jī)進(jìn)入了實用階段，而且價格大幅度下降，可靠性又大為提高，這一切都極大程度地推動著計算機(jī)繼電保護(hù)的發(fā)展。近三十年來，數(shù)字式電子計算機(jī)技術(shù)發(fā)展很快，計算機(jī)的應(yīng)用己經(jīng)廣泛而深入地影響著科學(xué)技術(shù)、生產(chǎn)和生活的各個領(lǐng)域，繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展也不例外[10]。繼電保護(hù)裝置隨著電力系統(tǒng)生產(chǎn)的發(fā)展由最初的機(jī)電型、整流型發(fā)展到晶體管型。邏輯元件的作用是根據(jù)測量元件送來的信號進(jìn)行邏輯判斷，以決定保護(hù)是動作還是不動作，瞬時動作還是延時動作。And now the protections using puters