【正文】 （4 11）或?qū)懗捎行е礥和I，有{ （4 12） 微機保護(hù)軟件流程圖微機繼電保護(hù)裝置接通電源(上電）或整組復(fù)位時，CPU響應(yīng)復(fù)位中斷，進(jìn)入主程序入口。三采樣值乘積算法是利用3個連續(xù)的等時間間隔的采樣值，通過適當(dāng)?shù)慕M合消去項以求出采樣的幅值和相位的方法。因此，在微機繼電保護(hù)中，一個基本問題就是尋找適當(dāng)?shù)碾x散運算方法，使運算結(jié)果的精確度在能夠滿足工程要求的同時計算耗時又要盡可能短，以達(dá)到既判斷又滿足速動性和可靠性的要求。圖3 14 以HT1621D為驅(qū)動的液晶顯示電路4. 微機保護(hù)的軟件設(shè)計 微機保護(hù)的算法電力系統(tǒng)中的各種電氣量通過微機繼電保護(hù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器后形成了若干個離散的、量化了的數(shù)字采樣序列。圖313 鍵盤連接電路在人機界面當(dāng)中，LCD顯示技術(shù)由于其具有界面友好，成本較低等特點而在很多應(yīng)用場合得到廣泛應(yīng)用。矩陣式鍵盤適用于按鍵數(shù)量較多的場合，它與獨立式鍵盤相比要省很多的I/O口線。一般鍵盤接口有獨立式按鍵和矩陣式按鍵[11]。因此，任何一個人工可干預(yù)的計算機開發(fā)或應(yīng)用系統(tǒng)必須配置鍵盤輸入設(shè)備。本系統(tǒng)的復(fù)位電路如圖3 12所示。一般看門狗電路的本質(zhì)是一個帶有具有清零功能的計數(shù)器。本設(shè)計采用看門狗復(fù)位電路[11]。圖3 11為RS485通過MAX485與單片機的連接圖。RS485接口可連接成半雙工和全雙工兩種通信方式。圖39 ADC0809引腳排列圖ADC0809與AT89C51連接如圖310所示：圖3 10 ADC0809 與AT89C51連接圖 通信電路 系統(tǒng)設(shè)計中采用RS485通信方式，RS485標(biāo)準(zhǔn)接口是單片機系統(tǒng)中常用的一種串行總線之一。 REF（+），REF（）：基準(zhǔn)電壓。 CLK：時鐘脈沖輸入端。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。 START： A/D轉(zhuǎn)換啟動脈沖輸入端，輸入一個正脈沖（至少100ns寬）使其啟動（脈沖上升沿使0809復(fù)位，下降沿啟動A/D轉(zhuǎn)換）。 ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。ADC0809 引腳圖如圖3 9所示： 其主要功能如下： IN0～I(xiàn)N7：8路模擬量輸入端。⑨邏輯電平與TTL兼容。 ⑦低功耗，約15mW。⑤模擬輸入電壓范圍0～+5V， 不需零點和滿刻度校準(zhǔn)。 ③轉(zhuǎn)換時間為100μs(時鐘為640kHz時)，130μs（時鐘為500kHz時）。主要特性如下：①8路輸入通道。超過工作溫度范圍，將不能保證達(dá)到額定精度指標(biāo)。C。 （5）工作溫度范圍較好的A/D轉(zhuǎn)換器的工作溫度為40到85176。 （4）量程量程是指所能轉(zhuǎn)換的電壓范圍。逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時間為1至200μs。 （2）轉(zhuǎn)換時間 指模擬量輸入到完成轉(zhuǎn)換，輸出達(dá)到最終值并穩(wěn)定為止所需的時間。當(dāng)啟動信號由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，逐次逼近寄存器清0，這時，D/A轉(zhuǎn)換器輸出電壓也為0，當(dāng)啟動信號變?yōu)楦唠娖綍r，轉(zhuǎn)換開始，同時，逐次逼近寄存器進(jìn)行計數(shù)。本設(shè)計中采用逐次逼近型芯片ADC0809[11]。A/D變換器主要有以下幾種類型：積分型、逐次逼近型、并行比較型，∑—△型和流水線型等轉(zhuǎn)換器。由采樣保持器送來的多路模擬量公用一套A／D轉(zhuǎn)換器，只有被選中的一路才可以通過多路開關(guān)進(jìn)入A／D轉(zhuǎn)換器，其余各量需等候下一次的選擇。．采樣保持器(S／H)[18]采樣保持器(S／H)的基本原理：A／D轉(zhuǎn)換器完成一次完整的轉(zhuǎn)換需要一段時間，在這段時間里，模擬量不能變化，否則就不準(zhǔn)確了，必須引入采樣／保持電路，將瞬間采集的模擬量“樣本”凍結(jié)一段時間，以保證A／D轉(zhuǎn)換的精度。實際上，大多數(shù)的模擬量輸入回路都在采集之前將最高信號頻率分且限制在一定頻帶以內(nèi)，即限制輸入信號的最高頻率，以降低采樣頻率。電力系統(tǒng)在故障的暫態(tài)期間，電壓和電流含有較高的諧波成分。 電壓形成電路除了起電量變換作用外，另一個重要作用是將一次設(shè)備的電流互感器TA、電壓互感器TV的二次回路與微機A／D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)完全隔離，提高抗干擾能力。一般模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片要求輸入電壓5V或10V。電壓變換器將由電壓互感器二次側(cè)引來的電壓進(jìn)一步降低。下面分別敘述這五部分的工作原理及作用。 圖3 6 開關(guān)量輸出原理圖 模擬量輸入電路的結(jié)構(gòu)框圖如圖3 7所示。只要光敏三極管導(dǎo)通，驅(qū)動繼電器動作，從而產(chǎn)生輸出接點的動作，同時要有效消除由于干擾問題而產(chǎn)生的誤動作。開關(guān)量輸出原理如圖3 6所示。CPU可以通過軟件查詢，隨時知道外部開關(guān)量的狀態(tài)。開關(guān)量輸入原理如圖3 5 所示。也就是說，如果是單純的最小系統(tǒng)，應(yīng)盡量減少電源接地阻抗，否則，就應(yīng)當(dāng)將其他負(fù)載與最小系統(tǒng)分離供電。經(jīng)驗表明，電源的接地阻抗越小，負(fù)載間的耦合就越少。在圖中，C1=220μF，C2=，C3=，C4=200μF。本設(shè)計采用開關(guān)穩(wěn)壓電源，從而可以減少系統(tǒng)的體積和降低功耗[14]。如何保持電源的穩(wěn)定性、減少系統(tǒng)的功耗和外界的干擾往往成為工程師最為頭疼的問題。電路圖如圖3 3所示。AT89C51單片機的主要工作特性如下：①8051CPU；②4KB的快速擦寫Flash存儲器，用于程序存儲，可擦寫次數(shù)為1000次；③256字節(jié)的RAM，其中高128字節(jié)地址被特殊功能寄存器SFR占用；④32根可編程I/O端口線：P0，P1，P2，P3；⑤2個可編程16位定時器，一個可編程的全雙工串行通信：3口的第二功能；⑥具有6個中斷源，5個中斷矢量，兩級優(yōu)先權(quán)的中斷系統(tǒng)；⑦1個數(shù)據(jù)指針DPTR；⑧具有“空閑”和“掉電”兩種低功耗工作方式；⑨可編程的3級程序鎖定位；⑩工作電源的電壓為（5177。它與8051單片機的不同在于，AT89C51單片機比8051單片機在片內(nèi)存儲器空間和功能單元方面有所補充。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機[12][13]。模擬量變換模塊的功能是實現(xiàn)直流、交流強電與系統(tǒng)主模塊的電隔離，并使模擬輸出電平與主模塊中的采樣及A/D轉(zhuǎn)換的電平相一致；開關(guān)量輸入電路用于將各種外部開關(guān)的狀態(tài)(滅磁開關(guān)狀態(tài)、各種隔離開關(guān)狀態(tài)、斷路器狀態(tài)、分合閘回路狀態(tài)、彈簧操作機構(gòu)儲能狀態(tài)、副邊控制開關(guān)狀態(tài)等)經(jīng)光電隔離器輸入到微處理器中；主模塊中的微處理器啟動軟件程序、計算各電流電壓的大小以及監(jiān)視各種開關(guān)量的狀態(tài)，經(jīng)計算處理后輸出開關(guān)量保護(hù)信號去驅(qū)動繼電器動作；微處理器與人機監(jiān)控電路通過通信將各種數(shù)據(jù)和繼電器動作參數(shù)送LCD顯示，通過鍵盤可以查看各種數(shù)據(jù)和修改預(yù)設(shè)定值，并可與上位機通信。3. 2硬件總體結(jié)構(gòu) 微機保護(hù)綜合自動化系統(tǒng)的硬件平臺[10]如圖31所示。另外，隨所保護(hù)對象的不同在硬件上也有所不同。當(dāng)然應(yīng)包括硬件和軟件兩部分。一般 110kV 及以上電壓等級電網(wǎng)都采用中性點直接接地方式，35kV 以下的電網(wǎng)采用中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地方式。 電力系統(tǒng)中性點的工作方式有：中性點直接接地、中性點不接地和中性點經(jīng)消弧線圈接地。 零序保護(hù) 作為相間短路故障的電流保護(hù)雖也能反應(yīng)接地故障，但靈敏度不高，而輸電線路故障大部分是單相接地故障，所以，必須專門配置接地保護(hù)。而母線、主變、發(fā)電機等則不進(jìn)行重合閘。因而，在短路容量比較大的電力系統(tǒng)中，不利的條件限制了重合閘的使用。 當(dāng)然，若重合于永久性故障上時，它也將帶來一些不利的影響，如：（1）使電力系統(tǒng)又一次受到故障的沖擊；（2）由于斷路器在很短的時間內(nèi)，連續(xù)切斷兩次短路電流，而使其工作條件變得更加惡劣?？梢杂弥睾铣晒Φ拇螖?shù)與重合總動作次數(shù)之比的百分?jǐn)?shù)來表示重合閘的成功率，運行資料表明，重合閘成功率一般在60%~70%之間。由此可見，自動重合閘裝置就是將跳閘后的斷路器自動重新投入的裝置，簡稱為AAR裝置。在雙電源供電的線路上采用自動重合閘裝置[2]，能使兩側(cè)系統(tǒng)在重合閘后穩(wěn)定運行，對提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性是很有利的。所謂瞬時性故障，就是在故障后，繼電保護(hù)快速動作，使斷路器迅速跳閘，短路點的電弧立即熄滅，周圍介質(zhì)的絕緣強度也迅速恢復(fù)，故障便自行消除。因此，采取措施提高輸電線路的可靠性具有非常重要的意義。當(dāng)過電流保護(hù)的靈敏系數(shù)不能滿足要求時，應(yīng)該采用性能更好的其它保護(hù)方式。例如在圖2 6的網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)k1點短路時，應(yīng)要求各保護(hù)的靈敏系數(shù)之間只有下列關(guān)系 （2 14）在單側(cè)電源的網(wǎng)絡(luò)接線中，由于越靠近電源端時，保護(hù)裝置的定值越大，而發(fā)生故障后，各保護(hù)裝置均流過同一個短路電流，因此上述靈敏系數(shù)應(yīng)互相配合的要求是自然能夠滿足的。過電流保護(hù)靈敏系數(shù)的校驗仍采用(2 10)式，當(dāng)過電流保護(hù)作為本線路的主保護(hù)時，應(yīng)采用最小運行方式下本線路末端兩相短路時的電流進(jìn)行校驗，要求是；當(dāng)作為相鄰線路的后備保護(hù)時，則應(yīng)采用最小運行方式下相鄰線路末端兩相短路時的電流進(jìn)行校驗、此時要求是。由于它作為相鄰元件后備保護(hù)的作用是在遠(yuǎn)處實現(xiàn)的，因此是屬于遠(yuǎn)后備保護(hù)。而由以上分析可見，此時過電流保護(hù)動作切除故障的時限反而越長，因此，這是一個很大的缺點。引入以后則得保護(hù)3的動作時限應(yīng)為 依次類推，保護(hù)5的動作時限分別為 。對保護(hù)2來講，為了保證k1點短路時動作的選擇性，則應(yīng)整定其動作時限。這個要求只有依靠使各保護(hù)裝置帶有不同的時限來滿足。如圖24所示，假定在每個電氣元件上均裝有過電流保護(hù)，各保護(hù)裝置的起動電流均按照躲開被保護(hù)元件上各自的最大負(fù)荷電流來整定。引入繼電器的返回系數(shù)，則保護(hù)裝置的起動電流即為 （2 13）式中 ——可靠系數(shù)， ~； ——自起動系數(shù)，數(shù)值大于l，應(yīng)由網(wǎng)絡(luò)具體接線和負(fù)荷性質(zhì)確定； ——電流繼電器的返回系數(shù)， 由這一關(guān)系可見，當(dāng)越小時，則保護(hù)裝置的起動電流越大，因而其靈敏性就越差，這是不利的。為此應(yīng)使保護(hù)裝置的返回電流大于。還必須考慮到，由于短路時電壓降低，變電所B母線上所接負(fù)荷的電動機被制動，因此，在故障切除后電壓恢復(fù)時，電動機要有一個自起動的過程。例如在圖2 3所示的網(wǎng)絡(luò)接線中，當(dāng)點短路時，短路電流將通過保護(hù)3，這些保護(hù)都要起動，但是按照選擇性的要求應(yīng)由保護(hù)3動作切除故障，然后保護(hù)4和5由于電流已經(jīng)減小而立即還回原位。為保證在正常運行情況下過電流保護(hù)絕不動作，顯然保護(hù)裝置的起動電流必須整定得大于該線路上可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流。 III段過電流保護(hù)過電流保護(hù)通常是指其起動電流按照躲開最大負(fù)荷電流來整定的一種保護(hù)裝置。對保護(hù)2的限時電流速斷而言，即應(yīng)采用系統(tǒng)最小運行方式下線路AB末端發(fā)生兩相短路時的短路電流作為故障參數(shù)的計算值。靈敏系數(shù)的含義是 （210）式中故障參數(shù)(如電流、電壓等)的計算值，應(yīng)根據(jù)實際情況合理地采用最不利于保護(hù)動作的系線運行方式和故障類型來選定。 為了能夠保護(hù)本線路的全長，限時電流速斷保護(hù)必須在系統(tǒng)最小運行方式下，線路末端發(fā)生兩相短路時，具有足夠的反應(yīng)能力，這個能力通常用靈敏系數(shù)來衡量。（4）如果保護(hù)2中的測量元件(電流繼電器)在外部故障切除后，由于慣性的影響而不能立即返回時，則中還應(yīng)包括測量元件延遲返回慣性時間。(當(dāng)保護(hù)1為速斷保護(hù)時，保護(hù)裝置中不用時間繼電器，即可以不考慮這一項的影響)。現(xiàn)以線路置BC上發(fā)生故障時，保護(hù)2與保護(hù)l的配合關(guān)系為說明確定的原則如下： （1）應(yīng)包括故障線路斷路器QF的跳閘時間(即從操作電流送入跳閘線圈Y的瞬間算起，直到電弧熄滅的瞬間為止)，因為在這一段時間里，故障并末消除，因此保護(hù)2在故障電流的作用下仍處于起動狀態(tài)。為了避免這種情況的發(fā)生，就不能采用兩個電流相等的整定方法，而必須使，引入可靠系數(shù)，則得 （2 6）對于，考慮到短路電流中的非周期分量已經(jīng)衰減，故可選取得比速斷保護(hù)的小一些，~。因此在單側(cè)電源供電的情況下，它的起動電流就應(yīng)該整定為 （2 5）圖22 限時電流速斷動作特性的分析在上式中能否選取兩個電流相等？如果選取的相等，就意味著保護(hù)2限時速斷的保護(hù)范圍正好和保護(hù)1瞬時速斷的范圍重合，這在理想的情況下雖是可以的，但是在實踐中是不允許的，因為保護(hù)2相保護(hù)1安裝在不同的地點，使用的是不同的電流互感器和繼電器，因此它們之間的特性很難完全一樣，如果正好遇到保護(hù)1的電流速斷出現(xiàn)正誤差，其保護(hù)范圍比計算值縮小，而保護(hù)2的限時速斷是負(fù)誤差，其保護(hù)范圍比計算值增大，那么實際上，當(dāng)計其的保護(hù)范圍末端短路時，就會出現(xiàn)保護(hù)1的電流速斷已不能動作，而保護(hù)2的限時速斷仍然會起動的情況。 設(shè)保護(hù)1裝有電流速斷，其起動電流按(23)式計算后為，它與短路電流變化曲線的交點M即為保護(hù)l電流速斷的保護(hù)范圍，當(dāng)在此點發(fā)生短路時，短路電流即為，瞬時速斷保護(hù)剛好能動作。為了使這一時限盡量縮短，照例都是首先考慮使它的保護(hù)范圍不超出下一條線路速斷保護(hù)的范圍，而動作時限則比下一條線路的速斷保護(hù)高出一個時間階段，此時間階段以表示。正是由于它能以較小的時限快速切除全線路范圍以內(nèi)的故障，因此，稱之為限時電流速斷保護(hù)。 II段限時電流速斷保護(hù) 由于有選擇性的電流速斷不能保護(hù)本線路的全長，因此可考慮增加一段新的保護(hù)，用來切除本線路上速斷范圍以外的故障，同時也能作為速斷的后備，這就是限時電流速斷保護(hù)。 電流速斷保護(hù)的主要優(yōu)點是簡單可靠，動作迅速，因而獲得了廣泛的應(yīng)用。由圖21可見，當(dāng)系統(tǒng)為最大運行方式時，電流速斷的保護(hù)范圍為最大，當(dāng)出現(xiàn)其它運行方式或兩相短路時，速斷的保護(hù)范圍都要減小，而當(dāng)出現(xiàn)系統(tǒng)最小運行方式下的兩相短