張玉萍

[摘要]自從1984年第一套微機(jī)線路保護(hù)裝置在河北馬頭電廠投入運(yùn)行以來(lái)，微機(jī)繼電保護(hù)的發(fā)展已經(jīng)歷20年的歷史。微機(jī)保護(hù)在我國(guó)已獲得極其廣泛的應(yīng)用，其優(yōu)越性促進(jìn)繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展。重點(diǎn)介紹微機(jī)保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)，硬件電路的合理配置。

[關(guān)鍵詞]線路保護(hù) 雙倍暫存區(qū)擴(kuò)展 故障選相 繼電保護(hù)

中圖分類號(hào)：TP2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2009）0110044-01

一、前言

電力系統(tǒng)在運(yùn)行中，可能出現(xiàn)故障和不正常工作狀態(tài)，這將導(dǎo)致對(duì)用戶少送電、停止送電或供電質(zhì)量下降，甚至造成設(shè)備損壞和人身傷亡事故。為此，電力系統(tǒng)正常運(yùn)行需要裝設(shè)繼電保護(hù)裝置。

在我國(guó)，微機(jī)繼電保護(hù)已經(jīng)發(fā)展到了第三階段。該階段的繼電保護(hù)裝置以高性能的16位單片機(jī)構(gòu)成的硬件結(jié)構(gòu)為主，具有總線不引出芯片，電路簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，抗干擾能力進(jìn)一步加強(qiáng)，完善了通信功能，為變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了強(qiáng)有力的環(huán)境。WXBH-110kV微機(jī)線路保護(hù)裝置是用微機(jī)實(shí)現(xiàn)的成套線路保護(hù)裝置，可應(yīng)用于110kV輸電線路。裝置功能包括三段相間距離保護(hù)、三段接地距離保護(hù)、四段零序電流方向保護(hù)及三相自動(dòng)一次重合閘。微機(jī)繼電保護(hù)裝置的主要優(yōu)點(diǎn)一個(gè)是它有良好的記憶存儲(chǔ)能力，這有利于事故后分析一個(gè)是它的運(yùn)算能力很強(qiáng)，可以使繼電保護(hù)的動(dòng)作特性得到根本上的改進(jìn)。筆者下面以WXBH-110kV微機(jī)線路保護(hù)裝置為例，介紹其設(shè)計(jì)的方法。

二、總體結(jié)構(gòu)與硬件配置

（一）總體結(jié)構(gòu)

WXBH-110kV微機(jī)線路保護(hù)裝置采用插件式結(jié)構(gòu)，裝置包括電壓切換插件、模擬量輸入變換插件、模數(shù)變換插件（V FC）、距離保護(hù)CPU 插件、零序保護(hù)及重合閘CPU插件、人機(jī)對(duì)話輔助插件、開(kāi)關(guān)量輸入插件、開(kāi)關(guān)量輸出插件、出口繼電器插件和逆變電源插件。

裝置采用配線形式，每根引線的意義以及信號(hào)時(shí)序要求根據(jù)實(shí)際電路確定，引線的物理位置也不作硬性規(guī)定。各印刷版在機(jī)箱內(nèi)的位置固定，插座間的連線采用直接配線的形式，這種連線的優(yōu)點(diǎn)是：各印刷版引出線可根據(jù)需要引出，引線數(shù)目可減少，從而可用總線數(shù)較少的插座，提高了可靠性；印刷版布線可就近上插頭，可簡(jiǎn)化布線和減少布線長(zhǎng)度，降低了板上的相互干擾；插座間連線可實(shí)現(xiàn)軟連接，這樣在插拔時(shí)有一定緩沖作用，改善和減少了插拔時(shí)的磨損；軟連接線與插座相連時(shí)采用繞接工藝，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明其可靠性較高。

（二）硬件的應(yīng)用效果

1．模擬量輸入部分。裝置采用了由美國(guó)模擬器件公司生產(chǎn)的一種單片、高速、多功能同步V/F轉(zhuǎn)換器AD652，它具有較高的線性度和極好的精度，完成將模擬輸入量準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換為所需的數(shù)字量。

V/F轉(zhuǎn)換器可將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)，即把不同電平的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成與之相應(yīng)的成比例的頻率電信號(hào)。與電壓電平成比例的頻率信號(hào)可以由計(jì)數(shù)器進(jìn)行數(shù)字處理，這樣，在相同時(shí)間內(nèi)記錄的數(shù)據(jù)多少就反映了模擬電壓信號(hào)幅度（電平）的高低（或記錄1個(gè)周期的頻率信號(hào)所耗費(fèi)的時(shí)間反映電平高低）。若模擬電壓信號(hào)連續(xù)變化，則經(jīng)V/F轉(zhuǎn)換后，與之相應(yīng)的頻率信號(hào)的頻率也連續(xù)變化。

V/F轉(zhuǎn)換技術(shù)具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，具有良好的精度、線性和積分輸入特性，可以抑制串模干擾，抗干擾能力強(qiáng)，工作可靠，輸出的頻率可方便地通過(guò)光電隔離送入微處理機(jī)。缺點(diǎn)是V/F變換器轉(zhuǎn)換速度比較低，不適合用在高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中。

2．?dāng)?shù)字部分。裝置的硬件采用多CPU結(jié)構(gòu)，由2個(gè)保護(hù)用CPU和1個(gè)用于人機(jī)接口的MM I2CPU構(gòu)成。每個(gè)CPU及其外圍設(shè)備組成1個(gè)獨(dú)立的插件，所有CPU均采用80C196KB 高性能單片機(jī)。各CPU間的通信采用其本身的串行口擴(kuò)展為RS2485總線，MM I2CPU可提供CAN 2BU S接口和RS2232接口。

MM I2CPU主要負(fù)責(zé)人機(jī)接口、通信和管理等功能，對(duì)執(zhí)行速度要求不高，因而采用8位總線接線方式，外擴(kuò)32k字節(jié)EPROM，16k帶電保持EEPROM，鍵盤顯示接口，對(duì)內(nèi)與各個(gè)功能CPU的串行通信接口，對(duì)外與監(jiān)控計(jì)算機(jī)的串行接口，CAN 2BU S接口，必要的開(kāi)關(guān)量輸入輸出接口及日歷和時(shí)鐘等。

各個(gè)功能CPU負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)量的采集與處理。測(cè)量、保護(hù)和監(jiān)控等功能的實(shí)現(xiàn)，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，要求速度高，因而采用16位總線接線方式，EPROM、RAM2片并行工作。EEPROM等器件不需要經(jīng)常操作，只用1片，接在數(shù)據(jù)線的低8位。IO接口電路（開(kāi)關(guān)量輸入輸出、計(jì)數(shù)器件、串行通信接口等）分別接至數(shù)據(jù)線的低8位和高8位。地址鎖存、數(shù)據(jù)收發(fā)等芯片均外擴(kuò)2片。

3．通信及接口部分。裝置各CPU 利用本身的串行口構(gòu)成RS2485串行通信標(biāo)準(zhǔn)接口，通信方式為異步串行通信，半雙工模式；MM I2CPU對(duì)外再提供CAN 2BU S接口和RS2232接口。

三、軟件的應(yīng)用效果

裝置的軟件部分由主程序、中斷服務(wù)程序和故障處理程序組成。如果系統(tǒng)正常運(yùn)行，則主程序進(jìn)行自檢循環(huán)，每隔1.667ms（本裝置的采樣間隔時(shí)間）被定時(shí)器中斷打斷，去執(zhí)行一次中斷服務(wù)程序，執(zhí)行完畢后又回到主程序中被中斷的地址，繼續(xù)自檢循環(huán)。

中斷服務(wù)程序主要包括三部分內(nèi)容，一是鎖存讀取采樣值，存入RAM區(qū)的循環(huán)寄存區(qū)；二是進(jìn)行一些自檢項(xiàng)目；三是進(jìn)行起動(dòng)元件的設(shè)置。

如果電力系統(tǒng)發(fā)生故障，起動(dòng)元件啟動(dòng)，裝置停止自檢，開(kāi)始執(zhí)行故障處理程序，進(jìn)行阻抗計(jì)算和區(qū)段比較。如果是區(qū)外故障，則程序流程轉(zhuǎn)向振蕩閉鎖，在區(qū)外故障切除，振蕩停息后整組復(fù)歸；如果是區(qū)內(nèi)故障，保護(hù)裝置在發(fā)出跳閘命令后，通過(guò)不斷監(jiān)視故障相是否有電流來(lái)判斷斷路器是否已切除故障。在跳閘完成后收回跳閘命令并經(jīng)振蕩閉鎖模塊整組復(fù)歸。

四、結(jié)束語(yǔ)

微機(jī)繼電保護(hù)系統(tǒng)是一個(gè)對(duì)電磁干擾很敏感的設(shè)備。因干擾而造成系統(tǒng)的判斷和決策失誤，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重后果，所以必須提高系統(tǒng)的抗干擾能力。另外，由于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況復(fù)雜多樣，相應(yīng)的解決措施就不一樣。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)多思考、多分析，解決好保護(hù)裝置使用中遇到的每一個(gè)問(wèn)題，提高保護(hù)裝置工作的可靠性。

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