通用繼電保護微機型實驗裝置的設(shè)計分析

王政翱

摘要：本文主要探討的是通用繼電保護微機型實驗裝置的設(shè)計分析，全文在具體的分析中，首先分析了微機保護裝置的組成，其次分析了繼電保護微機型實驗裝置的工作原理，最后重點分析了通用繼電保護微機型實驗裝置的設(shè)計。

關(guān)鍵詞：繼電保護；微機型實驗裝置；設(shè)計分析

現(xiàn)階段隨著工業(yè)的快速發(fā)展以及社會對于電力供應(yīng)安全性、穩(wěn)定性提出的更高要求，繼電保護實驗裝置在電力系統(tǒng)中發(fā)揮的作用是越來重要，與此同時，原有的繼電保護實驗裝置在實際的實驗中已經(jīng)無法發(fā)揮較好的作用，在這種情況下就需要尋找—種新的通用繼電保護實驗裝置，本文主要結(jié)合相關(guān)資料，就通用繼電保護微機型實驗裝置的設(shè)計分析如下：

一、微機保護裝置的組成分析

微機繼電保護裝置中以硬件為主，在硬件組成方面，大部分的硬件均采用的是插件式結(jié)構(gòu)，大部分的微機保護實驗裝置中包括：電源插件、交流變換插件、繼電器插件、開關(guān)量輸入插件、人機管理插件、模數(shù)轉(zhuǎn)換和微處理器插件等。

二、繼電保護微機型實驗裝置的工作原理

常見的繼電保護裝置中電壓量最多為6路、電流量最多為10路。在硬件設(shè)施具備的條件下，通常還會需要對應(yīng)的軟件設(shè)施，在軟件方面通常是兩個中斷服務(wù)程序和+主程序。初始化和自檢循環(huán)模塊、跳閘處理模塊以及保護邏輯判斷模塊等均屬于軟件中的主程序，在具體的工作中，不同的繼電保護實驗裝置主要在保護邏輯判斷模塊方面存在差異，這種差異因保護的不同而不同，比如：振蕩閉鎖部分在零序電流保護中不存在，但是在距離保護中卻是存在的。串行口通信中斷服務(wù)程序和定時中斷服務(wù)程序均屬于中斷服務(wù)程序中的相關(guān)內(nèi)容。

三、通用繼電保護微機型實驗裝置的設(shè)計

通用繼電保護微機型實驗裝置的設(shè)計過程中包含了兩部分內(nèi)容，其中一部分為硬件設(shè)計，另外一部分為軟件設(shè)計，具體的分析如下：

1、硬件設(shè)計

在原有繼電保護裝置工作原理分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)階段微機繼電保護裝置中存在的不足之處，對原有的繼電保護微機型實驗裝置基礎(chǔ)上設(shè)計完成了新的結(jié)構(gòu)框架，圖1所示為微機保護實驗裝置總體框架設(shè)計示意圖，從圖中可以看出，通過物理實驗系統(tǒng)或者是繼電保護測試儀能夠獲得實際出現(xiàn)故障后的電壓和電流信號。在交流變換插件的作用下將所有獲得的信號進行幅值變換，變換完成后的相關(guān)信息在繼電保護實驗裝置輔助作用下進行處理。經(jīng)過處理后的信息如果符合動作條件，此時的繼電保護裝置可發(fā)出動作的指令，并根據(jù)設(shè)定的動作要求完成動作，實現(xiàn)了對電力系統(tǒng)的保護，與此同時，動作后的在實驗微機操作平臺以及串口之間建立了信息的傳遞，得到了繼電保護的所有信息，這些信息可為后期的故障處理奠定基礎(chǔ)。

MD模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、DSP芯片以及周邊的外圍電路形成了數(shù)據(jù)采集以及處理插件，其中A/D、VFC與DSP之間的連接是通過數(shù)據(jù)總線有效連接的，在實際的功能發(fā)揮中，A/D和VFC與DSP之間的連接只能存在一個，本次設(shè)計中的DSP中采用的是16位定點DSP芯片，這樣的芯片能夠保證在數(shù)據(jù)處理過程中的運算速度遠遠地優(yōu)于常規(guī)的通用微機或者是單片機，而且DSP不需要單獨配置外部存儲器，同時在信號的抗干擾性能方面更強，能夠?qū)崟r的對信號實施處理，而且可以處理的數(shù)據(jù)量較大，這些都能保證在發(fā)揮繼電保護過程中能夠迅速作出反應(yīng)，DSP可以根據(jù)采樣頻率的要求對A/D以及VFC進行控制。此外，動作邏輯插件也是繼電保護微機實驗裝置中的關(guān)鍵，外圍電路以及嵌入式工控機能夠根據(jù)信號指令做出動作，發(fā)揮繼電保護作用。

在硬件設(shè)計中A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計屬于重點和難點，微處理器不能直接測量識別模擬信號。A/D轉(zhuǎn)換器能夠?qū)⒛M信號轉(zhuǎn)換為微處理器可以識別的數(shù)字信號，從而將測量結(jié)果顯示出來。在具體的設(shè)計中應(yīng)該明確校驗裝置的分辨率相對于被校驗裝置，其顯示分辨率應(yīng)高一位。在此以4 1/2位雙斜率積分A/D轉(zhuǎn)換器ICL7135進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。該轉(zhuǎn)換器分辨率達到了20000個字，有較多的功能，比如：自動極性判斷、自動零點調(diào)整、超量程等。在轉(zhuǎn)換時序過程中分為四個階段，（1）自動調(diào)零階段；（2）待測電壓固定時間積分階段；（3）基準電壓返回積分階段；（4）積分器自動回零。

硬件設(shè)計方面涉及的內(nèi)容較多，子啊電量測量電路設(shè)計中除了A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計，還包括衰減電路設(shè)計、信號輸入電路設(shè)計、AC/DC轉(zhuǎn)換電路合計等。

2、軟件設(shè)計

在具備硬件的基礎(chǔ)上還需要完成軟件設(shè)計，在軟件設(shè)計方面通常包含了三方面的內(nèi)容：（1）在繼電保護中采集數(shù)據(jù)以及實施數(shù)據(jù)預(yù)處理的DSP程序，常用的主要是半周積分算法和解微分方程算法；（2）保護邏輯判斷原理程序，將所有發(fā)揮繼電保護的相關(guān)功能共同存儲在PCI04的CF卡上；（3）實驗微機操作平臺的相關(guān)輔助教學(xué)軟件，繼電保護微機型實驗裝置在進行實驗過程中為了更加直觀的呈現(xiàn)出實驗過程，通過相關(guān)輔助教學(xué)軟件，可以通過圖表等豐富的內(nèi)容實現(xiàn)對繼電保護相關(guān)內(nèi)容的理解。

結(jié)束語：通用繼電保護微機型實驗裝置相對于傳統(tǒng)的繼電保護實驗裝置存在著明顯的優(yōu)勢，通過對繼電保護微機實驗裝置基本組成以及工作原理的基礎(chǔ)上，設(shè)計出了通用繼電保護微機型實驗裝置，該實驗裝置能夠更加直觀、形象的保證實驗效果。