基于CAN總線的微機繼電保護系統

尹海彪，桂 峰

（武漢理工大學 自動化學院，湖北 武漢430070）

0 引 言

電力系統繼電保護裝置是通過測量線路或電氣設備的一些電氣參量，判別電力系統的正常、不正常工作及故障運行狀態，從而動作于斷路器跳閘或發出警示信號［1］。傳統模擬式繼電保護裝置是通過硬件電路測量線路電氣參數，與整定值比較來判斷線路是否發生故障，可靠性與抗干擾能力差。

CAN總線是一種多主總線系統，采用短幀結構與CRC校驗，對通信數據塊進行編碼，傳輸時間短，實時性好，可靠性高。本文采用基于CAN現場總線的微機繼電保護系統設計，使系統反應更快速可靠。

1 系統結構

實際電力系統是一個龐大而又復雜的網絡，主要由發電機、輸電線路、變壓器等組成。下面以一個簡單的電力系統結構模型說明基于CAN現場總線的微機繼電保護原理，如圖1所示。

由繼電保護工作原理，系統測量部分主要通過測量變換元件實現；邏輯部分主要通過通信線路傳輸獲得電氣參量，再進行一定的軟件判斷流程判斷系統電路工作狀態；執行部分主要通過DSP判斷處理后發出是否動作的信號，由保護元件執行動作信號相應的操作［2］，各部分之間的通信通過CAN現場總線來完成。

圖1 微機繼電保護系統組成圖

基于CAN總線的微機繼電保護系統由交流變換模塊、保護測量模塊、微機管理模塊、開入開出模塊等幾大功能模塊組成。

交流變換模塊完成將電流信號和電壓信號轉成范圍內的電壓信號，作為采樣值送入保護測量模塊；保護測量模塊完成信號的采樣與計算；微機管理模塊用作人機對話接口和通信接口；開入開出模塊處理開關量開入開出信號，實時檢測處理各開入開出通道的狀態［3］?？傮w結構設計如圖2所示。

2 系統硬件設計

根據系統原理與要求，系統硬件由模擬輸入變換模塊、保護CPU模塊、總線模塊、輸入輸出模塊組成，各部分電路的設計如下。

圖2 繼電保護總體結構圖

（1）模擬量輸入與轉換電路

系統測量的電氣參量電壓、電流信號都為模擬量，且電壓電流值都比較大，取值范圍也不在系統邏輯判斷部分的額定電壓電流值范圍，另外這些電氣參量的傳輸通信也不在傳輸的電氣范圍，需通過電壓變換器與電流變換器變換。

（2）保護CPU模塊

保護CPU是系統下位機，需要與測量部分、執行部分、通信部分配合工作，另外，保護CPU本身工作需要電源。

（3）總線模塊

CAN通信接口電路由DSP與CAN控制器構成。CAN總線通信控制模塊選用SJA1000芯片，DSP負責SJA1000的初始化，并通過控制SJA1000實現數據的收發。

（4）輸入輸出模塊

開關信號主要包括：斷路器狀態的閉合和斷開，繼電器的吸合和釋放、外部閉鎖信號和外部輸入復位信號等［4］。這些信號經過光電隔離后輸入微機系統，其輸入輸出電路如圖3所示。

圖3 開關量輸入輸出電路

3 系統軟件設計

系統的軟件功能主要是對系統初始化、系統中判斷故障以及判斷不正常狀態后進行中斷處理流程等。其中，系統測量部分一直處在測量監測狀態，實時監測系統的電氣參量。正常、不正常、故障三種工作狀態通過信號處理與傳輸后，保護CPU再進行邏輯分析判斷確定系統實際工作狀態，進而發出相應執行跳閘、報警或不動作等指令［5］。系統總體軟件流程如圖4所示。

圖4 系統總體流程圖

4 結 論

基于CAN總線的微機繼電保護系統是一種網絡型的微機保護裝置，采用CAN總線方式的通信網絡，利用CAN總線的可靠性和非破壞性總線仲裁等技術，實時性好，可靠性高，能有效滿足電力系統可靠性、選擇性、速動性、靈敏性的要求，具有諸多優點，有廣闊的應用前景。

［1］ 孫國凱，翟利民，柴玉華.電力系統繼電保護原理［M］.北京：中國水利水電出版社，2002.

［2］ 張保會，尹項根.電力系統繼電保護［M］.北京：中國電力出版社，1994.

［3］ 謝 東，溫陽東.基于CAN總線的電力線路微機保護系統［J］.自動化與儀表，2005，（03）：34－36.

［4］ 王洪濤，何 方.基于CAN總線的網絡化微機保護硬件平臺的設計［J］.廣東輸電與變電技術，2009，（01）：60－63.

［5］ 高 亮.電力系統微機繼電保護［M］.北京：中國電力出版社，2007.