通用繼電保護微機型實驗裝置的設計分析

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計。

關鍵詞：繼電保護；微機型實驗裝置；設計分析

現階段隨著工業的快速發展以及社會對于電力供應安全性、穩定性提出的更高要求，繼電保護實驗裝置在電力系統中發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無法發揮較好的作用，在這種情況下就需要尋找—種新的通用繼電保護實驗裝置，本文主要結合相關資料，就通用繼電保護微機型實驗裝置的設計分析如下：

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構，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、開關量輸入插件、人機管理插件、模數轉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。在硬件設施具備的條件下，通常還會需要對應的軟件設施，在軟件方面通常是兩個中斷服務程序和+主程序。初始化和自檢循環模塊、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程序和定時中斷服務程序均屬于中斷服務程序中的相關內容。

三、通用繼電保護微機型實驗裝置的設計

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

1、硬件設計

在原有繼電保護裝置工作原理分析的基礎上，結合現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上設計完成了新的結構框架，圖1所示為微機保護實驗裝置總體框架設計示意圖，從圖中可以看出，通過物理實驗系統或者是繼電保護測試儀能夠獲得實際出現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，變換完成后的相關信息在繼電保護實驗裝置輔助作用下進行處理。經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出動作的指令，并根據設定的動作要求完成動作，實現了對電力系統的保護，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。

MD模數轉換芯片、DSP芯片以及周邊的外圍電路形成了數據采集以及處理插件，其中A/D、VFC與DSP之間的連接是通過數據總線有效連接的，在實際的功能發揮中，A/D和VFC與DSP之間的連接只能存在一個，本次設計中的DSP中采用的是16位定點DSP芯片，這樣的芯片能夠保證在數據處理過程中的運算速度遠遠地優于常規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，能夠實時的對信號實施處理，而且可以處理的數據量較大，這些都能保證在發揮繼電保護過程中能夠迅速作出反應，DSP可以根據采樣頻率的要求對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鍵，外圍電路以及嵌入式工控機能夠根據信號指令做出動作，發揮繼電保護作用。

在硬件設計中A/D轉換電路設計屬于重點和難點，微處理器不能直接測量識別模擬信號。A/D轉換器能夠將模擬信號轉換為微處理器可以識別的數字信號，從而將測量結果顯示出來。在具體的設計中應該明確校驗裝置的分辨率相對于被校驗裝置，其顯示分辨率應高一位。在此以4 1/2位雙斜率積分A/D轉換器ICL7135進行模數轉換。該轉換器分辨率達到了20000個字，有較多的功能，比如：自動極性判斷、自動零點調整、超量程等。在轉換時序過程中分為四個階段，（1）自動調零階段；（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。

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

2、軟件設計

在具備硬件的基礎上還需要完成軟件設計，在軟件設計方面通常包含了三方面的內容：（1）在繼電保護中采集數據以及實施數據預處理的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，將所有發揮繼電保護的相關功能共同存儲在PCI04的CF卡上；（3）實驗微機操作平臺的相關輔助教學軟件，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出實驗過程，通過相關輔助教學軟件，可以通過圖表等豐富的內容實現對繼電保護相關內容的理解。

結束語：通用繼電保護微機型實驗裝置相對于傳統的繼電保護實驗裝置存在著明顯的優勢，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上，設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。