變電運(yùn)行模擬繼電保護(hù)裝置

摘 要：本裝置模擬變電站的繼電保護(hù)裝置，由89s52單片機(jī)控制，模擬變電運(yùn)行中的各種故障現(xiàn)象。可以使變電運(yùn)行人員在較短的時(shí)間熟悉變電運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：變電運(yùn)行；繼電保護(hù)；單片機(jī)；mcs51

中圖分類(lèi)號(hào)：TW77 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）20-0062-02

引 言

在多年的變電運(yùn)行工作實(shí)踐中，深深地感受到工作能力的提高很大程度上是由運(yùn)行工作時(shí)間的長(zhǎng)短決定。因?yàn)椋＿\(yùn)行的設(shè)備不可能經(jīng)常出現(xiàn)故障，更不可能人為制造故障。所以，只有較長(zhǎng)的工作時(shí)間才能遇到足夠的故障現(xiàn)象以及處理事故、故障的機(jī)會(huì)。也就是說(shuō)要想獲得更多的感性認(rèn)識(shí)只有去等。但是電力系統(tǒng)的運(yùn)行又希望盡可能處在正常狀態(tài)。這就出現(xiàn)了一個(gè)矛盾，要想盡快獲得更多的感性認(rèn)識(shí)提高自己的工作能力，那就是經(jīng)常出現(xiàn)故障。而提高工作能力的目的卻是為了盡量不出現(xiàn)故障。近年來(lái)，隨著繼電保護(hù)的智能化、微機(jī)化的發(fā)展，作者深感自己的知識(shí)落伍，通過(guò)培訓(xùn)學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)的過(guò)程中也遇到感性認(rèn)識(shí)不足的問(wèn)題。由于學(xué)習(xí)過(guò)微型單片機(jī)技術(shù)，而且現(xiàn)在新型的繼電保護(hù)裝置其核心就是微型單片機(jī)。于是決定設(shè)計(jì)、制作一個(gè)由89s52單片機(jī)模擬的繼電保護(hù)裝置。下面就將這個(gè)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單介紹一下。

1 硬件電路

1.1 一次電路

由于是學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)用的所以專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了模擬的一次電路。

由于我沒(méi)有三相變壓器，所以T1由三只220V的小型變壓器初、次級(jí)分別按星型聯(lián)接，次級(jí)中性點(diǎn)引出導(dǎo)線(xiàn)作為模擬地。J1、J2、J3分別為三只微型繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)，R1-R6為0.5Ω的電阻，R7-R12為0.1歐的電阻，用于模擬線(xiàn)路阻抗。

1.2 二次電路

CT1-CT4采用霍爾元件進(jìn)行電流/電壓變換。PT1、PT2分別采用三只雙6V的小型變壓器初級(jí)不用，兩個(gè)6V繞組分別接一次線(xiàn)路和取樣電路。

1.3 取樣保持電路和A/D轉(zhuǎn)換電路

電路總共有21路模擬量，選取3片ADC0809芯片為A/D轉(zhuǎn)換器，6片CD4066為取樣保持電路的模擬切換開(kāi)關(guān)，21只104PF的瓷片電容為取樣保持電容。

ADC0809的轉(zhuǎn)換時(shí)間最大為64μs，3片ADC0809可以同時(shí)工作，故所有模擬量采集一次最快為512μs，工頻一個(gè)周期為20ms左右，故一個(gè)工頻周期可以采集39次。根據(jù)采樣定理fs>2fmax知道是可以滿(mǎn)足采樣要求的。

1.4 過(guò)零檢測(cè)電路

過(guò)零檢測(cè)電路用于檢測(cè)各路模擬量的相位關(guān)系，以便單片機(jī)對(duì)各路模擬量進(jìn)行計(jì)算、比較、判斷。電路有21路模擬量，故選取6片LM324四運(yùn)放芯片對(duì)模擬量進(jìn)行過(guò)零檢測(cè)。

1.5 鍵盤(pán)、顯示電路

鍵盤(pán)、顯示電路用于顯示、調(diào)節(jié)各種保護(hù)的定值，以及投入或撤除各種保護(hù)。顯示器件采用8只共陰數(shù)碼管，段位驅(qū)動(dòng)采用74LS07兩片加8只120Ω的上拉電阻，數(shù)位驅(qū)動(dòng)采用LM2003一片，鍵盤(pán)電路采用16只小按鍵和兩只10K的上拉電阻。鍵盤(pán)、顯示電路與接口芯片8155連接再用8155與單片機(jī)連接，否則單片機(jī)的I/O口不夠用。

1.6 輸出、控制電路

由89s52的P10、P11、P12輸出經(jīng)過(guò)三只三極管擴(kuò)流后驅(qū)動(dòng)三個(gè)繼電器組。

2 軟件部分

2.1 初始化

定義各模擬量的存儲(chǔ)地址，定義各種保護(hù)定值的存儲(chǔ)地址，初始化各接口芯片，定義各種保護(hù)的啟、停標(biāo)志位。

2.2 啟動(dòng)鍵盤(pán)、顯示電路

啟動(dòng)鍵盤(pán)、顯示電路在輸入各種保護(hù)定值及確定啟用那些保護(hù)后，由于本電路速度等原因?qū)㈥P(guān)閉鍵盤(pán)、顯示電路，然后再啟動(dòng)采樣、計(jì)算、比較控制等工作。

2.3 采 樣

由過(guò)零檢測(cè)電路發(fā)出中斷信號(hào)，單片機(jī)判斷后對(duì)相應(yīng)的模擬量進(jìn)行采集，并計(jì)算出它們的相位，然后存儲(chǔ)到相應(yīng)的位置供程序進(jìn)一步計(jì)算、比較、判斷、控制等。

2.4 計(jì) 算

2.5 比較、判斷

將計(jì)算的結(jié)果與輸入的定值進(jìn)行比較，從而決定是否輸出控制信號(hào)。

2.6 控 制

根據(jù)比較的結(jié)果控制相應(yīng)的繼電器斷開(kāi)。

3 應(yīng)用舉例

如圖1，如果在A點(diǎn)發(fā)生短路，j3將斷開(kāi)j1、j2不會(huì)斷開(kāi)；如果在B點(diǎn)短路，j3將延時(shí)2s斷開(kāi)j1、j2不會(huì)斷開(kāi)；如果在A點(diǎn)發(fā)生短路并把j3短接j2將延時(shí)2s斷開(kāi)j1不會(huì)斷開(kāi)；如果在B點(diǎn)短路并把j3短接j2將延時(shí)6秒斷開(kāi)j1不會(huì)斷開(kāi)。

4 結(jié) 語(yǔ)

該制作可以模擬實(shí)現(xiàn)差動(dòng)、過(guò)流1段、過(guò)流2段、過(guò)流3段、零序電流、零序過(guò)壓等保護(hù)。運(yùn)行人員可以通過(guò)本電路熟悉未遇到過(guò)或未經(jīng)常遇到過(guò)的故障，從而提高自己的感性認(rèn)識(shí)。在設(shè)計(jì)、制作的過(guò)程中我學(xué)到了很多東西，并且應(yīng)用該電路也可以為提高運(yùn)行工作能力起到一定作用。

參考文獻(xiàn)

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[3]王兆安，劉進(jìn)軍.電力電子技術(shù)（第5版）[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

收稿日期：2018-6-1

作者簡(jiǎn)介：陳盛華（1973-），男，四川宜賓人，一級(jí)建造師，系統(tǒng)集成項(xiàng)目管理工程師，電氣工程師，大學(xué)本科，主要從事電網(wǎng)建設(shè)運(yùn)行管理等相關(guān)工作。