輸電線路電壓/電流的計算機保護設計與實現

　　0 引 言

　　輸電線路保護裝置是電力系統自動化的重要組成部分。輸電線路保護裝置的任務是能夠在被保護設備發生故障或不正常工作時，發出跳閘脈沖或警告信號。計算機繼電保護有著以下的優點：程序可以實現自適應性，可依系統運行狀態而自動改變整定值和特性；有可存取的存儲器；在現場可靈活的改變繼電器特性；用數學方程方法較之用繼電器組件特性方法可以使保護性能得到更大的改進；有自檢能力；有利于事故后的分析；可與計算機交換信息；對現有的硬件可增加其功能；可在低功率傳變機構中工作。

　　1 系統總體結構設計

　　輸電線路保護一般由測量回路、邏輯回路、執行回路三部分組成，如圖1所示。

　　通常一個微機測控系統應具有三個組成部分，它們分別是輸入信道，輸出信道和主計算機。輸入通道是對被測信號進行數字采集的電路；主計算機部分是對采集數據進行計算處理和對輸入／輸出信息進行控制管理的部分；輸出通道包括輸出信號的電路和顯示裝置。計算機繼電保護的基本構成如圖2所示。

　　考慮到測控系統的可靠性和實時性，該設計采用相問短路的電流／電壓保護和接地短路的零序電流／電壓保護。其中相間短路的電壓／電流保護又包含無時限電流速斷保護、帶時限電流速斷保護、過電流保護、電壓／電流連鎖速斷保護和三段式電流保護四部分；而接地短路的零序電壓／電流保護又包含多段式零序電流保護。同時，為了提高測控系統本身的可靠性，采用最簡單、有效、普遍的方法：增加系統自動檢測功能。

　　2 輸入通道設計

　　輸入通道主要包括互感器、信號變換電路多路轉換開關、采樣／保持器、A／D轉換器以及鍵盤輸入部分。如圖3所示。

　　考慮到需要測量的物理量均為電壓、電流正弦信號，故采用12點定點采樣的方法，從而大大簡化了算法，降低了系統的運算負擔，達到提高系統的效率的目的。

　　3 輸出通道設計

　　輸出通道包含控制信號輸出電路和顯示器接口電路。該設計的顯示信號和控制信號通過總線共享一個鎖存器輸出，利用一個片選信號選中LED顯示或驅動相應的繼電器動作。

　　3．1 顯示器接口電路

　　使用一組LED顯示器顯示測試結果以及運行狀態，顯示方法使用動態顯示。所謂動態顯示就是逐位地輪流點亮顯示器各個位。對于顯示器的每一位來說，是分時顯示的，但由于人眼視覺的暫留現象，仍感覺所有的位是同時顯示的。這種顯示方法的優點是使用硬件少，價格便宜。

　　3．2 控制信號輸出電路

　　監測程序一旦發現故障或非正常運行，就要發出故障信號，同時控制驅動相應的繼電器動作，達到切除故障的目的。

　　4 程序設計

　　4．1 A／D轉換部分

　　轉換一個模擬信號的程序流程如圖4所示。

　　4．2 鍵盤輸入部分

　　鍵盤分析程序包括：是否有鍵按下以及識別哪個鍵按下。一旦找到某鍵，是否按下此鍵，如按下此鍵，去抖動，再將程序轉到該鍵的功能程序段。小鍵盤通過擴展I／O口接入CPU的鍵分析程序流程圖如圖5所示。

　　4．3 顯示程序部分

　　LED顯示程序流程圖如圖6所示。

　　4．4 控制程序部分

　　繼電器控制程序使用標準的繼電器控制流程。

　　5 致謝

　　在該設計過程中，自始至終得到了西北工業大學姬勞老師以及西北工業大學謝栓勤老師的幫助和指導，特致謝忱。