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[摘要]自从1984年第一套微机线路保护装置在河北马头电厂投入运行以来，微机继电保护的发展已经历20年的历史。微机保护在我国已获得极其广泛的应用，其优越性促进继电保护技术的发展。重点介绍微机保护装置的结构，硬件电路的合理配置。
[关键词]线路保护 双倍暂存区扩展 故障选相 继电保护
中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2009）0110044-01
一、前言
电力系统在运行中，可能出现故障和不正常工作状态，这将导致对用户少送电、停止送电或供电质量下降，甚至造成设备损坏和人身伤亡事故。为此，电力系统正常运行需要装设继电保护装置。
在我国，微机继电保护已经发展到了第三阶段。該阶段的继电保护装置以高性能的16位单片机构成的硬件结构为主，具有总线不引出芯片，电路简单的特点，抗干扰能力进一步加强，完善了通信功能，为变电站综合自动化系统的实现提供了强有力的环境。WXBH-110kV微机线路保护装置是用微机实现的成套线路保护装置，可应用于110kV输电线路。装置功能包括三段相间距离保护、三段接地距离保护、四段零序电流方向保护及三相自动一次重合闸。微机继电保护装置的主要优点一个是它有良好的记忆存储能力，这有利于事故后分析一个是它的运算能力很强，可以使继电保护的动作特性得到根本上的改进。笔者下面以WXBH-110kV微机线路保护装置为例，介绍其设计的方法。
二、总体结构与硬件配置
（一）总体结构
WXBH-110kV微机线路保护装置采用插件式结构，装置包括电压切换插件、模拟量输入变换插件、模数变换插件（V FC）、距离保护CPU 插件、零序保护及重合闸CPU插件、人机对话辅助插件、开关量输入插件、开关量输出插件、出口继电器插件和逆变电源插件。
装置采用配线形式，每根引线的意义以及信号时序要求根据实际电路确定，引线的物理位置也不作硬性规定。各印刷版在机箱内的位置固定，插座间的连线采用直接配线的形式，这种连线的优点是：各印刷版引出线可根据需要引出，引线数目可减少，从而可用总线数较少的插座，提高了可靠性；印刷版布线可就近上插头，可简化布线和减少布线长度，降低了板上的相互干扰；插座间连线可实现软连接，这样在插拔时有一定缓冲作用，改善和减少了插拔时的磨损；软连接线与插座相连时采用绕接工艺，运行经验表明其可靠性较高。
（二）硬件的应用效果
1．模拟量输入部分。装置采用了由美国模拟器件公司生产的一种单片、高速、多功能同步V/F转换器AD652，它具有较高的线性度和极好的精度，完成将模拟输入量准确地转换为所需的数字量。
V/F转换器可将模拟电压信号转换成频率信号，即把不同电平的电压信号转换成与之相应的成比例的频率电信号。与电压电平成比例的频率信号可以由计数器进行数字处理，这样，在相同时间内记录的数据多少就反映了模拟电压信号幅度（电平）的高低（或记录1个周期的频率信号所耗费的时间反映电平高低）。若模拟电压信号连续变化，则经V/F转换后，与之相应的频率信号的频率也连续变化。
V/F转换技术具有独特的优点，具有良好的精度、线性和积分输入特性，可以抑制串模干扰，抗干扰能力强，工作可靠，输出的频率可方便地通过光电隔离送入微处理机。缺点是V/F变换器转换速度比较低，不适合用在高速数据采集系统中。
2．数字部分。装置的硬件采用多CPU结构，由2个保护用CPU和1个用于人机接口的MM I2CPU构成。每个CPU及其外围设备组成1个独立的插件，所有CPU均采用80C196KB 高性能单片机。各CPU间的通信采用其本身的串行口扩展为RS2485总线，MM I2CPU可提供CAN 2BU S接口和RS2232接口。
MM I2CPU主要负责人机接口、通信和管理等功能，对执行速度要求不高，因而采用8位总线接线方式，外扩32k字节EPROM，16k带电保持EEPROM，键盘显示接口，对内与各个功能CPU的串行通信接口，对外与监控计算机的串行接口，CAN 2BU S接口，必要的开关量输入输出接口及日历和时钟等。
各个功能CPU负责数据量的采集与处理。测量、保护和监控等功能的实现，实时性强，要求速度高，因而采用16位总线接线方式，EPROM、RAM2片并行工作。EEPROM等器件不需要经常操作，只用1片，接在数据线的低8位。IO接口电路（开关量输入输出、计数器件、串行通信接口等）分别接至数据线的低8位和高8位。地址锁存、数据收发等芯片均外扩2片。
3．通信及接口部分。装置各CPU 利用本身的串行口构成RS2485串行通信标准接口，通信方式为异步串行通信，半双工模式；MM I2CPU对外再提供CAN 2BU S接口和RS2232接口。
三、软件的应用效果
装置的软件部分由主程序、中断服务程序和故障处理程序组成。如果系统正常运行，则主程序进行自检循环，每隔1.667ms（本装置的采样间隔时间）被定时器中断打断，去执行一次中断服务程序，执行完毕后又回到主程序中被中断的地址，继续自检循环。
中断服务程序主要包括三部分内容，一是锁存读取采样值，存入RAM区的循环寄存区；二是进行一些自检项目；三是进行起动元件的设置。
如果电力系统发生故障，起动元件启动，装置停止自检，开始执行故障处理程序，进行阻抗计算和区段比较。如果是区外故障，则程序流程转向振荡闭锁，在区外故障切除，振荡停息后整组复归；如果是区内故障，保护装置在发出跳闸命令后，通过不断监视故障相是否有电流来判断断路器是否已切除故障。在跳闸完成后收回跳闸命令并经振荡闭锁模块整组复归。
四、结束语
微机继电保护系统是一个对电磁干扰很敏感的设备。因干扰而造成系统的判断和决策失误，会导致严重后果，所以必须提高系统的抗干扰能力。另外，由于现场实际情况复杂多样，相应的解决措施就不一样。在实际应用中，应多思考、多分析，解决好保护装置使用中遇到的每一个问题，提高保护装置工作的可靠性。
参考文献：
[1]陈德树，微机继电保护[M].北京：中国电力出版社，2000.
[2]张明君、弭洪涛，电力系统微机保护[M].北京：冶金工业出版社，2002.
[3]朱声石，微机线路保护的特点，技术进步和新概念[J].继电器，1997，（02）.
[关键词]线路保护 双倍暂存区扩展 故障选相 继电保护
中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2009）0110044-01
一、前言
电力系统在运行中，可能出现故障和不正常工作状态，这将导致对用户少送电、停止送电或供电质量下降，甚至造成设备损坏和人身伤亡事故。为此，电力系统正常运行需要装设继电保护装置。
在我国，微机继电保护已经发展到了第三阶段。該阶段的继电保护装置以高性能的16位单片机构成的硬件结构为主，具有总线不引出芯片，电路简单的特点，抗干扰能力进一步加强，完善了通信功能，为变电站综合自动化系统的实现提供了强有力的环境。WXBH-110kV微机线路保护装置是用微机实现的成套线路保护装置，可应用于110kV输电线路。装置功能包括三段相间距离保护、三段接地距离保护、四段零序电流方向保护及三相自动一次重合闸。微机继电保护装置的主要优点一个是它有良好的记忆存储能力，这有利于事故后分析一个是它的运算能力很强，可以使继电保护的动作特性得到根本上的改进。笔者下面以WXBH-110kV微机线路保护装置为例，介绍其设计的方法。
二、总体结构与硬件配置
（一）总体结构
WXBH-110kV微机线路保护装置采用插件式结构，装置包括电压切换插件、模拟量输入变换插件、模数变换插件（V FC）、距离保护CPU 插件、零序保护及重合闸CPU插件、人机对话辅助插件、开关量输入插件、开关量输出插件、出口继电器插件和逆变电源插件。
装置采用配线形式，每根引线的意义以及信号时序要求根据实际电路确定，引线的物理位置也不作硬性规定。各印刷版在机箱内的位置固定，插座间的连线采用直接配线的形式，这种连线的优点是：各印刷版引出线可根据需要引出，引线数目可减少，从而可用总线数较少的插座，提高了可靠性；印刷版布线可就近上插头，可简化布线和减少布线长度，降低了板上的相互干扰；插座间连线可实现软连接，这样在插拔时有一定缓冲作用，改善和减少了插拔时的磨损；软连接线与插座相连时采用绕接工艺，运行经验表明其可靠性较高。
（二）硬件的应用效果
1．模拟量输入部分。装置采用了由美国模拟器件公司生产的一种单片、高速、多功能同步V/F转换器AD652，它具有较高的线性度和极好的精度，完成将模拟输入量准确地转换为所需的数字量。
V/F转换器可将模拟电压信号转换成频率信号，即把不同电平的电压信号转换成与之相应的成比例的频率电信号。与电压电平成比例的频率信号可以由计数器进行数字处理，这样，在相同时间内记录的数据多少就反映了模拟电压信号幅度（电平）的高低（或记录1个周期的频率信号所耗费的时间反映电平高低）。若模拟电压信号连续变化，则经V/F转换后，与之相应的频率信号的频率也连续变化。
V/F转换技术具有独特的优点，具有良好的精度、线性和积分输入特性，可以抑制串模干扰，抗干扰能力强，工作可靠，输出的频率可方便地通过光电隔离送入微处理机。缺点是V/F变换器转换速度比较低，不适合用在高速数据采集系统中。
2．数字部分。装置的硬件采用多CPU结构，由2个保护用CPU和1个用于人机接口的MM I2CPU构成。每个CPU及其外围设备组成1个独立的插件，所有CPU均采用80C196KB 高性能单片机。各CPU间的通信采用其本身的串行口扩展为RS2485总线，MM I2CPU可提供CAN 2BU S接口和RS2232接口。
MM I2CPU主要负责人机接口、通信和管理等功能，对执行速度要求不高，因而采用8位总线接线方式，外扩32k字节EPROM，16k带电保持EEPROM，键盘显示接口，对内与各个功能CPU的串行通信接口，对外与监控计算机的串行接口，CAN 2BU S接口，必要的开关量输入输出接口及日历和时钟等。
各个功能CPU负责数据量的采集与处理。测量、保护和监控等功能的实现，实时性强，要求速度高，因而采用16位总线接线方式，EPROM、RAM2片并行工作。EEPROM等器件不需要经常操作，只用1片，接在数据线的低8位。IO接口电路（开关量输入输出、计数器件、串行通信接口等）分别接至数据线的低8位和高8位。地址锁存、数据收发等芯片均外扩2片。
3．通信及接口部分。装置各CPU 利用本身的串行口构成RS2485串行通信标准接口，通信方式为异步串行通信，半双工模式；MM I2CPU对外再提供CAN 2BU S接口和RS2232接口。
三、软件的应用效果
装置的软件部分由主程序、中断服务程序和故障处理程序组成。如果系统正常运行，则主程序进行自检循环，每隔1.667ms（本装置的采样间隔时间）被定时器中断打断，去执行一次中断服务程序，执行完毕后又回到主程序中被中断的地址，继续自检循环。
中断服务程序主要包括三部分内容，一是锁存读取采样值，存入RAM区的循环寄存区；二是进行一些自检项目；三是进行起动元件的设置。
如果电力系统发生故障，起动元件启动，装置停止自检，开始执行故障处理程序，进行阻抗计算和区段比较。如果是区外故障，则程序流程转向振荡闭锁，在区外故障切除，振荡停息后整组复归；如果是区内故障，保护装置在发出跳闸命令后，通过不断监视故障相是否有电流来判断断路器是否已切除故障。在跳闸完成后收回跳闸命令并经振荡闭锁模块整组复归。
四、结束语
微机继电保护系统是一个对电磁干扰很敏感的设备。因干扰而造成系统的判断和决策失误，会导致严重后果，所以必须提高系统的抗干扰能力。另外，由于现场实际情况复杂多样，相应的解决措施就不一样。在实际应用中，应多思考、多分析，解决好保护装置使用中遇到的每一个问题，提高保护装置工作的可靠性。
参考文献：
[1]陈德树，微机继电保护[M].北京：中国电力出版社，2000.
[2]张明君、弭洪涛，电力系统微机保护[M].北京：冶金工业出版社，2002.
[3]朱声石，微机线路保护的特点，技术进步和新概念[J].继电器，1997，（02）.