畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于單片機(jī)的微機(jī)變壓器保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、摘 要 在我國(guó)，110kv變壓器微機(jī)保護(hù)得到了廣泛的應(yīng)用，微機(jī)式繼電保護(hù)在70年代出現(xiàn)以后發(fā)展迅速，已逐漸代替了傳統(tǒng)的模擬式繼電保護(hù)，微機(jī)保護(hù)給繼電保護(hù)帶來了一些新的概念和新的原理。如何進(jìn)一步提高110kv變壓器微機(jī)保護(hù)的性能，仍然有很多課題需要深入的研究。本文在全面介紹和評(píng)述電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)原理及其發(fā)展趨勢(shì)的基礎(chǔ)上，對(duì)電力系統(tǒng)中大量應(yīng)用的110kv電壓等級(jí)的電力變壓器的微機(jī)保護(hù)進(jìn)行了專門研究。以所制定的保護(hù)方案為依據(jù)，提出了以80c196kc單片機(jī)為核心的微機(jī)變壓器保護(hù)裝置的具體實(shí)現(xiàn)方法。并對(duì)保護(hù)裝置的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和軟件模塊設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的研究。在硬件設(shè)計(jì)方面，采用了集成度高的數(shù)據(jù)采集芯片m

2、ax125，滿足了變壓器對(duì)保護(hù)裝置的要求。在軟件設(shè)計(jì)方面，采用了優(yōu)化的快速算法，使該裝置具有很高的準(zhǔn)確性和可靠性，并在操作上更加簡(jiǎn)明方便。本裝置將變壓器運(yùn)行工況監(jiān)測(cè)與繼電保護(hù)相結(jié)合，體現(xiàn)了新一代微機(jī)保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)思想。經(jīng)有關(guān)部門實(shí)驗(yàn)測(cè)試，本裝置測(cè)量精確，動(dòng)作快速準(zhǔn)確，性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求?！娟P(guān)鍵詞】 變壓器；微機(jī)保護(hù)；繼電保護(hù)；單片機(jī)abstractit is widely used that transferring electric power with 110kv transformers in china. since s computer play a more and more imp

3、ortant role in protective relaying，new ideas and new theories also come along with it。and now the protections using computers have taken the place of the traditional protections，but there are many problems needing further research，such as how to improve the properties when use computers to realize t

4、he protection of 110kv transformers.this dissertation give a special research in microcomputer relay protection for power transformer of 110kv , according to this scheme，a design method of power transformer protection device is also advanced. this device uses 80c196kc microcomputer chip as the centr

5、al processor. hardware and software are designed in details. on the ways of hardware design, the new type of liquid crystal display, serial communication interface are so this device can meet the demand of automatic control on power system. on the way of software design, the optimal fast algorithm,

6、technology of menu in man-computer interface and function of self-diagnosis are combined .all these characters give the device great accuracy and reliability and make it easier to operate.the device that combines measurement with protection shows the modern design concept .the experiment results sho

7、w that this device has accurate measuring, fast and correct response. in a word, its feature qualifies the requirements.【keywords】 transformer；microprocessor-based protection； relay protection；microcomputer目 錄1 緒 論.51.1繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展及其微機(jī)繼電保護(hù)的特.51.2變壓器保護(hù)的要求及特點(diǎn).61.2.1變壓器保護(hù)的要求.61.2.2計(jì)算機(jī)變壓器保護(hù)的特點(diǎn).61.2.3變壓器保護(hù)原

8、理的分析.71.3本論文研究的主要內(nèi)容.82 微機(jī)保護(hù)及變壓器微機(jī)保護(hù)特點(diǎn).92.1.1 微機(jī)保護(hù)特點(diǎn).92.1.2 變壓器微機(jī)保護(hù)的特點(diǎn).10 3 論文最終方案的確立.133.1 變壓器微機(jī)保護(hù)的特點(diǎn)及其現(xiàn)狀.133.2 變壓器微機(jī)保護(hù)方案的確定.143.2.1保護(hù)功能配置方案.144 微機(jī)變壓器保護(hù)裝置硬件設(shè)計(jì).154.1 總體框圖.154.2.1 數(shù)據(jù)采集單元.154.2.2 模擬輸入量的采集.164.2.3 前置模擬低通濾波器.174.2.4 采樣系統(tǒng)80c196kc與max125的接口.184.3.1微機(jī)主控單元.204.3.2 80c196kc單片機(jī)的擴(kuò)展電路和擴(kuò)展芯片.204.3

9、.3繼電保護(hù)整定值固化電路.234.3.4并行接口擴(kuò)展.244.3.5 單片機(jī)80c196kc的時(shí)鐘及系統(tǒng)復(fù)位電路.264.3.6 硬件時(shí)鐘電路.264.4.1 人機(jī)接口單元.274.4.2鍵盤/顯示器接口回路.284.4.3人機(jī)接口與系統(tǒng)機(jī)的通訊功能.294.5.1. 開關(guān)量(數(shù)字量)輸入/輸出單元.314.5.2 開關(guān)量輸入電路.314.5.3 開關(guān)量輸出電路.325 保護(hù)電源部分.34 附錄1.36附錄2.38附錄3.42參考文獻(xiàn).45 1 緒 論1.1 繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展及其微機(jī)繼電保護(hù)的特點(diǎn)繼電保護(hù)裝置，就是安裝在被保護(hù)元件上，反映被保護(hù)元件的故障并用于被保護(hù)元件斷路器跳閘或反映不正

10、常狀態(tài)并發(fā)出信號(hào)的一種自動(dòng)裝置.它是電力系統(tǒng)自動(dòng)化的重要組成部分，是保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要措施之一。繼電保護(hù)的構(gòu)成方式雖然很多，但一般均由測(cè)量元件、邏輯元件和執(zhí)行元件組成:測(cè)量元件的作用是測(cè)量被保護(hù)設(shè)備的物理量，以確定電力系統(tǒng)是否發(fā)生故障或出現(xiàn)不正常工作情況，而后輸出相應(yīng)的信號(hào)至邏輯元件;邏輯元件的作用是根據(jù)測(cè)量元件送來的信號(hào)進(jìn)行邏輯判斷，以決定保護(hù)是動(dòng)作還是不動(dòng)作，瞬時(shí)動(dòng)作還是延時(shí)動(dòng)作;執(zhí)行元件的作用是根據(jù)邏輯元件的判斷，執(zhí)行保護(hù)的任務(wù)，跳閘或發(fā)信號(hào)。繼電保護(hù)裝置隨著電力系統(tǒng)生產(chǎn)的發(fā)展由最初的機(jī)電型、整流型發(fā)展到晶體管型;而后隨著微電子學(xué)的飛速發(fā)展及大規(guī)模集成電路的生產(chǎn)，使分立元件的晶體

11、管保護(hù)逐漸為集成電路保護(hù)代替，成為第二代靜態(tài)型保護(hù)裝置，也是目前廣泛采用的模擬式保護(hù)裝置。近三十年來，數(shù)字式電子計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展很快，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用己經(jīng)廣泛而深入地影響著科學(xué)技術(shù)、生產(chǎn)和生活的各個(gè)領(lǐng)域，繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展也不例外10。早期的計(jì)算機(jī)保護(hù)受到計(jì)算機(jī)硬件的制造水平和經(jīng)濟(jì)實(shí)用性的限制，研究工作多以小型計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ);到了70年代末期，隨著計(jì)算機(jī)本身的重大突破、大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，微型處理機(jī)和微型計(jì)算機(jī)進(jìn)入了實(shí)用階段，而且價(jià)格大幅度下降，可靠性又大為提高，這一切都極大程度地推動(dòng)著計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)的發(fā)展。自1997年日本人首次投運(yùn)以微處理器為基礎(chǔ)的繼電保護(hù)裝置以來，微機(jī)保護(hù)己經(jīng)走過二十個(gè)

12、春秋。與傳統(tǒng)模擬型的繼電保護(hù)裝置相比，傳統(tǒng)保護(hù)中諸如動(dòng)作速度慢，選擇性弱，自動(dòng)更改定值困難之類的問題在微機(jī)保護(hù)中已基本不存在。微機(jī)保護(hù)由于微機(jī)自身有很強(qiáng)的記憶功能和運(yùn)算能力，并可實(shí)時(shí)跟蹤計(jì)算系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化，從而提高了保護(hù)裝置的自適應(yīng)能力，同時(shí)微機(jī)保護(hù)可以實(shí)現(xiàn)自我監(jiān)視與監(jiān)測(cè)，大大提高了裝置的安全性，也使得維護(hù)和操作更為簡(jiǎn)便。隨著我國(guó)近年來微機(jī)保護(hù)研究開發(fā)工作的飛速發(fā)展，同時(shí)隨著微機(jī)保護(hù)裝置在保護(hù)算法，理論方面的發(fā)展以及硬件裝置的日趨成熟，微機(jī)保護(hù)的發(fā)展前景十分誘人10。1.2 變壓器保護(hù)的要求及特點(diǎn)1.2.1變壓器保護(hù)的要求現(xiàn)代大型變壓器的特點(diǎn)是容量人，電壓等級(jí)高，而且價(jià)格昂貴和修理困難。大

13、型變壓器在電力系統(tǒng)中的地位非常重要，一旦發(fā)生故障，影響范圍很大。為保證系統(tǒng)和變壓器安全運(yùn)行，減少事故損失，對(duì)變壓器繼電保護(hù)提出了更苛刻的要求：1.提高靈敏度:要求差動(dòng)保護(hù)能靈敏動(dòng)作于瞬間短路故障，同時(shí)亦要求靈敏動(dòng)作于內(nèi)部高電阻接地故障。2.保持高速度:對(duì)于接于超高壓遠(yuǎn)距離輸電線路的變壓器，當(dāng)發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)，由于諧振會(huì)產(chǎn)生諧波電流，可能引起諧波制動(dòng)的差動(dòng)保護(hù)延緩動(dòng)作，需要采取有效的加速措施或?qū)で笮略淼膭?lì)磁涌流鑒別方法。3.有效的對(duì)付過勵(lì)磁:大型變壓器的工作磁通密度常取得較高，短時(shí)過壓或頻率降低，勵(lì)磁電流會(huì)激增。一方面要求此時(shí)差動(dòng)保護(hù)不能誤動(dòng)作，另一方面為防止變壓器流過很大的勵(lì)磁電流而發(fā)熱燒損，

14、需要裝置滿足過勵(lì)磁倍數(shù)要求和具有反時(shí)限制性，并能計(jì)算過熱累積效應(yīng)的過勵(lì)磁保護(hù)。另外，對(duì)于三繞組變壓器，以及今年出現(xiàn)的變壓器雙開關(guān)接線所引起的多側(cè)差動(dòng)問題，以及原來遺留的ct. pt斷線問題等，也需要予以考慮。1.2.2 計(jì)算機(jī)變壓器保護(hù)的特點(diǎn)計(jì)算機(jī)技術(shù)具有的記憶功能和優(yōu)越的信息處理功能，以及在結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，提供了比常規(guī)保護(hù)更有效處理手段，表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面5:1、差動(dòng)保護(hù)中可將ct二次側(cè)電流直接改為數(shù)字差。由于ct副邊不再并接在一起，可進(jìn)一步減小因不匹配及特性不同而引起的環(huán)境所造成的不平衡電流增大，對(duì)于多側(cè)差動(dòng)的情況，比起采用平衡線圈更為合理和有效。2、變壓器各側(cè)繞組中因聯(lián)接組關(guān)系而引起的電流

15、相位移可由ct副邊y-變換改變?yōu)閿?shù)字計(jì)算補(bǔ)償。3、可應(yīng)用更多復(fù)雜的原理來改善勵(lì)磁涌流鑒別能力。提出各種磁制動(dòng)及圖象識(shí)別方法來鑒別勵(lì)磁涌流的原理，這需要更復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算和邏輯處理，若用傳統(tǒng)接線來實(shí)現(xiàn)是不可能的。4、可通過采用靈活的算法，同時(shí)獲得高速度和高靈敏度。計(jì)算機(jī)差動(dòng)保護(hù)除可繼續(xù)沿用傳統(tǒng)的差動(dòng)速斷和低電壓加速措施外，還可通過長(zhǎng)短數(shù)據(jù)窗算法的配合，提高嚴(yán)重故障時(shí)的動(dòng)作靈敏度。5、采用運(yùn)算和邏輯處理實(shí)現(xiàn)cr和pt斷線的報(bào)警和閉鎖。1.2.3 變壓器保護(hù)原理的分析電力變壓器是電力系統(tǒng)中十分重要的供電設(shè)備，它的故障將對(duì)供電可靠性和系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來嚴(yán)重的影響。針對(duì)變壓器內(nèi)部故障，目前普遍采用差動(dòng)保護(hù)

16、和瓦斯保護(hù)。差動(dòng)保護(hù)有著悠久的歷史，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。差動(dòng)保護(hù)需要解決的一個(gè)突出問題，就是要能夠可靠地躲過勵(lì)磁涌流；同時(shí)又能正確反映各種區(qū)內(nèi)短路，保證差動(dòng)保護(hù)可靠動(dòng)作。當(dāng)變壓器空載投入(差動(dòng)區(qū)內(nèi)無故障)或差動(dòng)區(qū)外故障切除后的恢復(fù)時(shí)間，均會(huì)產(chǎn)生勵(lì)磁涌流，變壓器的勵(lì)磁涌流一般是額定電流的6-10倍，一般小容量的變壓器有較大的倍數(shù)，大容量變壓器涌流倍數(shù)相對(duì)較小。變壓器正常的勵(lì)磁電流是很小的，一般約為3-5%，現(xiàn)代大型變壓器采用冷軋硅鋼片后，其勵(lì)磁涌流則更小，約為1%左右11。一般而言，采用以下方法可以防止變壓器差動(dòng)保護(hù)勵(lì)磁涌流而引起誤動(dòng)作：一、利用涌流中的非周期分量；二、利用涌流中的二次諧波分量；三

17、、利用勵(lì)磁涌流波形具有明顯的間斷角特征；四、利用勵(lì)磁涌流波形微分后的前半周和后半周的不對(duì)稱的特征；五、利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模式識(shí)別。利用涌流中的非周期分量對(duì)差動(dòng)保護(hù)進(jìn)行制動(dòng)，即在常規(guī)保護(hù)中采用帶速飽和變流器的差動(dòng)保護(hù)，但由于變壓器內(nèi)部短路電流中含有非周期分量，而造成保護(hù)動(dòng)作延緩。目前實(shí)際應(yīng)用的微機(jī)變壓器保護(hù)具體可分為以下三個(gè)原理的差動(dòng)保護(hù):1、二次諧波制動(dòng)原理的差動(dòng)保護(hù)：普遍采用二次諧波制動(dòng)的比例差動(dòng)保護(hù)，利用變壓器勵(lì)磁涌流中的二次諧波分量來實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，由于三相電力變壓器剩磁的離散性，三相合閘角的不同以及y-變換的原因使得變壓器產(chǎn)生涌流時(shí)，會(huì)有某一相的二次諧波含量很小。為了解決這一問題，都采用或門制

18、動(dòng)方式，即三相電流中有一相制動(dòng)，則對(duì)三相全部制動(dòng)。這樣雖解決了涌流時(shí)的誤動(dòng)問題，但當(dāng)變壓器涌流時(shí)，發(fā)生單相或兩相內(nèi)部故障，差動(dòng)保護(hù)因涌流制動(dòng)而不動(dòng)作。大型變壓器時(shí)間常數(shù)都很長(zhǎng)，一般涌流振蕩過程超過一定次數(shù)，在發(fā)生上述故障時(shí)主保護(hù)等到振蕩消失才能輸出，實(shí)際就是拒動(dòng)。二次諧波原理變壓器差動(dòng)保護(hù)，當(dāng)合閘或切除外部故障電壓恢復(fù)時(shí)，發(fā)生變壓器內(nèi)部單相故障或匝間故障會(huì)拒動(dòng)；隨著電網(wǎng)電壓等級(jí)的提高和系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大以及變壓器單臺(tái)容量的增大，大型變壓器內(nèi)部嚴(yán)重故障時(shí)，由于暫態(tài)過程使短路電流過程中的二次諧波含量明顯增大，有可能使二次諧波制動(dòng)，引起差動(dòng)保護(hù)延時(shí)動(dòng)作；變壓器端部接長(zhǎng)線路或靜補(bǔ)電容串聯(lián)電抗后接入系統(tǒng)，變

19、壓器內(nèi)部故障時(shí)，暫態(tài)電流的頻率可能接近二次諧波，同樣有可能使二次諧波制動(dòng)，引起保護(hù)延時(shí)動(dòng)作。2、間段角原理差動(dòng)保護(hù)：國(guó)內(nèi)尚未有比較成熟的間段角原理的比例差動(dòng)保護(hù)，該原理是利用勵(lì)磁涌流波形具有明顯的間斷角特征進(jìn)行判別，裝置對(duì)硬件要求較高，實(shí)現(xiàn)方法較困難。ct飽和時(shí)，間斷角中將產(chǎn)生反向電流，使得間斷角消失，小電流情況下電流中的諧波含量以及頻率的變化對(duì)間斷角的測(cè)量影響較大，因此在系統(tǒng)振蕩時(shí)可能誤動(dòng)。3、波形對(duì)稱原理差動(dòng)保護(hù)：波形對(duì)稱原理的比例差動(dòng)保護(hù)在國(guó)內(nèi)剛剛起步，利用微分后差流的前半波和后半波作對(duì)稱比較，來將變壓器在空栽合閘時(shí)產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流和故障電流區(qū)分開，由于投入運(yùn)行裝置不多，目前尚未有成熟的運(yùn)

20、行經(jīng)驗(yàn)。最近，國(guó)內(nèi)外開始研究用于變壓器運(yùn)行狀態(tài)識(shí)別的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，但仍停留在理論階段。1.3 本論文研究的主要內(nèi)容目前已開發(fā)并投入運(yùn)行的電力變壓器微機(jī)保護(hù)裝置多適用于110kv、220kv及500kv等高壓等級(jí)，本課題從裝置上說，是要以intel公司的高性能16位微處理器8oc196kc為核心，研制出適用于110kv電力變壓器的微機(jī)保護(hù)裝置，并研究該裝置的各種性能;同時(shí)，本課題在理論上，要針對(duì)變壓器故障類型多、問題復(fù)雜的特點(diǎn)，在現(xiàn)有的變壓器微機(jī)保護(hù)理論和實(shí)踐水平基礎(chǔ)上，聯(lián)系本課題的特點(diǎn)，在算法以及保護(hù)原理上進(jìn)行一些突破性的研究，具體工作如下:一、針對(duì)電力變壓器實(shí)際運(yùn)行中可能發(fā)生的各種類型的故障

21、和不正常運(yùn)行情況對(duì) 電力變壓器的各種保護(hù)原理進(jìn)行了研究分析，制定了具體的保護(hù)方案。三、在吸取以往各類微機(jī)保護(hù)優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)電力變壓器的微機(jī)保護(hù)裝置進(jìn)行了全面的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。包括以intel公司的高性能16位單片機(jī)8oc196kc為核心的主模塊、輸入/輸出模塊和相應(yīng)的外圍模塊。四、根據(jù)電力變壓器裝置的功能要求，編制并調(diào)試了軟件系統(tǒng):包括變壓器主保護(hù)和各功能模塊。2. 微機(jī)保護(hù)及變壓器微機(jī)保護(hù)特點(diǎn)2.1.1 微機(jī)保護(hù)特點(diǎn)微機(jī)保護(hù)與常規(guī)保護(hù)相比具有以下特點(diǎn)。(1) 常規(guī)保護(hù)是布線邏輯的，保護(hù)的功能完全依賴于硬件，而微機(jī)保護(hù)裝置則除硬件外，還必須具備相應(yīng)的軟件，因此微機(jī)保護(hù)可以實(shí)現(xiàn)智能化。(2) 常

22、規(guī)保護(hù)的完好性是依賴于定期檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)的，在正常運(yùn)行時(shí)保護(hù)裝置的隱患不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，將產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，而微機(jī)保護(hù)裝置可利用程序?qū)ζ溆布M(jìn)行在線自檢，一旦發(fā)現(xiàn)問題，可立即報(bào)警。對(duì)于軟件的異常及干擾的影響，可自動(dòng)識(shí)別并排除。因而，與常規(guī)保護(hù)相比，微機(jī)保護(hù)裝置的可靠性大大提高了。(3) 常規(guī)保護(hù)裝置的功能單一，僅僅是保護(hù)功能，而微機(jī)保護(hù)裝置除了能夠做到與常規(guī)保護(hù)完全相同的功能外，還可以提供一些附加功能，例如距離保護(hù)的故障類型判別，故障測(cè)眨，故障錄波，事件記錄，零序電流方向保護(hù)的開口三角電壓的極性判斷。電壓互感器的二次是否發(fā)生斷線等信息。(4) 與常規(guī)保護(hù)相比，微機(jī)保護(hù)具有調(diào)試維護(hù)方便的

23、特點(diǎn)。例如，晶體管型集成電路型距離保護(hù)、高頻保護(hù)由于其構(gòu)成復(fù)雜，調(diào)試工作員很大，而微機(jī)型保護(hù)裝置由于具備友好的人機(jī)界面，依靠軟件可在較短的時(shí)間內(nèi)完成調(diào)試工作，特別是某些保護(hù)具有專用的調(diào)試儀器，除交流變換器部分，可自動(dòng)對(duì)保護(hù)的功能進(jìn)行快速檢查。(5) 微機(jī)保護(hù)具有完善的網(wǎng)絡(luò)通信功能，可適應(yīng)無人值守或少人值守的自動(dòng)化變電站。(6) 利用微機(jī)的智能特點(diǎn)，可以采用一些新原理，解決一些常規(guī)保護(hù)難以解決的問題。例如，采用模糊識(shí)別原理或波形對(duì)稱原理識(shí)別判斷勵(lì)磁涌流，利用模糊識(shí)別原理判斷振蕩過程中的短路故障，采用自適應(yīng)原理改善保護(hù)的性能等。(7) 對(duì)于同一類型的保護(hù)對(duì)象，微機(jī)保護(hù)裝置可采用相同的硬件結(jié)構(gòu)，不同

24、的保護(hù)功能體現(xiàn)在軟件上，縮短了新產(chǎn)品的研制和開發(fā)周期。(8) 微機(jī)保護(hù)裝置本身消耗功率低，降低了對(duì)電流互感器和電壓互感器的要求。另外，正在研究的數(shù)字式電壓、電流傳感器更便于與微機(jī)保護(hù)實(shí)現(xiàn)接口。2.1.2 變壓器微機(jī)保護(hù)的特點(diǎn)研究變壓器保護(hù)，首先就要分析變壓器可能發(fā)生的故障和異常情況。電力變壓器本體一般沒有旋轉(zhuǎn)設(shè)備，運(yùn)行起來比較可靠，故障機(jī)會(huì)較少;但是變壓器是連續(xù)運(yùn)行的，停電機(jī)會(huì)很少，而且絕大部分安裝在室外，受自然環(huán)境條件的影響較大。另外，變壓器時(shí)刻受到外接負(fù)荷的影響，特別是受電力系統(tǒng)短路故障的威脅較大。因此，變壓器在實(shí)際運(yùn)行中有可能發(fā)生各種類型的故障和不正常運(yùn)行情況。變壓器的故障可分為內(nèi)部故障

25、和外部故障兩種。內(nèi)部故障系指變壓器油箱里面發(fā)生的各種故障，主要故障類型有:各相繞組之間發(fā)生的相間短路、單相繞組部分線匝之間發(fā)生的匝間短路、單相繞組或引出線通過外殼發(fā)生的單相接地故障等。內(nèi)部故障危害性很大，發(fā)生時(shí)應(yīng)立即將變壓器切除。變壓器的外部故障，系指油箱外部絕緣套管及其引出線上發(fā)生的各種故障，主要故障類型有:絕緣套管閃絡(luò)或破碎而發(fā)生的單相接地(通過外殼)短路、引出線之間發(fā)生的相間故障等。發(fā)生這類故障時(shí)一般也應(yīng)迅速切除變壓器，以盡量減少或消除短路電流造成的危害。變壓器的不正常運(yùn)行情況主要包括:由于外部短路或過負(fù)荷而引起的過電流、油箱漏油而造成的油面降低、變壓器中性點(diǎn)電壓升高或由于外電壓過高而引

26、起的過勵(lì)磁等。針對(duì)上述變壓器的各種故障和不正常運(yùn)行情況，根據(jù)繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程的規(guī)定，變壓器繼電保護(hù)裝置一般應(yīng)具有如下保護(hù)功能:·防御變壓器油箱內(nèi)部各種短路故障和油面降低的瓦斯保護(hù)；·防御變壓器繞組和引出線多相短路、單相接地短路及繞組匝間短路的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)或電流速斷保護(hù)；·防御壓器外部相間短路并作為瓦斯保護(hù)和差動(dòng)保護(hù)(電流速斷保護(hù))后備的過電流保護(hù)(或復(fù)合電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)、或負(fù)序過電流保護(hù))；·防御大接地電流系統(tǒng)中變壓器外部接地短路的零序電流保護(hù)；·防御變壓器對(duì)稱過負(fù)荷的過負(fù)荷保護(hù)；·防御變壓器過勵(lì)磁的過勵(lì)磁保護(hù)。在上

27、述變壓器各種保護(hù)中，作為變壓器主保護(hù)的(縱聯(lián))差動(dòng)保護(hù)是變壓器保護(hù)裝置的關(guān)鍵，而差動(dòng)保護(hù)中的一個(gè)關(guān)鍵問題就是勵(lì)磁涌流判別問題。變壓器在正常運(yùn)行情況下的勵(lì)磁電流很小，當(dāng)空載變壓器投入電網(wǎng)或變壓器外部故障切除后電壓恢復(fù)時(shí)，勵(lì)磁電流大大增加，其值有可能達(dá)到變壓器額定電流的6-8倍，該電流稱為勵(lì)磁涌流。由于勵(lì)磁涌流在數(shù)值上可與變壓器內(nèi)部故障時(shí)的短路電流相比擬，因此容易造成繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)作;所以變壓器差動(dòng)保護(hù)需要解決的一個(gè)突出問題就是要能夠可靠地躲過勵(lì)磁涌流，同時(shí)對(duì)短路電流又能正確反應(yīng)，使差動(dòng)保護(hù)可靠動(dòng)作。這是變壓器微機(jī)保護(hù)面臨的首要問題，針對(duì)該問題提出的各種區(qū)分勵(lì)磁涌流與內(nèi)部故障的判別原理的研究和分

28、析也是當(dāng)前變壓器微機(jī)保護(hù)相關(guān)問題的研究重點(diǎn)。此外，ct斷線判別原理也是變壓器微機(jī)保護(hù)提出的一個(gè)新課題。變壓器微機(jī)差動(dòng)保護(hù)為了提高靈敏度，其差動(dòng)門檻一般整定值較低，因此運(yùn)行中如發(fā)生ct斷線，勢(shì)必引起差動(dòng)誤動(dòng)，因此關(guān)于ct斷線的判別原理也是變壓器差動(dòng)保護(hù)需要解決的一個(gè)問題6。1. 關(guān)于變壓器微機(jī)保護(hù)裝置差動(dòng)保護(hù)涌流判別原理的比較和分析在變壓器差動(dòng)保護(hù)中，勵(lì)磁涌流判別是一個(gè)關(guān)鍵問題。用于區(qū)分勵(lì)磁涌流與內(nèi)部故障的原理主要有二次諧波判別原理、間斷角判別原理、磁通量判別原理和波形對(duì)稱原理。下面分別就其原理、優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析:1) 二次諧波判別原理主要是應(yīng)用勵(lì)磁涌流中含有較大的二次諧波含量來構(gòu)成的，無論雙繞組

29、或三繞組電力變壓器的勵(lì)磁涌流中，均含有較大成分的二次諧波分量(約30%-70%)12，但在變壓器內(nèi)部故障或外部故障的短路電流中，二次諧波分量所占比例較小。因此，可利用上述特點(diǎn)構(gòu)成二次諧波制動(dòng)的差動(dòng)保護(hù) ， 使之有效地躲過勵(lì)磁涌流的影響。但該原理存在著如下缺陷:Ø 這種采用二次諧波制動(dòng)的差動(dòng)保護(hù)都是采用或門制動(dòng)，即三相電流中有一相判斷為 涌流制動(dòng)時(shí)即對(duì)三相全部制動(dòng)。在空載投入變壓器、或外部故障切除后電壓恢復(fù)時(shí)，如果變壓器某相發(fā)生匝間短路故障，健全相的勵(lì)磁涌流產(chǎn)生的二次涌流將制動(dòng)保護(hù)，使保護(hù)延時(shí)動(dòng)作或拒動(dòng)；Ø 隨著電網(wǎng)電壓等級(jí)的提高和系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大以及變壓器單機(jī)容量的增大，大型

30、變壓器內(nèi)部嚴(yán)重故障時(shí)，由于諧振使短路電流中的二次諧波含量明顯增大，有可能使二次諧波制動(dòng)，引起差動(dòng)保護(hù)延時(shí)動(dòng)作；Ø 變壓器端部接長(zhǎng)線或靜補(bǔ)電容串聯(lián)電抗器后接入系統(tǒng)，變壓器內(nèi)部故障時(shí)，暫態(tài)自由電流的頻率可能接近二次諧波，同樣有可能使二次諧波制動(dòng)，引起差動(dòng)保護(hù)延時(shí)動(dòng)作。2) 國(guó)內(nèi)比較成熟的間斷角判別原理主要是利用勵(lì)磁涌流波形具有明顯的間斷角特征進(jìn)行判別的，對(duì)硬件要求較高。變壓器內(nèi)部故障時(shí)，非周期分量電流迅速衰減后，流入差動(dòng)保護(hù)回路的是周期電流。當(dāng)變壓器出現(xiàn)勵(lì)磁涌流的起始階段 ，涌流波形偏于時(shí)間軸一側(cè)，且相鄰波形間出現(xiàn)間斷角。根據(jù)上述特點(diǎn)即可構(gòu)成間斷角判別原理的差動(dòng)保護(hù)。但該原理存在著如下缺

31、陷:Ø 當(dāng)ct飽和時(shí)，間斷角中將產(chǎn)生反向電流，飽和越嚴(yán)重，間斷角中的反向電流越大 ，使得間斷角消失；Ø 小電流情況下電流中的諧波含量以及頻率的變化對(duì)間斷角的測(cè)量影響較大 ，因此 在系統(tǒng)振蕩時(shí)可能誤動(dòng)。3) 磁通量判別原理，主要是利用磁通量電流特性或者磁通量變化率電流特性來區(qū)分內(nèi)部故障和勵(lì)磁涌流的。但該原理需要引進(jìn)電壓量且必須知道變壓器各側(cè)繞組的漏感(漏抗)，這在實(shí)際工作中是困難的。4) 國(guó)內(nèi)剛剛起步的波形對(duì)稱原理的比率差動(dòng)保護(hù)，利用微分后差流的前半波和后半波 作對(duì)稱比較，將變壓器在空載合閘時(shí)產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流和故障電流區(qū)分開。 但由于運(yùn)用該原理的裝置投入運(yùn)行并不多，所以現(xiàn)在尚無

32、成熟的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn) 。從上述對(duì)這幾種判別原理的比較和分析可以看出，它們?cè)谠砩暇皇欠浅Ｍ晟?；在做?dòng)模實(shí)驗(yàn)時(shí)，在某種條件下均出現(xiàn)過一定程度的誤動(dòng)或拒動(dòng)。究竟應(yīng)采用何種原理的主保護(hù)，應(yīng)根據(jù)變壓器裝置本身的特性及其運(yùn)行條件、運(yùn)行環(huán)境而定。2. 關(guān)于變壓器微機(jī)差動(dòng)保護(hù)ct二次回路斷線判別原理的研究ct 斷線判別原理是微機(jī)變壓器保護(hù)提出的新課題。為了不至于因ct二次回路斷線引起變壓器保護(hù)誤動(dòng)，必須設(shè)置相應(yīng)的ct二次回路斷線閉鎖功能。目前ct斷線判別原理主要有相電流判別、負(fù)序電流判別和零序電流判別原理。相電流判別原理，主要是將ct斷線分為y型側(cè)斷線和側(cè)斷線，根據(jù)斷點(diǎn)在ct的不同位置時(shí)的相電流的變化來判別；負(fù)

33、序電流判別原理，主要依據(jù)斷線側(cè)有負(fù)序電流，而非斷線側(cè)無負(fù)序電流的方法來判別11。該原理在變壓器空投內(nèi)部故障時(shí)正好滿足，因此可能將內(nèi)部故障誤判為ct斷線而拒動(dòng)，故必須增加其它判據(jù):零序電流判別原理，主要依據(jù)三相電流之和同零序電流的關(guān)系，如果ct斷線的話，那么該關(guān)系就會(huì)遭到破壞。該原理涉及到變壓器一側(cè)ct和零序ct，如為自禍變則涉及到變壓器二側(cè)ct和零序ct，所以當(dāng)變壓器發(fā)生故障，各ct飽和程度不一樣時(shí)，該原理所依據(jù)的方法就不成立，因此也有可能產(chǎn)生誤判而拒動(dòng)，此外零序ct斷線時(shí)也會(huì)拒動(dòng)。據(jù)此，零序電流判據(jù)也必須增加其它判據(jù)。因此從可靠性的角度分析，一般采用相電流判別原理。另外 ，ct接線問題也是一

34、個(gè)比較值得注意的問題。常規(guī)的變壓器差動(dòng)保護(hù)為了保證y/接法變壓器差流的平衡，一般將y側(cè)ct接成型，而將側(cè)ct接成y型。y型接法ct斷線的判斷比較簡(jiǎn)單，而型接法ct斷線的類型較多，有的難以與故障區(qū)別開，使判斷十分復(fù)雜。使用微機(jī)實(shí)現(xiàn)變壓器保護(hù)后，ct的y-變換完全可以用軟件實(shí)現(xiàn)，而且這有利于ct斷線的判別和現(xiàn)場(chǎng)接線。因此在本論文中采用了兩側(cè)ct均接成y型的ct接線方式，y/的變換由數(shù)學(xué)運(yùn)算完成;由于y/變換的數(shù)學(xué)運(yùn)算量很小，而且這種接法又具有現(xiàn)場(chǎng)接線簡(jiǎn)單、又可優(yōu)化故障時(shí)的電流分布的特點(diǎn)，因此可進(jìn)一步提高ct斷線判斷的可靠性。3 論文最終方案的確立3 .1 變壓器微機(jī)保護(hù)的特點(diǎn)及其現(xiàn)狀目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)

35、變壓器微機(jī)保護(hù)的廠家很多，就主保護(hù)而言，國(guó)外保護(hù)裝置基本是以二次諧波制動(dòng)為主的比率差動(dòng)保護(hù)，而國(guó)內(nèi)則以二次諧波制動(dòng)和間斷角兩種原理為主導(dǎo)，以波形對(duì)稱原理為補(bǔ)充的格局正在形成。國(guó)內(nèi)外微機(jī)保護(hù)裝置主要分為下述兩類:1. 變壓器微機(jī)保護(hù)裝置同時(shí)實(shí)現(xiàn)變壓器的主保護(hù)和后備保護(hù)由于此類裝置最多只有3組電流模擬量入口，因此會(huì)受到電力系統(tǒng)接線清況的限制，此外，該類保護(hù)裝置對(duì)于主保護(hù)和后備保護(hù)采用同一組ct，一旦ct出問題，主保護(hù)和后備保護(hù)均不能正確動(dòng)作。2. 只實(shí)現(xiàn)變壓器的主保護(hù)，同時(shí)采用獨(dú)立的變壓器后備保護(hù)目前國(guó)內(nèi)外大部分的變壓器保護(hù)裝置均采用此種方式。這類變壓器微機(jī)保護(hù)裝置國(guó)外以德國(guó)西門子公司的微機(jī)保護(hù)為

36、代表，變壓器保護(hù)型號(hào)為7ut512/513型差動(dòng)保護(hù)，其主保護(hù)包括差動(dòng)速斷保護(hù)，帶二次諧波制動(dòng)特性和防止變壓器過飽和的5次諧波制動(dòng)特性的比率差動(dòng)保護(hù)及零序差動(dòng)、ct二次斷線檢測(cè)，同時(shí)還帶有輕、重瓦斯保護(hù)及外部信號(hào)接點(diǎn);西門子公司沒有為變壓器保護(hù)提供相對(duì)獨(dú)立的后備保護(hù)裝置，只是用一些電流型保護(hù)裝置作為其后備保護(hù)，如7sj511、7sj512型過流保護(hù)；7tu99型過壓欠壓保護(hù)。另外，國(guó)外其它一些公司的保護(hù)裝置如英國(guó)gec公司的kbch120、130、140型差動(dòng)保護(hù)裝置以及abb公司的變壓器保護(hù)，其原理及功能與西門子保護(hù)裝置相似。這類變壓器微機(jī)保護(hù)裝置國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家以南京電力自動(dòng)化設(shè)備總廠、電力自

37、動(dòng)化研究院、北京四方公司、許昌繼電器廠為代表，其功能相似10。主保護(hù)包括差動(dòng)速斷保護(hù)、帶二次諧波制動(dòng)特性或間斷角原理和防止變壓器過飽和的5次諧波制動(dòng)特性的比率差動(dòng)保護(hù)及零序、ct二次斷線檢測(cè)。3.2 變壓器微機(jī)保護(hù)方案的確定本論文是根據(jù)110kv電壓等級(jí)配電系統(tǒng)的特點(diǎn)，結(jié)合上述電力變壓器微機(jī)保護(hù)的特點(diǎn)而研制的新型微機(jī)保護(hù)裝置，與以往保護(hù)相比，本保護(hù)在原理和算法上有新的突破，在一定程度上解決了變壓器保護(hù)整定困難、動(dòng)作選擇性差的問題。本保護(hù)主要有以下特點(diǎn):·cpu采用intel高性能16位單片機(jī)80c196kc，主頻可達(dá)16mhz15，運(yùn)算速度快，處理能力強(qiáng)；·采用了內(nèi)部含采樣

38、保持器的高速、8通道、14位的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)芯片max125；·差動(dòng)保護(hù)原理成熟可靠，靈敏度高，功能完善;通過軟件實(shí)現(xiàn)變壓器各側(cè)差動(dòng)ct的平衡調(diào)節(jié)、ct全y型接入；·開關(guān)量保護(hù)以中間繼電器轉(zhuǎn)接的方式實(shí)現(xiàn)出口跳閘及發(fā)信，工作可靠；3.2.1保護(hù)功能配置方案主保護(hù)方案:·差動(dòng)速斷電流保護(hù) ·二次諧波制動(dòng)的比率差動(dòng)保護(hù) ·差動(dòng)ct二次斷線閉鎖判據(jù)·本體瓦斯保護(hù) ·變壓器油溫保護(hù) 以上各種保護(hù)可根據(jù)變壓器在系統(tǒng)中的不同位置、接線情況與相鄰保護(hù)的配合的要求來具體選用。4 微機(jī)變壓器保護(hù)裝置硬件設(shè)計(jì)4.1 總體框圖硬件部分主要包括數(shù)據(jù)采集

39、單元、微機(jī)主控單元、開關(guān)量(數(shù)字量)輸入/輸出單元、人機(jī)接口單元和通信接口單元。圖2-1示出了硬件系統(tǒng)的總體框圖。圖2 - 1 微機(jī)保護(hù)硬件系統(tǒng)總體框圖4.2.1 數(shù)據(jù)采集單元數(shù)據(jù)采集單元是將從被保護(hù)元件的電流互感器、電壓互感器或其它變換器上取得的二次模擬電量，變換成微機(jī)主控單元能夠處理的數(shù)字量。圖2 - 2表示了常用的數(shù)據(jù)采集單元的框圖。與一般的晶體管保護(hù)類似，計(jì)算機(jī)保護(hù)也是一個(gè)對(duì)電磁干擾很敏感的設(shè)備。為了防止來自電流、電壓輸入回路的干擾，在引入ct和pt的電流、電壓時(shí)，在ct和pt二次側(cè)裝設(shè)起隔離、變換的變換器，它除了起屏蔽作用外，還將輸入的電流、電壓的最大值變換成微機(jī)設(shè)備所允許的最大電壓

40、值(例如15v):同時(shí)應(yīng)在變換器兩端跨接電容，以吸收隨導(dǎo)線而來的干擾。為使采樣后的離散信號(hào)可以不失真地還原為輸入信號(hào)，根據(jù)采樣定理，模擬量在采樣前，應(yīng)采用低通濾波器濾掉/2 (為采樣頻率)以上的高頻分量，以防止頻譜混疊現(xiàn)象的發(fā)生。圖2 - 2 數(shù)據(jù)采集單元框圖微機(jī)主控單元的基本功能是進(jìn)行數(shù)值及邏輯運(yùn)算，為此就必須將輸入的模擬量轉(zhuǎn)變成數(shù)字量，這就需經(jīng)過“采樣/保持電路”及“模/數(shù)(a/d)轉(zhuǎn)換”兩個(gè)環(huán)節(jié)，即將模擬量在時(shí)間上離散化和在量值上離散化。其中，采樣保持電路將在采樣時(shí)刻上所得到的模擬量的瞬時(shí)幅度記錄下來，并按a/d轉(zhuǎn)換過程的需要保持其值不變，同時(shí)還可保證各通道同步采樣，使各模擬量的相位關(guān)系

41、在采樣前后保持不變;出于減少a/d轉(zhuǎn)換器的數(shù)量、降低成本的需要，全部通道合用一個(gè)a/d轉(zhuǎn)換器，同時(shí)采樣，依次a/d轉(zhuǎn)換，這就需要多路轉(zhuǎn)換開關(guān)將各采樣保持環(huán)節(jié)中的模擬信號(hào)分時(shí)地接通a/d轉(zhuǎn)換器的輸入端，輪流進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換;最后得到微機(jī)所需的數(shù)字量。a/d 轉(zhuǎn)換器的種類很多，按工作原理可分為逐次逼近型、計(jì)數(shù)器型和積分型等;微機(jī)保護(hù)裝置中通常采用逐次逼近的a/d轉(zhuǎn)換器，以提高a/d轉(zhuǎn)換的速度和精度。4.2.2 模擬輸入量的采集模擬輸入量的采集本設(shè)計(jì)構(gòu)思如下圖，用了10個(gè)互感器分別采集電壓、電流，中性點(diǎn)的信號(hào)13。4.2.3 前置模擬低通濾波器采樣過程總是在一定的采樣頻率下進(jìn)行的，為了滿足采樣定理，必

42、須限定輸入信號(hào)的最高頻率、也就是給輸入信號(hào)一定的帶寬。前置模擬低通濾波器的日的也在于此。在微機(jī)繼電保護(hù)裝中，采樣頻率fs受到數(shù)據(jù)處理和相應(yīng)的硬件設(shè)備自檢程序的限制。采樣頻率越高，采樣周期就越短。而數(shù)據(jù)處理和相應(yīng)的設(shè)備自檢程序必須在一個(gè)采樣周期內(nèi)完成，否則將造成采樣數(shù)據(jù)的積壓。因此，采樣頻率的過高將造成數(shù)據(jù)處理等程序執(zhí)行的時(shí)間太短，難以在一個(gè)采樣周期內(nèi)完成。所以必須對(duì)采樣頻率的最高選值有一定的限制。在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，故障電壓和電流信號(hào)中含有一定的高次諧波分量，而這些較高頻率的高次諧波分量并不都是繼電保護(hù)原理所要求獲取的反映系統(tǒng)故障的主要特征量，如不加以濾除，將要求采樣頻率過高。因此，為了保證

43、采樣過程滿足采樣定理，必須將頻率高于某一頻率的信號(hào)加以濾除，確保采樣數(shù)據(jù)的質(zhì)量。具體采取的措施是在各模擬信號(hào)的輸入通道上，在對(duì)各模擬信號(hào)采樣之前裝設(shè)模擬低通濾波器。模擬低通濾波器可以分為無源濾波器和有源濾波器兩種。在微機(jī)繼電保護(hù)中常采用阻容rc低通濾波器，濾波器的階數(shù)則根據(jù)具體的要求來確定。圖2-2給出了一個(gè)二階阻容rc低通濾波電路及其頻率特性。模擬低通濾波器的幅頻特性的最大截止頻率，必須根據(jù)采樣頻率fs的取值來確定。例如當(dāng)采樣頻率是600hz時(shí)，要求必須慮除輸入信號(hào)中頻率大于300hz以上的高頻分最。 圖2-2：二階阻容rc低通濾波電路及其頻率特性4.2.4 采樣系統(tǒng)80c196kc與max

44、125的接口1) 80c196kc與max125數(shù)據(jù)接口以16位方式連接，見圖4 - 5。為了保證采樣得到的所需的電壓和電流，為此電路中使用了2片max125。max125都工作于a組多路開關(guān)、4路轉(zhuǎn)換模式。為了方便讀出a/d轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，2片adc的片選套用常規(guī)方法，由連續(xù)地址線譯碼所得，若在地址0a000h0a007h范圍內(nèi)adc1片選有效，而adc2的片選則在0a008h0a00fh地址范圍內(nèi)有效。這樣處理僅考慮編程方便，因?yàn)閙ax125無尋址概念，你可用一根地址線或i/o線作為max125的片選，只是操作是要注意芯片的特點(diǎn)。中斷信號(hào)只取轉(zhuǎn)換已結(jié)束，可以驅(qū)動(dòng)中斷程序。由于adc轉(zhuǎn)換僅接受4b

45、it數(shù)據(jù)（a0a3），80c196k就只需把wrl（低8位寫信號(hào)）連接到adc的。adc芯片的啟動(dòng)信號(hào)由80c196kc的hso.0操縱，cpu根據(jù)工頻周期變化，定時(shí)安排hso.0的i/o事件觸發(fā)adc啟動(dòng)。信號(hào)輸入adc前，還要進(jìn)行信號(hào)調(diào)理和抗混疊濾波處理，這里就不敘述了。80c196kc的t2捕獲功能，經(jīng)計(jì)算機(jī)能獲得工頻周期值。圖4 - 5 80c196kc與max125的接口2) 實(shí)現(xiàn)雙速率采樣，獲得同步采樣數(shù)據(jù)軟件同步采樣法的第一步要取得當(dāng)前工頻周期，然后根據(jù)周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)n確定啟動(dòng)adc的時(shí)間間隔（時(shí)間常數(shù)）。對(duì)于雙速率采樣法來說，此定時(shí)常數(shù)有2個(gè)，當(dāng)m次采樣的定時(shí)常數(shù)為 ，之后的

46、nm次的定時(shí)常數(shù)就為 。要取得工頻周期，只需每次進(jìn)入t2捕獲中斷程序時(shí)暫存捕獲值，將本次捕獲值減去前一次捕獲值就能得到工頻周期值，經(jīng)計(jì)算也容易得到和m。如何實(shí)現(xiàn)雙速率采樣法，關(guān)鍵在hso的應(yīng)用。hso具有硬件可編程定時(shí)器的性能，它在什么時(shí)候觸發(fā)某時(shí)間僅取決于定時(shí)常數(shù)，這一特點(diǎn)很適合我們目前的應(yīng)用。此外，hso的cam陣列可以掛號(hào)8個(gè)事件，那么我們就能提起安排adc啟動(dòng)等i/o事件。每次啟動(dòng)adc就有2個(gè)事件發(fā)生（輸出高電平，輸出低電平），對(duì)于n64據(jù)要安排128個(gè)i/o事件，這128個(gè)事件隊(duì)列要依次推進(jìn)到hso的cam中就需要合理安排。由于hso發(fā)生中斷，我們就可以推知已有2個(gè)i/o事件發(fā)生了

47、，cam陣列已空出2個(gè)位置，利用adc中斷程序我們就可以掛號(hào)以后的adc啟動(dòng)事件。4.3.1微機(jī)主控單元微機(jī)主控單元是微機(jī)保護(hù)裝置的核心部分，其典型組成如圖2-3所示。當(dāng)實(shí)時(shí)的采樣數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)采集單元進(jìn)入微機(jī)系統(tǒng)后，微機(jī)根據(jù)由給定的數(shù)學(xué)模型編制的計(jì)算、邏輯程序?qū)Σ蓸訑?shù)據(jù)作實(shí)時(shí)的計(jì)算分析、判斷是否發(fā)生故障，故障的范圍、性質(zhì)，是否應(yīng)該跳閘等，然后決定是否發(fā)出跳閘命令，是否給出相應(yīng)信號(hào)，是否應(yīng)打印結(jié)果等等。由微機(jī)主控單元所執(zhí)行的上述功能，決定了一般用eeprom或eprom來保存程序、整定值和常數(shù)，用ram 來存放采樣數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)計(jì)算處理的數(shù)據(jù)和結(jié)果。時(shí)鐘電路為保護(hù)裝置的實(shí)時(shí)顯示和各種事件記錄提供時(shí)間基

48、準(zhǔn)，它具有獨(dú)立的振蕩器及專用的充電電池，當(dāng)保護(hù)裝置掉電時(shí)，它依然能正常運(yùn)行。鍵盤、顯示器、串行口和打印機(jī)作為人-機(jī)信息交流的接口，用于操作人員控制和監(jiān)測(cè)裝置的工作狀況。cpu是微機(jī)主控單元的核心，近年來單片機(jī)以其可靠性高、性能優(yōu)越、體積小、價(jià)格低和工作溫限寬等優(yōu)點(diǎn)，成為各檔次微機(jī)保護(hù)的理想中央處理單元。圖2 - 3 微機(jī)主控單元框圖4.3.2 80c196kc單片機(jī)的擴(kuò)展電路和擴(kuò)展芯片因?yàn)閱纹瑱C(jī)80c196kc的內(nèi)部eprom/rom為16k字節(jié) ，內(nèi)部ram為488個(gè)字節(jié)，在這篇設(shè)計(jì)中只擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器ram、電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器eeprom和并行接口。ram和eeprom的擴(kuò)展（1）選定

49、擴(kuò)展用芯片本次設(shè)計(jì)選用6264芯片來擴(kuò)展ram，2864a來擴(kuò)展eeprom6264時(shí)容量為8k×8位靜態(tài)ram芯片,其引腳如圖31所示：各引腳功能如31所示： a0a14：地址輸入線； d0d7：雙向數(shù)據(jù)線；vcc:工作電壓，+5v;gnd：線路地。 圖31 6264引腳ram6264引腳功能與工作方式如表31所示：表31 ram6264引腳功能與工作方式表 ce2 方式 功能 0 1 0 1寫入 d7d0數(shù)據(jù)寫入6264 0 1 1 0讀出 讀6264到d7d0 1 x x 0 x xxx未選中 d7d0顯示高阻態(tài) 0 1 1 1禁止輸出 高阻抗電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器eepro

50、m可像eprom一樣可以再線讀出其中的信息。由于eeprom內(nèi)部有擦除和改寫的專用電路，因此它也可在西線擦除和編程。eeprom可擦除和改寫多達(dá)一萬次，寫入一次可保持10年。在斷電的情況下，eeprom中的信息保持不變。eeprom可分為并行和串行兩種。并行eeprom在讀寫操作時(shí)數(shù)據(jù)通過8位數(shù)據(jù)總線傳輸。串行eeprom的數(shù)據(jù)是一位一位傳輸。并行eeprom數(shù)據(jù)傳送快，程序簡(jiǎn)單；串行eeprom數(shù)據(jù)傳送慢，體積小，功耗小，程序復(fù)雜。并行eeprom的型號(hào)很多，有2816、2817、2817a、2864a、28c64a、2864b、58064等。其中2816和2817是早期型號(hào)，對(duì)它們的擦寫和

51、寫入需外接vpp電源；其余為改進(jìn)產(chǎn)品，把產(chǎn)生vpp的電路做在芯片內(nèi)，無論擦除、寫入還是讀出，均用單一的5v電源，外圍電路簡(jiǎn)單。而且2864a容量為8k×8位eeprom，和ram6264的容量相同，因此兩個(gè)芯片都采用13根地址線，兩芯片就可進(jìn)行同時(shí)擴(kuò)展，使得電路進(jìn)一步簡(jiǎn)化。2864a的管腳排列如圖32所示：引腳功能簡(jiǎn)介：i/o0i/o7:雙向數(shù)據(jù)線:輸入，寫允許線，低電平有效。在和為低電平時(shí)，把8位并行數(shù)據(jù)通過i/o0i/o7寫入2864的緩沖器中。 圖32 2864a引腳圖2864a在各種操作方式下應(yīng)加給各管腳的信號(hào)和各引腳的狀態(tài)如表32所示：表32 2864a的操作方式及各引腳的狀態(tài) 方 式 引 腳（20）（22）(27)i/o0i/o7 維 持vh 任意 任意高阻 讀 vlvlvh數(shù)據(jù)輸出 寫 vlvh負(fù)脈沖數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)查詢 vlvlvh（2）擴(kuò)展電路圖單片機(jī)80c196kc的eeprom和ram擴(kuò)展電路如圖33所示： 圖33 單片機(jī)80c196kc的eeprom和ram擴(kuò)展電路首先，在擴(kuò)展中只采用兩片芯片，故采用先選法。可以加入反向器74ls04，用a14控制片選信號(hào)，使為0時(shí)該芯片被選中。其次，80c196kc的p3、p