通用继电保护微机型实验装置的设计分析

王政翱

摘要：本文主要探讨的是通用继电保护微机型实验装置的设计分析，全文在具体的分析中，首先分析了微机保护装置的组成，其次分析了继电保护微机型实验装置的工作原理，最后重点分析了通用继电保护微机型实验装置的设计。

关键词：继电保护；微机型实验装置；设计分析

现阶段随着工业的快速发展以及社会对于电力供应安全性、稳定性提出的更高要求，继电保护实验装置在电力系统中发挥的作用是越来重要，与此同时，原有的继电保护实验装置在实际的实验中已经无法发挥较好的作用，在这种情况下就需要寻找—种新的通用继电保护实验装置，本文主要结合相关资料，就通用继电保护微机型实验装置的设计分析如下：

一、微机保护装置的组成分析

微机继电保护装置中以硬件为主，在硬件组成方面，大部分的硬件均采用的是插件式结构，大部分的微机保护实验装置中包括：电源插件、交流变换插件、继电器插件、开关量输入插件、人机管理插件、模数转换和微处理器插件等。

二、继电保护微机型实验装置的工作原理

常见的继电保护装置中电压量最多为6路、电流量最多为10路。在硬件设施具备的条件下，通常还会需要对应的软件设施，在软件方面通常是两个中断服务程序和+主程序。初始化和自检循环模块、跳闸处理模块以及保护逻辑判断模块等均属于软件中的主程序，在具体的工作中，不同的继电保护实验装置主要在保护逻辑判断模块方面存在差异，这种差异因保护的不同而不同，比如：振荡闭锁部分在零序电流保护中不存在，但是在距离保护中却是存在的。串行口通信中断服务程序和定时中断服务程序均属于中断服务程序中的相关内容。

三、通用继电保护微机型实验装置的设计

通用继电保护微机型实验装置的设计过程中包含了两部分内容，其中一部分为硬件设计，另外一部分为软件设计，具体的分析如下：

1、硬件设计

在原有继电保护装置工作原理分析的基础上，结合现阶段微机继电保护装置中存在的不足之处，对原有的继电保护微机型实验装置基础上设计完成了新的结构框架，图1所示为微机保护实验装置总体框架设计示意图，从图中可以看出，通过物理实验系统或者是继电保护测试仪能够获得实际出现故障后的电压和电流信号。在交流变换插件的作用下将所有获得的信号进行幅值变换，变换完成后的相关信息在继电保护实验装置辅助作用下进行处理。经过处理后的信息如果符合动作条件，此时的继电保护装置可发出动作的指令，并根据设定的动作要求完成动作，实现了对电力系统的保护，与此同时，动作后的在实验微机操作平台以及串口之间建立了信息的传递，得到了继电保护的所有信息，这些信息可为后期的故障处理奠定基础。

MD模数转换芯片、DSP芯片以及周边的外围电路形成了数据采集以及处理插件，其中A/D、VFC与DSP之间的连接是通过数据总线有效连接的，在实际的功能发挥中，A/D和VFC与DSP之间的连接只能存在一个，本次设计中的DSP中采用的是16位定点DSP芯片，这样的芯片能够保证在数据处理过程中的运算速度远远地优于常规的通用微机或者是单片机，而且DSP不需要单独配置外部存储器，同时在信号的抗干扰性能方面更强，能够实时的对信号实施处理，而且可以处理的数据量较大，这些都能保证在发挥继电保护过程中能够迅速作出反应，DSP可以根据采样频率的要求对A/D以及VFC进行控制。此外，动作逻辑插件也是继电保护微机实验装置中的关键，外围电路以及嵌入式工控机能够根据信号指令做出动作，发挥继电保护作用。

在硬件设计中A/D转换电路设计属于重点和难点，微处理器不能直接测量识别模拟信号。A/D转换器能够将模拟信号转换为微处理器可以识别的数字信号，从而将测量结果显示出来。在具体的设计中应该明确校验装置的分辨率相对于被校验装置，其显示分辨率应高一位。在此以4 1/2位双斜率积分A/D转换器ICL7135进行模数转换。该转换器分辨率达到了20000个字，有较多的功能，比如：自动极性判断、自动零点调整、超量程等。在转换时序过程中分为四个阶段，（1）自动调零阶段；（2）待测电压固定时间积分阶段；（3）基准电压返回积分阶段；（4）积分器自动回零。

硬件设计方面涉及的内容较多，子啊电量测量电路设计中除了A/D转换电路设计，还包括衰减电路设计、信号输入电路设计、AC/DC转换电路合计等。

2、软件设计

在具备硬件的基础上还需要完成软件设计，在软件设计方面通常包含了三方面的内容：（1）在继电保护中采集数据以及实施数据预处理的DSP程序，常用的主要是半周积分算法和解微分方程算法；（2）保护逻辑判断原理程序，将所有发挥继电保护的相关功能共同存储在PCI04的CF卡上；（3）实验微机操作平台的相关辅助教学软件，继电保护微机型实验装置在进行实验过程中为了更加直观的呈现出实验过程，通过相关辅助教学软件，可以通过图表等丰富的内容实现对继电保护相关内容的理解。

结束语：通用继电保护微机型实验装置相对于传统的继电保护实验装置存在着明显的优势，通过对继电保护微机实验装置基本组成以及工作原理的基础上，设计出了通用继电保护微机型实验装置，该实验装置能够更加直观、形象的保证实验效果。