１１０ＫＶ線路微機保護系統的應用

張玉萍

[摘要]自從1984年第一套微機線路保護裝置在河北馬頭電廠投入運行以來，微機繼電保護的發展已經歷20年的歷史。微機保護在我國已獲得極其廣泛的應用，其優越性促進繼電保護技術的發展。重點介紹微機保護裝置的結構，硬件電路的合理配置。

[關鍵詞]線路保護 雙倍暫存區擴展 故障選相 繼電保護

中圖分類號：TP2 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2009）0110044-01

一、前言

電力系統在運行中，可能出現故障和不正常工作狀態，這將導致對用戶少送電、停止送電或供電質量下降，甚至造成設備損壞和人身傷亡事故。為此，電力系統正常運行需要裝設繼電保護裝置。

在我國，微機繼電保護已經發展到了第三階段。該階段的繼電保護裝置以高性能的16位單片機構成的硬件結構為主，具有總線不引出芯片，電路簡單的特點，抗干擾能力進一步加強，完善了通信功能，為變電站綜合自動化系統的實現提供了強有力的環境。WXBH-110kV微機線路保護裝置是用微機實現的成套線路保護裝置，可應用于110kV輸電線路。裝置功能包括三段相間距離保護、三段接地距離保護、四段零序電流方向保護及三相自動一次重合閘。微機繼電保護裝置的主要優點一個是它有良好的記憶存儲能力，這有利于事故后分析一個是它的運算能力很強，可以使繼電保護的動作特性得到根本上的改進。筆者下面以WXBH-110kV微機線路保護裝置為例，介紹其設計的方法。

二、總體結構與硬件配置

（一）總體結構

WXBH-110kV微機線路保護裝置采用插件式結構，裝置包括電壓切換插件、模擬量輸入變換插件、模數變換插件（V FC）、距離保護CPU 插件、零序保護及重合閘CPU插件、人機對話輔助插件、開關量輸入插件、開關量輸出插件、出口繼電器插件和逆變電源插件。

裝置采用配線形式，每根引線的意義以及信號時序要求根據實際電路確定，引線的物理位置也不作硬性規定。各印刷版在機箱內的位置固定，插座間的連線采用直接配線的形式，這種連線的優點是：各印刷版引出線可根據需要引出，引線數目可減少，從而可用總線數較少的插座，提高了可靠性；印刷版布線可就近上插頭，可簡化布線和減少布線長度，降低了板上的相互干擾；插座間連線可實現軟連接，這樣在插拔時有一定緩沖作用，改善和減少了插拔時的磨損；軟連接線與插座相連時采用繞接工藝，運行經驗表明其可靠性較高。

（二）硬件的應用效果

1．模擬量輸入部分。裝置采用了由美國模擬器件公司生產的一種單片、高速、多功能同步V/F轉換器AD652，它具有較高的線性度和極好的精度，完成將模擬輸入量準確地轉換為所需的數字量。

V/F轉換器可將模擬電壓信號轉換成頻率信號，即把不同電平的電壓信號轉換成與之相應的成比例的頻率電信號。與電壓電平成比例的頻率信號可以由計數器進行數字處理，這樣，在相同時間內記錄的數據多少就反映了模擬電壓信號幅度（電平）的高低（或記錄1個周期的頻率信號所耗費的時間反映電平高低）。若模擬電壓信號連續變化，則經V/F轉換后，與之相應的頻率信號的頻率也連續變化。

V/F轉換技術具有獨特的優點，具有良好的精度、線性和積分輸入特性，可以抑制串模干擾，抗干擾能力強，工作可靠，輸出的頻率可方便地通過光電隔離送入微處理機。缺點是V/F變換器轉換速度比較低，不適合用在高速數據采集系統中。

2．數字部分。裝置的硬件采用多CPU結構，由2個保護用CPU和1個用于人機接口的MM I2CPU構成。每個CPU及其外圍設備組成1個獨立的插件，所有CPU均采用80C196KB 高性能單片機。各CPU間的通信采用其本身的串行口擴展為RS2485總線，MM I2CPU可提供CAN 2BU S接口和RS2232接口。

MM I2CPU主要負責人機接口、通信和管理等功能，對執行速度要求不高，因而采用8位總線接線方式，外擴32k字節EPROM，16k帶電保持EEPROM，鍵盤顯示接口，對內與各個功能CPU的串行通信接口，對外與監控計算機的串行接口，CAN 2BU S接口，必要的開關量輸入輸出接口及日歷和時鐘等。

各個功能CPU負責數據量的采集與處理。測量、保護和監控等功能的實現，實時性強，要求速度高，因而采用16位總線接線方式，EPROM、RAM2片并行工作。EEPROM等器件不需要經常操作，只用1片，接在數據線的低8位。IO接口電路（開關量輸入輸出、計數器件、串行通信接口等）分別接至數據線的低8位和高8位。地址鎖存、數據收發等芯片均外擴2片。

3．通信及接口部分。裝置各CPU 利用本身的串行口構成RS2485串行通信標準接口，通信方式為異步串行通信，半雙工模式；MM I2CPU對外再提供CAN 2BU S接口和RS2232接口。

三、軟件的應用效果

裝置的軟件部分由主程序、中斷服務程序和故障處理程序組成。如果系統正常運行，則主程序進行自檢循環，每隔1.667ms（本裝置的采樣間隔時間）被定時器中斷打斷，去執行一次中斷服務程序，執行完畢后又回到主程序中被中斷的地址，繼續自檢循環。

中斷服務程序主要包括三部分內容，一是鎖存讀取采樣值，存入RAM區的循環寄存區；二是進行一些自檢項目；三是進行起動元件的設置。

如果電力系統發生故障，起動元件啟動，裝置停止自檢，開始執行故障處理程序，進行阻抗計算和區段比較。如果是區外故障，則程序流程轉向振蕩閉鎖，在區外故障切除，振蕩停息后整組復歸；如果是區內故障，保護裝置在發出跳閘命令后，通過不斷監視故障相是否有電流來判斷斷路器是否已切除故障。在跳閘完成后收回跳閘命令并經振蕩閉鎖模塊整組復歸。

四、結束語

微機繼電保護系統是一個對電磁干擾很敏感的設備。因干擾而造成系統的判斷和決策失誤，會導致嚴重后果，所以必須提高系統的抗干擾能力。另外，由于現場實際情況復雜多樣，相應的解決措施就不一樣。在實際應用中，應多思考、多分析，解決好保護裝置使用中遇到的每一個問題，提高保護裝置工作的可靠性。

參考文獻：

[1]陳德樹，微機繼電保護[M].北京：中國電力出版社，2000.

[2]張明君、弭洪濤，電力系統微機保護[M].北京：冶金工業出版社，2002.

[3]朱聲石，微機線路保護的特點，技術進步和新概念[J].繼電器，1997，（02）.