通用继电保护微机型实验装置的设计

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1、通用继电保护微机型实验装置的设计作者：华北电力大学魏宜华焦彦军张新国摘　要：针对目前微机保护技术飞速发展的形势和国内高校微机保护实验的现状，分析了各类微机继电保护装置所需要采集的模拟量情况，提出了一种通用的微机保护实验装置的设计思路以及基于DSP和PC104的软硬件设计方案，对其实现方法和其他关键技术进行了研究。该系统能够承担《电力系统继电保护》和《电力系统微机保护》课程的教学实验。关键词：微机继电保护；实验装置批；软硬件设计DesignofGeneralMicroprocessor　basedExperimentApp

2、aratusforRelayProtectionWEIYihua,JIAOYanjun,ZHANGXinguo,ZHANGYandong(SchoolofElectricalEngineering,NorthChinaElectricPowerUniversity,Baoding071003,China)Abstract：Aimingatpresentconditionofmicroprocessorbasedrelayprotectionexperimentindomesticuniversitiesandthequ

3、ickdevelopmentsofmicroprocessorbasedrelayprotection,thispaperanalyzestheanalogitemsrequiredbymostmicroprocessorrelayprotectionequipments.AnewgeneraldesignmethodaswellasthesoftwareandhardwareschemebasedonDSPandPC104havebeenputforward.Thispaperalsomakesresearchoni

4、tsimplementmethodsandotherkeytechniques.TheproposedsystemisabletotakeontheteachingexperimentsofPowerSystemRelayProtectionandPowerSystemMicrocomputerProtection.Keywords：microprocessor　basedrelayprotection;experimentequipment;softwareandhardwaredesign1前言近20年来，微机型继电

5、保护装置在我国电力系统中获得广泛应用，常规的电磁型、电动型、整流型、晶体管型以及集成电路型继电器已经逐渐被淘汰。以往，继电保护装置与继电保护原理是一一对应的，不同的保护原理必须用不同的硬件电路实现。微机继电保护的诞生与应用彻底改变了这一状况。微机继电保护硬件的通用性和软件的可重构性，使得在通用的硬件平台上可以实现多种性能更加完善、功能更加复杂的继电保护原理。一套微机保护往往采用了多种保护原理，例如高压线路保护装置具有高频闭锁距离、高频闭锁方向相间阻抗、接地阻抗、零序电流保护及自动重合闸功能。微机保护还可以方便地实现一些常

6、规保护难以实现的功能，如工频变化量阻抗测量和工频变化量方向判别。在电力系统继电保护人才培养方面，高校中的电力系统继电保护实验室所开出的电磁型、整流型、晶体管型各种原理的继电保护实验，对于培养学生的实际操作能力、继电保护原理的理解和掌握发挥了重要作用，但与当前继电保护的应用现状和人才的培养要求存在一定的差距［1］。解决这一问题的途径在于，一方面对使用多年的《电力系统继电保护原理》教材的体系结构与内容重新整合，补进当今微机保护中的最新原理，剔除一些过时的内容；另一方面，配合新教学内容的实验手段亟待改进。开发一种既借鉴常规继电

7、器形象直观的优点又能适应当今继电保护最新技术发展现状的实验教学装置成为一个迫切问题。由于微机继电保护装置广泛意义上的硬件通用性，单独开发某一原理的实验教学装置实无必要。基于此，笔者设计了一种通用的电力系统继电保护微机型教学实验装置，它不仅可以供学生理解继电保护原理使用，还可以用作继电保护科研调试的实验平台。2微机保护装置的基本构成2.1微机保护装置的硬件构成微机继电保护装置一般采用插件式结构，通常包含交流变换插件、模数转换和微处理器插件、人机管理插件、开关量输入插件、电源插件和继电器插件等。尽管不同厂家的产品采用的微处理

8、器和模数转换方式可能不同，但微机保护装置的结构却基本相同。典型的微机保护装置结构框图如图1所示。其中模数转换包括A/D和VFC两种不同方式，其工作原理如图2所示。开关量输入和开关量输出一般都经过光电隔离，以增强抗干扰能力。随着微处理器技术的发展，内部集成的资源越来越多，一个处理器芯片往往就是一个完整的微处理器系统，使