微机保护装置调试（精选10篇）
微机保护装置调试 第1篇
微机保护功能齐全,各种保护出口数据整定都要根据配电设备的性质和用途分别选取不同的参数设置,并进行认真仔细的调整,才能保证微机保护装置保护功能的有效实现。下面就其中典型的两种保护功能的参数设置和调试谈点实践经验和体会。
1 低周减载功能的调试和设置
镇江市诚翔电器有限责任公司给镇江蓝波船厂设计制作了一批KYN61-40.5型铠装移开式交流金属封闭开关设备。该批开关设备采用了南京深科博业电力自动化有限公司的DMR200系列微机线路保护装置。在线路保护整定实验中,低周减载功能定值为:动作频率f=47 Hz;滑差为5;动作时间t=10 s。按上述要求输入装置后,用微机保护校验仪通入故障量进行功能试验,发现装置不动作。仔细检查装置整定值情况和实验仪接线及参数设定,正确无误。为了验证装置功能的正确性,对整定时间和滑差定值进行反复修改,最后发现:当滑差小于或等于0.5时,可以动作,动作时间为10 s。或者当动作时间整定值t≤1 s、滑差为5时,装置也可以按定值出口动作。再次检查装置的整定和实验仪参数设定,发现出现上述现象的原因是由于实验仪参数设定时低端频率太低(28 Hz)所致,如果将实验频率控制在45 Hz以上,装置完全可以按定值动作出口。实验仪的最低频率太低,为什么会使保护装置拒绝动作出口呢?分析其根本原因,还在微机保护装置本身。众所周知,微机保护的各项功能,是通过对采样数据进行一定的数学运算,按照一定的逻辑关系进行分析判断的结果,其很重要的数据采集部分及其算法,与原来的电磁型或独立元件组成的电子型低周继电器有质的差别,并非频率滑差只要满足定值就可动作[1]。它对输入信号的反应存在一定的范围,一般微机保护装置的频率范围是45～49.5 Hz,超出该范围的信号将无法正确处理。上述实验过程中,滑差为5,而实验仪参数设定的频率又比较低,因此输入装置的模拟故障信号在10 s后的频率已经低于45 Hz,超出了装置对输入信号的处理范围,将不再进行反应,所以动作不正常。也就是说,装置必须满足下列条件:实验仪参数设定的低端频率不要小于微机保护装置的保护频率的下限45 Hz,滑差×时间≤5,才能正确动作。
由此试验结果可以看出,在实践应用中使用低周减载功能时,应该注意以下几点:
(1)保护装置的功能只有在一定条件下才能得到保证,超出范围,装置将无法反应。如低周减载功能,只有在输入信号的频率不低于45 Hz时才能正确动作。
(2)装置的整定值必须满足一定的条件(与装置的整定范围是不同的概念)。如低周保护功能应满足:滑差×时间≤5,否则,即使输入信号满足定值要求,装置也将无法正确反应。
(3)对装置的检验,实验仪参数设定应当在其工作范围内进行,否则将出现不正确现象,延误时间。
(4)所给的定值要合理。从上述定值来看(动作频率为47 Hz;滑差为5;动作时间为10 s),动作频率较低,时间较长,已处于末轮或特殊轮,当该轮动作时,前几轮已经动作。从系统参数的计算结果来看,前几轮动作后,系统频率的变化率是逐渐缩小的,到达特殊轮时,其变化率不可能很大。因此,滑差值也就没有必要整定很大。对前几轮的整定,滑差应取较大值,动作时间应缩短,有利于系统频率的恢复。对末轮或特殊轮的整定,动作时间整定已很长,滑差应取较小值,保护装置的低周减载功能才能准确动作,从而恢复系统频率。
2 零序保护功能的调试和运用
镇江蓝波船厂变电站10 kV配电网采用双母线分段接线方式。左右段母线各自独立运行,分别经Y0/Δ接法变压器从35 kV侧获得电源。左右两段母线各经一台Z型变压器引出中性点后经小电阻接地。此接地变压器上安装了零序过流保护,保护类型为微机保护,整定值为48.5 A,动作时间为2.0 s;10 kV出线上也均安装了零序过流保护,保护类型为电磁型电流继电保护,整定值为40 A,动作时间为1.5 s。10 kV出线中某条线路单相接地时电容电流的分布情况如图1所示(为分析方便起见,忽略线路电阻和变压器内阻的影响)。单相接地时零序网络则如图2所示。接地变压器的零序保护主要是作为10 kV出线的后备保护,在线路发生接地故障而线路零序保护拒动时动作,从而退出小电阻接地系统以减小接地电流。但在实际运行中,多次出现小电阻接地变压器上流经超过保护整定值的电流且零序保护动作,而10 kV各线路的零序保护却没有动作,接地变压器的零序保护作为后备保护,如此动作频繁是很不正常的。
图中:YB为主变压器;YB1为小电阻接地变压器;YB2为消弧线圈接地变压器;R为接地电阻;L为消弧线圈电抗;C1～Cn为接地电容;ID1～IDn为接地电容电流;IR为接地变压器零序电流;IL为消弧线圈接地变压器零序电流。
图中:Uo为单相接地所产生的等效零序电压源;R为接地电阻;YB1为小电阻接地变压器;YB2为消弧线圈接地变压器;L为消弧线圈电抗;IR为接地变压器零序电流;IL为消弧线圈接地变压器零序电流;ID为故障线路零序电流。
零序保护动作不正常是不是参数设置的原因呢?通过理论分布系数计算公式[2]可知,当母线上某一出线发生单相接地故障使接地变压器零序保护动作的零序电流大小为IR时,流过线路的零序电流公式为:ID=(1.09～1.13)IR,经整定的变压器零序保护动作电流值为IR=48.5A,那么流过线路的零序电流ID=(52.87～54.80)A,明显大于所设置的线路零序保护动作电流值40 A,可见当故障电流启动了接地变压器零序保护时,它应同时启动了线路零序保护。从以上分析得出结论:在系统正常运行情况下,当某一种接地故障发生时,故障电流若是足以启动零序保护,则会同时启动10 kV线路零序保护和接地变压器零序保护,然后根据保护整定时间设定的选择性确定线路零序保护应先行动作,这样出现接地变压器零序保护误动的可能性很小。
那么,船厂零序保护动作不正常是不是因系统本身存在参数不对称的情况呢?对于电缆线路来说,由于安装质量等问题,在电缆接头处绝缘下降造成参数不对称的情况是很常见的,如果是这样,那10 kV配网中就存在着“参数不对称”和“接地故障”这两个“零序电压源”,由分布系数公式ID=(1.09～1.13)IR的计算可知故障线路上的零序电流与接地变压器上零序电流之比接近于1:1,于是在两个零序电压源的作用下,接地变压器上流过两个较大的零序电流的叠加,而故障线路上则只是本身接地电流与线路参数不对称所带来的另一个较小的电容电流的叠加,不对称线路上同样是一个较大零序电流与较小电容电流的叠加,于是便可能出现线路上零序电流未达到保护整定值,而接地变压器上零序电流达到保护整定值的情况。假设10 kV出线中线路1某相绝缘下降造成对地电容参数不对称,线路2发生非金属性接地,显然,此时接地变压器上的电流和故障线路上的电流值不再像前面分析那样接近于1:1的比例,而是有可能存在流经接地变压器的零序电流大于各分支线路零序电流的1.2倍的情况。而我们的整定值设定的是接地变压器的零序电流保护整定数值为线路零序电流保护的1.2倍。这样,就可能出现线路1和线路2的电流未超过保护整定值而接地变压器电流超过其保护整定值的情况,因此接地变压器就会误动作。经查发现10 kV线路上有1条线路的电缆接头处松动,还有1线路的零序电流互感器二次接线断线。经检修恢复,以后的运行中基本没出现接地变压器的零序保护,而10 kV各线路的零序保护却没有动作的不正常情况。
在实践应用中使用低压零序保护功能时,应该注意以下几点:(1)即使电缆的安装及老化等造成的电缆对地电容参数不对称和线路瞬时非金属性接地故障分别单独作用产生的零序电流不足以使线路的零序保护动作跳闸,但两者叠加起来产生的零序电流却可能使接地变压器零序电流保护动作跳闸。因此,要定期对10 kV线路电缆绝缘情况进行全面检查,减少出现线路电缆参数不对称的情况。(2)为了便于故障分析和定位,实际应用中建议安装一套小电流接地选线监测装置,监测接地变压器零序电流、线路零序电流及母线零序电压等。通过该监测装置,可以了解零序电流的分布情况、线路参数对称情况和零序保护动作情况。(3)定期对线路的零序电流互感器进行检查,重点是检查接线和变比。
3 结语
随着微机保护广泛应用于电力行业,微机保护功能日渐成熟,由于电力设备性质、使用环境不同,对微机保护装置各项功能的参数应根据实际情况灵活配置,尽可能地发挥微机保护装置的保护功效,保证用电设备的安全正常运行。
参考文献
[1]张于辉.电力系统微型计算机继电保护[M].北京:中国电力出版社,2000.
微机保护装置调试 第2篇
装置软件版本管理规定
1.总则
1.1 为加强电网微机继电保护装置的运行管理，避免因软件版本管理不善而引起保护装置异常或造成保护装置不正确动作，确保电网的安全稳定运行，特制定本规定。
1.2 本规定适用于我公司电网范围内运行的微机保护装置。
1.3 微机保护软件版本按照调度管辖范围实行分级管理。1.4 调度、运行、基建、设计、物资等部门和制造厂家均应执行本规定。
2.软件版本的入网确定
2.1 新型微机保护装置投入运行前，必须做入网检测。通过检测试验的软件版本方能投入使用。根据检测报告对有关程序进行修改后形成的新版本，应重新检测，确保不存在衍生问题。
2.2 通过入网检测的微机保护装置软件版本必须有相应的标识，包括版本号、校验码及生成时间等。
2.3 入网检测工作按电网的有关规定执行。3.软件版本升级管理 3.1 升级流程：
3.1.1 已投运的微机保护装置软件版本需要升级前，由制造厂家向相应调度机构提出升级申请。升级申请包括升级装置名称、型号、升级原因、新老版本功能区别、新软件版本号、软件
校验码、形成时间、试验证明等。
若软件版本变动较大，涉及保护原理、功能、逻辑等，必须经入网检测试验确认。
3.1.2 调度部门收到升级申请后，经过审核、确认后统一安排升级工作。
3.2 升级原则：
3.2.1 装置原软件版本存在严重缺陷，相应调度部门应及时下发有关版本升级的反措文件，限期整改。运行维护单位收到文件后，立即整改。
3.2.2 装置原软件版本存在一般缺陷（如报文显示或后台通讯及规约等方面），但不涉及保护原理、功能以及定值等方面，调度部门发布新软件版本，明确允许新、老版本同时存在。新投运装置按新版本要求，原装置暂维持老版本，择机申请升级。
3.2.3 运行单位对软件版本有特殊要求时，向相应调度机构提出升级要求，上报相关资料，经审核同意后，方可执行。
4.软件版本发布形式
4.1 调度机构的继电保护部门每年初，以文件形式集中发布本微机保护软件版本。
4.2 本内，保护装置需要修改软件版本时，调度机构的继电保护部门以传真文件形式下发软件版本修改通知，规定相关装置新的软件版本并注明作废版本。
5.职责分工
5.1 调度机构继电保护部门
5.1.1 负责对调度管辖范围内的微机保护装置软件版本进行统一管理。
5.1.2 负责组织调度管辖范围内新型微机保护装置软件版本的入网确定和运行装置软件版本的升级工作。
5.1.3 负责收集调度范围内微机保护装置软件版本的运行状况，写出分析报告，并提出相应的改进建议。
5.3 运行单位
5.3.1 组织专业人员学习软件版本的管理规定，熟知微机保护软件版本，建立软件版本台帐。
5.3.2 确保运行的微机保护装置符合规定要求。软件版本文件中未涉及的装置和版本，应上报相应调度机构审批。
5.3.3 继电保护装置的招标、订货时，在技术协议中对保护装置软件版本提出具体要求。将微机保护软件版本检查列入出厂验收项目。
5.3.4 微机保护装置校验和基建工程验收时必须校核其软件版本号、校验码是否符合要求。
5.4 基建、生技、设计部门
5.4.1 熟知微机保护软件版本和相关规定。
5.4.2 在基建、改造工程的招标、订货、设计、施工等工作中，严格执行本规定。微机保护装置的标书和订货技术协议中，必须明确提出软件版本条款。
5.4.3 基建、改造工程投产前，按规定上报的资料应包括软件版本，相应调度机构根据软件版本情况进行相关装置的定值整定计算工作。
5.5 制造厂家
5.5.1 对调度范围内的订货装置，按照每年发布的微机保护软件版本的文件规定调试、发货。如遇特殊情况，可按技术协
议调试、发货。并报相应调度继电保护专业管理部门备案。
5.5.2 必须提供软件版本、校验码的检查方法。5.5.3 微机保护装置软件版本应保持相对稳定，不应频繁随意修改。
5.5.4 微机保护装置如进行软件升级，应向相关调度机构提出书面申请，并按3.1.1条规定上报材料，由调度机构统一安排升级。
固安供电有限公司
微机保护装置调试 第3篇
一、概述
继电保护装置是保证电力系统安全运行的重要设备。满足电力系统安全运行的要求是继电保护发展的基本动力。快速性、灵敏性、选择性和可靠性是对继电保护的四项基本要求。为达到这个目标，继电保护专业技术人员借助各种先进科学技术手段作出不懈的努力。随着科技发展，在继电保护原理完善的同时，构成继电保护装置的元件、材料等也发生了巨大的变革。继电保护装置经历了机电式、整流式、晶体管式、集成电路式、微处理机式等不同的发展阶段。
微机继电保护技术的成熟与发展是近三十年来继电保护领域最显着的进展。经过长期的研究和实践，现在人们已普遍认可了微机保护在电网中无可替代的优势。微机保护具有自检功能，有强大的逻辑处理能力、数值计算能力和记忆能力，并且具备很强的数字通信能力，这一切都是电磁继电器、晶体管继电器所难以匹敌的。计算机技术的进步，更高性能、更高精度的数字外围器件的采用，一直是微机继电保护不断发展的强大动力。
随着计算机技术的飞速发展以及计算机在电力系统继电保护领域中的普遍应用，新的控制原理和方法被不断应用于计算机继电保护中，以期取得更好的效果，从而使微机继电保护的研究向更高的层次发展，其未来趋势向计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和数据通信一体化发展。
二、微机保护装置
1.微机保护的现状
传统的继电保护装置，调试工作量很大，尤其是一些复杂的保护。微机具有高速运算、逻辑判断和记忆能力，微机保护是通过软件程序实现的，具有极大的灵活性，因而微机保护可以实现很复杂的保护功能，也可以实现许多传统保护模式无法实现的新功能。目前，微机保护的平均无故障时间长达十万小时以上，这说明了微机保护是十分可靠的。
微机保护经过近20年的应用、研究和发展，已经在电力系统中取得了巨大的成功，并积累了丰富的运行经验，产生了显著的经济效益，大大提高了电力系统运行管理水平。特高压输电线和直流输电在国内的建设、大容量紧凑型输电技术的应用、FACTS技术的发展，变电站自动化技术的成熟以及集成智能化电力设备（智能开关及组合电器）、电子或光电式互感器的投入运行都对微机保护技术的发展提出了新的课题，他们对保护运行的可靠性、抗干扰能力、快速性、灵敏性，保护的构成方式，保护动作行为的改进，保护装置的高速通信能力以及保护新原理研究等方面提出了更高的要求。在新的硬件和软件基础上，这些性能需求能够得到更好的满足和实现。
微机保护在现场的普遍应用已经为现场继电保护人员带来了无可比拟的优越性，不仅保护的正确动作率大大提高，而且由于其调试的方便性使调试工作量大为减少，从而缩短了调试时间。然而，实现装置内部100%的实时状态监视和自检，特别是加强对装置内部薄弱部位的监视以及实现装置的全自动化测试，不仅是继电保护装置安全稳定运行的要求，更是现场继电保护工作者不断追求的目标。
2.微机继电保护装置的特点
2.1维护调试方便
目前国内大量使用的整流型或晶体管型继电保护装置的调试工作量很大，尤其是一些复杂保护，例如距离保护，调试一套常常需要一周，甚至更长的时间。究其原因，这类保护装置是布线逻辑的，保护的每一种功能都有相应的硬件器件和连线来实现。为确认保护装置是否完好，就需要把所具备的各种功能通过模拟试验来校核一遍。微机保护则不同，它的硬件是一台计算机，各种复杂的功能是由相应的软件来实现的。换言之，它是一个只会做几种单调的、简单操作的硬件，配以软件，把许多简单操作组合完成各种复杂功能的。因而只要用几个简单的操作就可以 检验微机的硬件是否完好。或者说如果微机硬件有故障，将会立即表现出来，如果硬件完好，对于以成熟的软件，只要程序和设计时一样，就必然会达到设计的要求，用不着逐台作各种模拟试验来检验每一种功能是否正确。实际上如果经检查，程序和设计时的完全一样，就相当于布线逻辑的保护装置的各种功能已被检查完毕。一般微机保护装置都具有自检功能，对硬件各部分和存放在EPROM中的程序不断进行自动检测，发现异常就会发出警报。通常只要接上电源后没有警报，就可确认装置完好。
2.2可靠性高
计算机在程序指挥下，有极强的综合分析和判断能力，因而它可以实现常规保护很难办到的自动纠错，即自动地识别和排除干扰，防止由于干扰而造成的误动作。另外，它有自诊断能力，能够自动检测出本身硬件的异常部分，配合多重化可以有效地防止拒动，因此可靠性很高。
2.3易于获得附加功能
应用微型计算机后，如果配置一个打印机，或者其它显示设备，可以在系统发生故障后提供多种信息。例如保护各部分的动作顺序和动作时间记录，故障类型和相别及故障前后电压和电流的波形记录等。还可以提供故障点的位置。这将有助于运行部门对事故的分析和处理。
2.4灵活性大
由于计算机保护的特性主要有软件决定，因此，只要改变软件就可以改变保护的特性和功能。从而可灵活地适应电力系统运行方式的变化。
2.5保护性能得到很好改善
由于计算机的应用，使很多原有型式的继电保护中存在的技术问题，可找到新的解决办法。例如对接地距离的允许过度电阻的能力，距离保护如何区别振荡和短路等问题都以提出许多新的原理和解决办法。
2.6保护装置体积缩小
一套微机保护装置，可以实现多种保护功能，例如一套LFP-901A微机保护装置有3个独立的CPU可以实现距离保护、零序保护、自动重合闸等功能。因此在组屏时，体积要缩小，便于现场的安装维护。
3.微机保护装置的组成
微机保护装置的数字核心一般由CPU、存储器、定时器/计数器、Watchdog等组成。目前数字核心的主流为嵌入式微控制器（MCU），即通常所说的单片机；输入输出通道包括模拟量输入通道（模拟量输入变换回路、低通滤波器及采样、A/D转换）和数字量输入输出通道（人机接口和各种告警信号、跳闸信号及电度脉冲等）。
参考文献
[1]钟松茂，李火元编.《电力系统继电保护设计指导》.北京：中国电力出版社，1996.7.
[2]郭光荣主编.《电力系统继电保护》.北京：高等教育出版社，2006.7.
[3]杨晓敏主编.《电力系统继电保护原理及应用》.北京：中国电力出版社，2010.2.
[4]邵玉槐主编.《电力系统继电保护原理》.北京：中国电力出版社，2008.6.
微机保护装置调试 第4篇
关键词：110 kV变电站,微机保护,调试
1 现场试验项目以及试验方法
1.1 检验微机保护装置
(1)外观检查。检查项目包括:插件与背板接线是否与图纸相符,两者间能否良好装配;各种接插件能否良好接触;液晶显示器的接触是否良好,显示是否正常,有无出现缺行以及缺笔画等不正常情况;键盘使用是否正常,有无存在按键不灵现象;光标能否灵活上、下;装置的整机复位和各插件的分别复位功能是否正常可靠;各种运行指示灯是否正常亮、灭;保护装置能否正常自检等。
(2)绝缘试验。首先要将弱电插件退出,然后对电压、电流、信号和控制等各个回路以及对地之间的绝缘电阻进行测量,阻值>10 MΩ方满足要求;而二次回路整体对地的绝缘电阻必须>1 MΩ。
(3)逆变电源的检验。要检验自启动性能,在保护插件的绝缘完好性已确认的前提下,断开保护屏上其他各装置的直流电源开关,将专用的试验直流电源由专用双极闸刀接入。缓慢从0调节试验电源的电压升至80%额定电压,逆变电源插件上的电源指示灯应亮起,再将逆变电源开关开断、关合,电源指示灯的亮、灭要正常。
1.2 检验数据采集系统
为了保证A/D转换的精度,需要对零点漂移、电流及电压回路的平衡度、通道线性度和相位特性进行检验[1]。
(1)检验零点漂移。要在装置开机至少0.5 h、各插件热稳定后方可进行零点漂移检验。先将微机保护装置交流电流回路短路,交流电压回路开路,分别检查各采样通道的采样值(在显示屏查看),其值应符合厂家调试大纲或试验报告的规定。
(2)检验电流及电压回路的平衡度。除了要检查二次接线是否完好外,还要对电流及电压回路中各变换器的极性进行检查。
(3)检查通道线性度。该试验的目的在于检验保护电压及电流回路对于高、中、低值的测量误差是否都满足精度要求,尤其是低值误差。根据不同的使用条件要求,分别加入60 V、30 V、5 V和1 V的试验电压,同时接入4IN (时间≤1 s)、IN、0.2IN、0.1IN的试验电流,然后对各采样通道采样值的线性度进行监视。低值条件下,外部测量表计的测量值与1 V、0.2IN、0.1IN的误差应≤10%,其他误差应≤2%。
(4)检验相位特性。改接线为额定电压与额定电流按相加入,电压与电流的相角以0°、45°、90°、120°改变。再由人机界面查看相位差值,或通过打印波形的方法来比较相位,要求与外部测量表计的误差<3°。
2 硬件回路的检查项目及方法
2.1 开关量输入回路检验
要仔细检查每一个开关量,并做好相关记录。实际校验的方法是:投退压板、切换开关或用短接线将输入公共端与开关量输入端子短接,通过查询保护装置来校验变位的开关量是否与短接的端子的开关量相同[2]。
2.2 告警信号检查
告警信号的检查有2种方式,对于最新的微机保护装置,能够直接调用人机菜单来对启动和告警信号继电器的完好性进行检查;还可以模拟告警故障,使故障值达到告警值,以试验装置能否正确发出告警信号。
2.3 定值输入功能检查
通过人机界面和键盘输入,将定值写入并固化,再由查看功能对写入值的正确性进行检查。如果修改或重新写入定值,要重新进行检查。
2.4 定值与保护逻辑功能检验
必须严格遵照保护装置的技术说明书,并结合保护原理来对保护逻辑逐一进行试验,特别是交接试验过程中,要对各个方面全面考虑,以避免出现漏项。进行调试时,要注意各段保护之间的配合问题。要逐一按照定值单上的要求完成平常的检查性试验,切忌漏项。在校验保护定值时,要加准故障量,打印并认真检查试验动作报告,确保动作正确、合理。
2.5 整组传动试验
要对保护装置与外部设备的连接回路的正确性进行检验,检查有无寄生回路存在,并测试保护装置的整组动作时间以及保护之间的配合情况。要特别注意的是,必须采用从电流、电压端子加入故障分量的方法,不允许用卡住或短路触点的方法取代之。此外,进行整组传动试验时,保护屏所接入的直流电源电压取80%的额定电压。
3 系统在工作电压及负荷电流下的检验项目
微机保护装置二次回路试验的最后一关,就是在系统工作电压及负荷电流条件下进行试验。试验过程如下[3]:
(1)接通系统电压和负荷电流,使得保护装置正常运行,并根据实际情况来对相应保护压板进行投退操作。
(2)通过人机界面分别检查每一相电压与电流值,即Ua、Ub、Uc和Ia、Ib、In是否符合Ua超前Ub120°、Ub超前Uc120°,Ia超前Ib 120°、Ib超前Ic120°以及Ua和Ia、Ub,Ib、Uc和Ic之间的相位差与系统功率因数一致的要求。
(3)检查U0、Ux。、I0显示是否正确。在保护装置正常运行且接线正确的情况下,U0和I0是0或者一个很小的平衡值,而Ux的值则为100 V,且有与实际相对应的相位。
(4)对于差动保护,还要对装置的差流进行检查。在保护装置正常运行且接线正确的情况下,差流应为0或者一个很小的不平衡值。一旦发现不正确就要检查电流回路的接线方式以及电流互感器的极性。
上述要求都满足,则说明三相电压和电流是对称的,且为正相序,而负荷电流的相位正确;如果不满足要求,则要对保护装置的电压、电流回路的接线进行检查。
4 现场试验需要注意的问题
(1)插拔插件只能在直流电源断开后才能进行,不许带电插拔;在插拔芯片时手尽量不要与印刷板电路及芯片的管脚接触。
(2)一旦发现保护装置工作异常,就要对故障原因及部位进行仔细分析和判断,不能轻易更换芯片;如果确定需要更换芯片,其插入的方向一定要准确,还要保证芯片的所有引脚与插座能够良好接触[4]。
(3)如果需要焊接插件板上某些焊点,必须在电烙铁交流电源脱离后才能进行焊接,或者用带有接地线的内热式电烙铁焊接。
(4)在保护装置运行时,如果需要断开电流、电压线,要保证电流互感器的二次线不开路、电压互感器的二次线不短路或接地。
5 结语
目前,微机保护装置在电力系统中得到了越来越广泛的应用,其功能也日趋完善。针对不同的使用环境,可以根据实际情况来灵活配置微机保护装置的各项功能和参数,最大限度地发挥微机保护装置的作用。而在微机保护装置的现场调试过程中,应该严格遵照保护装置的技术说明书,并结合保护原理来细致地开展保护的试验工作,保证电力系统的安全、可靠、稳定运行。
参考文献
[1]乔飞.微机型主变差动保护调试中若干问题的探讨[J].上海电力学院学报,2005(4):316-320
[2]韦强.关于微机型继电保护装置的现场调试浅析[J].电气传动自动化,2011(2):53-56
[3]吴昊.微机型主变保护调试中出现的问题[J].电工技术,2007 (9):26-27
微机保护装置调试 第5篇
关键词：微机综合保护测控装置 电磁型继电器 感应型表计
1.概述
我厂#12机组于1995年建成，装机容量为300MW， 6kv十二段厂用电系统至今已经运行了十八年，厂用电继电保护装置大多数为电磁型保护，少数为老旧的微机综合保护，控制回路和防跳回路全部为电磁型继电器，二次回路设计复杂凌乱，测量部分为电磁系仪表，厂用电计量为感应型电度表。随着保护装置运行时间的增加，电子和机械元件日益老化，动作的准确率也在逐年下降，随之而来的是维护量的增大和检修次数的增多。
为解决厂用电系统设备落后，故障频发给安全生产带来的被动局面，我们准备在#12机组大修期间将6kV低压厂用保护装置进行整体改造、重新设计，选择更为先进的万利达DM-100T型微机综合保护测控装置取代以前的南自WCB-1.1E型综合保护作为主保护。在操作回路、保护、信号仪表回路等功能均有较大改进。本文就改造前的低压厂用变压器二次设备存在的问题和新装置应用之后的改进加以阐述。
2.现有低厂二次设备中存在的问题
2.1 二次回路控制部分
现有的6KV十二段低厂操作回路就地跳合闸采用老式的操作把手，使用时间过长，接点经常会出现松动接触不良情况，可靠性不高。红绿灯作为开关跳合闸指示，分合状态采用跳闸位置继电器、合闸位置继电器，防跳回路由防跳继电器闭锁，由于继电器较多，二次回路比较复杂，继电器的更换和维护工作量也比较大，从可靠和经济的角度来说均比较差。设备开关的位置状态无指示，无法直观看出断路器是在工作还是试验位置，只能从断路器底部滑槽档位识别，若操作断路器时稍有不慎，将会产生严重的后果。
2.2 保护配置
我厂原6KV低压厂用变压器保护配置比较简单，其中含有南自WCB-1.1E型综合保护装置、电磁型继电器。原有的保护装置中，只具备单纯的负序保护和反时限过流保护，保护配置比较单一，会存在一定的盲区。另外，保护投运时间过长，装置内部元件已经老化严重，经常会出现电流测量不准造成保护装置误动或者拒动甚至装置死机的情况，给设备的安全运行埋下了极大的隐患。
2.3 仪表测量
我厂2012年进行过DCS系统的升级，对于6KV设备的电量显示已经在DCS系统中完善，但现有的电磁型电能表没有远传功能，不能将信号传输到DCS系统中去，运行人员只能在就地现场查看电流和电能显示。若发生电量不正常的情况，不能第一时间发现，会影响设备的安全运行。
设备运行时，原南自综合保护装置只显示三相电流电压量的大小，无相位角度的显示，更沒有有功无功以及电能的显示， 给维护检查工作造成了极大的不便。
3.新型DM-100T保护装置的应用
万利达DM-100T变压器保护测显装置，是同时将保护功能同开关柜智能测量与控制结合为一体的新型保护测显装置。针对6KV十二段低压厂用变压器长期运行中控制、保护、仪表测量几方面存在的问题，现就新装置应用之后的提高予以阐述。
3.1 操作回路的改进
3.1.1 改为新式万利达保护装置后，由于装置中本身集成位置继电器和防跳回路，可以省去电磁型跳闸回路位置继电器以及合闸回路位置继电器，而防跳回路也可采用保护装置内部防跳继电器。新保护装置上的电显面板自带操作把手，替换了以前的老式把手，实现了控制元件的集成化，使得操作回路简化清晰，也减少了单个继电器出故障的概率（见图1）。
图1 （DM-100T保护装置内部集成SA操作把手、位置
继电器TWJ、HWJ，防跳继电器TBJ）3.1.2 DM-100T电显面板上的模拟条表示开关状态位置，在操作时对于开关的状态显示从模拟条就可以一目了然。同时，针对运行人员操作当中的注意事项，还配备有相应的语音防误操作功能。
3.1.3 现有回路中，设备运行时故障会由保护装置直接出口跳闸，但若此时开关拒动，出口接点将长期接通带电流，有可能因为容量不够而烧坏。根据以往经验，在本次操作回路设计时，我们在保护装置的出口加装了接点容量更大的出口中间继电器，保护动作首先启动中间继电器，再由中间继电器完成出口跳闸，有效的保护了装置的安全。
3.1.4 万利达综合保护装置中自带远方网络控制功能，可以通过DCS中发出指令，经过规约转换成保护装置可读的网络信号，接入保护装置上的网口，从而控制装置对断路器发出合闸或分闸指令。今后对控制回路更加智能化的要求下，可以增加规约转换装置，从而实现操作回路的全网络控制升级。
3.2 保护功能的进步以及在设计中的改进
3.2.1 万力达DM-100T保护中集成三段复合电压闭锁电流保护、速断保护、反时限过电流保护过负荷保护、负序定时限、反时限过流保护、高压侧零序电压闭锁零序电流保护、低压侧零序定时限电流保护、低压侧零序反时限电流保护、低电压保护、本体保护、PT断线监视等保护功能，为我们提供了更为丰富的保护种类选择。
3.2.2 此次6KV十二段低厂保护改造前，我们考虑了现场各种情况可能发生的故障并综合以前老保护的不足之处，选用了负序反时限过流保护、定时限过流保护、低压侧零序定时限电流保护、低电压保护、过负荷告警做为低压厂用变压器的电量保护。母线电压正常而单独某台设备二次电压故障时，保护装置中的低电压保护能准确判断出PT断线或是低电压而立即出口动作，弥补了现在缺少电压监视的缺陷，有效的避免了死区（如图2）。
图2 （全面的电压保护判据）3.2.3 采用新装置之后，电磁型继电器基本可以取消，原先由南自综合保护WCB-1.1E，时间继电器SJ、反时限电流继电器DHJ等实现的保护功能均集成在了新的微机保护装置之中，并且新装置中稳定的元件无疑会使动作准确率大大提升。当保护动作时，装置会及时动作并第一时间在显示屏上反映出故障名称和跳闸时间，比原来的综合保护更加清晰直观。
3.2.4 新综合保护中配置有SOE事件记录功能和故障录波功能，在故障发生后，可以根据故障发生时记录的故障数据对于故障原因进行详细分析。保护跳闸时间和当时的电量波形均会被保护装置准确记忆，便于检修人员准确找出故障原因，快速排除故障并在今后的工作中采取有效的防范措施。
3.2.5 在这次电压保护回路的设计时，我们还总结了#13、#14机组低厂变二次回路中的不足之处，在低厂回路中加入单独低电压投退压板。当PT发生单相保险熔断等临时故障急需检修时，会拉开PT柜而引起6KV整段二次低电压丢失，此时为了避免设备跳闸，断开面板上的低电压投入压板即可，装置的低电压保護将不会启动，不再需要逐台更改保护装置内的低电压控制字，回路设计更为合理，降低了操作出错的概率。
3.3 测量仪表回路的改进与发展
3.3.1 DM100-T的测量部分采用两相电流测量接线方式，功率采用两表法计算，装置内部自动进行电度累计。可分别计算出正向有功积分电度、负向有功积分电度、正向无功积分电度、负向无功积分电度。装置频率测量采用线电压UAB进行频率计算。当UAB > 15V时，进行频率测量。通过接入专用的A相、C相测量CT和6KV母线PT电压，这些电量都能在保护装置的屏幕上准确显示出来，人机界面清晰友好，并且在保护装置背板直流4～20mA输出至DCS系统，从而实现了主盘控制屏上的实时电量监控。
3.3.2 今后的测控发展中，在精度满足要求的情况下，我们还可以进一步利用综合保护测控装置中有功电度等测量功能，通过组网后进行厂用电电量统计，实现厂用电负荷电量自动统计与分析。
4.结束语
通过#12机组6kV厂用变压器二次系统改造尤其是微机综合保护测控装置的应用，将原电磁型继电器的功能集成一体，会使二次操作回路更加简化清晰，自动化控制程度得以提高，强大的电显功能，也进一步保障了操作的可靠性，消除了控制断路器时存在的误操作隐患。
改造后的低压厂用变压器保护装置配置全面，记忆功能强大，内部元件稳定可靠，为事故发生时装置的正确动作，事故后及时分析和准确处理故障提供了有力保障和分析依据，减少了检修和维护的工作量。综合保护装置中测控系统的运用，解决了长期以来运行人员就地抄表，现场算电量的情况，新型保护装置中部分仍未开发的功能，也为进一步发展提供了空间。
参考文献：
[1]《继电保护和安全自动装置技术规定》DL400-91.
[2]DM-100系列开关柜智能保护测显装置技术说明书V1.02.01.
微机保护装置调校 第6篇
随着电力系统的高速发展和计算机技术、通信技术的进步, 微机型继电保护监控装置 (以下简称微机保护装置) 以其可靠性高、精度高、速度快、功能多、灵活性强、调校维护方便、便于远方监控等优点逐步淘汰了由各种继电器组成的继电保护装置。某公司高压配电室经过近几年的改造, 基本实现了继电保护微机单元化, 并建立了相应的计算机后台系统。由于该公司使用的微机保护装置厂家及型号较多, 也对继电保护调校人员提出了新的要求, 因此做好微机保护装置的调校工作是保证电气设备安全可靠运行的基础。
1 微机保护装置调校的方法及注意事项
微机保护装置由于型号不同, 造成操作界面不同、部分逻辑判别以及计算法则的差异, 但大部分的操作流程、逻辑判别和计算法则是一致的, 因此调校人员在进行微机保护装置调校时, 应有一个普遍的试验方法。这里根据某化工公司微机保护装置特点总结出调校的一般方法及注意事项。由于各厂家对各自生产的保护单元调校周期说法不一, 可按照生产厂家提供的调校周期调校, 亦可对重要用电设备的微机保护装置每年调校, 对一般负荷的微机保护装置3~5年调校一次。
(1) 了解情况。接到调校任务后, 首先要了解调校微机保护装置的型号、保护监控的用电设备类型 (如同步电机、线路、变压器等) 、基本技术参数 (如变压器容量、电机功率、额定电流、电流互感器/零序电流互感器变比等) ;其次阅读并携带微机保护装置说明书和公司最新继电保护整定值, 由此确定微机保护装置试验需要的设备及工具。
(2) 检查。调校人员到达现场后对微机保护装置所属高压开关柜进行查看, 首先检查微机保护装置各状态显示量、电流/电压采样量是否正确, 然后明确高压开关所在位置 (工作位置、试验位置) 和状态 (合闸、分闸) , 一般试验应在高压设备停运时进行, 为此应在电调的指令下将高压开关断开并置于试验位置。
(3) 查看校对保护定值及日期时间。要对微机保护装置的保护定值逐一进行调阅校对, 确保其与最新的保护整定值一致;同时, 还要校对微机保护装置内的日期和时间值, 便于发生事故后进行分析处理;对新安装的微机保护装置还应检查电流、电压变比值是否正确。
(4) 绝缘试验。试验时断开微机保护装置所有外部接线, 用1 000V摇表摇测电流、电压、控制、信号回路、地之间的绝缘电阻, 其阻值均应大于10MΩ, 整个二次回路对地绝缘电阻应大于1MΩ。
(5) 在明确调校保护动作逻辑的前提下, 根据调校要求和公司继电保护整定值对保护单元进行调校。对整定值的调校主要是对微机保护装置施加工频交流模拟电流和电压, 以及提供外部模拟开关量, 观察外部输入模拟量达到动作条件时保护单元所作出的一系列反应是否准确、可靠, 包括动作类型 (报警或跳闸) 、故障类型 (如速断、低电压、温度等) 、动作时限、状态指示以及事件记录等。通常同一保护要做3次相同的试验, 以确定其可靠性。
(6) 保护动作后, 需要对微机保护装置作以下检查和操作: (1) 解除调校时给定的模拟量或开关量; (2) 检查面板上的指示灯是否显示正确; (3) 检查显示屏上的故障类型、动作值、动作日期时间是否正确; (4) 检查告警或跳闸信号是否发出, 中央信号、高压断路器是否动作正确, 以及后台系统信号数据是否记录正确; (5) 对故障信号进行复归。需要注意的是, 通常微机保护装置有“复归”和“复位”选项, 其中“复归”一般指信号复归, 相当于对信号的确认, 而“复位”常指将装置软件系统复位, 复位后常见保护装置会重新启动, 暂时失去保护功能, 在保护动作、确认信号后需要进行复归操作。特别是少部分保护单元在进行复位操作后, 微机保护装置内的历史记录会清空, 给事故排查带来困难, 为此相关人员一定要明确“复归”和“复位”的概念。
(7) 记录。调校工作进行时一定要做好记录, 包括微机保护装置的型号、电气设备编号、调校使用的设备、相关保护定值/参数、调校的项目/具体方法/步骤、每个保护的动作情况和相关数据、出现的异常或故障现象及处理方法, 最后做出调校结论。调校记录是调校工作的重要环节, 不仅要记录好相关数据, 还要记录试验的具体方法, 便于日后参照。
(8) 关于后台系统在试验时的使用。对于建有后台系统的高压配电室, 试验人员通常可在后台系统完成对单元保护定值和参数的校验以及试验时保护定值修改、控制字投退、故障类型查询等操作。由于其操作更为便捷、直观、准确, 对于提高工作效率意义重大。
2 常用保护功能的调校方法
2.1 电流保护调校
电流保护调校主要有两种方法:一种是对电流互感器 (或零序电流互感器) 一次侧施加工频模拟电流使其达到保护动作值;另一种是在电流互感器二次侧施加工频模拟电流使其达到保护动作值。前者的优点在于在进行保护单元调校的同时一并校验了电流互感器变比, 其缺点是受调校设备容量限制, 当一次电流整定值较大 (通常出现在速断保护) 时, 调校设备输出的模拟电流可能无法达到动作值;后一种方法通常能保证模拟电流达到动作值, 且试验设备轻便。这两种方法可根据实际情况选用其一。下面介绍电流保护校验的要点和注意事项。
(1) 进行电流保护试验时, 最好将微机保护装置的显示画面改为“保护电流值”显示画面, 以便在给定模拟电流时对微机保护装置采样准确性进行判断。
(2) 在进行电流保护校验时, 由于速断、过电流和过负荷 (或者电流I段、电流II段、电流III段保护) 具有选择性, 因此当存在有比调校项目动作电流低的电流保护时, 需将这些电流保护全部退出, 否则, 在调校给定的模拟电流还未达到待测电流保护定值但达到低定值的电流保护时, 该保护就会动作。例如速断保护时, 若微机保护装置中投入了过电流和过负荷保护, 就需要先将过电流和过负荷保护暂时退出。
(3) 通常微机保护装置有两套电流采样输入, 即测量电流 (通常编号为A411、B411、C411、N411) 和保护电流 (通常编号为A421、B421、C421、N421) , 若从二次侧开始电流保护试验, 则通常是将给定模拟电流值加到电流保护采样端子上, 同时查看微机保护装置内保护电流采样是否与输入值一致。这里需要特别指出的是, 泰格DISA-2000系列保护测控装置的单元采样配置有所不同, 其速断和过电流的保护采样取自保护电流端子, 而过负荷保护的电流值采样则取自测量电流端子, 在进行这类微机保护装置的过负荷保护时要注意给定模拟电流是否输入到正确的端子上。
(4) 通常进行定时限电流保护 (速断、过流、过负荷) 调校时, 给定的模拟电流应先输入设定动作电流的0.95倍, 保护不动作;然后再逐步将模拟电流升高到动作值, 并达到动作设定时限, 保护应可靠动作。实际动作电流与设定值误差通常应不大于±2%, 若超出应查明原因。这里需要特别指出的是, 德威特DVP-661系列电机保护监控装置的单元速断保护动作逻辑判断有所不同, 即当速断保护给定模拟电流从0缓慢上升时, 其动作值应为速断整定值的50%, 为此进行这类保护单元调校时不要误认为保护单元有故障。
(5) 电流保护调校一定要参照装置说明书进行, 并注意以下要点: (1) 新世纪电机保护装置的部分电流保护动作判据需要注意“断路器处于合闸状态”、“电机启动”、“电机运行” (通常用在堵转保护中) 3个量, 需要模拟“电机启动”或“电机运行”判据量的保护项目都无法进行调校; (2) 新世纪线路保护装置的电流I、II、III段保护单元配置时若设定了方向判断, 则只有调校输入的给定模拟电流和电压满足方向动作区间值保护才会动作; (3) 南自NAS-921保护测控装置的复合电压过电流保护若投入了功率方向元件和复合电压元件控制字, 就需要考虑电压对电流的方向并输入模拟电压值, 否则给定的条件不足, 保护将无法动作。
(6) 小电流接地保护同样要先明确保护实现的动作逻辑, 查看有无功率方向判别, 是否需要母线TV的开口三角形电压 (零序电压) 接入。
2.2 电压保护调校
电压保护通常有过压保护、低压保护和缺相保护, 该公司高压设备过压保护由避雷器实现。
(1) 缺相的校验仅需给微机保护装置电压采集端子施加三相模拟额定电压, 将其中一相或两相模拟电压降至动作电压值以下, 观察微机保护装置的动作情况。
(2) 低电压保护校验需先将三相模拟电压 (线电压100V或相电压57.7V) 输入微机保护装置, 再在试验位置合上高压断路器, 然后再将三相模拟电压逐步降到低电压设定的动作值。
(3) 需要注意的是, 当对微机保护装置给定模拟电压时, 一定要断开微机保护装置与母线TV的接线, 并保证试验给定的模拟电压只施加到微机保护装置电压采集端子上, 以防调校时试验给定的模拟电压对其它设备造成影响。
2.3 其它保护调校
(1) 外部开关量保护。微机保护装置涉及的外部开关量主要是工艺保护、温度保护、瓦斯保护、压力保护等, 在对温度、瓦斯和压力等保护调校时为确保其可靠性, 最好驱动发令元件动作发出信号。例如瓦斯保护需要在变压器上按下瓦斯继电器探针;对于工艺保护, 特别是重要设备的工艺联锁保护, 需会同相关专业的技术人员进行调校。当然, 如果仅仅是校验微机保护装置本体的好坏, 就只需模拟相应的外部开关量即可。
(2) 低频减载保护。低频减载保护的校验务必注意动作逻辑的模拟给入量, 通常需要高压开关处于合闸状态, 输入的模拟电压和电流值要高于保护闭锁值, 还要注意保护是否投入滑差, 要求调节步长不能大于滑差值。对于南自NAS-921保护装置, 可降低其单相模拟电压的频率至设定值以下动作;但新世纪EDCS-7110保护装置则需要三相模拟电压的频率同时下降到设定值以下才能动作, 因此低频减载保护调校时应给足模拟量。
3 常见问题及处理方法
(1) 电流保护未动作。进行电流保护调校时, 输入的电流值已达到整定值, 但微机保护装置相应电流保护未动作, 其原因通常是调校给定的模拟电流输入到错误的电流采样端子上。此时可尝试将给定模拟电流输入到另一组电流采样端子上。
(2) 微机保护单元采样有误差。在保证接线正确的情况下, 由于各微机保护单元采样有误差, 因此调校设备在给定电流值时可在整定值的基础上设置±2%的调整幅度, 例如整定值是4.8A, 调校给定值在4.9A装置动作或4.7A动作都是合格的。若超出这个范围过大才动作, 则需要检查微机保护装置采样的精度, 并作相应调整。
(3) 保护仍无动作或动作异常。在排除前两种问题的情况下, 若保护仍无法动作或动作异常, 则应重新阅读厂家提供的微机保护装置调校大纲和动作逻辑图, 确认模拟量是否正确给入, 或咨询厂家技术人员。
(4) 电流整定值过大。进行电流保护调校时, 若电流整定值过大, 已超出调校设备最大输出电流值, 则可将电流整定值暂时调整为调校设备能够输出的电流范围, 待调校完成后再将电流整定值恢复至原有值。
(5) 断路器未跳闸或中央信号未告警。微机保护装置正确动作, 但断路器未跳闸或中央信号未告警时, 需要明确是微机保护装置的故障还是外部线路或设备的故障。由于微机保护装置的跳闸或告警信号多由一对常开无源触点发出, 在微机保护装置保护动作的情况下, 可用万用表测量该无源触点是否可靠闭合, 闭合则为外围故障, 未闭合则为微机保护装置故障。
4 结束语
新型微机漏电保护装置的研究 第7篇
漏电保护是保证煤矿井下安全供电的三大保护之一,是防止人身触电的重要措施。我国矿井下的工作环境比较潮湿,相对湿度往往高达95%以上,为此,对其使用的电气设备和电缆的绝缘提出较高的要求。尽管如此,运行中的电气设备及其供电电缆,由于工作环境恶劣,漏电现象时有发生。因此,装设漏电保护装置对矿井安全生产尤为重要。[1]
1装置的硬件设计
1.1硬件的总体设计
系统以单片机AT89C51为控制核心。采用零序电流的基波量为依据,加入了低通滤波环节,增强了系统的抗干扰能力。通过零序电压检测环节检测出U0是否突变或越线,环节和过零比较环节得到零序电压的峰值,并将此作为整个装置的启动条件。通过滞后在此时采样各支路的零序电流即可得到零序有功电流的峰值。再通过放大倍数为槡1/2的比例放大器得到零序有功电流的有效值。再经过A/D转换送入AT89C51中进行比较,选出故障支路。通讯环节采用标准的RS232通讯接口有图可知,整个硬件系统的设计是由许多个部分组成的,包括电压检测启动环节,低通滤波电路,滞后环节,过零比较,采样脉冲控制环节,比例放大环节,八路转换开关,A/D转换电路,单片机应用系统环节,显示模块等几部分组成。电路原理见图1,本文主要介绍一下其中部分电路环节。
1.2 采样保持电路
A/D转换需要一定时间,在转换过程中,如果送给ADC的模拟量发生变化,则不能保证精度。为此,在AD前加入采样保持电路。为了能不失真的恢复原模拟信号,采样频率应不小于输入模拟信号的频谱中最高频率的两倍,即fs≥2fImax。由于A/D转换需要一定的时间,所以在每次采样结束后,应保持采样电压在一段时间内不变,直到下一次采样的开始。实际中采样-保持是做成一个电路。采样保持电路有两种工作状态:采样状态和保持状态。 采样保持电路如图所示,采样期间,开关闭合,输入跟随器的输出给电容器C快速充电;保持期间,开关断开,由于输出缓冲放大器的输入阻抗极高,电容器上存储的电荷将基本维持不变,保持充电时的最终值供A/D转换。这里使用的LF398采样保持器。
1.3 低通滤波电路(ALE)
当电力系统在故障的期间,电压和电流含有较高的频率成分,如果要对所有的高次谐波均不失真的采样,则其采样频率就要取得很高,这便对硬件速度提出很高的要求,是成本增高,这是不现实的。实际上,目前大部分保护原理都是反映工频分量的,或者是反映某种高次谐波(例如:5次谐波分量),故可以在采样之前将最信号频率分量限制在一定频带之内,即限制输入信号的最高频率,以减低fs,一方面降低了对硬件的要求,另一方面对所需的最高频率信号的采样不至于失真,考虑到线路简单及实际情况,我们采用了有源低通滤波电路。
1.4 单片机部分
本设计需对针对的系统进行实时控制和数据采集,故微处理器的选择和使用必不可少,这里采用的是AT89C51控制芯片。它是一种低功耗、高性能的片内含有4 k快闪可编程/擦除只读存储器的8位CMOS微控制器。该芯片使用高密度、非易失存储技术制造,片内集成了4 K字节的FLASH PEROM(Programmable Erasable Read Only Memory),可用来存放应用程序,这个FLASH程序存储器除允许用与一般的编程器离线编程外,还允许在应用系统中实现在线编程,并且还提供了对程序进行三级加密保护的功能。AT89C51的另一个特点是工作速度更高,晶振频率可高达24 MHz,一个机器周期仅500 ns。
1.6 显示电路
显示器是单片机应用系统中常用的输出元件。在本系统中,显示接口芯片采用了串入并出移位寄存器74LS164,由于系统的串行口未被占用,故用它来扩展并行I/O口的显示电路,它的优点是不占用片外的RAM地址,又节省硬件开销。
2 软件设计
在本设计中,采用主程序调用子程序的方法,就其思路和流程图介绍如下。
2.1 主程序
程序开始,进行各量的初始化,并将报警标志,采样标志等标志位清零,然后调用子程序语句组成选线的设计。首先检测采集母线零序电压,后调用故障判断程序将采集到的量与正常给定值比较判断零序电压是否越限,故障后先送CPU报警,然后触发零序有功电流的采集,采集分支路的量后再调用比较选线程序进行比较,最后将选线结果送显示处理。
2.2 采样程序
本设计采用转换器AD574,这是一快速12位逐次比较型A/D转换芯片。其控制位:AD574的逻辑控制输入信号由 CE、
多路开关4051的3根路数选择线分别连至并行接口的输出端口P1口的P1.5—P1.7,CPU通过对P1.5—P1.7赋值,来切换多路开关选择通道。定时器发出定时脉冲,此脉冲一方面使各路采样保持芯片同时采样,另一方面向CPU发出中断信号,请求CPU立即对数据采集系统进行管理和控制。系统一切准备就绪(初始化完毕)后处于正常工作状态,CPU在进行自检工作,同时准备随时接受定时器中断。定时器发出采样脉冲,CPU响应中断,暂停自检工作,来控制数据采集系统的工作。首先使AD574的R/C变成低,启动AD574转换,然后查询P1.3是否为低电平,若为低电平便读取转换结果并存入RAM中,再通过向P1.5—P1.7赋值切换通道,重复上述工作。这样把各通道的数据都读到RAM中。将这些数据作必要的预处理后从中断返回,再去执行自检或其它程序。上述响应中断所执行的程序使中断服务程序。CPU响应中断前,必须使本系统初始化。[3]
本设计采样程序不采用中断方式,采用查询方式,直接启动AD转换开始采集数据,然后查询STS状态`线,若为低电平则转换完成,继续下一通道的采集。多路开关控制每一路通道的选择,若其3根路数选择线A、B、C分别为0、0、0时,则选择了通道一,即进行第一路数据的采集。可分别选2条支路。在采集的过程中我们对一路数据连续采集三次,再求其平均值作为最终采集结果,这样提高了精度及准确性。采样子程序流程见图5。
2.3 比较选线程序
采集分支路零序有功电流的有效值,进行最大值比较,选出是最大值的那条支路,便是故障接地支路。编程思想为先假定一路数据为最大值,其他支路数据首地址送寄存器与最大值逐次比较。若假设最大值为大,则假设的最大值送数据存储单元;若假设最大值小于一支路,则该支路数据送数据存储单元。在实际编程中,关键部分是必须选出相对应的那条故障支路。
首先进行极值查询,求出8路零序有功电流的有效值的最大值,再把8路零序有功电流的有效值与极值逐次比较,若相等则送相对应支路数显示;不等则继续8路值逐次比较,直至选出。
2.4 显示程序
LED显示器是由发光二极管显示字段组成的显示器,有7段和“米”之段之分。我们采用的共阳极接法。共阳极LED显示器的发光二极管的阳极接在一起,通常此公共阳极接地,当某个发光二极管的阴极接低电平时,发光二极管被点亮,相应的段被显示。7段LED都有dp显示段,用于显示小数点。7段LED字型码如下表:
2.5 二十进制转换
在选线后,须将故障支路序列数送至显示器,先得调用二-十进制转换子程序后才能让LED显示故障支路数。因为计算机输出的是二进制数,而我们要显示的是十进制数,因此必须进行转换后送显示。
2.6 求平均值程序
为了让采集到的零序电压,零序电流的数据能比较精确的进行故障判断和比较选线,我们对其连续采集3次再取其平均值作为故障判断和比较选线的有效数据[4]。其程序流程图见图7。
3 结语
我国煤矿井下低压电网的中性点全部为不接地方式,漏电是井下低压电网的主要故障形式之一,约占其总故障的70%左右,它不但会导致人身触电事故,还会形成单相接地,进而发展成为相间短路,由此引发的电弧会造成瓦斯和煤尘爆炸。随着矿井规模的扩大,供电系统复杂性的提高,对漏电保护提出了更高的要求[5]。因此,研究选择性漏电保护理论与技术应用对矿井安全生产具有重要意义。
参考文献
[1]刘延续.煤矿井下供电的三大保护.北京:煤炭工业出版社,1999;5:6—111
[2]胡天禄.矿井电网的漏电保护.北京:煤炭出版社,1987;3:33—109
[3]罗士萍.微机保护实现原理及装置.中国电力出版社,2001;5:31-92
[4]宋建成,等.单片机在矿用隔爆型真空馈电开关中的应用.煤炭科学技术,1995;23(1):50—54
微机保护装置调试 第8篇
原35KV主变主保护采用SEL-587微机保护装置, 现采用在SEL-587微机保护装置的基础上改良和汉化界面的PMC-787微机继电保护装置, 主变高、低压侧后备保护采用1台PMC-651复合电压闭锁过流保护装置, 主变高、低压测的测量回路采用CT、PT直接接入PMC-651保护装置的测控接线回路。高、低压侧断路器均在主变保护屏上控制。35KV主变微机保护/测控屏的配置和完成的功能如下:
主保护配置一台PMC-787微机保护装置
高、低压侧后备保护配置一台PMC-651微机保护装置
PK-10/800屏柜一套, 配三相操作组件、全套德国凤凰端子
2 35KV主变微机保护、测控装置的主要保护、测控功能
2.1测控。电量采集记录显示:三相电压、三相电流, 有功功率, 无功功率, 有功电度, 无功电度, 功率因数, 频率;故障录波功能:带日期和时间标志的故障录波功能, 能以每周波8个采样点的速度记录36周波的故障波形, 并同时显示故障录波启动时间、录波启动原因等必要信息, 便于正确分析和查找事故原因。
2.2主变主保护。主变主保护装置完成以下功能:
a.差动保护, 动作跳主变高低压侧断路器。b.本体重瓦斯、压力释放, 动作跳主变高低压侧断路器。c.事件报告:每次装置发生跳闸事件, 可触发保存一个15周波事件故障报告。每个事件报告包含详细事件发生时间、故障类型、电流幅值、电流角度、输入和输出接点状态等数据。装置内存中存储最后16次的完整故障报告。
2.3主变后备保护。主变后备保护装置完成以下功能:
a.复合电压闭锁过流保护。b.过负荷保护。c.断路器操作回路断线。d.零序保护 (含零序电流电压保护、中性点间隙过流保护、零序过电压保护) 。
2.4主变信号。主变保护动作信号接入保护装置“开入量”, 由通讯接口引入监控后台。主变保护装置和主变测控装置能满足变压器保护、测控的要求, 能满足综合自动化通信的要求, 只需与就地网络连接, 通过本站的MOXA Nport5430I通讯服务器转换为TCP/IP方式与站控级计算机设备通讯。
3 PMC-787微机保护/测控装置主要功能
PMC-787微机保护装置是在SEL-587微机保护装置的基础上改良、加入测控模块和汉化中文界面的电流差动保护装置, 主要作为双绕组变压器、发电机、电抗器以及其它电气设备的差动保护。装置还具有后备过流保护、信号重动作、故障录波、装置自检报警和事件报告等功能。PMC-787以32位微处理器为核心, 大大提高了装置的数据处理速度和可靠性。
保护功能。PMC-787具有独立的制动和无制动电流差动保护, 制动特性采用双折线百分比率制动曲线。可设置二次谐波闭锁功能来防止由于变压器充电时出现的励磁涌流而引起差动保护误动。无制动差动保护可快速切除变压器内部的严重故障。
PMC-787具有后备保护功能, 包含有高低压侧电流速断保护、高低压侧定时限过电流保护。
信号重动。PMC-787内置了信号重动功能, 对于变压器的保护无须再外加重动继电器。提供了5路信号重动输入, 每路输出3对重动接点, 2对用于控制回路, 1对用于信号回路。
事件报告。每次装置发生跳闸事件, 可触发保存一个15周波事件故障报告。每个事件报告包含详细事件发生时间, 故障类型, 电流幅值、电流角度, 输入和输出接点状态等数据。运用装置事件报告中的信息可查看故障和测试期间装置的动作情况。装置不丢失内存中存储最新20次事件摘要和最后10次完整报告。事件报告可以通过装置面板的“事件”按键查看, 报告的详细数据以及波形需要通过前台软件读取。
通讯功能。PMC-787可以接入各种电力监控网络中, 实现遥测、遥信、遥控以及事件记录、故障记录、装置故障信息、录波数据的远传。有关通讯功能的详细说明见相关通讯规约说明书。装置配置的RS-485通信口, 通信波特率最高可达19.2Kbps;RS-485通信口的接口方式为4线全双工。
显示和键盘。PMC-787面板上有一个160×128点阵式大液晶显示界面、8个操作按键、11个状态指示灯, 用户可以方便地在装置的面板上操作和监视装置。
技术指标
工作环境:
(1) 环境温度:-40℃~+85℃; (2) 相对湿度:5%~95% (无冷凝条件下) 。
主要技术参数:
(1) 额定工作电源:85~264VAC/0.2A或110~370VDC/0.2A; (2) 重动板操作电源:220VDC/110VDC, 允许偏差-20%~+10%;纹波系数不大于5%; (3) 交流电流额定输入:5A或1A; (4) 频率:50Hz; (5) 功耗:交流电流回路:<1VA/相 (额定5A时) ;<0.5VA/相 (额定l A时) ;电源回路:当正常工作时, 不大于35W。
定值误差:
(1) 差动保护。动作精度:小于±0.10A及定值的±5% (额定5A) ;小于±0.02A及定值的±5% (额定1A) ;差动典型动作时间:不大于32ms (2倍定值) ;比率制动动作时间:不大于50ms;二次、五次谐波闭锁:小于±0.10A及定值的±5% (5A) ;小于±0.02A及定值的±5% (1A) 。 (2) 后备保护 (表1) 。 (3) 时限误差:定时限为<定值时间的±5%或±50ms。
过载能力:
(1) 交流电流回路:2倍额定电流, 连续工作;10倍额定电流, 允许10s;40倍额定电流, 允许1s。 (2) 直流电源回路:80%~110%倍额定电压, 连续工作。
信号重动与开关量:
(1) 动作电压:>70%的额定电压; (2) 返回电压:<10%的额定电压; (3) 触点容量:持续6A, 接通30A; (4) 分断能力 (L/R=40ms) :110V 0.3A10, 000次操作;220V 0.2A 10, 000次操作
开关量输入
(1) 激励电源:220VDC/110VDC; (2) 开关量动作/返回电压
对于220V外部直流激励配置:
动作电压:175~300V (可靠动作)
返回电压:0~125V (可靠不动作)
对于110V外部直流激励配置:
动作电压:88~150V (可靠动作)
返回电压:0~62V (可靠不动作)
电磁兼容性能
(1) 振荡波抗扰度试验。能承受GB/T 14598.13-1998规定的严酷等级为3级的振荡波干扰。 (2) 静电放电抗扰度试验。能承受GB/T14598.14-1998规定的严酷等级为3级的静电放电干扰。 (3) 射频电磁场辐射抗扰度试验。能承受GB/T 14598.9-1995规定的严酷等级为3级的射频电磁场辐射干扰。 (4) 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验。能承受GB/T14598.10-1996规定的严酷等级为3级的电快速瞬变脉冲群干扰。
4运行操作
运行人员在工作站通过鼠标、键盘、画面, 以人机对话的方式, 对设备进行人工操作控制。
a.系统运行控制方式的设置。主站级工作站/现地控制单元控制方式的设置, 设置点在工作站, 现地优先:单机/成组控制运行方式的设置, 设置点在工作站, 单机优先;手动/自动控制方式的设置, 设置点在分段开关监控盘上, 手动优先。b.断路器的投切操作:运行人员给出操作指令, 通过画面选择控制对象及操作性质 (投或切) , 系统给出提示由运行人员确认, 或由调度通过站级工控机给出指令, 系统发出命令, 由各监控装置执行。c.定值、限值在线修改:对所有保护及报警量进行设置和修改, 修改时应受权限密码的约束。
5安全性、容错性
5.1系统结构安全措施。局部的故障不影响系统的整体可靠运行;上一层的故障不能影响下一层的控制、调节和安全操作。如调度层及传输网络故障, 不影响站级层功能;站级主控层故障, 不影响单元级层的独立功能。当自动化系统不具备正常的控制和调节功能时, 系统保持主设备原有运行状态或转入安全状态。
5.2操作安全措施。设备的操作具备完善的软件闭锁条件, 系统会自动对各种操作进行校核, 即使有错误的操作, 也不会引起被控主设备的损坏。
当设备检修时, 系统软件可设定为检修状态。必要时, 数据库的数据可手动修复。
对操作员的每次/每步操作, 系统都会自动进行检查、提醒和应答确认, 能自动禁止误操作并报警。
系统软件具备各控制层的控制权闭锁功能, 保证控制的优先权顺序和同一时刻只允许一个操作层操作。
人机界面设置不同用户组, 对操作人员的身份和控制权有自动鉴别功能, 对于操作人员、维护工程师、领导及其他访问者应设不同的操作权限。
矿用微机综合保护监测装置的研究 第9篇
我国矿井防爆保护装置 , 总的来说 , 经历了3个发展阶段 , 从早期的机电式、半导体式到后期的微机式。 随着微机电子技术的发展 , 智能型综合保护器应运而生。这种智能保护器具有漏电、短路等综合保护功能 , 可以实时监测系统运行状况并显示参数 , 实现了智能化保护控制。通过使用微机控制技术 , 矿井电网继电保护技术发生了质的变化 , 保护动作的可靠件得到很大提高 , 保护功得到更多的完善。一般保护装置基本要求为选择性、可靠性、快速性和灵敏度。而面对更为恶劣的井下环境条件 , 安全的要求则更为严格。国内现有的继电保护装置研发各有特点 , 有人以TI公司的数字处理芯片DSP为核心构成控制电路 , 开发各种继电保护算法 , 实现继电保护功能 , 其特点是利用DSP的强大运算能力 , 实现小波变换等比较复杂的数字滤波算法 , 实现快速性与可靠性 ; 有人采用以工业用可编程序控制器PLC作为核心构成控制电路 , 抗干扰能力强 , 可靠性高。现有的这些装置 , 存在的问题主要是 : 其基本的电路 , 没有从初始的设计上 , 满足本质安全的要求 , 作为矿用装置 , 存在电路火花放电能量和热能引发爆炸的危险[1,2]。
2本质安全电路设计原理
本质安全型电路指的是电路极其设备在正常状态下与规定故障下 , 任何电火花或热效应都不能引起规定下的爆炸混合物引爆的电气设备。提到的正常状态是指电气设备在规定条件下的正常工作 ( 在试验时 , 试验装置的短路或断路视作为正常状态 ), 故障状态指在试电路非保护性元件损坏或产生断路、短路、接地及电源故障等情况。这类设备的防爆原理就是减小电路火花的能量 , 降低元件上的温度 , 使其不能点燃矿井之中的爆炸混合物 , 以达到防爆目的。要使电路火花不能点燃爆炸性混合物 , 那么这种电路只能是弱电系统。因此 , 本质安全型电气系统和设备主要用于控制、通讯、测量、和监视等方面。
电阻电路临界点燃参数除以安全系数可得到电阻电路的安全火花参数。按GB3836.4-2000规定 , 安全系数取1.5, 得到电阻电路故障状态的安全火花系数约为33伏安。 因为最小引爆电流与电源电压曲线是用直流电源试验得来的 , 所以将曲线用于交流电路上就必须按电压峰值和电流峰值考虑。一般电压和电流都是以均方根值来说的 , 所以交流电阻电路安全火花参数约为16.5伏安[3]。
对一个单片机电子线路板来说 , 其负载特性可等效为电阻与电容的一个混合电路。
矿用微机 综合保护 装置是以3.3V单片机为 核心 , 配以TTL电平芯片电路板 , 其3.3V电源主要供CPU,5V电源供外围芯片 , 简化电路示意图如图1。
考虑到稳压器被击穿的极少数情况 , 按照电容电路 , 查GB3836.4-2000图A3, Ⅱ类C, 电压取其1.5倍 , 则C1、 C2两个滤波电容值不应超过30u F。而外围电路及CPU的功率不大于16.5伏安 , 则电路可认为是本质安全电路。
3硬件设计
3.1控制系统的结构
本质安全的矿用保护监测装置必须要满足功耗原则。它的功耗必须的安全要求的范围之内 , 并且不允许该电路有一个大的能量存储元件。设计所面临的最大挑战就是其功耗。一般耗能的设备是显示器 ,CPU, 接口电路这三种设备。还要考虑常用的功能功耗 , 例如指令译码和执行 , 浮点运算的功耗 ,L1指令和数据缓存 , 频率锁定环电路等等。各种类型的连接接口功率情况也应该被考虑。常用的功耗是4-8瓦。独特的低功耗MSP430芯片结构 , 工作电流仅250u A, 远远小于其他类型的微控制器和处理器。而且可以在非常低的电压 (1.8V) 工作 , 使其成为本质安全设备的理想选择。
MSP430F149是德州仪器公司开发的一类具有16位总线并带FLASH存储的单片机 , 由于其性价比和集成度高 , 得到了广大技术开发人员的青睐。它采用16位总线 , 外设和内存统一编址 , 寻址范围可达64K, 还能够外扩展存储器。而且它具有统一中断管理 , 具有丰富的片上外围模块 , 片内有精密的硬件乘法器、有两个16位的定时器、一个14路的12位A/D转换器、 一个看门狗定时器、6路P口、两路USART通信端口、一个比较器、一个DCO内部振荡器及两个外部时钟模块 , 支持8M的时钟。由于为FLASH型 , 则可以在线对单片机进行调试和下载 , 且JTAG口直接和FET(FLASH EMULATION TOOL) 相连 , 不须另外的仿真工具 , 方便实用 , 而且可以在超低功耗模式下工作 , 对环境和人体的辐射小 , 测量结果为100mw左右的功耗 ( 电流大约14m A), 可靠性好 , 加强电干扰运行不受影响 , 适应工业级的运行环境。
矿用防爆微机综合保护装置由单片机控制装置、 电压电流互感器、信号采集与处理电路、报警、电源等电路 组成 , 如图2所示。 其中 , 核心控制 电路由MSP430F149单片机组成 , 它可以通过特殊功能寄存器选择使用不同的功能电路 , 即依靠软件选择其中不同的外围功能模块。对于不使用的模块可以让其停止工作从而减少无效的功耗 , 大大地降低了系统的功耗。
3.2硬件电路设计
MSP430F149作为监控和管理核心 , 通过键盘接口电路、液晶显示、时钟等外围设备组合在一起。 MSP430F149电气参数处理后显示在液晶显示模块上。 键盘提供人机交互方法 , 设置参数。LED显示设备运行状态 , 在发生故障时 , 显示故障信息。时钟芯片有掉电保护功能 , 可以记录故障时间点 , 便于现场维护设备的人员查询。此外 ,MSP430F149可以与PC通信通过RS485总线网络通信。
系统结构图如图3所示 , 对供电网络电压电流采集、 MSP430F149内部芯片对信号进行A/D转换 , 实时计算相电压、负载电流、功率和功率因数的参数。例如 , 根据预先设定值 , 对过压、欠压、短路、过流、泄漏、 接地进行断电保护。
实时采集并在液晶显示器上显示电力系统电压、电流、 功率因数、有功功率、无功功率等参数 , 通过通信总线在上位机显示电力设备参数 , 并且可以打印操作参数。
数据采集电路输出电压 / 电流互感器输出的额定交流信号然后调节成适合MSP430F149单片机嵌入的A /D转换信号。电路由运算放大器 , 电压比较器。电压比较器将1 V交流信号变换成单极性方波作为频率测试和实时采样的依据。
用MSP430F149作系统的监控管理芯片 , 依靠接口电路把时钟、键盘、液晶显示器等外设都挂接起来。液晶显示器上显示经MSP430F149芯片处理后的电参量。 键盘不但提供了人 - 机交互手段 , 而且整定或者设定了保护参数。LED发光二极管可显示设备的运行状态 , 当发生故障时 , 提示故障信息情况。时钟芯片有掉电保护的功能 , 并且可以记录故障的时刻点 , 以便于现场维护人员的查询。另外一点 ,MSP430F149可以通过RS485模块经总线与上位机相连 , 进行联网通信。
该电路系统的结构图如图3, 对供电网络电压、电流量进行采集 , 信号经MSP430F149的内部A/D转换器转换后输入芯片 , 实时计算出相电压、负载电流、功率及功率因数等参量 , 根据预先的设定值 , 对过压、欠压、短路、过流、等故障实施断电保护。
传感器选择测量精度高、隔离性能好、满足A/D转换器输入的电压元器件。本系统采用性价比较高、动态响应快、过载能力强、传递频带宽、无畸变、无延时的霍尔电压、电流互感器。
3.3电源电路
该电路电源由变压器、整流电路、滤波电路及稳压电路组成。220V的交流电经变压器变为低压交流电 , 低压交流电通过整流电路变为直流电 , 然后经滤波电路后将电压中的脉动成分去除 , 使输出电压成分为比较平滑的直流电压 , 得到的电压再经过稳压电路使不稳定的直流电压变为稳定的直流电压输出。本研究主要采用LM7812三端稳压集成电路IC芯片元器件 , 它有过流、过热及过压保护的优点 , 使用起来安全、可靠 , 并且价格便宜。稳定输出的直流电压经过三端可调正稳压器LM317可将电压调整至3.3V,LM317内置有过载保护及安全区保护等多种保护电路 , 具有调压范围宽、稳压性能好、噪声低、本质安全的优点。电路如图4。
4软件设计
4.1数据采集与处理
设备软件依靠MSP430F149单片机监控管理模块的软件 , 包括数据采集、数据计算、键盘中断处理、数据显示、通信、系统初始化等等。由于数据处理速度可以满足系统的要求 , 可以使用C函数库编写的计算公式 , 所以使用C语言编写软件。
采集供电网络参量的常用算法有真有效值算法、全周波傅里叶级数 (DFT) 算法、FFT算法和辛普生算法等。在这里采用全周波傅里叶级数 (DFT) 算法 , 并使MSP430F149单片机可以在相对较短的时间内完成操作电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、过载电流 , 短路电流 , 漏电电压和泄漏电流 , 漏电电压和漏电流相位的DFT动态参数测量 , 实现实时监控和保护系统的要求。为了保证测量的准确性 , 防止频谱泄漏 , 根据奈奎斯特定理 , 具体要求是采样频率必须是最高的频率信号的2倍。确定采样频率实际上是确定N周期均匀采样点 , 功率频率测量电路的谐振频率越高 ,N值越大 , 相应会影响MSP430的处理速度。通过对电压、电流采样 , 可以得到N为周期的有限序列 :
DFT抽样数据操作后 , 相关电气参数 , 根据预先确定的标准表 , 确定是否出现过压 , 欠压 , 过流 , 短路故障 , 并启动保护跳闸。
程序可以通过键盘输入数据 , 存储和修改 , 采集的数据和计算结果可以被转换成十进制数据显示在液晶显示器上。为了防止干扰通信波特率设置为1200个基点 , 使用UART中断模式。来满足集中管理 , 分散控制的要求 , 系统允许电脑通过串口设置各种参数 , 设置后封锁键盘 , 防止误操作[4,5]。
在数据采集的基础上通过软件完成主要的保护功能有 :
1、 过载与短路保护
检测的电流模拟量通过电流互感器经A/D转换后输入CPU, 根据相应算法 , 即可实现过载保护和短路保护。
2、过压与欠压保护
根据标准 , 当电压超过120% 额定电压或者低于85% 额定电压值时 , 即可判断为电压异常 , 从而实现过压或欠压保护。
3、漏地保护
电压模拟量和电流模拟量通过零序电压和电流互感器进入A/D转换器 , 得到的信号输入CPU, 通过检测一定幅值的零序电压和电流 ,, 可实现漏地保护。
4.2抗干扰措施
检测信号y(n) 中含有周期为T的正弦信号x(n) 和噪声干扰信号s(n), 即y(n)=x(n)+s(n), 利用相关性可从被噪声污染的信号中检测与辨识出有用信号。
首先对y(n) 采样 , 得到离散采样值 ( 为了保证信号分析正确必须满足采样定理规定的采样周期 ), 然后对y(n) 求自相关函数。假定我们观测y(n) 的M个样本 , 即0 ≤ n ≤ M-1, 其中M ≥ T, 而当n < 0和n ≥ M时x(n) 可视为0, 并利用归一化因子1/M, 可确定y(n) 的自相关序列为 :
因x(n) 是周期性信号 , 故rxx(m) 是周期的 , 进而ryy(m) 也为周期的 , 并且其周期相同 , 且在m=0、T、 2T……时 ,rxx(m) 出现较大的峰值 , 然后随m趋向M, 峰值会逐渐减小。一般来说信号和噪声是不相关的 , 则信号x(n) 和s(n) 之间的互相关rxs(m)、rsx(m) 相对较小约为零。
若s(n) 为白噪声 , 那么rss(m) 是 δ 函数 , 当| m |> 0时 ,rxx(m)=rss(m), 可以根据rxx(m) 的形状来判断x(n) 的有无。若s(n) 不是白噪声 , 但作为噪声 , 它应当在相当宽的频带内存在 , 因此 , 设其功率谱为
式中A为定标常数 ,ωc为截止频率 , 由Pu(ejω) 可求出s(n) 的自相关函数为
这样 , 只要 ωc足够大 ,rss(m) 将随着m的增大而较快衰减 , 也就是说随着m的增大 ,rss(m) 趋于0。由相关函数性质 ,rss(m) 应呈周期性的变化。故当m > 0时 , 只有rxx(m) 有较大的降值 , 根据这一特点即可从被噪声污染的信号中检测出周期信号x(n) 是否存在并从其中提取出该周期信号[6]。设备流程图如图5所示。
7结束语
选择低功耗单片机MSP430F149为核心器件 , 研发出本质安全型的微机继电保护装置技术 , 从而克服现有的微机继电保护装置的安全隐患 , 消除各种干扰 , 增强了井下供配电系统的安全性。
摘要：目前,矿用保护监测装置的安全性还不能适应煤矿工业的发展需要。主要表现在监测装置易产生较大电流引起电火花爆炸,容易受井下各种干扰影响精度等。文章提出了一种利用相关函数消除干扰的本质安全的监测装置,该装置以TI公司生产的超低功耗16位MSP430F149单片机为核心装置,能够自动实时地检测各种电网故障并报警跳闸。
浅谈微机保护装置抗干扰措施 第10篇
微机保护装置是以微机为核心的自动控制系统。其硬件主要包括数据采集单元、数据处理单元、开关量输入输出系统、通信接口及电源。在现场运行过程中, 如果运行环境差, 抗干扰措施落实不当, 则很容易受到外界的电磁干扰, 造成保护运行不正常, 甚至发生保护误动作, 严重威胁到电网的安全运行。干扰对微机保护装置的影响主要表现在以下几个方面。
(1) 计算或逻辑错误。微机保护装置的输入输出数据、微处理器计算的中间结果、控制标志字都存放在随机存贮器RAM中。在强电磁干扰信号的作用下, 有可能使存放在RAM中的数据发生变化。这样, 在进行读或写数据时, 数据总线和地址总线可能在干扰的作用下, 发生读写错误数据, 或将数据传送到错误的地址上, 造成计算错误或逻辑紊乱, 引起装置误动或拒动。
(2) 程序运行出轨。所谓程序是指微处理器可识别的机器码, 在强电磁干扰信号的作用下, 将可能出现微处理器无法识别的机器码, 致使微处理器无法工作。此外, 如果干扰信号改变了控制程序流向的标志字时, 也将改变运行程序的执行顺序, 使微机的运行程序出轨, 出现死机等问题。
(3) 元件损坏。微机保护装置中的一些半导体芯片, 在强电磁干扰信号的作用下, 可能造成损坏, 使装置无法工作。
2 微机保护装置的抗干扰措施
2.1 硬件抗干扰措施
(1) 电流电压输入回路部分。模拟量的隔离和屏蔽, 微机保护装置所采集的模拟量都来自一次系统的电压互感器和电流互感器, 它们均处于强电回路中, 不能直接输入至微机系统, 必须经过各种交流回路中的变压器隔离。这些隔离变压器一次、二次中间必须有隔离层, 而且屏蔽层必须安全可靠接地, 才能起到好的屏蔽效果。
(2) 外部接口回路部分。开关量输入回路和开关量输出回路采用光电耦合器件进行光电隔离, 使微机保护和外部没有电的联系。
(3) 配线部分。将强电线路和弱电线路分开, 防止导线间的感应耦合引入干扰。可把不同回路的配线分别捆扎起来分离开, 特别是直接引向外部的配线和电子回路的配线间距离应尽量大, 还要尽量缩短其平行长度, 以防止外部干扰信号侵入电子回路。
(4) 插件和印制电路板部分。整个电路的布局应合理, 使微机工作的核心部分远离干扰源或与干扰有联系的部件。各插件的排列顺序应为强电在外、弱电在内, 即交流插件、电源插件在外, CPU插件在内。
(5) 电源回路部分。使用逆变电源, 由蓄电池直流220 V或110 V逆变为高频电压后经高频变压器隔离, 再变换成弱电直流电压供微机系统使用。这样, 输入和输出之间绝缘, 可以削弱由电源回路引入的干扰。
干扰可能进入弱电系统的途径主要是通过微机电源, 这是因为电源与干扰源之间联系相对紧密, 且电源连至各个部分, 包括最要害的CPU部分。微机电源正、负极之间接有大量的电容, 每个插件和每个芯片的电源之间一般都有退耦电容。这些电容对高频是短路的, 因而电源线传递的共模干扰是作用在弱电电源线和机壳之间的干扰, 弱电电源传递共模干扰的方式与其中性线是否与机壳相接有关。实践中, 电源中性线采取浮空的方式, 即不与机壳相连, 并尽量减少电源线与机壳之间的分布电容, 同时减少微机弱电回路中非电源线的其他部分与机壳之间的分布电容。为此, 将印制电路板周围都用电源中性线或+5 V线环闭起来, 这样可以完全隔断电路板上其他部分同机壳之间的耦合。此时在干扰的作用下微机电源线与机壳之间的电位将浮动, 弱电系统中其他部分的电位将随同电源线一起浮动, 而它们之间的电位保持不变。
(6) CPU部分。采用多CPU结构。对于多CPU结构, 每个CPU负责一种或几种功能, 互相独立, 如果一个CPU插件损坏不会影响其他CPU的正常工作。采用了多CPU之后, 除了各CPU自检外, 上位机还可以对各CPU进行巡检, 任何部位有故障, 都能方便地检测出故障所在的插件。
2.2 软件抗干扰措施
硬件抗干扰措施可以说是抗干扰的第一道防线, 而软件抗干扰措施可以称作第二道防线, 就是说万一干扰突破了第一道防线, 造成了微机工作出错, 也绝不能允许保护误动作或拒动, 而应能自动地纠正。针对各种不同的出错情况, 可以分别采取以下措施: (1) 针对输入采样值进行抗干扰纠错; (2) 针对运算过程进行校核纠偏; (3) 对出口进行闭锁; (4) 程序自恢复。
2.3 辅助抗干扰措施
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