输电线路电压/电流的计算机保护设计与实现

0 引 言

输电线路保护装置是电力系统自动化的重要组成部分。输电线路保护装置的任务是能够在被保护设备发生故障或不正常工作时，发出跳闸脉冲或警告信号。计算机继电保护有着以下的优点：程序可以实现自适应性，可依系统运行状态而自动改变整定值和特性；有可存取的存储器；在现场可灵活的改变继电器特性；用数学方程方法较之用继电器组件特性方法可以使保护性能得到更大的改进；有自检能力；有利于事故后的分析；可与计算机交换信息；对现有的硬件可增加其功能；可在低功率传变机构中工作。

1 系统总体结构设计

输电线路保护一般由测量回路、逻辑回路、执行回路三部分组成，如图1所示。


通常一个微机测控系统应具有三个组成部分，它们分别是输入信道，输出信道和主计算机。输入通道是对被测信号进行数字采集的电路；主计算机部分是对采集数据进行计算处理和对输入／输出信息进行控制管理的部分；输出通道包括输出信号的电路和显示装置。计算机继电保护的基本构成如图2所示。


考虑到测控系统的可靠性和实时性，该设计采用相问短路的电流／电压保护和接地短路的零序电流／电压保护。其中相间短路的电压／电流保护又包含无时限电流速断保护、带时限电流速断保护、过电流保护、电压／电流连锁速断保护和三段式电流保护四部分；而接地短路的零序电压／电流保护又包含多段式零序电流保护。同时，为了提高测控系统本身的可靠性，采用最简单、有效、普遍的方法：增加系统自动检测功能。

2 输入通道设计

输入通道主要包括互感器、信号变换电路多路转换开关、采样／保持器、A／D转换器以及键盘输入部分。如图3所示。


考虑到需要测量的物理量均为电压、电流正弦信号，故采用12点定点采样的方法，从而大大简化了算法，降低了系统的运算负担，达到提高系统的效率的目的。

3 输出通道设计

输出通道包含控制信号输出电路和显示器接口电路。该设计的显示信号和控制信号通过总线共享一个锁存器输出，利用一个片选信号选中LED显示或驱动相应的继电器动作。

3．1 显示器接口电路

使用一组LED显示器显示测试结果以及运行状态，显示方法使用动态显示。所谓动态显示就是逐位地轮流点亮显示器各个位。对于显示器的每一位来说，是分时显示的，但由于人眼视觉的暂留现象，仍感觉所有的位是同时显示的。这种显示方法的优点是使用硬件少，价格便宜。

3．2 控制信号输出电路

监测程序一旦发现故障或非正常运行，就要发出故障信号，同时控制驱动相应的继电器动作，达到切除故障的目的。

4 程序设计

4．1 A／D转换部分

转换一个模拟信号的程序流程如图4所示。

4．2 键盘输入部分

键盘分析程序包括：是否有键按下以及识别哪个键按下。一旦找到某键，是否按下此键，如按下此键，去抖动，再将程序转到该键的功能程序段。小键盘通过扩展I／O口接入CPU的键分析程序流程图如图5所示。

4．3 显示程序部分

LED显示程序流程图如图6所示。


4．4 控制程序部分

继电器控制程序使用标准的继电器控制流程。

5 致谢

在该设计过程中，自始至终得到了西北工业大学姬劳老师以及西北工业大学谢栓勤老师的帮助和指导，特致谢忱。

编辑：博子