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　　摘　要：詳細(xì)介紹了單片微型計(jì)算機(jī)的工作原理，闡述了該類保護(hù)裝置具備的功能特點(diǎn)，以及在宣鋼煉鋼廠高壓柜上的應(yīng)用效果。

　　關(guān)鍵詞：高壓開(kāi)關(guān)柜 單片機(jī)綜合保護(hù) 應(yīng)用

　　1 概述

　　輸變電行業(yè)是從電能產(chǎn)生到使用消耗的重要的中間環(huán)節(jié)，高壓線路的保護(hù)至關(guān)重要。國(guó)家電業(yè)部門(mén)也對(duì)高壓開(kāi)關(guān)柜等設(shè)備提出了嚴(yán)格的要求，并逐漸形成了相關(guān)的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)入80年代，隨著計(jì)算機(jī)微型化技術(shù)的迅速發(fā)展，使小型化的微機(jī)控制系統(tǒng)快速成熟起來(lái)。同樣，在輸變電行業(yè)中，單片機(jī)控制技術(shù)具有先天優(yōu)勢(shì)，在控制技術(shù)或電子信號(hào)方面，可大大提高控制與保護(hù)的精度、速度、范圍，而且還能與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，極大地降低了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了設(shè)備安全性。

　　2 單片微型計(jì)算機(jī)的工作原理

　　單片機(jī)是將具備計(jì)算機(jī)內(nèi)部各個(gè)基本功能的模塊集成在單一硅片上的微型計(jì)算機(jī)，具備計(jì)算機(jī)的全部基本功能，是目前用于自動(dòng)化（或智能化）控制的理想芯片，通常芯片內(nèi)掩膜CPU、RAM、EPROM （或EEPROM）。 INTEL8051微處理器是該類產(chǎn)品的典型代表，屬于8位帶有256BRAM、1KBROM的單片機(jī)，并有4個(gè)并行口或多功能端口。在用于自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，用于執(zhí)行各種保護(hù)、檢測(cè)、控制等功能子程序。并且一般采用外接RAM和EEPROM來(lái)存放數(shù)據(jù)和程序。外接RAM用于存放過(guò)程物理量檢測(cè)值，以便于控制程序調(diào)用和工作人員查詢;EEPROM用于存放各種檢測(cè)、保護(hù)等功能程序和保護(hù)設(shè)定值，8255用于對(duì)并行口的擴(kuò)展，來(lái)實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，進(jìn)行數(shù)據(jù)更改、查詢等操作，另外，還有地址譯碼器、地址鎖存器，用于CPU對(duì)各單元芯片進(jìn)行訪問(wèn)與聯(lián)絡(luò)時(shí)指定位置。

　　3 信號(hào)輸入回路

　　在輸入回路中通常采用傳感元件將強(qiáng)電信號(hào)轉(zhuǎn)換成弱電信號(hào)，并將輸入通道用光電隔離器將二者隔離，以減少系統(tǒng)對(duì)檢測(cè)電路的影響與干擾。一般有電壓量、電流量、頻率量等輸入，采樣電路則根據(jù)這些量之間的物理聯(lián)系，轉(zhuǎn)化成所需要的系統(tǒng)電壓信號(hào)、電流信號(hào)、頻率信號(hào)、功率因數(shù)信號(hào)、負(fù)荷狀況等表征系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的物理量。傳感元件一般有電壓互感器、電流互感器、零序電流互感器、頻率計(jì)等。 在輸入通道中，通常設(shè)置了多路模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于對(duì)各種不同回路的物理量進(jìn)行轉(zhuǎn)換與采樣。如INTEL公司生產(chǎn)的ADC0809，就是根據(jù)積分比較原理進(jìn)行轉(zhuǎn)換的8位芯片，它將前方傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換后并保持，以便CPU進(jìn)行處理。在模/數(shù)轉(zhuǎn)換器與前方輸入通道之間通常設(shè)置快速光隔，以最大限度地減低干擾信號(hào)的進(jìn)入，并進(jìn)一步抑制共模干擾信號(hào)，提高CPU系統(tǒng)工作可靠性與控制精度。

　　4 控制量輸出回路

　　控制量輸出一般采用性能可靠、適合微機(jī)管理的元件或機(jī)構(gòu)，如出口繼電器、斷路器的分閘合閘機(jī)構(gòu)、脫扣器、步進(jìn)電機(jī)、晶閘管等，這些元件一般受控于模擬量或開(kāi)關(guān)量，CPU發(fā)出控制信號(hào)時(shí)，需要將數(shù)字量轉(zhuǎn)化成模擬量或開(kāi)關(guān)量，再由驅(qū)動(dòng)回路將此信號(hào)進(jìn)行放大，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，在對(duì)高壓線路實(shí)施保護(hù)控制時(shí)一般采用的執(zhí)行元件或執(zhí)行機(jī)構(gòu)有：出口繼電器、永跳繼電器、啟動(dòng)繼電器、三相重合閘裝置等。其中永跳繼電器用于驅(qū)動(dòng)操作回路中的防跳繼電器，以作為三跳繼電器拒動(dòng)時(shí)的后備跳閘回路，即在CPU發(fā)出三跳命令0.25s后。故障點(diǎn)仍有電流時(shí)驅(qū)動(dòng)此繼電器，以便通過(guò)斷路器的閉鎖接點(diǎn)鎖住重合裝置。為確保系統(tǒng)的可靠性，可由多片CPU組成不同功能的模件，在各自的CPU芯片中設(shè)有自診斷程序，通常情況下，如果模件上有硬件損壞可由模件自診斷功能檢出，之后一方面直接驅(qū)動(dòng)相應(yīng)模件發(fā)出報(bào)警信號(hào)，另一方面通過(guò)串口向人機(jī)對(duì)話模件報(bào)告，通過(guò)驅(qū)動(dòng)打印機(jī)或顯示器發(fā)出關(guān)于故障點(diǎn)的詳細(xì)信息（如故障點(diǎn)位置、故障類型、芯片名稱等），如果某一CPU模件的硬件在致命部位有故障，致使模件不能正常工作，即失去了自診斷與報(bào)警功能，此時(shí)可由入機(jī)對(duì)話模件通過(guò)巡檢發(fā)現(xiàn)而告警。人機(jī)對(duì)話模件在運(yùn)行狀態(tài)下不斷通過(guò)通訊口向其它CPU模件發(fā)出巡檢令，并作出相應(yīng)回答，如若不回答則先對(duì)回路復(fù)位后再次巡檢，仍不應(yīng)答則發(fā)出故障信息。

　　5 裝置的保護(hù)類型

　　5.1　距離保護(hù)

　　所謂距離保護(hù)是指相間故障、接地故障時(shí)采取的保護(hù)措施。當(dāng)故障發(fā)生后，如相間短路、單相接地、缺相運(yùn)行等故障，CPU首先會(huì)接到相應(yīng)回路點(diǎn)發(fā)來(lái)的中斷信號(hào)，然后根據(jù)其中所包含的故障信息作出相應(yīng)的判斷，并向執(zhí)行部件發(fā)出動(dòng)作指令。

　　當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生第一次故障時(shí)，利用電壓記憶，CPU準(zhǔn)確判斷1～3段任何故障的類型和方位，在震蕩閉鎖期間，如再發(fā)生故障，因系統(tǒng)可能處于震蕩狀態(tài)，使測(cè)量不可靠，故對(duì)各種不對(duì)稱故障均采用負(fù)序方向元件來(lái)把關(guān)，此時(shí)，震蕩閉鎖中的控制采用偏移進(jìn)行矯正。為保障動(dòng)作的可靠性，而設(shè)置此邏輯，并應(yīng)具備以下條件：（1）、敏感元件應(yīng)先有信號(hào)發(fā)出;（2）電阻分量應(yīng)變化很小：（3）以此來(lái)判定震蕩是否發(fā)生。

　　5.2　零序保護(hù)邏輯

　　當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)某相接地或發(fā)生零序電流泄漏時(shí)，該邏輯中的零序保護(hù)程序作出響應(yīng)。正常情況下零序保護(hù)元件發(fā)出開(kāi)口三角電壓UO，而軟件可根據(jù)三相電壓信號(hào)自產(chǎn)出U=Ua+Ub+Uc，若故障前發(fā)現(xiàn)Ua+Ub+Uc=U不成立，而U≠0，則故障仍采用U;若UO=0則采用UO。

　　5.3　三相重合閘

　　該邏輯用于回路中突發(fā)性短時(shí)故障時(shí)，故障能在發(fā)生后自動(dòng)消除情況下，若再次送電不會(huì)發(fā)生故障時(shí)能及時(shí)恢復(fù)電網(wǎng)供電。此類故障，如相間因細(xì)小的金屬線等雜物短路，當(dāng)金屬線燒短后，再次送電并不影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。該邏輯設(shè)有突變量啟動(dòng)元件，該元件不動(dòng)作時(shí)，重合閘的各種功能均不投入，僅保留了輕載下斷路器偷跳時(shí)的重合閘功能，如偷跳時(shí)負(fù)荷電流小而不足以使啟動(dòng)元件啟動(dòng)，可部分啟動(dòng)重合閘，如裝置內(nèi)任一種保護(hù)發(fā)出跳合閘時(shí)，可由邏輯插件中的三跳固體繼電器經(jīng)光隔來(lái)啟動(dòng)重合閘插件的電流元件，切除故障時(shí)刻并開(kāi)始計(jì)時(shí)，在每次重合閘后都進(jìn)行一段延時(shí)，以防止多次跳合。

　　此外，還可設(shè)置功率因數(shù)調(diào)整、運(yùn)行檢測(cè)顯示、表格制作、圖形打印等管理功能。

　　6 結(jié)束語(yǔ)

　　高壓線路微機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)綜合了多方面技術(shù)，如傳感器技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、過(guò)程控制理論、信號(hào)轉(zhuǎn)換技術(shù)、電力運(yùn)行技術(shù)等。該技術(shù)在宣鋼高壓開(kāi)關(guān)柜及真空接觸器柜上已經(jīng)安全運(yùn)行四年多了，還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)設(shè)備信息誤報(bào)和運(yùn)行故障問(wèn)題，它對(duì)電力運(yùn)行帶來(lái)了極大的便利，也給電力安全運(yùn)行創(chuàng)造了很好的條件。