一種電力保護(hù)裝置的硬件設(shè)計(jì)
摘要:當(dāng)前，傳統(tǒng)的常規(guī)保護(hù)裝置已不能適應(yīng)電力系統(tǒng)自動(dòng)化的要求，而微機(jī)保護(hù)裝置正以其優(yōu)異的性能受到各電力公司的關(guān)注。但微機(jī)保護(hù)裝置的開(kāi)發(fā)還相當(dāng)落后，本文在供電局局內(nèi)現(xiàn)有的以80C196為微控制器的電力保護(hù)裝置的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種集成性更強(qiáng)，功能更強(qiáng)大的基于DSP的電力保護(hù)裝置，該裝置除了具有原有裝置的電流保護(hù)、距離保護(hù)、故障濾波等多種繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置的基本功能外，更具有了DSP處理器的全部?jī)?yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵字：電力保護(hù)裝置系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動(dòng)化DSP處理器
繼電保護(hù)技術(shù)以其性能穩(wěn)定、功能強(qiáng)大等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)在電力系統(tǒng)自動(dòng)化的發(fā)展中占有舉足輕重的位置，而電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展又不斷對(duì)繼電保護(hù)提出新的要求。繼電保護(hù)技術(shù)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)是向計(jì)算機(jī)化，網(wǎng)絡(luò)化，智能化，保護(hù)、控制、測(cè)量和數(shù)據(jù)通信一體化發(fā)展[1]。
1電力保護(hù)裝置的原理
電力保護(hù)裝置系統(tǒng)中涉及到的繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置的種類很多，繼電保護(hù)有電流保護(hù)、電壓保護(hù)、距離保護(hù)和差動(dòng)保護(hù)等，安全自動(dòng)裝置有三相一次重合閘，它們?cè)聿煌惴ǜ鳟�，�?shí)現(xiàn)的方法也千差萬(wàn)別。反時(shí)限電流保護(hù)和方向元件原理是目前比較新的電力保護(hù)原理。
2電力保護(hù)裝置的硬件設(shè)計(jì)
2.1電力保護(hù)裝置的技術(shù)數(shù)據(jù)
額定交流數(shù)據(jù)：相電壓：V；開(kāi)口三角電壓3U0：100V；交流電流：5A；額定頻率：50HZ；裝置輔助交流電源：220V。
交流回路過(guò)載能力：交流電壓：----持續(xù)工作；交流電流：----持續(xù)工作；----1s。
功率消耗:交流電壓回路每相功耗不大于0.5VA(額定電壓下)；交流電流回路每相功耗不大于0.5VA(額定電流下)；直流回路功耗不大于50W。
輸出觸點(diǎn)：出口跳閘觸點(diǎn),在交流電壓不大于250V，電流不大于1A，時(shí)間常數(shù)L/R為5±0.75ms的直流有感負(fù)荷電路中，觸點(diǎn)斷開(kāi)容量為50W,長(zhǎng)期允許通過(guò)電流不大于5A。其余輸出觸點(diǎn)在交流電壓不大于250V，電流不大于0.5A，時(shí)間常數(shù)L/R為5±0.75ms的直流有感負(fù)荷電路中，觸點(diǎn)斷開(kāi)容量為20W,長(zhǎng)期允許通過(guò)電流不大于3A。
2.2電力保護(hù)裝置基本結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)由交流模塊、CPU模塊、輸入輸出模塊、通訊模塊等幾基本模塊組成。整體結(jié)構(gòu)如圖:
圖2.1整體結(jié)構(gòu)圖
2.3CPU模塊
CPU模塊有兩部分，一塊為監(jiān)控CPU，一塊為保護(hù)CPU，主要由CPU電路、復(fù)位電路、電源回路和模數(shù)變換電路四部分組成。CPU電路主要由TMS320U5402和ISPLSI1016(1032)及其附屬電路組成，為核心部分，主要用于數(shù)據(jù)處理；復(fù)位電路主要由MAX706及其相應(yīng)的控制電路組成，主要用于對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的檢測(cè)；模數(shù)變換電路部分主要由TLC3548及其相應(yīng)的控制電路構(gòu)成，主要用于信號(hào)的采樣和變換；電源回路主要為DSP處理器提供電源[6]。
CPU模塊電路組成：CPU模塊電路主要由TMS320U5402和ISPLSI1016(1032)及其附屬電路組成。前者是由TI公司推出的一款高性能的16位數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)。
復(fù)位電路：保護(hù)用CPU和監(jiān)控用CPU模塊上都有一個(gè)復(fù)位電路，主要由MAX706及其相應(yīng)的控制電路組成。
模數(shù)變換電路：模數(shù)變換電路部分主要由TLC3548及其相應(yīng)的控制電路構(gòu)成。
電源回路：TPS70151器件提供完全的電源管理為DSP處理器，處理器電源，ASIC，F(xiàn)PGA和數(shù)字應(yīng)用器件，這些器件都需要兩種電壓輸出調(diào)節(jié)器。
2.4交流模塊
電力保護(hù)裝置中設(shè)有兩塊電路原理完全相同的電流電壓變換模塊，變換后的模擬量分別供給保護(hù)用CPU和監(jiān)控用CPU。
2.5輸入輸出模塊
開(kāi)入邏輯電路：8路開(kāi)入量均為外部空觸點(diǎn)，開(kāi)入專用電源，由電源模塊上的+24V電源提供，也可由外部直流電源供電，只要相應(yīng)地調(diào)整電阻R1的大小，保證回路中的電流在10mA左右即可。當(dāng)外加電壓的微小變動(dòng)會(huì)使壓敏電阻阻值發(fā)生明顯的變化。利用壓敏電阻特性來(lái)吸收各種干擾過(guò)電壓，保證整個(gè)裝置的安全。
開(kāi)出邏輯電路：每路開(kāi)出量的控制回路相同，二極管導(dǎo)通，繼電器線圈勵(lì)磁以使其觸點(diǎn)閉合，從而完成一次完整的動(dòng)作過(guò)程。一個(gè)六通道的反向器和一個(gè)六通道的與非門(mén)，它們的組合能減少CPU誤發(fā)命令的可能，提高整個(gè)裝置的可靠性。小型繼電器，
2.6鍵盤(pán)、顯示器模塊
鍵盤(pán)電路：布置現(xiàn)在比較流行的薄膜鍵盤(pán)，分別為上鍵、下鍵、左鍵、右鍵、取消鍵(ESC)、確認(rèn)鍵(OK)和復(fù)位鍵(RESET)七個(gè)按鍵。確認(rèn)鍵和上鍵以及確認(rèn)鍵和下鍵的組合可以分別實(shí)現(xiàn)數(shù)字加和減的功能。
顯示器電路：裝置的LCD為T(mén)M320240ECD型液晶顯示器，點(diǎn)數(shù)為320X240，點(diǎn)陣的大小為0.33X0.33(mm),其控制芯片為SED1335。74HC245和74HC244分別作為數(shù)據(jù)總線A0～A7和三根控制總線/PRD、/PWR和/CSLCD的總線驅(qū)動(dòng)部件，用以提高總線的驅(qū)動(dòng)能力。
2.7通訊接口模塊
為了減輕微機(jī)保護(hù)裝置中微處理器的負(fù)擔(dān)，一般通過(guò)通信接口與上層管理機(jī)或調(diào)試用微機(jī)交換，諸如整定值、采樣值報(bào)告、故障報(bào)告、硬件測(cè)試命令與結(jié)果，以及一些實(shí)時(shí)測(cè)量參數(shù)等信息。在此選擇的是RS-232(需光隔)和RS-422/485通訊方式。
3結(jié)論
該電力保護(hù)裝置系統(tǒng)硬件通用性強(qiáng)，通過(guò)在同一硬件平臺(tái)上下載各種不同的保護(hù)和監(jiān)控軟件，即可用單臺(tái)電力保護(hù)裝置獨(dú)立完成各種不同類型的繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)，又可以組成一個(gè)系統(tǒng)，完成變電站綜合自動(dòng)化的各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，另外電力保護(hù)裝置系統(tǒng)在硬件和軟件的設(shè)計(jì)過(guò)程中，充分考慮了電力系統(tǒng)運(yùn)行中的各種實(shí)際情況，完全是從工程實(shí)際出發(fā)的，因此本系統(tǒng)也可以應(yīng)用于變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中。
參考文獻(xiàn)
[1]賀家李.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展.中國(guó)電力，1999,32(10)：38~40
[2]賀家李.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理.中國(guó)電力，1999,32(10)：38~40
[3]楊奇遜.微機(jī)型繼電保護(hù)基礎(chǔ).北京：水利電力出版社，1988
[4]張舉.微機(jī)型繼電保護(hù)裝置原理與運(yùn)行.天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社，1996
[5]朱聲石.高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)原理與技術(shù).北京：中國(guó)電力出版社，1995
