微机保护实验系统

【摘要】本文介绍了一种微机保护实验系统。实验系统由PC机、MCS296系列开发系统和微机保护实验装置三部分构成。针对微机保护实验的抽象性，直观、生动地介绍了微机保护的基本构成，各部分电路功能软件实现及开发调试过程，该系统可用于微机保护实验。

【关键词】微机保护;实验系统

目前微机保护已在电力系统中得到了广泛的应用，各院校相继开设了微机保护课程，随着教材及实验室建设的进一步完善，我们设计开发了一套微机保护实验系统，如图1所示，该系统解决了微机保护课程所涉及的一些难点问题，能够使学习者生动形象地了解微机保护的构成原理，各部分功能软件的编制及调试开发过程。

图1 微机保护实验系统

该实验系统由PC机、MCS296系列开发系统和微机保护硬件电路三部分构成。通过对各个环节进行测试，使学习者能充分了解各部分的功能与作用。保护硬件电路，既可以独立运行，又可以和开发机联机运行。整个实验包括软件编写、程序汇编、PC机与开发机通讯，开发机与微机保护硬件电路联机调试，硬件电路各部分测试及微机三段方向过电流保护和距离保护实验。

1.微机保护原理及实验方案

微机保护的主要部分是计算机主体，它被用来分析计算电力系统的有关电量和判定系统是否故障，然后，决定是否发生跳闸信号。因此，除微机系统主体外，还必须配备自电力系统向计算机送入有关信息的输入接口部分和向电力系统送出控制信息的输出接口部分。此外，微机还要具有有关监控和操作程序，输出记录的信息，以供运行人员分析事故，因此，计算机还必须有人机对话部分，图2所示为微机保护原理的基本组成框图。

图2 微机保护总框图

图3 微机保护硬件电路图

微机保护实验方案本着使实验人员掌握该实验系统框架、各模块电路功能、电路之间的联系与区别，能较好地观察电路波形为准则。硬件电路是根据典型教材上微机保护硬件框图设计而成的，结构上采用与硬件框图完全一致的平面布置结构图，如图3所示。

单片机开发系统采用ATD298D型开发机系统，各部分电路单独形成一个模块结构，各模块分别设有输入输出测试端子，可单独测试输入输出信号了解各模块的功能原理。由于芯片采用8098单片机，该单片机与MCS251相比较具有指令丰富、运算速度快等特点。完成同样的计算任务，8098单片机的速度要高出5-6倍，而指令字节数还不到8031单片机的一半，节省了存储空间。低通滤波器（ALF）采用由运放LM 741构成的切比雪夫VCV S型二阶低通有源滤波器;采样保持电路（SH）采用L F398;多路转换开关（M PX）采用AD7501具有8路模拟输入;模拟转换（AD）采用AD0809;输入接口采用1片8255;CPU采用96 系列中8098芯片;程序存储器（EPROM）采用2764;数据存储器RAM 采用6264;并行接口采用3片8255;光电隔离采用4N 35;出口继电器采用DC24V 继电器;定值输入采用手动拨码开关输入定值。

2.具体实验电路及测试手段

（1）电压形成回路部分

该部分通过测试电流电压变换器的伏安特性，了解由于电流电压变换器的非线性特性给微机保护所造成的测量误差。根据测量误差曲线建立相应的误差补偿数学模型，并编写程序验证补偿效果。这部分实验可使实验人员了解电压形成回路对微机保护测量误差的影响，掌握对测量误差进行补偿的方法。

（2）低通滤波器

通过该部分测试，可使实验人员了解低通滤波器的电路构成、低通滤波的截止频率与采样频率之间的关系以及低通滤波器参数的选择。

（3）采样保持电路

在开发机运行采样保持模块化程序时，用示波器观察采样保持输出波形，改变采样周期，观察输出波形的情况。通过该实验，可使实验人员了解采样信号频率与采样频率之间的选择关系，加深对模拟信号离散化和采样定理的理解。

（4）AD 转换电路

8098片内具有4路AD转换及采样保持，由于ADC0809只能进行单极性变换而取样信号是交流信号，要求进行双极性变换，为此每路输入设置偏值电压，并把转换数据最高位取反，以达到双极性转换的目的。通过在开发机运行AD转换程序，可使实验人员了解电压、电流信号的AD转换过程。通过控制采样AD对每路信号转换的时间，可以观察AD转换速度对采样保持精度的影响，使实验人员掌握AD转换速度及转换路数和采样保持精度之间的参数选择关系。

3.三段方向过电流保护实验

三段方向过电流保护的程序框图如图4所示。

图4 过电流保护的程序框图

可以了解微机三段方向过电流保护的程序编写、汇编、调试。电流、时间及方向灵敏角的定值整定。可以首先在PC 机上汇编程序，然后，将目标程序传至开发系统，利用开发系统运行程序在开发机上修改、调试程序，并可观察程序运行的中间结果、程序调试通过后，通过开发机固化到EPROM中去，可使微机保护实验电路脱离开发机作为一套保护独立运行。距离保护实验可根据程序框图编写软件在实验电路上运行、调试。通过上述微机保护实验系统可以使实验人员对微机保护系统的构成有一个初步了解。通过程序的编写、汇编、调试及保护动作特性实验，使实验人员对微机保护的研制开发、运行管理过程都有一个较全面的感性认识，这对于克服微机教学的抽象性和加强微机保护的实验教学工作都是一个有意的尝试。

参考文献

[1]杨奇逊.微型机继点保护基础[M].北京水力电力出版社，1988.

[2]陈德树.计算机继点保护原理与技术[M].山东工业大学业出版社，1988.

作者简介：雷志刚（1981―），男，湖南郴州人，南京中电熊猫液晶材料科技有限公司工程师，主要从事液晶面板厂CIM系统的开发设计和维护工作。