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　　摘　要：詳細介紹了單片微型計算機的工作原理，闡述了該類保護裝置具備的功能特點，以及在宣鋼煉鋼廠高壓柜上的應用效果。

　　關鍵詞：高壓開關柜 單片機綜合保護 應用

　　1 概述

　　輸變電行業是從電能產生到使用消耗的重要的中間環節，高壓線路的保護至關重要。國家電業部門也對高壓開關柜等設備提出了嚴格的要求，并逐漸形成了相關的法規標準。進入80年代，隨著計算機微型化技術的迅速發展，使小型化的微機控制系統快速成熟起來。同樣，在輸變電行業中，單片機控制技術具有先天優勢，在控制技術或電子信號方面，可大大提高控制與保護的精度、速度、范圍，而且還能與計算機聯網，極大地降低了工作人員的勞動強度，提高了設備安全性。

　　2 單片微型計算機的工作原理

　　單片機是將具備計算機內部各個基本功能的模塊集成在單一硅片上的微型計算機，具備計算機的全部基本功能，是目前用于自動化（或智能化）控制的理想芯片，通常芯片內掩膜CPU、RAM、EPROM （或EEPROM）。 INTEL8051微處理器是該類產品的典型代表，屬于8位帶有256BRAM、1KBROM的單片機，并有4個并行口或多功能端口。在用于自動控制系統時，用于執行各種保護、檢測、控制等功能子程序。并且一般采用外接RAM和EEPROM來存放數據和程序。外接RAM用于存放過程物理量檢測值，以便于控制程序調用和工作人員查詢;EEPROM用于存放各種檢測、保護等功能程序和保護設定值，8255用于對并行口的擴展，來實現人機對話，進行數據更改、查詢等操作，另外，還有地址譯碼器、地址鎖存器，用于CPU對各單元芯片進行訪問與聯絡時指定位置。

　　3 信號輸入回路

　　在輸入回路中通常采用傳感元件將強電信號轉換成弱電信號，并將輸入通道用光電隔離器將二者隔離，以減少系統對檢測電路的影響與干擾。一般有電壓量、電流量、頻率量等輸入，采樣電路則根據這些量之間的物理聯系，轉化成所需要的系統電壓信號、電流信號、頻率信號、功率因數信號、負荷狀況等表征系統運行狀態的物理量。傳感元件一般有電壓互感器、電流互感器、零序電流互感器、頻率計等。 在輸入通道中，通常設置了多路模/數轉換器，用于對各種不同回路的物理量進行轉換與采樣。如INTEL公司生產的ADC0809，就是根據積分比較原理進行轉換的8位芯片，它將前方傳送的數據進行轉換后并保持，以便CPU進行處理。在模/數轉換器與前方輸入通道之間通常設置快速光隔，以最大限度地減低干擾信號的進入，并進一步抑制共模干擾信號，提高CPU系統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、適合微機管理的元件或機構，如出口繼電器、斷路器的分閘合閘機構、脫扣器、步進電機、晶閘管等，這些元件一般受控于模擬量或開關量，CPU發出控制信號時，需要將數字量轉化成模擬量或開關量，再由驅動回路將此信號進行放大，驅動執行機構動作，在對高壓線路實施保護控制時一般采用的執行元件或執行機構有：出口繼電器、永跳繼電器、啟動繼電器、三相重合閘裝置等。其中永跳繼電器用于驅動操作回路中的防跳繼電器，以作為三跳繼電器拒動時的后備跳閘回路，即在CPU發出三跳命令0.25s后。故障點仍有電流時驅動此繼電器，以便通過斷路器的閉鎖接點鎖住重合裝置。為確保系統的可靠性，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，之后一方面直接驅動相應模件發出報警信號，另一方面通過串口向人機對話模件報告，通過驅動打印機或顯示器發出關于故障點的詳細信息（如故障點位置、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警功能，此時可由入機對話模件通過巡檢發現而告警。人機對話模件在運行狀態下不斷通過通訊口向其它CPU模件發出巡檢令，并作出相應回答，如若不回答則先對回路復位后再次巡檢，仍不應答則發出故障信息。

　　5 裝置的保護類型

　　5.1　距離保護

　　所謂距離保護是指相間故障、接地故障時采取的保護措施。當故障發生后，如相間短路、單相接地、缺相運行等故障，CPU首先會接到相應回路點發來的中斷信號，然后根據其中所包含的故障信息作出相應的判斷，并向執行部件發出動作指令。

　　當系統發生第一次故障時，利用電壓記憶，CPU準確判斷1～3段任何故障的類型和方位，在震蕩閉鎖期間，如再發生故障，因系統可能處于震蕩狀態，使測量不可靠，故對各種不對稱故障均采用負序方向元件來把關，此時，震蕩閉鎖中的控制采用偏移進行矯正。為保障動作的可靠性，而設置此邏輯，并應具備以下條件：（1）、敏感元件應先有信號發出;（2）電阻分量應變化很小：（3）以此來判定震蕩是否發生。

　　5.2　零序保護邏輯

　　當系統出現某相接地或發生零序電流泄漏時，該邏輯中的零序保護程序作出響應。正常情況下零序保護元件發出開口三角電壓UO，而軟件可根據三相電壓信號自產出U=Ua+Ub+Uc，若故障前發現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性短時故障時，故障能在發生后自動消除情況下，若再次送電不會發生故障時能及時恢復電網供電。此類故障，如相間因細小的金屬線等雜物短路，當金屬線燒短后，再次送電并不影響系統正常運行。該邏輯設有突變量啟動元件，該元件不動作時，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的重合閘功能，如偷跳時負荷電流小而不足以使啟動元件啟動，可部分啟動重合閘，如裝置內任一種保護發出跳合閘時，可由邏輯插件中的三跳固體繼電器經光隔來啟動重合閘插件的電流元件，切除故障時刻并開始計時，在每次重合閘后都進行一段延時，以防止多次跳合。

　　此外，還可設置功率因數調整、運行檢測顯示、表格制作、圖形打印等管理功能。

　　6 結束語

　　高壓線路微機綜合保護系統綜合了多方面技術，如傳感器技術、單片機技術、過程控制理論、信號轉換技術、電力運行技術等。該技術在宣鋼高壓開關柜及真空接觸器柜上已經安全運行四年多了，還沒有發現設備信息誤報和運行故障問題，它對電力運行帶來了極大的便利，也給電力安全運行創造了很好的條件。