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

  開入邏輯電路:8路開入量均為外部空觸點(diǎn),開入專用電源,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。

  開出邏輯電路:每路開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,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、顯示器模塊

  鍵盤電路:布置現(xiàn)在比較流行的薄膜鍵盤,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TM320240ECD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