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(yè)是從電能產(chǎn)生到使用消耗的重要的中間環(huán)節(jié)，高壓線路的保護至關重要。國家電業(yè)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(guī)標準。進入80年代，隨著計算機微型化技術的迅速發(fā)展，使小型化的微機控制系統(tǒng)快速成熟起來。同樣，在輸變電行業(yè)中，單片機控制技術具有先天優(yōu)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(lián)網(wǎng)，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(nèi)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(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，并有4個并行口或多功能端口。在用于自動控制系統(tǒng)時，用于執(zhí)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(shù)據(jù)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(diào)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(xiàn)人機對話，進行數(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對各單元芯片進行訪問與聯(lián)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(tǒng)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(jù)這些量之間的物理聯(lián)系，轉化成所需要的系統(tǒng)電壓信號、電流信號、頻率信號、功率因數(shù)信號、負荷狀況等表征系統(tǒng)運行狀態(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、頻率計等。 在輸入通道中，通常設置了多路模/數(shù)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(chǎn)的ADC0809，就是根據(jù)積分比較原理進行轉換的8位芯片，它將前方傳送的數(shù)據(jù)進行轉換后并保持，以便CPU進行處理。在模/數(shù)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(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(fā)出控制信號時，需要將數(shù)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(zhí)行機構動作，在對高壓線路實施保護控制時一般采用的執(zhí)行元件或執(zhí)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(fā)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(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(fā)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(fā)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(fā)現(xiàn)而告警。人機對話模件在運行狀態(tài)下不斷通過通訊口向其它CPU模件發(fā)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(fā)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(fā)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(fā)來的中斷信號，然后根據(jù)其中所包含的故障信息作出相應的判斷，并向執(zhí)行部件發(fā)出動作指令。

當系統(tǒng)發(fā)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(fā)生故障，因系統(tǒng)可能處于震蕩狀態(tài)，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(fā)出;（2）電阻分量應變化很?。海?）以此來判定震蕩是否發(fā)生。

5.2　零序保護邏輯

當系統(tǒng)出現(xiàn)某相接地或發(fā)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(fā)出開口三角電壓UO，而軟件可根據(jù)三相電壓信號自產(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)性短時故障時，故障能在發(fā)生后自動消除情況下，若再次送電不會發(fā)生故障時能及時恢復電網(wǎng)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(tǒng)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(nèi)任一種保護發(fā)出跳合閘時，可由邏輯插件中的三跳固體繼電器經(jīng)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(shù)調(diào)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(tǒng)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(jīng)安全運行四年多了，還沒有發(fā)現(xiàn)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(chuàng)造了很好的條件。