基于逐次逼近式AD的微机线路保护装置实验平台设计采集.doc

微机保护技术 课程设计 题目:基于逐次逼近式AD的微机线路保护装置实验平台设计采集 院系名称： 专业班级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 教师职称： 年 1 月 18 日 引言 随着微机技术的发展，当今世界上基于微机的线路保护方案已成为主流，通过将所有的功能集成与这个统一的平台上，通过人机界面可以使复杂的控制和数据处理变得更加简单化。微机保护装置不仅能够实现其他类型保护装置难以实现的复杂保护原理、提高继电保护的性能，而且能提供诸如简化调试及整定、自身工作状态监视、事故记录及分析等高级辅助功能，还可以完成电力系统自动化要求的各种智能化测量、控制、通信及管理等任务，同时也具有优良的性价比。本装置采用逐次逼近式A/D芯片实现输入电气量的数据采集，采用单片机构建保护装置的数据处理核心，并有友好的人机接口界面，操作使用方便。请仔细阅读装置使用说明书，将指导您如何正确使用本装置。 设计方案 本微机线路保护装置硬件主要包括数据采集部分（包括电流、电压等模拟量输入变换、低通滤波回路、模数转换等），数据处理、逻辑判断及保护算法的数字核心部件（包括CPU、存储器、实时时钟、WATCHDOG等），开关量输入/输出通道以及人机接口（键盘、液晶显示器）。从功能上可分为6个组成部分：数据采集系统，数字处理系统，开关量输入、输出回路，人机接口，通信接口，电源回路。系统结构图如下： 数据采集系统 微机继电保护数据采集系统包括隔离与电压形成、低通滤波回路、多路开关及模数变换。主要功能是采集由被保护设备的电流电压互感器输入的模拟信号，并将此信号经过适当的预处理，然后转换为所需的数字量。根据模数转换的原理不同，微机保护装置中模拟量输入回路有两种方式，一是基于逐次逼近型A/D转换的方式，二是利用电压、频率变换（VFC）原理进行A/D转换的方式。本系统采用第一方式，包括电压形成回路、模拟低通滤波器（ALF）、采用保持回路（S/H）、多路转换开关（MPX）及模数转换回路（A/D）。 数字处理系统 微机保护装置是以中央处理器为核心，根据数据采集系统采集到得电力系统实时数据，按照给定算法来检测电力系统是否发生故障以及故障性质、范围等，并由此做出是否需要跳闸或报警等判断的一种自动装置。微机保护原理有计算机程序来实现，CPU是计算机自动工作的指挥中枢，计算机程序的运行依赖于CPU来实现。 开关量输入、输出 本系统开关量输入输出回路采用固态继电器、光电隔离器、PHTOMOS继电器等器件组成，已完成各种保护的出口跳闸、信号报警及外部接点输入等工作，实现与5V系统接口。柜内开关量输入信号采用24V电源，柜间开关量输入信号采用220V电源。计算机系统输出回路经光耦器件转换为24V信号，驱动继电器实现操作。 人机接口 人机交互系统包括显示器、键盘、各种面板开关、实时时钟、打印电路等，其主要功能用于人机对话，如调试、定值调整及对机器工作状态的干预等。 采集部分工作原理 电力系统中的电量信号都是在时间和数值上连续变化的信号，因此，都属于模拟信号。而微机继电保护装置是对数字信号进行处理，所以必须把模拟信号转变为计算机能够处理的数字信号。数字信号是在时间上离散、在数值上量化的一种信号，为了把模拟信号变换为数字信号，首先要对模拟信号进行预处理。这包括信号幅度的变换、利用模拟低通滤波器滤波除信号中频率大于采用频率一半的信号、采样/保持等环节。经过预处理的信号才可以输入到A/D转换芯片，进行模拟信号到数字信号的变换。对于采用逐次逼近A/D芯片构成的本数据采集系统，其方框图如下所示。他包括电压形成回路、采用保持器S/H、多路开关MPX及A/D转换五部分，现在分别介绍其基本工作原理及作用。 ①电压形成回路 微机保护的输入信号来自被保护线路或设备的电流互感器、电压互感器的二次侧。这些互感器的二次电流或电压一般数值较大，变化范围也较大，不适应模数转换的工作要求，故需对它进行变换。电压形成回路除了上面所述的电量变化作用外，还起着屏蔽和隔离作用，使得微机电路在电气上与强电部分隔离，从而阻止来自强电系统的干扰。在设计辅助变换器时间可在一次、二次绕组之间加入屏蔽层并可靠接地。本微机保护电压形成回路接线，用于三相电流、零序电流、三相电压及线路电压的输入。虽然保护中零序方向、零序过流元件均采用自产的零序电流计算，但是零序电流启动元件仍有外部的输入零序电流计算，因此如果零序电流不接，则所有与零序电流相关的保护均不能动作，如纵联零序方向、零序过流等。 ②模拟滤波单元 在电力系统发生故障时，故障出瞬电压