畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）微機(jī)型成套線路距離保護(hù)裝件設(shè)計(jì)

1、摘要在現(xiàn)代電網(wǎng)中，隨著超高壓、大容量、遠(yuǎn)距離輸電線路的不斷增多，對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提出了更高、更嚴(yán)格的要求。距離保護(hù)作為線路保護(hù)的基本組成部分，其工作特性對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著直接和重要的影響。為了適應(yīng)現(xiàn)代超高壓電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的要求，微機(jī)保護(hù)裝置在硬件和軟件上都提出了越來越高的要求。本文首先介紹了微機(jī)繼電保護(hù)裝置的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，闡述了繼電保護(hù)的一般性原理、分類以及電力系統(tǒng)對繼電保護(hù)裝置的基本要求。在總結(jié)了輸電線路微機(jī)距離保護(hù)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，分析了國內(nèi)現(xiàn)有微機(jī)保護(hù)硬件的現(xiàn)狀，對比了8位、16位單片機(jī)以及dsp的保護(hù)方案，并總結(jié)了其優(yōu)缺點(diǎn)，提出了一種基于arm微處理器的保護(hù)方案。本裝

2、置以廣州周立功單片機(jī)發(fā)展有限公司生產(chǎn)的devicearm2200工控板作為保護(hù)cpu，主要負(fù)責(zé)控制數(shù)據(jù)采集、采樣數(shù)據(jù)處理、實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能、人機(jī)界面以及外圍串口和以太網(wǎng)通信等，再配合其它器件實(shí)現(xiàn)采樣保持、多路選擇擇開關(guān)和開關(guān)量輸入輸出的控制。本文實(shí)現(xiàn)了微機(jī)保護(hù)方案的硬件設(shè)計(jì)，完成了處理器外圍電路和采樣電路環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：微機(jī)距離保護(hù)；硬件平臺；devicearm2200abstractin the modern power network,the security and stability during power systerms operating is required higher

3、and more strictly,with the raising of the extra-high-pressure,high-capacity and long-distance power transmission line.distance relay is rhe primary clement of the transmission line protection,the performance characteristic of which has a direct and vital affect on the security and stability during p

4、ower systerms operating.for adapting to requirement for working stably in the modem extra-high-pressure power network,microprocessor-based distance relays are required higher and higher on not only hardware but software.firstly,the development status and trend of microprocessor-based relay protectio

5、n device were introduced.expatiated the general principle,sort and requirement to relay protection device of power system of relay protection.on the base of generalizing the existing condition of microprocessor-based distance relays at the power transmission line,this subject analyzed the existing c

6、ondition of the hardware of distance relays,compared 8-bit,16-bit scm and 32-bit dsp protection scheme,and generalized there merits and demerits,then gave a scheme of realays based on arm processor.the device used devicearm2200 made by zhouligong company to be the protective cpu,which mainly answere

7、d for controlling data acquisition,the sampled data ptocessing,the ptotective function implementation,the human machine interface(hmi) and peripheral serial interface and ethernet communication,and used other devices to be assistant to control sampling/holding,multi-path option switch and the i/o sw

8、itching value.the subject realized the hardware design of the microprocessor-based protection scheme,and completed the designs of the processors peripheral circuits and sampling circuit.key words: microprocessor-based distance relay;hardware platform;devicearm2200摘要iabstractii第一章 緒論11.1 概述11.1.1國內(nèi)微機(jī)

9、繼電保護(hù)裝置的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀11.1.2 微機(jī)繼電保護(hù)的發(fā)展趨勢21.1.3 微機(jī)繼電保護(hù)的特點(diǎn)31.2 本課題研究的背景及意義31.3 本文所做的主要工作4第二章 微機(jī)距離保護(hù)的原理42.1 距離保護(hù)作用42.2 距離保護(hù)的基本原理52.3 距離保護(hù)的時(shí)限特性72.4 距離保護(hù)的組成元件82.4.1啟動(dòng)元件92.4.2 距離元件92.4.3 時(shí)間元件92.5 距離保護(hù)的整定92.5.1 速動(dòng)距離保護(hù)整定原則（距離段）92.5.2 限時(shí)距離保護(hù)整定原則（距離段）92.5.3 后備距離保護(hù)整定原則（距離段）102.6 阻抗繼電器的分類102.6.1 直線特性阻抗繼電器102.6.2 圓特性阻抗繼

10、電器102.6.3 四邊形特性阻抗繼電器102.6.4 多邊形特性阻抗繼電器11第三章 裝置的體系結(jié)構(gòu)113.1 嵌入式arm處理器的概述113.1.1 arm微處理器的結(jié)構(gòu)113.1.2 arm微處理器系列錯(cuò)誤！未定義書簽。3.1.3 arm微處理器的特點(diǎn)123.2 arm處理器選型12第四章 基于devicearm2200的硬件組成144.1數(shù)據(jù)采集單元144.2 開入開出模塊164.2.1 開關(guān)量輸入回路164.2.2 開關(guān)量輸出回路174.3通信模塊184.4人機(jī)交互模塊194.4.1 led指示燈電路204.4.2 顯示電路204.4.3 按鍵電路204.5實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元214.6電源

11、22第五章 總結(jié)與展望23致謝24參考文獻(xiàn)24第一章 緒論1.1 概述電力系統(tǒng)可能發(fā)生不正常運(yùn)行狀態(tài)和各種故障，可能引發(fā)事故，并導(dǎo)致用戶停電或電能質(zhì)量下降，甚至造成人身傷亡和電氣設(shè)備的損壞。繼電保護(hù)裝置能檢測電力系統(tǒng)故障及不正常運(yùn)行狀態(tài)，動(dòng)作于斷路器跳閘、自動(dòng)隔離故障，或發(fā)出故障告警信號，有助于運(yùn)行人員或其它自動(dòng)裝置進(jìn)行故障處理。因此，繼電保護(hù)是保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要手段。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)所研究的內(nèi)容包括兩個(gè)方面：一是繼電保護(hù)各種新原理的研究；二是繼電保護(hù)各種裝置的開發(fā)?？v觀繼電保護(hù)的發(fā)展歷史，繼電保護(hù)原理是伴隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展而不斷發(fā)展；也隨著電子器件，特別是微處理器芯片的發(fā)展而不斷發(fā)展

12、。由于電力系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大及電壓等級的提高，為了保證電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，必須研究動(dòng)作速度快，靈敏度高，選擇性好的繼電保護(hù)原理，因而繼電保護(hù)原理從簡單的電流保護(hù)逐步發(fā)展到復(fù)雜的距離保護(hù)和高頻保護(hù)，芯片也從8位微處理器發(fā)展到16位、32位處理器，運(yùn)算的速度也越來越快，執(zhí)行的功能也越來越多，越來越復(fù)雜。1.1.1國內(nèi)微機(jī)繼電保護(hù)裝置的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀我國自1979年開始微機(jī)保護(hù)的研究工作。首先在高等院校和一些科研單位開展了微機(jī)保護(hù)的研究工作，1984年4月，華北電力大學(xué)研究的以mc6809cpu構(gòu)成的mdwi型微機(jī)線路保護(hù)裝置在河北某電廠投入運(yùn)行，這是我國研究成功的第一套微機(jī)線路保護(hù)裝置。到目前為止

13、，微機(jī)保護(hù)裝置已經(jīng)涵蓋了常規(guī)保護(hù)的所有領(lǐng)域，在220kv以上電壓等級的電網(wǎng)中微機(jī)線路保護(hù)的普及率達(dá)到了90%以上。我國微機(jī)保護(hù)的發(fā)展從硬件上看大體可分為四個(gè)階段。第一階段是以單cpu的8位微機(jī)處理器構(gòu)成的微機(jī)保護(hù)裝置。其主要特點(diǎn)為：保護(hù)采用8位微機(jī)處理器mc6809構(gòu)成微機(jī)系統(tǒng)，由于mc6809僅僅是一個(gè)cpu，因此需要在外部擴(kuò)展許多硬件電路，所以總線必須引出插件，保護(hù)的存儲器容量較小，程序和保護(hù)的定值均存放在eprom中，定值的改寫十分不方便，保護(hù)裝置中僅有軟件時(shí)鐘，當(dāng)直流電源消失后時(shí)鐘便停止運(yùn)行，硬件不具備數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離傳輸功能。由于僅有一個(gè)cpu，所有的保護(hù)功能只有集中在這個(gè)cpu處理可靠較

14、低。其代表產(chǎn)品為wxb-01微機(jī)高壓線路保護(hù)裝置。第二個(gè)階段是以多個(gè)8位單片機(jī)組成的多微機(jī)系統(tǒng)。其主要特點(diǎn)為：具有多個(gè)8位單片機(jī)，由于采用了單片機(jī)，需要外部擴(kuò)展的硬件電路較少，因此可以做到總線不引出插件，保護(hù)裝置的定值存放在eprom中，修改十分方便。系統(tǒng)設(shè)有硬件時(shí)鐘芯片，依靠備用電源的支持，裝置直流電源消失后硬件時(shí)鐘可以繼續(xù)運(yùn)行，硬件上設(shè)計(jì)了進(jìn)行遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇薪涌冢捎谟布啥鄠€(gè)單片機(jī)系統(tǒng)組成，因此一條輸電線路的多種保護(hù)的功能可分散于不同的單片機(jī)系統(tǒng)，從而增加了保護(hù)裝置的可靠性。其代表產(chǎn)品為wxb-11系列微機(jī)保護(hù)裝置。第三個(gè)階段是以16位單片機(jī)構(gòu)成的多微機(jī)系統(tǒng)。例如以英特爾公司的80

15、c196k13構(gòu)成的微機(jī)系統(tǒng).有些單片機(jī)內(nèi)部資源豐富，具有較大容盈的ram和eprom，因而可做到不需在芯片外部擴(kuò)展存儲器，同時(shí)做到總線不引出芯片。例如以日本三菱公司的m77芯片構(gòu)成的微機(jī)系統(tǒng)，單片機(jī)內(nèi)部有2-4k的ram容量，32-120k的eprom或閃存和8個(gè)定時(shí)器，兩個(gè)串行口，因此不需要用總線擴(kuò)展外部存儲器。保護(hù)裝置的硬件設(shè)計(jì)除具有硬件時(shí)鐘外，還具備接收gps全球定位系統(tǒng)秒脈沖的接口，具備較完菩的通信網(wǎng)絡(luò)，可應(yīng)用于變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中，其代表產(chǎn)品為csl系列微機(jī)保護(hù)裝置和lfp-900系列微機(jī)保護(hù)裝置。第四個(gè)階段是16位mpu+32位dsp構(gòu)成的多微機(jī)系統(tǒng)。mpu+dsp結(jié)構(gòu)是目前討

16、論的比較多的方案，其主要特點(diǎn)是:采用32位dsp作為保護(hù)cpu完成所有的保護(hù)算法和邏輯功能;以16位單片機(jī)作為管理cpu，完成保護(hù)裝置的總啟動(dòng)元件、人機(jī)界面和后臺通信功能。這種方案一方面可以利用dsp擅長數(shù)據(jù)處理和浮點(diǎn)運(yùn)算的特點(diǎn)，使dsp專注于完成保護(hù)算法;另一方面也可以降低軟件設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度.這種方案目前正處于討論和研制過程中。1.1.2 微機(jī)繼電保護(hù)的發(fā)展趨勢隨著電力工業(yè)的發(fā)展，高壓配電網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、用電負(fù)荷性質(zhì)和用戶對供電的要求都發(fā)生了很大的變化，這也對繼電保護(hù)工作提出了越來越高的要求.對系統(tǒng)保護(hù)性能和功能需求的不斷提高也是促使擔(dān)任微機(jī)保護(hù)裝置的處理器位數(shù)不斷提升主要原因之一，目前出現(xiàn)的3

17、2位的處理器主要有:32位dsp(數(shù)字信號處理器)和32位arm(advanced risc machine)兩種。dsp是一種為了達(dá)到快速數(shù)學(xué)運(yùn)算而具有特殊結(jié)構(gòu)的微處理器。dsp的突出特點(diǎn)是計(jì)算能力強(qiáng)、精度高、總線速度快、吞吐量大。將數(shù)字信號處理器應(yīng)用于微機(jī)繼電保護(hù)中，極大地縮短了數(shù)字濾波、濾序和傅里葉變換算法的計(jì)算時(shí)間。不但可以完成數(shù)據(jù)采集、信號處理的功能，還可以完成以往主要由cpu完成的運(yùn)算功能，甚至完成獨(dú)立的繼電保護(hù)功能.其中美國ti公司生產(chǎn)的.tms320系列最具代表性。arm是基于risc (reduced instruction set computer精簡指令集計(jì)算機(jī))構(gòu)建的微

18、處理器。arm微處理器支持thumb (16位)/arm (32位)雙指令集，能很好地兼容8位/16位器件;尋址方式靈活簡單，執(zhí)行效率高;指令長度固定。另外，它還具有體積小、功耗低、成本低、高性能等顯著特點(diǎn)，在32位嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域獲得了巨大的成功，目前已經(jīng)占有70%以上的32位嵌入式產(chǎn)品市場份額，可以說是目前最為流行的微處理器。1.1.3 微機(jī)繼電保護(hù)的特點(diǎn)（1）微機(jī)繼電保護(hù)以微型計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，用數(shù)字電路代替?zhèn)鹘y(tǒng)的模擬電路，軟硬件技術(shù)的成熟與完善，使得微機(jī)保護(hù)具有巨大的計(jì)算、分析和邏輯判斷能力，具有存儲記憶功能，可以實(shí)現(xiàn)任何性能完善且復(fù)雜的保護(hù)原理。（2）所有的計(jì)算、邏輯判斷均由軟件完成，而成

19、熟的軟件一次性設(shè)計(jì)測試完成后，就不必在投產(chǎn)之前再逐項(xiàng)進(jìn)行試驗(yàn)，使得微機(jī)保護(hù)維護(hù)調(diào)試方便，如果要對微機(jī)保護(hù)的工作原理、功能配置和運(yùn)行結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，只需要對軟件進(jìn)行修改，不必改動(dòng)硬件電路。 （3）微機(jī)保護(hù)可連續(xù)不斷地對自身工作情況進(jìn)行自檢，其工作可靠性很高。（4）微機(jī)保護(hù)裝置能保證在任何時(shí)刻都不斷地進(jìn)行采樣計(jì)算，反復(fù)準(zhǔn)確地校核，動(dòng)作的準(zhǔn)確率很高。（5）微機(jī)保護(hù)可以做到硬件和軟件資源共享，在不增加任何硬件的情況下，只需增加一些軟件就可以獲得如故障錄波、故障測距、事故順尋記錄等輔助功能，這對于簡化保護(hù)的測試、事故分析和事故后的處理等都有重大意義。（6）完善的人機(jī)界面似的裝置使用靈活，方便，人機(jī)交流好。

20、（7）微機(jī)保護(hù)中集成了串行通訊功能，與變電站微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的通信聯(lián)絡(luò)使微機(jī)保護(hù)具有遠(yuǎn)方監(jiān)控的特點(diǎn)，管理人員可以隨時(shí)檢測保護(hù)裝置的運(yùn)行狀態(tài)、調(diào)用數(shù)據(jù)和改變定值，為現(xiàn)代化管理提供物質(zhì)條件，并將微機(jī)保護(hù)納入變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。1.2 本課題研究的背景及意義在現(xiàn)代電網(wǎng)中，隨著超高壓、大容量、遠(yuǎn)距離輸電線路的不斷增多，對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提出了更高、更嚴(yán)格的要求。距離保護(hù)作為線路保護(hù)的基本組成部分，其工作性能對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著直接和重要的影響。距離保護(hù)性能改善的一個(gè)重要方面是在確保其動(dòng)作的可靠性和選擇性的條件下，加快保護(hù)的動(dòng)作速度。目前，提高保護(hù)速度面臨的主要問題是距離保護(hù)采用故障后的穩(wěn)態(tài)

21、基頻分量構(gòu)成，在實(shí)際故障信號中包含有大量非基頻噪聲信號的情況下，保護(hù)動(dòng)作速度越快，基頻分量的濾波精度越差。為了適應(yīng)現(xiàn)代超高壓電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的要求，設(shè)計(jì)者們除了在軟件上盡力簡化算法和提高算法的效率，對硬件的要求也越來越高。采用32位微機(jī)芯片并非只著眼于精度，因?yàn)榫仁躠/d轉(zhuǎn)換器分辨率的限制，超過15位時(shí)在轉(zhuǎn)換速度和成本方面都是難以接受的;更重要的是32位微機(jī)芯片具有很高的集成度，很高的工作頻率和計(jì)算速度，很大的尋址空間，豐富的指令系統(tǒng)和較多的輸入輸出口。cpu的寄存器、數(shù)據(jù)總線、地址總線都是32位的，具有存儲器管理功能、存儲器保護(hù)功能和任務(wù)轉(zhuǎn)換功能，并將高速緩存（cache）和浮點(diǎn)數(shù)部件都集成c

22、pu在內(nèi)。針對以上問題，本文所提出的基于arm微處理器的輸電線路微機(jī)距離保護(hù)方案，整個(gè)裝置不僅可以滿足電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置選擇性、速動(dòng)性、靈敏性、可靠性以及實(shí)時(shí)多任務(wù)的幾大要求，而且可以滿足微機(jī)保護(hù)智能化、網(wǎng)絡(luò)化和程序模塊化的發(fā)展趨勢，因此具有較高的推廣價(jià)值。1.3 本文所做的主要工作本文針對輸電線路微機(jī)距離保護(hù)進(jìn)行了深入的研究，主要做了以下幾個(gè)方面的工作： （1）在廣泛閱讀文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，總結(jié)了電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)的研究現(xiàn)狀，分析了本課題的研究意義和價(jià)值。 （2）分析和總結(jié)了國內(nèi)外現(xiàn)有微機(jī)保護(hù)硬件的現(xiàn)狀，提出了以周立功公司生產(chǎn)的devicearm2200嵌入式工控板作為保護(hù)cpu的微機(jī)距離保護(hù)

23、方案。 （3）在硬件結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了模塊化設(shè)計(jì)，包括電源電路設(shè)計(jì)、時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)、保護(hù)模塊電路設(shè)計(jì)、信號輸入輸出電路設(shè)計(jì)、通訊和網(wǎng)絡(luò)接口電路設(shè)計(jì)、人機(jī)界面的顯示電路設(shè)計(jì)，使該保護(hù)裝置在硬件結(jié)構(gòu)上相互獨(dú)立，并采取光電隔離，增強(qiáng)裝置的抗干擾性。第二章 微機(jī)距離保護(hù)的原理繼電保護(hù)按照被保護(hù)對象可分為兩大類:主設(shè)備保護(hù)和線路保護(hù)。由于我國電網(wǎng)構(gòu)架薄弱，因此對于微機(jī)線路保護(hù)裝置的要求很高，一直是研究的焦點(diǎn)之一。2.1 距離保護(hù)作用電流電壓保護(hù)應(yīng)用在結(jié)構(gòu)簡單的電網(wǎng)中時(shí)，一般能滿足選擇性、靈敏性和速動(dòng)性的要求。但在大容量、高電壓或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的電網(wǎng)中就難以滿足要求.就電流保護(hù)的保護(hù)區(qū)來說，不僅隨電網(wǎng)運(yùn)行方式的變化而變

24、化，而且還與短路故障類型有關(guān)。當(dāng)電網(wǎng)處于大運(yùn)行方式時(shí)，電流速斷保護(hù)區(qū)就較長;當(dāng)處于小運(yùn)行方式時(shí)，保護(hù)區(qū)就較短.若電網(wǎng)運(yùn)行方式變化較大，則在最小運(yùn)行方式時(shí)電流速斷保護(hù)就可能沒有保護(hù)區(qū)。就某一運(yùn)行方式，三相短路故障時(shí)的保護(hù)區(qū)要大于兩相短路故障時(shí)的保護(hù)區(qū)?？梢姡娏魉贁啾Ｗo(hù)區(qū)是不穩(wěn)定的。就電流保護(hù)的靈敏度來說，因在長距離重負(fù)荷線路末端附近發(fā)生短路故障時(shí)，短路電流可能和負(fù)荷電流差別不大，所以靈敏度不能滿足要求。另外，過電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)限較長.雖然微機(jī)對于電流保護(hù)反時(shí)限特性實(shí)現(xiàn)并不困難，但在高電壓、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的電網(wǎng)中，反時(shí)限特性的配合很困難，有時(shí)達(dá)不到縮短時(shí)限的目的。而距離保護(hù)因?yàn)槭苓\(yùn)行方式變化的影響較小，

25、且利用單端電氣量來判別故障，原理實(shí)現(xiàn)方便經(jīng)濟(jì)，在高壓超高壓輸電線路中占據(jù)著非常重要的地位。此外，值得注意的是在國內(nèi)外，將微機(jī)技術(shù)與繼電保護(hù)技術(shù)結(jié)合，都是以研究微機(jī)距離保護(hù)為開端的.例如1965年初，英國劍橋大學(xué)的p.g.mclaren等提出了利用采樣技術(shù)實(shí)現(xiàn)輸電線路的距離保護(hù)。1969年前后，美國西屋公司的g.d.rockeffeller等開始進(jìn)行具體裝置的研制，并于1972年研制出第一臺微機(jī)繼電保護(hù)的樣機(jī).我國在70年代后期至80年代廣泛開展了各種微機(jī)算法以及樣機(jī)的研制，在1984年由華北電力學(xué)院研制出第一臺以6809 (cpu)為基礎(chǔ)的距離保護(hù)樣機(jī)。2.2 距離保護(hù)的基本原理在距離保護(hù)中，

26、阻抗繼電器(或稱阻抗元件)是一個(gè)核心元件，它能測量保護(hù)安裝點(diǎn)到線路故障點(diǎn)間的阻抗，而方向阻抗繼電器不僅能測量阻抗而且還能測量出故障點(diǎn)的方向。因輸電線阻抗大小即反映線路的長度，故繼電器測量阻抗也反映了故障點(diǎn)離保護(hù)安裝點(diǎn)的距離。下面以方向阻抗繼電器為例說明距離保護(hù)的基本原理。在圖2-1 (a)中，設(shè)阻抗繼電器安裝在線路mn的m側(cè)，繼電器安裝處母線上的測量電壓為，由母線流向被保護(hù)線路的測量電流為，當(dāng)電壓互感器、電流互感器的變比為1時(shí)，顯然、即為接入繼電器的電壓、電流。m(a)nz(b)圖2-1 距離保護(hù)基本工作原理圖（a）一次系統(tǒng)圖；（b）工作電壓相位變化當(dāng)被保護(hù)線路上發(fā)生短路故障時(shí)，阻抗繼電器的測

27、量阻抗為 （21）為使等于故障點(diǎn)到母線m側(cè)的線路阻抗（正序阻抗）。對于三相短路或相間短路，（），即相間電壓；，即為同名相的兩相電流之差。對于接地故障，（），即相電壓；，即為帶有零序電流補(bǔ)償?shù)耐嚯娏?，其中零序電流補(bǔ)償系數(shù)，而、是被保護(hù)線路單位長度的零序阻抗、正序阻抗。設(shè)阻抗繼電器的工作電壓（也稱補(bǔ)償電壓）為 （2-2）式中阻抗繼電器的整定阻抗，整定阻抗角等于被保護(hù)線路阻抗角。由圖2-1（a）可見，即為z點(diǎn)電壓。當(dāng)z點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)，有，故即為mz線路段得正序阻抗。這樣，是整定阻抗末端的電壓，當(dāng)整定阻抗確定后，就可在保護(hù)安裝處測量到。顯然，反應(yīng)接地短路故障的阻抗繼電器，工作電壓為 （2-3）反

28、應(yīng)相間短路故障的阻抗繼電器，工作電壓為 （2-4）顯然，保護(hù)區(qū)末端z點(diǎn)短路故障時(shí)，有，又（2-1）和（2-2）得。正向保護(hù)區(qū)外點(diǎn)短路故障時(shí)，因?yàn)楹偷淖杩菇窍嗤?，且，所以。同理，正向保護(hù)區(qū)內(nèi)點(diǎn)短路故障時(shí)，有，。當(dāng)反向保護(hù)區(qū)點(diǎn)斷路故障時(shí)，流經(jīng)保護(hù)的電流與規(guī)定正方向反向，所以（注意：這里所說的的含義是同相位）不同地點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)的相位變化如圖2-1（b）所示。顯然，檢測工作電壓的相位變化，不僅能測量出據(jù)故障點(diǎn)阻抗的大小，還能測出短路故障的方向。顯然，可作為方向阻抗繼電器的動(dòng)作判據(jù)。在微機(jī)保護(hù)中通常用比相法來實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作判據(jù)。設(shè)置極化電壓（一般與同相位）作為參考向量，當(dāng)與反相位時(shí)，判定為區(qū)內(nèi)故障；當(dāng)與

29、同相位時(shí)，判定為區(qū)外故障（包括反方向故障），如圖2-2所示。圖2-2 區(qū)內(nèi)、外短路故障時(shí)與的相位關(guān)系（a）區(qū)內(nèi)短路故障；（b）區(qū)外斷路故障2.3 距離保護(hù)的時(shí)限特性為了滿足速動(dòng)性、選擇性和靈敏性的要求，目前廣泛采用具有三段動(dòng)作范圍的階梯型時(shí)限特性，如圖2-3所示，并稱之為距離保護(hù)的、iii段。ba21c圖2-3 距離保護(hù)的作用原理（a）網(wǎng)絡(luò)接線；（b）時(shí)限特性距離保護(hù)的第i段是瞬時(shí)動(dòng)作的，是保護(hù)本身的固有動(dòng)作時(shí)間?？紤]到阻抗繼電器和電流、電壓互感器的誤差，距離i段只能保護(hù)本線路全長的80%85%。距離保護(hù)的第ii段就是為了切除本線路末端15%-20%范圍以內(nèi)的故障。為了保證距離保護(hù)的選擇性，距

30、離ii段帶有高出一個(gè)的時(shí)限。距離i段和ii段聯(lián)合構(gòu)成本線路的主保護(hù)。為了作為相鄰線路保護(hù)裝置和斷路器拒絕動(dòng)作的后備保護(hù)，同時(shí)也作為距離i、ii段的后備保護(hù)，還應(yīng)該裝設(shè)距離保護(hù)iii段，其動(dòng)作時(shí)限應(yīng)比其保護(hù)范圍內(nèi)其他各保護(hù)的最大動(dòng)作時(shí)限高出一個(gè)。2.4 距離保護(hù)的組成元件 距離保護(hù)裝置主要有以下元件組成，其邏輯關(guān)系如圖2-4所示。起動(dòng)&出口跳閘圖2-4 三段式距離保護(hù)的組成元件和邏輯框圖2.4.1啟動(dòng)元件 啟動(dòng)元件的主要作用是在發(fā)生故障的瞬間起動(dòng)整套保護(hù)，并和距離元件動(dòng)作后組成與門，啟動(dòng)出口回路動(dòng)作于跳閘，以提高保護(hù)裝置的可靠性。在本保護(hù)裝置中采用兩相電流差啟動(dòng)。2.4.2 距離元件距離元件的主

31、要作用實(shí)際上是測量短路點(diǎn)到保護(hù)安裝地點(diǎn)之間的阻抗(亦即距離)。2.4.3 時(shí)間元件 時(shí)間元件的主要作用是按照故障點(diǎn)到保護(hù)安裝地點(diǎn)的遠(yuǎn)近，根據(jù)預(yù)定的時(shí)限特性確定動(dòng)作的時(shí)限，以保證保護(hù)動(dòng)作的選擇性，一般采用時(shí)間繼電器2.5 距離保護(hù)的整定2.5.1 速動(dòng)距離保護(hù)整定原則（距離段） 速動(dòng)阻抗繼電器定值按躲過本線路末端故障整定，一般按被保護(hù)線路正序阻抗的85%計(jì)算，即 （2-7）式中，阻抗繼電器段得整定阻抗； 可靠系數(shù)，取0.85； 被保護(hù)線路的正序阻抗。2.5.2 限時(shí)距離保護(hù)整定原則（距離段） （1）與相鄰線路距離保護(hù)第段相配合，并考慮分支系數(shù)的影響 （2-8）式中，阻抗繼電器段得整定阻抗； 分支

32、系數(shù)，小于1； 相鄰線路的段整定阻抗。 （2）躲開線路末端變電所變壓器低壓側(cè)出口處短路時(shí)的阻抗值，整定計(jì)算如下： （2-9） 式中，變壓器的阻抗。 按照上述兩個(gè)原則整定后，應(yīng)取二者數(shù)值較小的一個(gè)作為阻抗繼電器段得整定阻抗。2.5.3 后備距離保護(hù)整定原則（距離段） 后備距離保護(hù)按躲過線路最大負(fù)荷時(shí)的負(fù)荷阻抗，并考慮外部故障切除后電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)時(shí)，距離段必須立即還回的原則配合整定，起整定計(jì)算如下： （2-10） 式中，阻抗繼電器段得整定阻抗； 可靠系數(shù)，取1.2-1.25； 負(fù)荷自起動(dòng)系數(shù)； 還回系數(shù)，取1.15-1.25 最小負(fù)荷阻抗。2.6 阻抗繼電器的分類按阻抗特性區(qū)分主要有直線形阻抗繼電器

33、、圓特性阻抗繼電器、四邊形阻抗繼電器等。2.6.1 直線特性阻抗繼電器直線特性阻抗繼電器主要有電阻型繼電器，電抗型繼電器以及限相繼電器，其阻抗特性在阻抗復(fù)平面中分別為一直線。電阻繼電器動(dòng)作與否，只取決于測量阻抗的電阻值，電抗繼電器動(dòng)作與否，只取決于測量阻抗的電抗分量。直線特性雖然判據(jù)簡單，但無方向性，而且不能準(zhǔn)確反映實(shí)際測量的阻抗變化情況，因此單純利用電阻、電抗值作判別誤差很大，在實(shí)際應(yīng)用中效果并不理想。2.6.2 圓特性阻抗繼電器圓特性阻抗繼電器主要有全阻抗圓，方向阻抗圓以及偏移阻抗圓，其中偏移阻抗圓是傳統(tǒng)繼電保護(hù)中，應(yīng)用最為廣泛的阻抗繼電器。它實(shí)際是把阻抗繼電器的動(dòng)作特性擴(kuò)大為一個(gè)圓，以便

34、繼電器的制造和調(diào)試，簡化繼電器的接線。其中全阻抗圓特性無方向性，方向阻抗圓存在電壓死區(qū)，偏移阻抗圓特性是前兩者的綜合，特性較好，應(yīng)用較多。2.6.3 四邊形特性阻抗繼電器四邊形特性阻抗繼電器是綜合了電阻電抗型直線特性，并考慮了阻抗的方向性，是一種較為精確反映故障測量阻抗邊界的阻抗繼電器，并且具有良好的抗過渡電阻的能力。在傳統(tǒng)繼電保護(hù)中因難于實(shí)現(xiàn)而很少使用，但隨著微機(jī)保護(hù)的出現(xiàn)，在微機(jī)距離保護(hù)中得到了廣泛的應(yīng)用。2.6.4 多邊形特性阻抗繼電器 多邊形特性阻抗繼電器同四邊形特性阻抗繼電器類似，也是一種綜合了電阻電抗型直線特性的繼電器，并且在四邊形特性阻抗繼電器的基礎(chǔ)上，考慮了保護(hù)區(qū)末端經(jīng)過渡電阻

35、短路可能出現(xiàn)的超范圍動(dòng)作，以及出口和被保護(hù)線路發(fā)生金屬性短路故障時(shí)的情況。多邊形特性阻抗繼電器更適合應(yīng)用于微機(jī)保護(hù)。第三章 裝置的體系結(jié)構(gòu)3.1 嵌入式arm處理器的概述arm（advanced risc machine）是由acorn計(jì)算機(jī)公司和apple計(jì)算機(jī)公司于年1944在英國合資組建的一家公司。arm是通用的32位微處理器，是一種低功耗、高性能的產(chǎn)品，它是基于risc構(gòu)建的。自成立以來，在32位risc cpu開發(fā)領(lǐng)域不斷取得突破，其結(jié)構(gòu)己經(jīng)從v3發(fā)展到v6。由于arm公司一直以ip（intelligence property）提供者的身份向各大半導(dǎo)體制造商出售知識產(chǎn)權(quán)，而自己從不介

36、入芯片的生產(chǎn)銷售，加上其設(shè)計(jì)的芯核具有體積小、功耗低、成本低、高性能等顯著特點(diǎn)，因此獲得眾多的半導(dǎo)體一家和整機(jī)廠商的大力支持，在32位嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域獲得了巨大的成功，目前已經(jīng)占有75%以上的32位嵌入式產(chǎn)品市場，可以說是目前最為流行的微處理器。3.1.1 arm微處理器的結(jié)構(gòu)1、risc體系結(jié)構(gòu)首先它是基于risc結(jié)構(gòu)而構(gòu)建的，相比較cisc（complicated instruction set computer，復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)）結(jié)構(gòu)，risc結(jié)構(gòu)具備如下一些優(yōu)勢：（1） 采用固定長度的指令格式，指令歸整、簡單；（2） 使用單周期指令，便于流水線操作執(zhí)行；（3） 大量使用寄存器，數(shù)據(jù)處理指

37、令只對寄存器進(jìn)行操作，只有加載了存儲指令才可以訪問存儲器，以提高指令的執(zhí)行效率；（4） 處理器內(nèi)不需要微指令翻譯器。當(dāng)然，與cisc架構(gòu)相比較，雖然risc架構(gòu)有上述的特點(diǎn)，但決不能認(rèn)為risc架構(gòu)就可以取代cisc架構(gòu)，事實(shí)上，risc和cisc各有優(yōu)勢，而且界限并不那么明顯。 2、指令結(jié)構(gòu) arm微處理器在較新的體系結(jié)構(gòu)中支持兩種指令集：32位指令集和thumb16位指令集，其中thumb指令集為arm指令集的功能子集合。與等價(jià)的32位代碼相比，占用的存儲器空間節(jié)省高達(dá)35%，然而保留了32位系統(tǒng)所有的優(yōu)勢（例如訪問一個(gè)全32位地址空間）。thumb狀態(tài)與正常的arm狀態(tài)之間的切換是零開銷

38、的。使用16位的存儲器可以降低成本，而且在這種的情況下，thumb指令集的整體執(zhí)行速度比arm 32位指令集快，而且提高了代碼密度。采用thumb/arm雙指令集能很好的兼容8位/16位器件。 3.1.3 arm微處理器的特點(diǎn) （1）體積小、低功耗、低成本、高性能；（2）支持thumb（16位）/arm(32位)雙指令集，能很好地兼容8位/16位器件；（3）大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快；（4）大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成；（5）尋址方式靈活簡單，執(zhí)行效率高；（6）指令長度固定。3.2 arm處理器選型對于單cpu的電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)裝置，處理器不僅需要具有處理大量數(shù)據(jù)的能力，還需要能很好地

39、滿足人機(jī)界面、網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議、大量數(shù)據(jù)管理的要求。因此，cpu選型時(shí)不僅要考慮處理器的內(nèi)核、工作頻率和存儲器的容量，還要考慮到片內(nèi)外圍電路。本裝置選用devicearm2200嵌入式工控板。devicearm2200嵌入式工控板是周立功公司生產(chǎn)的一塊獨(dú)立的系統(tǒng)核心板，可以在不同的用戶板上使用，標(biāo)準(zhǔn)配置如下：philips公司的arm7tdmi-s微控制器lpc2290，系統(tǒng)時(shí)鐘可達(dá)60mhz，可根據(jù)用戶需要配置為帶有內(nèi)部flash，可加密的lpc2212/2214/2292/2294，或者lpc2210；2m字節(jié)nor flash（可用于存放bootloader）；8m字節(jié)ram；16m字節(jié)na

40、nd flash；256字節(jié)。devicearm2200嵌入式工控板使用11.059mhz晶振，在進(jìn)行串口通訊時(shí)就可以獲得精確的波特率。devicearm2200嵌入式工控板具有電源監(jiān)控芯片（即復(fù)位芯片），帶手動(dòng)復(fù)位輸入引腳。devicearm2200嵌入式工控板只需3.3v電源供電，工控板內(nèi)使用ldo芯片產(chǎn)生lpc0090所需的1.8v內(nèi)核電壓。第四章 基于devicearm2200的硬件組成本保護(hù)裝置包括數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理單元、開關(guān)量輸入系統(tǒng)、開關(guān)量輸出系統(tǒng)、通信接口和電源五個(gè)部分。保護(hù)結(jié)構(gòu)方框圖如圖4-1所示：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)微機(jī)型系統(tǒng)開關(guān)量輸入開關(guān)量輸出通信接口人機(jī)接口繼電器觸摸鍵盤漢

41、字液晶圖4-1 微機(jī)保護(hù)結(jié)構(gòu)方框圖 4.1數(shù)據(jù)采集單元tvta變壓器電壓形成回路電壓形成回路低通濾波低通濾波a/dcpu圖4-2 交流信號采集模塊框圖如圖4-3所示，信號采集模塊主要由 3 個(gè)部分組成：互感器、低通濾波器和 a/d 轉(zhuǎn)換芯片。微機(jī)保護(hù)要從被保護(hù)的電力線路或設(shè)備的電流互感器、電壓互感器或其它變換器上取得電氣量信息，但這些互感器二次側(cè)數(shù)值的變化范圍與微機(jī)保護(hù)裝置硬件電路并不匹配，故需要降低或變換。對于電壓變換可采用小的降壓變壓器，如圖 4-3（a）所示。對于電流變換則可采用電流變換器如圖 4-3(b)所示。圖4-3 電壓、電流變換電路本文選用南京擇明高精度超小型精密電流電壓互感器。

42、ct的變比2000:1，精度達(dá)到0.2級，線性度為千分之一，可以滿足裝置采樣的精度要求。互感器濾波電路如圖4-4和圖4-5所示：圖4-4 電流轉(zhuǎn)換電路圖4-4中t1是電流互感器，用于將電網(wǎng)來的大電流信號轉(zhuǎn)換成微機(jī)保護(hù)裝置可以接收的小信號，r2、c1、r3、c2構(gòu)成了二級無源低通濾波網(wǎng)絡(luò)，d1和d2組成保護(hù)電路，用于鉗住大于5v和小于0v的信號。圖4-5中t9是電壓互感器，用來將電網(wǎng)的電壓信號轉(zhuǎn)換為微機(jī)繼電保護(hù)裝置可以接受的小信號。r19是限流電阻，r20是采樣電阻。其余部分和電流轉(zhuǎn)換電路相同。 圖4-5和圖4-5中的輸入信號ain接a/d轉(zhuǎn)換器的模擬量輸入端口，由于本裝置采用a/d轉(zhuǎn)換器電壓的

43、輸入范圍在05v。為了確保進(jìn)入a/d的信號是正電壓且具有最大的輸入范圍，需要將輸入的電壓抬升至2.5v，所以在互感器的輸入端接一個(gè)vref=2.5v的基準(zhǔn)電壓來抬升從電網(wǎng)采集來的信號。圖4-5 電壓轉(zhuǎn)換電路在本裝置中，由于只需要完成簡單的距離保護(hù)，所以需要電壓量、電流量各3路，另外，考慮打tv斷線和零序電流保護(hù)，以及零序電流、電壓糾錯(cuò)，需增加4路模擬量得輸入，因此共10路模擬量輸入。a/d轉(zhuǎn)換器電路是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前向通道中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，也是微機(jī)保護(hù)的關(guān)鍵功能。它實(shí)現(xiàn)了將一個(gè)或多個(gè)采集的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式，以便計(jì)算機(jī)能對其讀。4.2 開入開出模塊 硬件平臺的開入開出模塊包含開關(guān)量輸入回路和

44、開關(guān)量的輸出回路兩部分，其中，開關(guān)量輸入主要是接點(diǎn)狀態(tài)（接通或斷開）的輸入信號；開關(guān)量輸出主要包括保護(hù)的跳閘出口以及本地和中央信號等。一般開入和開出回路是分開設(shè)計(jì)的，開關(guān)量信號流程圖如圖4-6所示：開關(guān)量輸入保護(hù)輸出光耦cpu核心子板光耦圖4-6 開關(guān)量信號流程圖4.2.1 開關(guān)量輸入回路 這兩類接點(diǎn)可分別按圖4-7（a）、（b）所示輸入開關(guān)量。圖4-7（a）是用+5v將裝置上的接點(diǎn)直接上拉至cpu的并行接口。而更常用的輸入開關(guān)量回路如圖4-7（b）所示，通過光電隔離器件輸入，光敏三極管的導(dǎo)通和截止完全反映外部接點(diǎn)的狀態(tài)。（b）裝置外接點(diǎn)輸入回路（a）裝置內(nèi)接點(diǎn)輸入回路裝置端子外部觸點(diǎn)_并列接

45、口+圖4-7 開關(guān)量輸入電路原理圖本文所有的開入量（外部接點(diǎn)）輸入均設(shè)計(jì)為采用24v直流供電，相對于裝置的控制部分24v是強(qiáng)電信號，為了可靠性，將強(qiáng)弱電隔離。隔離的目的在于一方面需要降低引入的電壓范圍至cpu可正常接收的程度，通常需要從24v降低到5v甚至更低；另一反面可以大大的降低外界干擾信號對核心控制部分的干擾。常見的隔離方式有光耦隔離和電磁隔離兩種，和后者相比，光耦隔離的靈敏度較高，同時(shí)隔離元件的體積較小，因此本文采用前者實(shí)現(xiàn)。光電隔離電路如圖4-8所示：圖4-8 開關(guān)量采集電路電路中的二極管d是一個(gè)反向鉗制電壓二極管，主要作用是防止24v側(cè)產(chǎn)生的反向電壓使光敏二極管擊穿，因?yàn)楣饷舳O管

46、的反向耐壓值比較低。4.2.2 開關(guān)量輸出回路 開關(guān)量的輸出控制可以直接驅(qū)動(dòng)外部繼電器或開關(guān)的動(dòng)作，微機(jī)系統(tǒng)輸入的開關(guān)信號是芯片給出的低壓直流，一般不能直接驅(qū)動(dòng)外設(shè)，而需要經(jīng)過接口轉(zhuǎn)換等處理后才能用于外部設(shè)備的開啟和關(guān)閉?，F(xiàn)在一般是采用繼電器方式，一般在驅(qū)動(dòng)大型設(shè)備時(shí)，往往利用繼電器作為測控系統(tǒng)中輸出到輸出驅(qū)動(dòng)級之間的第一級執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過第一級繼電器的輸出，可完成從低壓直流到高壓交流的轉(zhuǎn)換。開關(guān)量輸出的原理圖如圖 4-9所示：圖4-9 開關(guān)量輸出回路示意圖 從可靠性設(shè)計(jì)來考慮，開關(guān)量的輸出要在硬件上做冗余設(shè)計(jì)，處理器的輸出需要兩個(gè)控制線來控制輸出。如圖3-17所示，在出口跳閘時(shí)，cpu的二行口

47、pb0和pb1安排不同的電平輸出，pbo輸出“0，pb1輸出“1”，使與非門輸出“0，驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管。這樣做可防止在拉合直流電源過程中繼電器j的短時(shí)誤動(dòng)。因?yàn)樵诶现绷麟娫磿r(shí)，pb0和pb1都是相同的電平輸出，不可能驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管，從而防止了誤動(dòng)。當(dāng)跳閘時(shí)，程序令cpu的并行pbo口輸 出“0”,pb1口輸出“1”時(shí)，以反相器b和與非門&電路驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極發(fā)出光脈沖，光敏三極管隨之導(dǎo)通，出口繼電器kco勵(lì)磁。在實(shí)際保護(hù)裝置中應(yīng)考慮出口的閉鎖，以防止保護(hù)誤動(dòng)作，因此光敏三極管的集電極必須經(jīng)啟動(dòng)繼電器接點(diǎn)接正電源，形成保護(hù)出口的閉鎖回 路。本文開出量回路如圖4-10所示。圖4-10 開關(guān)量輸出電路圖

48、中out_en0是使能，out0是devicearm2200的gpio口輸出的電平（0v3.3v），經(jīng)光耦隔離后控制繼電器輸出。4.3通信模塊為了實(shí)現(xiàn)調(diào)度自動(dòng)化，微機(jī)保護(hù)裝置需要與系統(tǒng)管理機(jī)通信。實(shí)現(xiàn)調(diào)度對微機(jī)保護(hù)裝置的監(jiān)控和微機(jī)保護(hù)故障信息的上傳。為此，微機(jī)保護(hù)裝置一般裝有rs-232和rs-485標(biāo)準(zhǔn)串行接口，為了獲得更遠(yuǎn)、更可靠、更方便的傳輸特性，也有采用can總線接口方式。rs-485的總線采用差分電平方式傳送數(shù)據(jù)，通信一般采用modbus協(xié)議，起接口則采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合，因此是一種抗干擾能力非常好的串行通信方式。rs-485接口的最大傳輸距離可達(dá)3000米，傳輸速度可達(dá)

49、10mbp，且其差分總線上最大可掛128個(gè)終端，因此非常適合于組網(wǎng)應(yīng)用。為了保證通信的可靠性，本文選用帶靜電保護(hù)電路的75lbc184芯片。rs-485串口通信的接口電路如圖4-11所示：圖4-11 rs-485串行接口電路圖 在使用75lbc184芯片時(shí)，a/y、b/z兩端必須加上拉和下拉電阻，因?yàn)樵诳臻e狀態(tài)下，總線處于高組態(tài)，兩條總線的電壓差不確定。另外，由于devicearm2200外設(shè)電平為3.3v，而75lbc使用5v供電，因此需用光耦進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。4.4人機(jī)交互模塊人機(jī)交互模塊是微機(jī)繼電保護(hù)裝置同操作者之間聯(lián)系的紐帶，操作人員和裝置之間信息的傳遞由人機(jī)交互模塊完成。人機(jī)交互模塊由鍵

50、盤、led（發(fā)光二極管）和液晶顯示組成。鍵盤主要負(fù)責(zé)操作人員對裝置的信息輸入，將控制信息等傳遞給裝置。led能直觀的指出裝置的工作狀態(tài)，如告警，運(yùn)行，跳閘，通信。液晶顯示用來顯示實(shí)時(shí)的點(diǎn)信號，裝置狀態(tài)，控制字等。人機(jī)接口控制電路如圖4-12所示：圖4-12 人機(jī)接口控制電路為了減少顯示模塊和主模塊的硬件連線，人機(jī)接口控制電路采用鍵盤和顯示復(fù)用的方式。設(shè)計(jì)通過兩片74hc244三態(tài)緩沖器分別控制lcd、led和控制鍵盤得輸入。u1用于控制lcd和led，u1、u2同時(shí)控制鍵盤，1oe、2oe是使能端，控制由a端到y(tǒng)端得輸入使能。從devicearm2200來7路控制信號交替輸出低電平，使兩片74

51、hc244交替工作，實(shí)現(xiàn)鍵盤和顯示的復(fù)用。4.4.1 led指示燈電路led指示燈電路由74hc595和發(fā)光二極管組成。74hc595是串行輸入轉(zhuǎn)并行輸出的移位寄存器，用于將從devicearm2200來的串行l(wèi)ed控制信號轉(zhuǎn)換成并行信號輸出。led信號輸出高電平時(shí)指示燈亮。4.4.2 顯示電路 本裝置從電路設(shè)計(jì)簡單、減少功耗、能顯示多種字符的想法出發(fā)，選用點(diǎn)陣式液晶顯示模塊jm12864g，可顯示漢字及圖形，內(nèi)置8192個(gè)中文漢字（1616點(diǎn)陣）、128個(gè)字符（816點(diǎn)陣）及64256點(diǎn)陣顯示ram。jm12864g具有串行顯示和并行顯示兩種顯示接口，為節(jié)省gpio資源，本裝置采用串行接口方

52、式，只需三根線：片選，數(shù)據(jù)線和時(shí)鐘線同devicearm2200的gpio口相連即可。4.4.3 按鍵電路 鍵盤硬件連接分矩陣式和獨(dú)立式兩種。在保證能完成各種功能的情況下，本裝置的鍵盤選用了12個(gè)按鍵，采用34的矩陣式鍵盤設(shè)計(jì)。原理圖如圖4-13所示：圖4-13 鍵盤電路原理圖 鍵盤采用鍵盤掃描方式來實(shí)現(xiàn)，pe0、pe1、pe2、bpe3、bpe4、bpe5、bpe6按順序通過74hc244連接到sep4020的gpio口，bpe3、bpe4、bpe5、bpe6不停循環(huán)輸出0111、1011、1101、1110，pe0、pe1、pe2作為掃描檢測輸入口，在沒有按鍵按鍵下的時(shí)候pe0，pe1，p

53、e2均被拉置高電平，在有鍵按下的時(shí)候，相應(yīng)的行被拉置低電平，因此可以根據(jù)鍵盤低電平所在的行列來確定被按下的鍵。4.5實(shí)時(shí)時(shí)鐘單元為提供時(shí)鐘信號，本裝置采用了實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片ds1302，它是美國達(dá)拉斯半導(dǎo)體dallas公司推出的一種高性能、低功耗、帶ram的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為2.55.5v。采用三線接口與cpu進(jìn)行同步通信。ds1302具有主電源/后備電源雙電源引腳，提供了對后備電源進(jìn)行充電的能力?？梢燥@示時(shí)間以及記錄系統(tǒng)中各種運(yùn)行狀態(tài)的發(fā)生時(shí)間。其電路如圖4-14所示：4-14 時(shí)鐘單元電路 sclk是時(shí)鐘輸入腳，用devic

54、earm2200的gpio口產(chǎn)生時(shí)鐘信號，rst是ds1302復(fù)位信號的輸入引腳，i/o是數(shù)據(jù)輸入輸出端。vcc1用于接后備電源，vcc2用于接主電源，當(dāng)vcc2vcc1+0.2v的時(shí)候，由vcc2供電，否則vcc1給芯片供電。4.6電源電源是嵌入式系統(tǒng)能否穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素，電源一旦出現(xiàn)問題，往往會導(dǎo)致pcb短路，芯片燒壞等嚴(yán)重后果，在強(qiáng)電系統(tǒng)中工作的繼電器保護(hù)裝置尤其如此。本文所涉及到的電源主要有：給開出量繼電器供電24v電壓，給cpu供電的3.3v電壓以及1.8v等。另外裝置還要ad采集器提供一路3.3v模擬電壓和一路2.5v的參考電壓。rs-485通信電路需要單獨(dú)對其提供5v數(shù)字電壓，

55、以防干擾。 開關(guān)電源的最主要的特點(diǎn)是體積小、重量輕及效率高。現(xiàn)有微機(jī)繼電保護(hù)裝置都采用開關(guān)電源。微機(jī)繼電保護(hù)裝置的開關(guān)電源一般采用直流220v/110v供電，輸出有三個(gè)電壓：+5v、+/-15v（12v）、+24v。輸入電壓的范圍規(guī)定為70%140%，線性調(diào)整率為不大于0.2%。本裝置采用高性能ac-dc電源模塊，輸入由220v交流電壓供電，輸出+24v和+5v電壓。電路如圖4-15所示：圖4-15 24v/5v產(chǎn)生電路 電源模塊輸出端使用1000uf大電容濾波。+5v電壓經(jīng)cm1084電源芯片轉(zhuǎn)化為+3.3v電壓，經(jīng)5205轉(zhuǎn)化為2.5v電壓作為ad參考電壓。+3.3v電壓經(jīng)ams117-1.8電源芯片轉(zhuǎn)化為1.8v電壓供給cpu內(nèi)核。第五章 總結(jié)與展望電力系統(tǒng)線路距離保護(hù)的研究一直是繼電保護(hù)領(lǐng)域最為活躍的課題，在微機(jī)保護(hù)獲得廣泛應(yīng)用的今天，對它的研究已向高性能和綜合型方向發(fā)展。本文