機(jī)電一體化論文-764cc87e5acfa1c7aa00cc01(1)課案

1、寧夏工業(yè)職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文寧夏工業(yè)職業(yè)學(xué)院機(jī)電一體化中的電機(jī)控制與保護(hù)系另I：機(jī)電系專 業(yè)14機(jī)電一體化學(xué)生姓名：張平安學(xué) 號(hào):0532143248聯(lián)系方式導(dǎo)老師：尹少榮入學(xué)日期：2014年9月論文完成日期：2016年11月內(nèi)容摘要依據(jù)機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展前景，提出一種新型電動(dòng)執(zhí)行機(jī) 構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)介紹了該執(zhí)行機(jī)構(gòu)各功能元件的選型與設(shè)計(jì)、 閥位及速度控制原理以及各種關(guān)鍵問題的解決方法。該執(zhí)行機(jī)構(gòu) 將閥門、伺服電機(jī)、控制器合為一體，采用8031單片機(jī)、變頻技 術(shù)實(shí)現(xiàn)了閥門的動(dòng)作速度和位置控制，解決了閥門的精確定位、 閥門柔性開關(guān)、極限位置判斷、電機(jī)保護(hù)及模擬信號(hào)隔離等

2、技術(shù) 問題?，F(xiàn)場運(yùn)行情況表明，該電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有動(dòng)作快、保護(hù)完 善以及便于和計(jì)算機(jī)通訊等優(yōu)點(diǎn)，充分利用了機(jī)電一體化技術(shù)帶 來的方便快捷。關(guān)鍵詞： 電動(dòng)機(jī)閥門 繼電器保護(hù) 機(jī)電一體化技術(shù)總結(jié)29目錄內(nèi)容摘要2插圖索引4引言5第1章 機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展歷程及其趨向 61. 1機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展歷程 61. 2機(jī)電一體化發(fā)展趨向 6第2章 機(jī)電一體化中電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的硬件設(shè)計(jì)及工作原理112.1系統(tǒng)工作原理 11第3章 機(jī)電一體化中閥位及速度控制原理 15第4章 關(guān)鍵技術(shù)問題的解決 17第5章 機(jī)電一體化中繼電器保護(hù)的現(xiàn)狀與發(fā)展 195.1 繼電保護(hù)發(fā)展現(xiàn)狀 195.2 繼電保護(hù)的未來發(fā)展215.2.

3、1 計(jì)算機(jī)化225.2.2 網(wǎng)絡(luò)化235.2.3 保護(hù)、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化 25524 智能化26結(jié)束語27參考文獻(xiàn)28插圖索引圖2-1電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)框圖 11圖2-2IPM 輸出電流、電壓檢測 14圖2-3程序出格自恢復(fù)電路 15圖3-2閥位及速度控制原理框圖 15圖3-3執(zhí)行機(jī)構(gòu)的典型運(yùn)行速度圖 16圖4-1線性隔離放大器 19引言在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程控制中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)起著十分重要的作用，它 是自動(dòng)控制系統(tǒng)中不可缺少的組成部分?，F(xiàn)有的國產(chǎn)大流量電動(dòng) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)存在著控制手段落后、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、定 位精度低、可靠性差等問題。而且執(zhí)行機(jī)構(gòu)的全程運(yùn)行速度取決 于其電機(jī)的輸出軸轉(zhuǎn)

4、速和其內(nèi)部減速 齒輪的減速比，一旦出廠， 這一速度固定不可調(diào)整，其通用性較弱。整個(gè)機(jī)構(gòu)缺乏完善的保 護(hù)和故障診斷措施以及必要的 通信手段，系統(tǒng)的安全性較差，不 便與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)。鑒于以上原因，采用傳統(tǒng)的大流量電動(dòng)執(zhí)行機(jī) 構(gòu)的控制系統(tǒng)，可靠性和穩(wěn)定性較差。隨著 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場總 線等技術(shù)在工業(yè)過程中的應(yīng)用，這種執(zhí)行機(jī)構(gòu)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足工 業(yè)生產(chǎn)的要求。筆者設(shè)計(jì)的大流量電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，采用機(jī)電一體 化技術(shù)，將閥門、伺服 電機(jī)、控制器合為一體，利用異步 電動(dòng)機(jī) 直接驅(qū)動(dòng)閥門的開與關(guān)。通過內(nèi)置變頻器，采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)， 實(shí)現(xiàn)閥門的動(dòng)作速度、精確定位、柔性開關(guān)以及電機(jī)轉(zhuǎn)矩等控制。 該電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)省去了用于控

5、制 電機(jī)正、反轉(zhuǎn)的接觸器和可控硅 換向開關(guān)模件、機(jī)械傳動(dòng)裝置和復(fù)雜、昂貴的控制柜和配電柜， 具有動(dòng)作快、保護(hù)較完善、便于和計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)際運(yùn)行 表明，該執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作穩(wěn)定，性能可靠。自電子技術(shù)一問世，電子技術(shù)和機(jī)械技術(shù)的結(jié)合就開始了 ，只是出現(xiàn)了半導(dǎo)體集成電路， 尤其是出現(xiàn)了以微處理器為代表的大規(guī)模集成電路以后,機(jī)電一體化技術(shù)之后有了明顯進(jìn)展，引起了人們的廣泛注重第1章 機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展歷程及其趨向機(jī)電一體化是機(jī)械、微電子、控制、計(jì)算機(jī)、信息處理等多學(xué)科 的交叉融合，其發(fā)展和進(jìn)步有賴于相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，其主 要發(fā)展方向有數(shù)字化、智能化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、人性化、微型 化、集成化、帶源化

6、和綠色化。1.1機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展歷程1. 數(shù)控機(jī)床的問世，寫下了 機(jī)電一體化歷史的第一頁；2. 微電子技術(shù)為機(jī)電一體化帶來勃勃生氣；3. 可編程序控制器、電力電子等的發(fā)展為機(jī)電一體化提供了 堅(jiān)強(qiáng)基礎(chǔ)；4. 激光技術(shù)、模糊技術(shù)、信息技術(shù)等新技術(shù)使機(jī)電一體化躍上新臺(tái)階1 . 2機(jī)電一體化發(fā)展趨向1數(shù)字化微控制器及其發(fā)展奠定了機(jī)電產(chǎn)品數(shù)字化的基礎(chǔ)，如不斷發(fā) 展的數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人；而計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅速崛起，為數(shù)字化設(shè) 計(jì)與制造鋪平了道路，如虛擬設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)集成制造等。數(shù)字化 要求機(jī)電一體化產(chǎn)品的軟件具有高可靠性、易操作性、可維護(hù)性、 自診斷能力以及友好人機(jī)界面。數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)將便于遠(yuǎn)程操作、 診斷和修復(fù)

7、。2智能化即要求機(jī)電產(chǎn)品有一定的智能，使它具有類似人的邏輯思考、 判斷推理、自主決策等能力。例如在 CNC數(shù)控機(jī)床上增加人機(jī)對(duì) 話功能，設(shè)置智能I/O接口和智能工藝數(shù)據(jù)庫，會(huì)給使用、操作 和維護(hù)帶來極大的方便。隨著模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、灰色理論、 小波理論、混沌與分岔等人工智能技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，為機(jī)電一 體化技術(shù)發(fā)展開辟了廣闊天地。3模塊化由于機(jī)電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有 標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、動(dòng)力接口、環(huán)境接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元模塊 是一項(xiàng)復(fù)雜而有前途的工作。如研制具有集減速、變頻調(diào)速電機(jī) 一體的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)單元；具有視覺、圖像處理、識(shí)別和測距等功能 的電機(jī)一體控制單元等。這樣，在產(chǎn)

8、品開發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)，可以利用這 些標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元迅速開發(fā)出新的產(chǎn)品。4網(wǎng)絡(luò)化由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興 未艾。而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)電一體化產(chǎn)品，現(xiàn)場總 線和局域網(wǎng)技術(shù)使家用電器網(wǎng)絡(luò)化成為可能，利用家庭網(wǎng)絡(luò)把各 種家用電器連接成以計(jì)算機(jī)為中心的計(jì)算機(jī)集成家用電器系統(tǒng)， 使人們在家里可充分享受各種高技術(shù)帶來的好處，因此，機(jī)電一 體化產(chǎn)品無疑應(yīng)朝網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。5人性化機(jī)電一體化產(chǎn)品的最終使用對(duì)象是人，如何給機(jī)電一體化產(chǎn) 品賦予人的智能、情感和人性顯得愈來愈重要，機(jī)電一體化產(chǎn)品 除了完善的性能外，還要求在色彩、造型等方面與環(huán)境相協(xié)調(diào)， 使用這些產(chǎn)品，對(duì)人來說還是一種藝術(shù)

9、享受，如家用機(jī)器人的最 高境界就是人機(jī)一體化。6微型化微型化是精細(xì)加工技術(shù)發(fā)展的必然，也是提高效率的需要。微機(jī)電系統(tǒng)（Micro Electronic Mechanical Systems，簡稱 MEMS）是指可批量制作的，集微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及 信號(hào)處理和控制電路，直至接口、通信和電源等于一體的微型器 件或系統(tǒng)。自1986年美國斯坦福大學(xué)研制出第一個(gè)醫(yī)用微探針， 1988年美國加州大學(xué)Berkeley分校研制出第一個(gè)微電機(jī)以來， 國內(nèi)外在MEMST藝、材料以及微觀機(jī)理研究方面取得了很大進(jìn) 展，開發(fā)出各種MEM器件和系統(tǒng)，如各種微型傳感器（壓力傳感 器、微加速度計(jì)、微觸覺傳感器

10、），各種微構(gòu)件（微膜、微粱、 微探針、微連桿、微齒輪、微軸承、微泵、微彈簧以及微機(jī)器人 等）。7集成化集成化既包含各種技術(shù)的相互滲透、相互融合和各種產(chǎn)品不 同結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與復(fù)合，又包含在生產(chǎn)過程中同時(shí)處理加工、 裝配、 檢測、管理等多種工序。為了實(shí)現(xiàn)多品種、小批量生產(chǎn)的自動(dòng)化 與高效率，應(yīng)使系統(tǒng)具有更廣泛的柔性。首先可將系統(tǒng)分解為若 干層次，使系統(tǒng)功能分散，并使各部分協(xié)調(diào)而又安全地運(yùn)轉(zhuǎn)，然 后再通過軟、硬件將各個(gè)層次有機(jī)地聯(lián)系起來，使其性能最優(yōu)、 功能最強(qiáng)。8帶源化是指機(jī)電一體化產(chǎn)品自身帶有能源，如太陽能電池、燃料電 池和大容量電池。由于在許多場合無法使用電能，因而對(duì)于運(yùn)動(dòng) 的機(jī)電一體化產(chǎn)品，自

11、帶動(dòng)力源具有獨(dú)特的好處。帶源化是機(jī)電 一體化產(chǎn)品的發(fā)展方向之一。9綠色化科學(xué)技術(shù)的發(fā)展給人們的生活帶來巨大變化，在物質(zhì)豐富的 同時(shí)也帶來資源減少、生態(tài)環(huán)境惡化的后果。所以，人們呼喚保 護(hù)環(huán)境，回歸自然，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲 中應(yīng)運(yùn)而生。綠色產(chǎn)品是指低能耗、低材耗、低污染、舒適、協(xié) 調(diào)而可再生利用的產(chǎn)品。在其設(shè)計(jì)、制造、使用和銷毀時(shí)應(yīng)符合 環(huán)保和人類健康的要求，機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指在其 使用時(shí)不污染生態(tài)環(huán)境，產(chǎn)品壽命結(jié)束時(shí)，產(chǎn)品可分解和再生利 用。10.光機(jī)電一體化.一般的機(jī)電一體化系統(tǒng)是由傳感系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)、 機(jī)械結(jié)構(gòu)等部件組成的因此,引進(jìn)光學(xué)技術(shù)，實(shí)

12、現(xiàn)光學(xué)技術(shù)的先 天優(yōu)點(diǎn)是能有效地改進(jìn)機(jī)電一體化系統(tǒng)的傳感系統(tǒng)、能源（動(dòng)力） 系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)光機(jī)電一體化是機(jī)電產(chǎn)品發(fā)展的重要趨向11. 自律分配系統(tǒng)化一一柔性化.未來的機(jī)電一體化產(chǎn)品，控制和執(zhí)行系統(tǒng)有足夠的“冗余度”，有 較強(qiáng)的“柔性”，能較好地應(yīng)付突發(fā)事件，被設(shè)計(jì)成“自律分配 系統(tǒng)”。在自律分配系統(tǒng)中，各個(gè)子系統(tǒng)是相互獨(dú)立工作的，子 系統(tǒng)為總系統(tǒng)服務(wù)，同時(shí)具有本身的“自律性”，可根據(jù)不同的 環(huán)境條件作出不同反應(yīng)。其特征是子系統(tǒng)可產(chǎn)生本身的信息并附 加所給信息，在總的前提下，具體“行動(dòng)”是可以改變的。這樣， 既明顯地增加了系統(tǒng)的適應(yīng)能力（柔性），又不因某一子系統(tǒng)的故 障而影響整個(gè)系統(tǒng)。12.

13、 全息系統(tǒng)化一一智能化。今后的機(jī)電一體化產(chǎn)品“全息”特征越來越明顯，智能化水平越 來越高。這主要收益于模糊技術(shù)、信息技術(shù)（尤其是軟件及芯片技 術(shù)）的發(fā)展。除此之外，其系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)，也變簡單的“從上到 下”的形勢而為復(fù)雜的、有較多冗余度的雙向聯(lián)系。13. “生物一軟件”化一仿生物系統(tǒng)化。今后的機(jī)電一體化裝置對(duì)信息的依靠性很大，并且往往在結(jié)構(gòu)上 是處于“靜態(tài)”時(shí)不穩(wěn)定，但在動(dòng)態(tài)（工作）時(shí)卻是穩(wěn)定的。這有 點(diǎn)類似于活的生物摘要：當(dāng)控制系統(tǒng)（大腦）停止工作時(shí)，生物便 “死亡”，而當(dāng)控制系統(tǒng)（大腦）工作時(shí)，生物就很有活力。仿生 學(xué)探究領(lǐng)域中已發(fā)現(xiàn)的一些生物體優(yōu)良的機(jī)構(gòu)可為機(jī)電一體化產(chǎn) 品提供新型機(jī)體，

14、但如何使這些新型機(jī)體具有活的“生命”還有 待于深入探究。這一探究領(lǐng)域稱為“生物軟件”或“生物系 統(tǒng)”，而生物的特征是硬 件（肌體）軟件（大腦）一體，不可分 割?？磥?，機(jī)電一體化產(chǎn)品雖然有向生物系統(tǒng)化發(fā)展趨，但有一 段漫長的道路要走。14. 微型機(jī)電化一一微型化。目前，利用半導(dǎo)體器件制造過程中的蝕刻技術(shù)，在實(shí)驗(yàn)室中已制 造出亞微米級(jí)的機(jī)械元件。當(dāng)將這一成果用于實(shí)際產(chǎn)品時(shí)，就沒 有必要區(qū)分機(jī)械部分和控制器了。屆時(shí)機(jī)械和電子完全可以“融 合”，機(jī)體、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器、 CPU等可集成在一起，體積很 小，并組成一種自律元件。這種微型機(jī)械學(xué)是機(jī)電一體化的重要 發(fā)9展方向。第2章 機(jī)電一體化中電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)

15、的硬件設(shè)計(jì)及工作原理電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)原理框圖如圖 2-1所示。智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)從結(jié)構(gòu)上主要分為控制部分和執(zhí)行驅(qū)動(dòng)部分?？刂撇糠种饕蓡纹瑱C(jī)、PWM波發(fā)生器、IPM逆變器、A/D、D/A 轉(zhuǎn)換模塊、整流模塊、輸入輸出通道、故障檢測和報(bào)警電路等組 成。執(zhí)行驅(qū)動(dòng)部分主要包括三相伺報(bào)電機(jī)和位置傳感器。反IFI也-Al1 fh*陽2-1 ti曲秋t r拭榭裡址2.1系統(tǒng)工作原理霍爾電流、電壓傳感器及位置傳感器檢測到的逆變模塊三相輸出 電流、電壓及閥門的位置信號(hào)，經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)。單片 機(jī)通過8255控制PWM波發(fā)生器，產(chǎn)生的PWM波經(jīng)光電耦合作用于 逆變模塊IPM,實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變頻調(diào)速以及閥位控

16、制。逆變模塊工 作時(shí)所需要的直流電壓信號(hào)由整流電路對(duì)380V電源進(jìn)行全橋整 流得到。2.2控制系統(tǒng)各功能元件的選型與設(shè)計(jì)1）單片機(jī) 選用INTEL公司生產(chǎn)的8031單片機(jī)，它主要通過并行 8255 口擔(dān)負(fù)控制系統(tǒng)的信號(hào)處理：接收系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)矩、閥門開啟、 關(guān)閉及閥門開度等設(shè)定信號(hào)，并提供三相 PWM波發(fā)生器所需要的 控制信號(hào)；處理IPM發(fā)出的故障信號(hào)和報(bào)警信號(hào)；處理通過模擬 輸入口接收的電流、電壓、位置等檢測信號(hào)；提供顯示電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)信號(hào)；執(zhí)行控制系統(tǒng)來的控制信號(hào)，向控制系統(tǒng) 反饋信號(hào)；2）三相PWM波發(fā)生器 PWM波的產(chǎn)生通常有模擬和數(shù)字兩種方法。模擬法電路復(fù)雜，有溫漂現(xiàn)象，精度低，限

17、制了系統(tǒng)的性能；數(shù) 字法是按照不同的數(shù)字模型用計(jì)算機(jī)算出各切換點(diǎn)，并存入內(nèi)存，然后通過查表及必要的計(jì)算產(chǎn)生 PWM波，這種方法占用的內(nèi)存較 大，不能保證系統(tǒng)的精度。為了滿足智能功率模塊所需要的PWM波控制信號(hào)，保證微處理器有足夠的時(shí)間進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的檢測、保護(hù)、控制等功能，文中選用MITEL公司生產(chǎn)的SA8282作為三相 PWMg生器。SA8282是專用大規(guī)模集成電路，具有獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)微 處理器接口，芯片內(nèi)部包含了波形、頻率、幅值等控制信息。3）智能逆變模塊IPM為了滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)體積小，可靠性高的要 求，電機(jī)電源采用智能功率模塊 IPMo該執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要適用功率 小于5. 5kW的三相異步電機(jī)，其額

18、定電壓為 380V,功率因數(shù)為0. 75。經(jīng)計(jì)算可知，選用日本產(chǎn)的智能功率模塊 PM50RSA12可 以滿足系統(tǒng)要求。該功率模塊集功率開關(guān)和驅(qū)動(dòng)電路、制動(dòng)電路 于一體，并內(nèi)置過電流、短路、欠電壓和過熱保護(hù)以及報(bào)警輸出， 是一種高性能的功率開關(guān)器件。4）位置檢測電路 位置檢測電路是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的重要組成部分，它 的功能是提供準(zhǔn)確的位置信號(hào)。關(guān)鍵問題是位置傳感器的選型。 在傳統(tǒng)的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中多采用繞線電位器、差動(dòng)變壓器、導(dǎo)電 塑料電位器等。繞線電位器壽命短被淘汰。差動(dòng)變壓器由于線性 區(qū)太短和溫度特性不理想而受到限制。導(dǎo)電塑料電位器目前較為 流行，但它是有觸點(diǎn)的，壽命也不可能很長，精度也不高。筆者 采

19、用的位置傳感器為脈沖數(shù)字式傳感器，這種傳感器是無觸點(diǎn)的, 且具有精度高、無線性區(qū)限制、穩(wěn)定性高、無溫度限制等特點(diǎn)。5）電壓、電流及檢測檢測電壓、電流主要是為了計(jì)算電機(jī)的力矩，以及變頻器輸出回路短路、斷相保護(hù)和逆變模塊故障診斷。由于變頻器輸出的電流和電壓的頻率范圍為050Hz,采用常規(guī)的電流、電壓互感器無法滿足要求。為了快速反映出電流的大小， 采用霍爾型電流互感器檢測IPM輸出的三相電流，對(duì)于IPM輸出 電壓的檢測采用分壓電路。如圖 2-2所示。IB 22 IPM輸出電濂，電應(yīng)檢歸6）通訊接口 為了實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)和遠(yuǎn)程控制，選用MAX232乍為 系統(tǒng)的串行通訊接口，MAX23初部有兩個(gè)完全相同的

20、電平轉(zhuǎn)換電 路,可以把8031串行口輸出的TTL電平轉(zhuǎn)換為RS-232標(biāo)準(zhǔn)電平， 把其它微機(jī)送來的RS-232標(biāo)準(zhǔn)電平轉(zhuǎn)換成TTL電平給8031,實(shí) 現(xiàn)單片機(jī)與其它微機(jī)間的通訊。7）時(shí)鐘電路 時(shí)鐘電路主要用來提供采樣與控制周期、速度計(jì)算 時(shí)所需要的時(shí)間以及日歷。文中選用時(shí)鐘電路 DS12887 DS12887 內(nèi)部有114字節(jié)的用戶非易失性RAM可用來存入需長期保存的 數(shù)據(jù)。8）液晶顯示單元 為了實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話功能，選用 MGLS1283液晶 顯示模塊組成顯示電路。采用組態(tài)顯示方式。通過菜單選擇，可 分別對(duì)閥門、力矩、限位、電機(jī)、通訊和參數(shù)等信號(hào)進(jìn)行設(shè)置或 調(diào)試。并采用文字和圖形相結(jié)合的方式，顯

21、示直觀、清晰。9）程序出格自恢復(fù)電路為了保證在強(qiáng)干擾下程序出格時(shí)系統(tǒng)能 夠自動(dòng)地恢復(fù)正常，選用MAX70組成程序出格自恢復(fù)電路，監(jiān)視 程序運(yùn)行。如圖2-3所示，該電路由MAX705與非門及微分電路 組成。圖23即佯岀格口恢我電路工作原理為：一旦程序出格， WDO由高變低，由于微分電路的作 用，由“與非”門輸入引腳2變?yōu)楦唠娖?，引腳2電平的這種變 化使“與非”門輸出一個(gè)正脈沖，使單片機(jī)產(chǎn)生一次復(fù)位，復(fù)位 結(jié)束后，又由程序通過 P1. 0 口向MAX705勺WDI引腳發(fā)正脈沖， 使WDOI腳回到高電平，程序出格自恢復(fù)電路繼續(xù)監(jiān)視程序運(yùn)行。第3章 機(jī)電一體化中閥位及速度控制原理閥位及速度控制原理框圖

22、如圖 3-1所示。采用雙環(huán)控制方案，其中內(nèi)環(huán)為速度環(huán)，外環(huán)為位置環(huán)。速度環(huán) 主要將當(dāng)前速度與速度給定發(fā)生器送來的設(shè)定速度相比較，通過 速度調(diào)節(jié)器改變PW波發(fā)生器載波頻率，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。 速度調(diào)節(jié)器采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法（具體內(nèi)容另文敘述） 外環(huán)主要根據(jù)當(dāng)前位置速度的設(shè)定，通過速度給定發(fā)生器向內(nèi)環(huán) 提供速度的設(shè)定值。由于大流量閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)在運(yùn)行過程中存在加 速、勻速、減速等階段。各階段的時(shí)間長短、加速度的大小、在 何位置開始勻速或減速均與給定位置、當(dāng)前位置以及運(yùn)行速度有 關(guān)。速度給定發(fā)生器的工作原理為：通過比較實(shí)際閥位與給定閥 位，當(dāng)二者不相等時(shí)，以恒定加速度加速，減速點(diǎn)根據(jù)當(dāng)前速度、 閥

23、位值、閥位給定值的大小計(jì)算得來。執(zhí)行機(jī)構(gòu)各階段運(yùn)行速度的計(jì)算原理fflJ2執(zhí)行權(quán)構(gòu)的典噎運(yùn)肝迷度圉圖3-2為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的典型運(yùn)行速度圖，它由若干段變化速率不同 的折線組成。將曲線上速率開始發(fā)生改變的那一點(diǎn)稱為起始段點(diǎn)， 相應(yīng)的時(shí)間稱為段起始時(shí)間，如圖 3-2中的t(i)(i = 0，1，2,)，相應(yīng)的速度稱為段起始速度，如圖3-2所示vi)(i = 0， 1, 2,)。設(shè)第i段速度的變化速率為ki，則有：k s A式中： v為兩段點(diǎn)之間的速度變化值， v = vi + 1 vi ； t為兩段之間的時(shí)間， t = ti + 1 ti o顯然，當(dāng)ki = 0時(shí)為恒速段，ki 0時(shí)為升速段，ki v

24、0時(shí)為減速 段。任意時(shí)刻的速度給定值為：tr- =1 1 ) + ； X T,Ts為采樣周期變化速率ki的取值由給定位置、當(dāng)前位置以及運(yùn)行速度的大小確第4章關(guān)鍵技術(shù)問題的解決該電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用了最新的變頻調(diào)速技術(shù)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率小于5. 5kW用戶可根據(jù)需要設(shè)定力矩特性，根據(jù)控制的閥設(shè)定速度, 速度分多轉(zhuǎn)式、直行程、角行程 3種方式。控制系統(tǒng)由閥位給定 和閥位反饋信號(hào)構(gòu)成的閉環(huán)系統(tǒng)，控制特性視運(yùn)行方式、速度而 定，并具有自動(dòng)過流保護(hù)、過載保護(hù)、超壓、欠壓、過熱、缺相、 堵轉(zhuǎn)等保護(hù)功能。該執(zhí)行機(jī)構(gòu)解決的關(guān)鍵性技術(shù)問題主要有：1）閥門柔性開關(guān) 柔性開關(guān)主要是為了當(dāng)閥關(guān)閉或全開時(shí)，保證 閥門不卡死與損

25、傷。執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部的微處理器根據(jù)測得的變頻器 輸出電壓和電流，通過精確計(jì)算，得出其輸出力矩。一旦輸出力 矩達(dá)到或大于設(shè)定的力矩，自動(dòng)降低速度，以避免閥門內(nèi)部過度 的撞擊，從而達(dá)到最優(yōu)關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)過力矩保護(hù)。2）閥位的極限位置判斷 閥位的極限位置是指全開和全關(guān)位置。 在傳統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，該位置的檢測是通過機(jī)械式限位開關(guān)獲得的。 機(jī)械式限位開關(guān)精度低，在運(yùn)行中易松動(dòng)，可靠性差。在文中， 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)極限位置通過檢測位置信號(hào)的增量獲得。其原理是, 單片機(jī)將本次檢測的位置信號(hào)與上次檢測的信號(hào)相比較，如果未 發(fā)生變化或變化較小，即認(rèn)為己達(dá)到極限位置，立即切斷異步電 機(jī)的供電電源，保證閥門的安全關(guān)閉或全開。省去

26、了機(jī)械式限位 開關(guān)，無需在調(diào)試時(shí)對(duì)其進(jìn)行復(fù)雜的調(diào)整。3）電機(jī)保護(hù)的實(shí)現(xiàn) 為了防止電機(jī)因過熱而燒毀，單片機(jī)通過溫 度傳感器連續(xù)檢測電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行溫度，如果溫度傳感器檢測到 電機(jī)溫度過高，自動(dòng)切斷供電電源。溫度傳感器內(nèi)置于電機(jī)內(nèi)部。4）準(zhǔn)確定位 傳統(tǒng)的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在異步電機(jī)通電后會(huì)很快達(dá)到 其額定動(dòng)作速度，當(dāng)接近停止位置時(shí)，電機(jī)斷電后，由于機(jī)械慣 性，其閥門不可能立即停下來，會(huì)出現(xiàn)不同程度的超程，這一超 程通常采用控制電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)來校正。機(jī)電一體化的大流量電動(dòng) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)當(dāng)前位置與給定位置的差值以及運(yùn)行速度的大小超 前確定減速點(diǎn)的位置及減速段變化速率 ki，使閥門在較低的速度 下實(shí)現(xiàn)精確的微調(diào)和

27、定位，從而將超程降到最低。5）模擬信號(hào)的隔離。對(duì)于變頻器的直流電壓以及輸出的三相電壓，它們之間的地址不 一致，存在著較高的共模電壓，為了保證系統(tǒng)的安全性，必須將 它們彼此相互隔離。采用LM358和4N25組成了隔離線性放大電路。 如圖4-1所示，采用土 15V和土 12V兩組獨(dú)立的正負(fù)電源。若運(yùn)放 A的反相端電位由于擾動(dòng)而正向偏離虛地，則運(yùn)放 A輸出端的電 位將降低，因而光電耦合器的發(fā)光強(qiáng)度將增強(qiáng)，貝U使其集射極電 壓減小，最后使運(yùn)放 A反相端的電位降低，回到正常狀態(tài)。若 A 的反相端電位負(fù)向偏離虛地，也可以重回到正常狀態(tài)。從而增強(qiáng) 了系統(tǒng)的抗干擾性。圖4-1線性隔離故火器第5章 機(jī)電一體化中

28、繼電器保護(hù)的現(xiàn)狀與發(fā)展5.1繼電保護(hù)發(fā)展現(xiàn)狀40電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展對(duì)繼電保護(hù)不斷提出新的要求，電子技 術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)的飛速發(fā)展又為繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展 不斷地注入了新的活力，因此，繼電保護(hù)技術(shù)得天獨(dú)厚，在 余年的時(shí)間里完成了發(fā)展的4個(gè)歷史階段。建國后，我國繼電保護(hù)學(xué)科、繼電保護(hù)設(shè)計(jì)、繼電器制造工 業(yè)和繼電保護(hù)技術(shù)隊(duì)伍從無到有，在大約10年的時(shí)間里走過了先 進(jìn)國家半個(gè)世紀(jì)走過的道路。50年代，我國工程技術(shù)人員創(chuàng)造性 地吸收、消化、掌握了國外先進(jìn)的繼電保護(hù)設(shè)備性能和運(yùn)行技術(shù)1,建成了一支具有深厚繼電保護(hù)理論造詣和豐富運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的 繼電保護(hù)技術(shù)隊(duì)伍，對(duì)全國繼電保護(hù)技術(shù)隊(duì)伍的建立和成長起了 指導(dǎo)

29、作用。阿城繼電器廠引進(jìn)消化了當(dāng)時(shí)國外先進(jìn)的繼電器制造 技術(shù)，建立了我國自己的繼電器制造業(yè)。 因而在60年代中我國已 建成了繼電保護(hù)研究、設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行和教學(xué)的完整體系。這 是機(jī)電式繼電保護(hù)繁榮的時(shí)代，為我國繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展奠定 了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。自50年代末，晶體管繼電保護(hù)已在開始研究。60年代中到80年代中是晶體管繼電保護(hù)蓬勃發(fā)展和廣泛采用的時(shí)代。其中天津大學(xué)與南京電力自動(dòng)化設(shè)備廠合作研究的500kV晶體管方向高頻保護(hù)和南京電力自動(dòng)化研究院研制的晶體管高頻閉鎖距離保 護(hù)，運(yùn)行于葛洲壩500 kV線路上2，結(jié)束了 500kV線路保護(hù) 完全依靠從國外進(jìn)口的時(shí)代。在此期間，從70年代中，基于集成運(yùn)算

30、放大器的集成電路保 護(hù)已開始研究。到80年代末集成電路保護(hù)已形成完整系列， 逐漸 取代晶體管保護(hù)。到90年代初集成電路保護(hù)的研制、生產(chǎn)、應(yīng)用 仍處于主導(dǎo)地位，這是集成電路保護(hù)時(shí)代。在這方面南京電力自 動(dòng)化研究院研制的集成電路工頻變化量方向高頻保護(hù)起了重要作 用3，天津大學(xué)與南京電力自動(dòng)化設(shè)備廠合作研制的集成電路 相電壓補(bǔ)償式方向高頻保護(hù)也在多條 220kV和500kV線路上運(yùn)行。我國從70年代末即已開始了計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)的研究4, 高等院校和科研院所起著先導(dǎo)的作用。 華中理工大學(xué)、東南大學(xué)、 華北電力學(xué)院、西安交通大學(xué)、天津大學(xué)、上海交通大學(xué)、重慶 大學(xué)和南京電力自動(dòng)化研究院都相繼研制了不同原理

31、、不同型式 的微機(jī)保護(hù)裝置。1984年原華北電力學(xué)院研制的輸電線路微機(jī)保 護(hù)裝置首先通過鑒定，并在系統(tǒng)中獲得應(yīng)用5,揭開了我國繼電保護(hù)發(fā)展史上新的一頁，為微機(jī)保護(hù)的推廣開辟了道路。在主 設(shè)備保護(hù)方面，東南大學(xué)和華中理工大學(xué)研制的發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)、 發(fā)電機(jī)保護(hù)和發(fā)電機(jī)？變壓器組保護(hù)也相繼于1989、1994年通過 鑒定，投入運(yùn)行。南京電力自動(dòng)化研究院研制的微機(jī)線路保護(hù)裝 置也于1991年通過鑒定。天津大學(xué)與南京電力自動(dòng)化設(shè)備廠合作 研制的微機(jī)相電壓補(bǔ)償式方向高頻保護(hù)，西安交通大學(xué)與許昌繼 電器廠合作研制的正序故障分量方向高頻保護(hù)也相繼于1993、1996年通過鑒定。至此，不同原理、不同機(jī)型的微機(jī)線

32、路和主設(shè) 備保護(hù)各具特色，為電力系統(tǒng)提供了一批新一代性能優(yōu)良、功能 齊全、工作可靠的繼電保護(hù)裝置。隨著微機(jī)保護(hù)裝置的研究，在 微機(jī)保護(hù)軟件、算法等方面也取得了很多理論成果?？梢哉f從90年代開始我國繼電保護(hù)技術(shù)已進(jìn)入了微機(jī)保護(hù)的時(shí)代。5.2 繼電保護(hù)的未來發(fā)展繼電保護(hù)技術(shù)未來趨勢是向計(jì)算機(jī)化，網(wǎng)絡(luò)化，智能化，保 護(hù)、控制、測量和數(shù)據(jù)通信一體化發(fā)展。5.2.1計(jì)算機(jī)化隨著計(jì)算機(jī)硬件的迅猛發(fā)展，微機(jī)保護(hù)硬件也在不斷發(fā)展。原華北電力學(xué)院研制的微機(jī)線路保護(hù)硬件已經(jīng)歷了3個(gè)發(fā)展階段：從8位單CPU吉構(gòu)的微機(jī)保護(hù)問世，不到5年時(shí)間就發(fā)展到 多CPU吉構(gòu)，后又發(fā)展到總線不出模塊的大模塊結(jié)構(gòu)，性能大大 提高，得

33、到了廣泛應(yīng)用。華中理工大學(xué)研制的微機(jī)保護(hù)也是從8位CPU發(fā)展到以工控機(jī)核心部分為基礎(chǔ)的 32位微機(jī)保護(hù)。南京電力自動(dòng)化研究院一開始就研制了 16位CPL為基礎(chǔ)的微 機(jī)線路保護(hù)，已得到大面積推廣，目前也在研究32位保護(hù)硬件系 統(tǒng)。東南大學(xué)研制的微機(jī)主設(shè)備保護(hù)的硬件也經(jīng)過了多次改進(jìn)和 提高。天津大學(xué)一開始即研制以16位多CPU為基礎(chǔ)的微機(jī)線路保 護(hù)，1988年即開始研究以32位數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)為基礎(chǔ)的保 護(hù)、控制、測量一體化微機(jī)裝置，目前已與珠海晉電自動(dòng)化設(shè)備 公司合作研制成一種功能齊全的 32位大模塊，一個(gè)模塊就是一個(gè) 小型計(jì)算機(jī)。采用32位微機(jī)芯片并非只著眼于精度，因?yàn)榫仁?A/D轉(zhuǎn)

34、換器分辨率的限制，超過16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勺寄存器、數(shù)據(jù)總線、地址總線都是 32 位的，具有存儲(chǔ)器管理功能、存儲(chǔ)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)部件都集成在CPU內(nèi)。電力系統(tǒng)對(duì)微機(jī)保護(hù)的要求不斷提高，除了保護(hù)的基本功能 外，還應(yīng)具有大容量故障信息和數(shù)據(jù)的長期存放空間，快速的數(shù) 據(jù)處理功能，強(qiáng)大的通信能力，與其它保護(hù)、控制裝置和調(diào)度聯(lián) 網(wǎng)以共享全系統(tǒng)數(shù)據(jù)、信息和網(wǎng)絡(luò)資源的能力，高級(jí)語言編程等。 這就要求微機(jī)保護(hù)裝

35、置具有相當(dāng)于一臺(tái) PC機(jī)的功能。在計(jì)算機(jī)保 護(hù)發(fā)展初期，曾設(shè)想過用一臺(tái)小型計(jì)算機(jī)作成繼電保護(hù)裝置。由 于當(dāng)時(shí)小型機(jī)體積大、成本高、可靠性差，這個(gè)設(shè)想是不現(xiàn)實(shí)的。 現(xiàn)在，同微機(jī)保護(hù)裝置大小相似的工控機(jī)的功能、速度、存儲(chǔ)容 量大大超過了當(dāng)年的小型機(jī)，因此，用成套工控機(jī)作成繼電保護(hù) 的時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟，這將是微機(jī)保護(hù)的發(fā)展方向之一。天津大學(xué)已 研制成用同微機(jī)保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)完全相同的一種工控機(jī)加以改造作 成的繼電保護(hù)裝置。這種裝置的優(yōu)點(diǎn)有：具有486PC機(jī)的全部 功能，能滿足對(duì)當(dāng)前和未來微機(jī)保護(hù)的各種功能要求。尺寸和 結(jié)構(gòu)與目前的微機(jī)保護(hù)裝置相似，工藝精良、防震、防過熱、防 電磁干擾能力強(qiáng)，可運(yùn)行于非常惡劣

36、的工作環(huán)境，成本可接受。 采用STD總線或PC總線，硬件模塊化，對(duì)于不同的保護(hù)可任 意選用不同模塊，配置靈活、容易擴(kuò)展。繼電保護(hù)裝置的微機(jī)化、計(jì)算機(jī)化是不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢。 但對(duì)如何更好地滿足電力系統(tǒng)要求，如何進(jìn)一步提高繼電保護(hù)的 可靠性，如何取得更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，尚須進(jìn)行具體深 入的研究。522網(wǎng)絡(luò)化計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)作為信息和數(shù)據(jù)通信工具已成為信息時(shí)代的技術(shù) 支柱，使人類生產(chǎn)和社會(huì)生活的面貌發(fā)生了根本變化。它深刻影 響著各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，也為各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域提供了強(qiáng)有力的通信手段。 到目前為止，除了差動(dòng)保護(hù)和縱聯(lián)保護(hù)外，所有繼電保護(hù)裝置都 只能反應(yīng)保護(hù)安裝處的電氣量。繼電保護(hù)的作用也只限于切除故

37、障元件，縮小事故影響范圍。這主要是由于缺乏強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)通 信手段。國外早已提出過系統(tǒng)保護(hù)的概念，這在當(dāng)時(shí)主要指安全 自動(dòng)裝置。因繼電保護(hù)的作用不只限于切除故障元件和限制事故 影響范圍（這是首要任務(wù)），還要保證全系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。這 就要求每個(gè)保護(hù)單元都能共享全系統(tǒng)的運(yùn)行和故障信息的數(shù)據(jù)， 各個(gè)保護(hù)單元與重合閘裝置在分析這些信息和數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上協(xié)調(diào) 動(dòng)作，確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。顯然，實(shí)現(xiàn)這種系統(tǒng)保護(hù)的基 本條件是將全系統(tǒng)各主要設(shè)備的保護(hù)裝置用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接起 來，亦即實(shí)現(xiàn)微機(jī)保護(hù)裝置的網(wǎng)絡(luò)化。這在當(dāng)前的技術(shù)條件下是 完全可能的。對(duì)于一般的非系統(tǒng)保護(hù)，實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置的計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)也有很 大的好處。繼

38、電保護(hù)裝置能夠得到的系統(tǒng)故障信息愈多，貝U對(duì)故 障性質(zhì)、故障位置的判斷和故障距離的檢測愈準(zhǔn)確。對(duì)自適應(yīng)保 護(hù)原理的研究已經(jīng)過很長的時(shí)間，也取得了一定的成果，但要真 正實(shí)現(xiàn)保護(hù)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行方式和故障狀態(tài)的自適應(yīng)，必須獲得更多 的系統(tǒng)運(yùn)行和故障信息，只有實(shí)現(xiàn)保護(hù)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化，才能做 到這一點(diǎn)。對(duì)于某些保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，也能提高保護(hù)的可靠性。 天津大學(xué)1993年針對(duì)未來三峽水電站500kV超高壓多回路母線提 出了一種分布式母線保護(hù)的原理6，初步研制成功了這種裝置。 其原理是將傳統(tǒng)的集中式母線保護(hù)分散成若干個(gè)（與被保護(hù)母線的回路數(shù)相同）母線保護(hù)單元，分散裝設(shè)在各回路保護(hù)屏上，各保 護(hù)單元用計(jì)算機(jī)

39、網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接起來，每個(gè)保護(hù)單元只輸入本回路的電 流量，將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳送給其它所有回 路的保護(hù)單元，各保護(hù)單元根據(jù)本回路的電流量和從計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 上獲得的其它所有回路的電流量，進(jìn)行母線差動(dòng)保護(hù)的計(jì)算，如 果計(jì)算結(jié)果證明是母線內(nèi)部故障則只跳開本回路斷路器，將故障 的母線隔離。在母線區(qū)外故障時(shí)，各保護(hù)單元都計(jì)算為外部故障 均不動(dòng)作。這種用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的分布式母線保護(hù)原理，比傳 統(tǒng)的集中式母線保護(hù)原理有較高的可靠性。因?yàn)槿绻粋€(gè)保護(hù)單 元受到干擾或計(jì)算錯(cuò)誤而誤動(dòng)時(shí)，只能錯(cuò)誤地跳開本回路，不會(huì) 造成使母線整個(gè)被切除的惡性事故，這對(duì)于象三峽電站具有超高 壓母線的系統(tǒng)樞紐非常重要。由上述可

40、知，微機(jī)保護(hù)裝置網(wǎng)絡(luò)化可大大提高保護(hù)性能和可 靠性，這是微機(jī)保護(hù)發(fā)展的必然趨勢。523保護(hù)、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化在實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的計(jì)算機(jī)化和網(wǎng)絡(luò)化的條件下，保護(hù)裝置實(shí) 際上就是一臺(tái)高性能、多功能的計(jì)算機(jī)，是整個(gè)電力系統(tǒng)計(jì)算機(jī) 網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)智能終端。它可從網(wǎng)上獲取電力系統(tǒng)運(yùn)行和故障的 任何信息和數(shù)據(jù)，也可將它所獲得的被保護(hù)元件的任何信息和數(shù) 據(jù)傳送給網(wǎng)絡(luò)控制中心或任一終端。因此，每個(gè)微機(jī)保護(hù)裝置不 但可完成繼電保護(hù)功能，而且在無故障正常運(yùn)行情況下還可完成 測量、控制、數(shù)據(jù)通信功能，亦即實(shí)現(xiàn)保護(hù)、控制、測量、數(shù)據(jù) 通信一體化。目前，為了測量、保護(hù)和控制的需要，室外變電站的所有設(shè) 備，如變壓器、

41、線路等的二次電壓、電流都必須用控制電纜引到 主控室。所敷設(shè)的大量控制電纜不但要大量投資，而且使二次回 路非常復(fù)雜。但是如果將上述的保護(hù)、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化的計(jì)算機(jī)裝置，就地安裝在室外變電站的被保護(hù)設(shè)備旁，將 被保護(hù)設(shè)備的電壓、電流量在此裝置內(nèi)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，通過計(jì) 算機(jī)網(wǎng)絡(luò)送到主控室，則可免除大量的控制電纜。如果用光纖作 為網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)，還可免除電磁干擾?，F(xiàn)在光電流互感器(OTA) 和光電壓互感器(OTV)已在研究試驗(yàn)階段，將來必然在電力系統(tǒng)中 得到應(yīng)用。在采用 OTA和OTV的情況下，保護(hù)裝置應(yīng)放在距 OTA 和OTV最近的地方，亦即應(yīng)放在被保護(hù)設(shè)備附近。OTA和OTV的光信號(hào)輸入到此一體化裝置中并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后，一方面用作保 護(hù)的計(jì)算判斷；另一方面作為測量量，通過網(wǎng)絡(luò)送到主控室。從 主控室通過網(wǎng)絡(luò)可將對(duì)被保護(hù)設(shè)備的操作控制命令送到此一體化 裝置，由此一體化裝置執(zhí)行斷路器的操作。1992年天津大學(xué)提出 了保護(hù)、控制、測量、通信一體