單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的電力變壓器保護(hù)

1、1 緒論1.1電力系統(tǒng)故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)電力工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，是重要的支柱產(chǎn)業(yè)。它與國家的興盛和人民的安康有密切的關(guān)系，因此，電力產(chǎn)品應(yīng)該是安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)的能源產(chǎn)品。隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，電力系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜。在整個電力生產(chǎn)過程中，由于人為因素或大自然的原因，會產(chǎn)生這樣那樣的故障和出現(xiàn)不正常的運(yùn)行狀態(tài)。電力變壓器是整個電力系統(tǒng)的重要電氣設(shè)備，關(guān)系整個電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。它的可靠運(yùn)行對于保證安全供電具有十分重要的意義。隨著超高壓大容量變壓器的廣泛應(yīng)用，對變壓器保護(hù)的可靠性和靈敏性提出了更高的要求。因此，對于變壓器的故障和不正常狀態(tài)必須裝設(shè)可靠的繼電保護(hù)裝置。

2、 變壓器的故障分為內(nèi)部故障和外部故障兩種。內(nèi)部故障是指變壓器油箱內(nèi)所發(fā)生的故障，如線圈的相間短路、匝間短路、單相接地短路及鐵芯燒壞等。這些故障如不迅速排除有很大的危險性，因?yàn)檫@些故障都伴隨有電弧產(chǎn)生，電弧將會引起絕緣物的劇烈氣化，從而可能導(dǎo)致油箱的爆炸。外部故障就是指油箱以外的故障，如套管以及引出線上的故障等。這種故障可能導(dǎo)致引出線的相間短路和接地（對變壓器外殼）短路。 變壓器不正常運(yùn)行狀態(tài)主要有：由于變壓器外部相間短路引起的過電流，外部接地短路引起的過電流和中性點(diǎn)過電壓；由于負(fù)荷超過額定容量引起的過負(fù)荷，以及由于漏油等原因而引起的油面降低。 此外，對大容量變壓器，由于其額定工作時的磁通密度相

3、當(dāng)接近于鐵心的飽和磁通密度，因此在過電壓或低頻率等異常運(yùn)行方式下，還會發(fā)生變壓器的過勵磁故障。1.2 繼電保護(hù)的基本原理和保護(hù)裝置組成為完成繼電保護(hù)的任務(wù)，首先需要正確區(qū)分電力系統(tǒng)運(yùn)行與發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)之間的差別，找出電力系統(tǒng)被保護(hù)范圍內(nèi)電器組件（輸電線路、發(fā)電機(jī)、變壓器等）發(fā)生故障或不正常運(yùn)行時的特征，配置完善的保護(hù)以滿足繼電保護(hù)的要求。電力系統(tǒng)不同電氣組件故障或不正常運(yùn)行的特征可能是不同的，但在一般情況下，發(fā)生短路故障之后總是伴隨有電流增大、電壓降低、電流，電壓間的相位發(fā)生變化，測量阻抗發(fā)生變化等，利用正常運(yùn)行時的這些基本參數(shù)與故障時的區(qū)別，可以構(gòu)成不同原理的繼電保護(hù)。例如反應(yīng)電流

4、增大的過流保護(hù)，反應(yīng)電壓降低的低電壓保護(hù)，反應(yīng)故障點(diǎn)到保護(hù)安裝處之間距離（或阻抗）的距離保護(hù)，反應(yīng)電流，電壓間相位的方向保護(hù)及及反應(yīng)故障瞬間特征量的瞬態(tài)保護(hù)等。構(gòu)成各種繼電保護(hù)裝置時，可使它們反應(yīng)每相中的某一個或幾個基本電氣參數(shù)（如相電流或相電壓等），也可以使之反應(yīng)這些基本參數(shù)的一個或幾個對稱分量（如負(fù)序，零序或正序量），例如利用零序構(gòu)成接地保護(hù)，利用負(fù)序量構(gòu)成相間保護(hù)等。上述的基本故障是故障或不正常運(yùn)行時的穩(wěn)定參數(shù)，即故障發(fā)生且穩(wěn)定后得到的，以這些故障量構(gòu)成的繼電保護(hù)稱作穩(wěn)態(tài)保護(hù)。繼電保護(hù)的種類雖然很多，但就一般而言其基本結(jié)構(gòu)主要包括現(xiàn)場信號輸入部分，測量部分、邏輯部分和執(zhí)行部分。其原理圖如

5、1-1所示。1.現(xiàn)場信號輸入部分現(xiàn)場信號送入繼電保護(hù)裝置一般要進(jìn)行必要的前置處理，如電平轉(zhuǎn)換，低通濾波等，使繼電器能有效的檢測各現(xiàn)場物理量。2.測量部分測量部分是檢測經(jīng)現(xiàn)場信號輸入電路處理后的與保護(hù)對象有關(guān)的物理量測量。并和已給的整定值進(jìn)行比較，從而判斷保護(hù)是否應(yīng)該啟動。 3.邏輯部分 邏輯部分的作用是根據(jù)測量部分各輸出量的大小、性質(zhì)，邏輯狀態(tài)、輸出順序等信息，按一定的邏輯關(guān)系組合、運(yùn)算，最后確定是否應(yīng)該使斷路器跳閘或發(fā)出信號，并將有關(guān)命令傳給執(zhí)行部分。4.執(zhí)行部分 執(zhí)行部分的作用是根據(jù)邏輯部分送的信號，最后完成保護(hù)裝置所擔(dān)負(fù)的任務(wù)。如發(fā)出信號，跳閘或不動作。1.3 對繼電保護(hù)的基本要求對于跳

6、閘的繼電保護(hù)，在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)上一般應(yīng)滿足四個基本要求，即選擇性、速動性、可靠性、靈敏性。現(xiàn)分別討論如下:（1） 選擇性繼電保護(hù)動作的選擇是指保護(hù)裝置動作時，僅將故障組件從電力系統(tǒng)中切除，使停電范圍盡量縮小，以保證系統(tǒng)中的無故障部分仍能繼續(xù)安全運(yùn)行。（2） 速動性快速地切除故障可以提高電力系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性，減少用戶在低電壓情況下的工作時間，減少故障組件的損壞程度。因此，在發(fā)生故障時，力求保護(hù)裝置能迅速動作切除故障。在一些情況下，電力系統(tǒng)允許保護(hù)裝置在切除故障時帶有一定的延時。因此，對繼電保護(hù)速動性的具體要求，應(yīng)根據(jù)電力系統(tǒng)的接線以及被保護(hù)組件的具體情況來確定。下面列舉一些必須切除的故障：1）

7、根據(jù)維持系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求，必須快速切除高壓輸電線路上發(fā)生的故障；2） 導(dǎo)致發(fā)電廠或重要用戶的母線電壓低于允許值（一般為額定電壓的70%）的故障；3） 大容量的發(fā)電機(jī)、變壓器及電動機(jī)內(nèi)部所發(fā)生的故障；4） 110KV線路導(dǎo)線截面過小，為避免過熱不允許延時切除的故障；5） 可能危及人身安全，對通訊系統(tǒng)或鐵道號志系統(tǒng)有強(qiáng)烈干擾的故障等；故障切除的總時間等于保護(hù)裝置和斷路器動作時間之和。一般的快速保護(hù)的動作時間為0.060.12S，最快的可達(dá)0.010.04S，一般的斷路器的動作時間為0.060.15S，最快的可達(dá)0.020.06S。（3） 靈敏性繼電保護(hù)的靈敏性:是指對于保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障或不正常運(yùn)

8、行狀態(tài)的反應(yīng)能力。（4） 可靠性保護(hù)裝置的可靠性是指在所規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)，發(fā)生了它應(yīng)該動作的故障時，它不應(yīng)拒絕動作；而在該保護(hù)不該動作的情況下，則不應(yīng)誤動作。因此可靠性包括兩方面的內(nèi)容：可靠不誤動和可靠不拒動。1.4 微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)簡介 1 我國微機(jī)型變壓器保護(hù)技術(shù)發(fā)展簡述2O世紀(jì)60年代末，由GDRockefeller等人倡議用計(jì)構(gòu)成繼電保護(hù)裝置。7O年代以來，隨著微機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，微機(jī)保護(hù)由研究開發(fā)逐步進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用。目前國外各繼電保護(hù)裝置制造廠家均已推出基于微型計(jì)算機(jī)的繼電保護(hù)產(chǎn)品。我國微機(jī)保護(hù)的研制起步雖晚，但步伐很快。從1984年第一臺微機(jī)線路保護(hù)在現(xiàn)場投運(yùn)以來，經(jīng)過近2O年的發(fā)展，已

9、形成繼電保護(hù)科研、設(shè)計(jì)、運(yùn)行、制造的完整體系，繼電保護(hù)專業(yè)制造廠已由上世紀(jì)5O年代阿城繼電器廠一家，發(fā)展到許繼公司、國電南自公司、南瑞公司、北京四方公司等多家開發(fā)能力強(qiáng)、制造水平高的大型專業(yè)制造企業(yè)。目前，國內(nèi)微機(jī)保護(hù)在原理、性能和主要技術(shù)指標(biāo)上均已達(dá)到國際先進(jìn)水平，其制造工藝也逐步達(dá)到先進(jìn)水平。微機(jī)變壓器保護(hù)與微機(jī)線路保護(hù)相比，發(fā)展相對較晚，但近年來發(fā)展迅速，原理應(yīng)用及硬件平臺逐步成熟，使用率接近40，是我國電力系統(tǒng)未來幾年保護(hù)設(shè)備改造的生力軍。用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的原理是從電壓互感器和電流互感器引出二次電壓和電流。經(jīng)變換器變?yōu)檫m合于保護(hù)所用的電壓、電流再經(jīng)輸入濾波器濾去直流分量、低次及高次

10、諧波和各種干擾后進(jìn)入多路器。將輸入的各個電氣量按時間分開，送到“模數(shù)”(AD)轉(zhuǎn)換器變?yōu)閿?shù)字量，計(jì)算機(jī)即可對輸入的數(shù)字量進(jìn)行運(yùn)算處理和判別故障。微機(jī)保護(hù)是由一臺計(jì)算機(jī)和相應(yīng)的軟件(程序)來實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜功能的繼電保護(hù)裝置。微機(jī)保護(hù)的特性主要是由軟件，即根據(jù)保護(hù)需要而編制的計(jì)算機(jī)程序來決定的，具有較大的靈活性，不同原理的保護(hù)可以采用通用的硬件。2. 微機(jī)保護(hù)的基本構(gòu)成 由于計(jì)算機(jī)只能作數(shù)字運(yùn)算或邏輯運(yùn)算，因此，首先要求以模擬量輸入的電流、電壓的瞬時值變換為離散的數(shù)字量，然后才送入計(jì)算機(jī)的中央處理器，按規(guī)定的算法和程序進(jìn)行運(yùn)算，且將運(yùn)算結(jié)果隨時與給定的數(shù)字進(jìn)行比較，最后做出是否跳閘的判斷。微機(jī)保護(hù)的

11、基本構(gòu)成可看成由硬件和軟件構(gòu)成。其整套硬件通常是用單獨(dú)的專用機(jī)箱組裝，包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、CPU主系統(tǒng)、開關(guān)量輸出、輸入系統(tǒng)及外圍設(shè)備等。微機(jī)保護(hù)的軟件由初始化模塊、數(shù)據(jù)采集管理模塊、故障檢出模塊、故障計(jì)算模塊與自檢模塊等組成。 微型機(jī)繼電保護(hù)系統(tǒng)的硬件一般包括以下三部分:（1）模擬量輸入系統(tǒng)（或稱數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）包括電壓形成、模擬濾波（ALF）、采樣保持(S/H)、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)(MPX)以及模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)等功能塊，完成將模擬輸入量準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換為所需的數(shù)字量。（2）CPU主系統(tǒng) 包括微處理器(MPU)、只讀存儲器（一般用EPROM）、隨機(jī)存取存儲器以及定時器等。MPU執(zhí)行存放在EPROM中的程序

12、，對由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輸入至RAM區(qū)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，以完成各種繼電保護(hù)的功能。（3）開關(guān)量（或數(shù)字量）輸入/輸出系統(tǒng) 由若干并行接口適配器(PIA或PIO)、光電隔離器件及有接點(diǎn)的中間繼電器等組成，以完成各種保護(hù)的出口跳閘、信號警報、外部接點(diǎn)輸入及人機(jī)對話等功能。硬件示意框圖如圖1-2所示。2電力變壓器保護(hù)的基本原理2.1電力變壓器保護(hù)的概述 電力變壓器是電力系統(tǒng)的中十分重要的供電元件，它的故障將對供電可靠性和系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來嚴(yán)重的影響。由于大容量的電力變壓器是十分昂貴的元件，因此，必須根據(jù)變壓器的容量和重要程度來考慮裝設(shè)性能良好，工作可靠的繼電保護(hù)裝置。電力變壓器保護(hù)的核心問題有兩個：

13、其一是如何鑒別內(nèi)外部故障，對于這一個問題，已經(jīng)有一些有效的算法來解決，例如可變比率制動特性的差動過流算法，時間差動過流算法（簡稱差動算法），并成功運(yùn)用于工業(yè)裝置中。其二是在空載投入變壓器或外部故障切除后恢復(fù)供電等情況下，變壓器能產(chǎn)生很大的勵磁涌流，涌流的存在常常導(dǎo)致差動保護(hù)誤動。如何區(qū)分內(nèi)部短路和勵磁涌流是變壓器差動保護(hù)的主要設(shè)計(jì)難點(diǎn)。對于微機(jī)型變壓器保護(hù)來說，最常采用的是利用變壓器電流、電壓判別勵磁涌流。應(yīng)用最廣泛的是二次諧波分量的算法，其在加速保護(hù)動作上主要研究方向：一為研究快速響應(yīng)的算法，二為尋找計(jì)算量小的算法（如傅氏算法等）。變壓器微型機(jī)保護(hù)的特點(diǎn)（1） 提高靈敏度 要求差動保護(hù)能靈敏

14、動作于匝間短路故障，同時也要求靈敏動作內(nèi)部高電阻接地故障。（2） 保持高速度 對于接于超高壓遠(yuǎn)離輸電線路的變壓器，當(dāng)發(fā)生內(nèi)部故障時，由于諧振也會產(chǎn)生諧波電流，可能引起諧波制動的差動保護(hù)延緩動作，需要采取有效的加速措施或?qū)で笮略淼膭畲庞苛麒b別方法。（3） 有效地對付過勵磁 大型變壓器的工作磁密通常取得較高，短時過壓或頻率降低，勵磁電流會激增。計(jì)算機(jī)技術(shù)為解決這些難題提供了手段，主要表現(xiàn)在：（1） 在差動保護(hù)中可將TA二次側(cè)電流直接差改為數(shù)字差。（2） 可通過數(shù)字計(jì)算進(jìn)行電流相位調(diào)整。（3） 可應(yīng)用更多更復(fù)雜的原理來改善勵磁涌流鑒別能力。（4） 可通過采用靈活的算法來獲得高速度和高靈敏度。（5）

15、 采用復(fù)雜的運(yùn)算和邏輯處理在一定程度上實(shí)現(xiàn)CT和PT斷線報警和閉鎖。（6） 由TA 變比標(biāo)準(zhǔn)化帶來的誤差可用數(shù)字運(yùn)算進(jìn)行補(bǔ)償。2.2 電力變壓器保護(hù)的方式 變壓器應(yīng)配置相應(yīng)的繼電保護(hù)裝置有：瓦斯保護(hù)、縱差動保護(hù)、后備保護(hù)、接地保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)和過勵磁保護(hù)等。2.2.1變壓器的瓦斯保護(hù) 變壓器的瓦斯保護(hù)是變壓器油箱內(nèi)部故障的主要保護(hù)之一。變壓器油箱內(nèi)部故障通過瓦斯保護(hù)的主要元件氣體繼電器來反應(yīng)，它和縱差動保護(hù)共同實(shí)現(xiàn)變壓器的主保護(hù)。此外，瓦斯保護(hù)還是油箱漏油或繞組、鐵芯燒損的唯一保護(hù)。2.2.2 變壓器的縱差動保護(hù) 變壓器縱差動保護(hù)是反應(yīng)變壓器繞組和引出線相間短路、繞組匝間短路以及中性點(diǎn)直接接地

16、系統(tǒng)側(cè)繞組和引出線接地短路的主保護(hù)。實(shí)現(xiàn)變壓器縱差動保護(hù)必須遵循基本原則，并解決好兩個突出問題：勵磁涌流和區(qū)外短路的不平衡電流 變壓器差動保護(hù)應(yīng)滿足以下要求：在任何情況下，當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生短路性質(zhì)的故障（包括高阻接地及匝間短路）時應(yīng)快速動作跳閘。故障變壓器空載投入時，可能伴隨較大的勵磁涌流，亦應(yīng)盡快動作。反之當(dāng)出現(xiàn)外部故障伴隨很大的穿越電流時，應(yīng)可靠不動作。無論正常變壓器發(fā)生任何形式的勵磁涌流和過激勵應(yīng)可靠不動作。因此，與傳統(tǒng)保護(hù)類似，計(jì)算機(jī)變壓器差動保護(hù)的原理和算法主要可分為兩部分：一部分是如何區(qū)分內(nèi)、外故障，另一部分是如何鑒別勵磁涌流。下面介紹一個有關(guān)于計(jì)算機(jī)變壓器差動保護(hù)的算法，即具有折

17、線比率制動特性的差動原理和算法。用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)變壓器差動保護(hù)時，通常也是分相差動接法，故可取一相來研究。假定變壓器Y側(cè)CT 已經(jīng)接成形以補(bǔ)償相位移，變壓器兩側(cè)CT變化誤差已由數(shù)字計(jì)算進(jìn)行了補(bǔ)償，并取各側(cè)電流流入變壓器為假定正方向。對于雙繞組變壓器，若規(guī)定其兩側(cè)分別為側(cè)和側(cè)，那么按照大型變壓器通常采用的三段折線式比率制動特性要求，其基波相量可表示成下列動作判據(jù)或算法：I>I I II> K ( I- I)+ I I< I I （2-1）I> K ( I- I)+ K ( I- I)+ I I> I式中 I 差動電流I=+;I 制動電流I=-; I 不帶制動時差流最小動

18、作電流；K和K 分別為第一和第二段折線斜率，K<K；I 和I 分別為與第一和第二折點(diǎn)對應(yīng)的制動電流 I< I。21動作區(qū)IIIII式(2-1)的制動特性如圖(2-1)是正余弦函數(shù)相關(guān)算法（通過衰減直流誤差校正）和最小二乘法。計(jì)算過程可先用采樣瞬時值計(jì)算差動電流及制動電流的瞬時值，再計(jì)算基波向量；亦可先計(jì)算各側(cè)的基波向量，再計(jì)算差動電流和制動電流。對于三繞組變壓器，設(shè)第三繞組以表示，差動電流Id可表示為： =+ + （2-2）圖2-1 三段折線比率制動特性制動電流的計(jì)算常用的作法有兩種,分別如下兩式所示, 即 =+ + （2-3） =max(,) (2-4)亦可以按照目前某些常規(guī)保護(hù)

19、中的作法,采用下式計(jì)算制動電流: =+ (2-5) 其中,k1=tg1 ,k2=tg2。目前比較重要設(shè)備上的計(jì)算機(jī)保護(hù)均采用16位甚至32位微機(jī)，其計(jì)算機(jī)處理能力是很強(qiáng)的，因此可選用更復(fù)雜的算法。下面再介紹一種反映“穿越電流”的制動量的計(jì)算方法。 = (2-6)式中，滿足= max(,)，= , =。此外，還可把發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)中的標(biāo)積制動式原理引入到多繞組變壓器差動保護(hù)中，可有差動判據(jù)為： ISIIcos （2-7)式中，S為制動系數(shù)，=arg(, )。式（2-7）中制動量的具體算法在此處已經(jīng)超出設(shè)計(jì)的范疇，也就不做過多的闡述。需要指出，采用式（2-3）（2-6）與采用式（2-1）計(jì)算制動量所

20、對應(yīng)的K值不相同，應(yīng)通過具體分析來確定。勵磁涌流的鑒別方法按信號特征可分為:波形特征識別法，間斷角原理亦屬于這一類；諧波識別法，最常用的是依據(jù)二次諧波電流的大??；參考模型相關(guān)法；磁通特性識別法；圖象識別法等等。若按輸入量的種類又可分為：僅用差動電流鑒別方法；僅用端電壓量的鑒別法；同時利用差動電流和端電壓量的鑒別法。下面將詳細(xì)介紹利用二次諧波電流鑒別勵磁涌流的方法。二次諧波制動法有很多優(yōu)點(diǎn)，它可以正確區(qū)分空載合閘和外部故障切除后電壓恢復(fù)過程中的勵磁涌流，也可以正確辨別內(nèi)部三相對稱性短路。 分析表明，勵磁涌流中含有較大的二次諧波成分。通過計(jì)算機(jī)電流中的二次諧波電流與基波電流的幅值之比可判斷是否存在

21、勵磁涌流。當(dāng)出現(xiàn)勵磁涌流時應(yīng)有 （2-8）式中，與分別為基波和二次諧波電流模值； 二次諧波制動比（可整定）。傳統(tǒng)的同類裝置中，通常將二次諧波電流看成制動量而將它與制動比例制動量相加作為綜合自動量，即相當(dāng)于在式（2-1）中每一式右邊都加上一項(xiàng)代表二次諧波的量。這種作法用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)雖然可行，但因內(nèi)部故障時差動電流中多少也會包含一些二次諧波分量，從而會對靈敏度產(chǎn)生不利影響，所以計(jì)算機(jī)保護(hù)中則通常直接用式（2-8）獨(dú)立判定勵磁涌流的存在與否，以便決定是否閉鎖差動保護(hù)。 二次諧波電流的計(jì)算目前多采用正余弦函數(shù)相關(guān)算法、最小二乘法或者全零點(diǎn)濾波算法。利用二次諧波電流鑒別勵磁涌流的原理除了在常規(guī)保護(hù)中已有

22、長期成功運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)外，目前投入運(yùn)行的計(jì)算機(jī)變壓器保護(hù)也大都采用該原理，因而在實(shí)用化方面相對成熟一些。3. 變壓器相間短路的后備保護(hù) 變壓器相間短路的后備保護(hù)不僅是變壓器主保護(hù)的后備，也是相鄰母線或線路的后備。根據(jù)變壓器的容量和對保護(hù)靈敏性的要求可采用以下不同類型的后備保護(hù)，它們對發(fā)電機(jī)后備保護(hù)同樣適用。如過電流保護(hù)、低電壓起動過電流保護(hù)、復(fù)合電壓起動過電流保護(hù)、負(fù)序電流保護(hù)、低阻抗保護(hù)。4. 變壓器接地保護(hù) 變壓器接地保護(hù)是反應(yīng)變壓器高壓、繞組、引出線上的接地短路，并作為變壓器主保護(hù)和相鄰母線、線路接地保護(hù)的后備保護(hù)。 變壓器接地保護(hù)方式與其中性點(diǎn)是否接地有關(guān)。 變壓器中性點(diǎn)是否接地取決于電力

23、系統(tǒng)的要求和變壓器中性點(diǎn)的絕緣水平。 3 微機(jī)保護(hù)的基本組成及基本硬件設(shè)計(jì)3.1微機(jī)保護(hù)的概述微機(jī)保護(hù)由硬件和軟件組成。硬件通常包括模擬量輸入系統(tǒng)、微機(jī)主系統(tǒng)、開關(guān)量輸入/輸出接口和通信接口等。軟件指的是數(shù)字濾波器和微機(jī)保護(hù)算法，實(shí)際上都是一段計(jì)算程序。硬件和軟件共同實(shí)現(xiàn)了微機(jī)保護(hù)的各種功能。由于微機(jī)保護(hù)具有可靠性高、靈活性強(qiáng)、保護(hù)性能得到改善、易于擴(kuò)充功能、維護(hù)調(diào)試方便和有利于實(shí)現(xiàn)變電站綜合自動化等優(yōu)點(diǎn)，它已成為繼電保護(hù)發(fā)展的方向和電力系統(tǒng)綜合自動化不可或缺的重要組成部分。3.2 模擬量輸入通道本設(shè)計(jì)采用逐次比較式模擬數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集信號。逐次比較式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成原理框圖如圖：CPU采樣

24、保持多路開關(guān) A/D轉(zhuǎn)換低通濾波電壓形成圖3 -33.2.1電壓形成回路微機(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信息，但這些互感器的二次數(shù)值、輸入范圍對典型的微機(jī)電路不適用，故需要降低和變換。通常要求輸入信號為±5V或±10V的電壓信號，具體決定于所用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。因此實(shí)現(xiàn)方案有兩種：采用電抗變換器；采用電流中間變換器。電抗變換器有阻止電流，放大高頻分量的作用，當(dāng)一次側(cè)流過非正弦量時，二次側(cè)電壓波形將發(fā)生嚴(yán)重岐變，這是所不希望的。其優(yōu)點(diǎn)是線性范圍較大，鐵芯不易飽和，具有移相的作用，另外，其抑制非周期分量的作用在一定的場合下也可能成為優(yōu)點(diǎn)。

25、電流中間變換器的最大優(yōu)點(diǎn)是：只要鐵芯不飽和，其二次電流及并聯(lián)電阻上的二次電壓的波形可基本保持與一次電流波形相同且同相，即保持原信號不失真，在單片機(jī)保護(hù)系統(tǒng)中根據(jù)需要而通過軟件實(shí)現(xiàn)，它的缺點(diǎn)是：在非周期分量的作用下容易飽和，線性度較差，動態(tài)范圍也較小。其附加作用是起到屏蔽和隔離的作用，可提高保護(hù)的可靠性。交流電流的變換一般采用電流中間變換器在其二次側(cè)并電阻以取得其所需電壓的方式。電流量轉(zhuǎn)換成為電壓量：單片機(jī)系統(tǒng)只能處理數(shù)字量，它不容易實(shí)現(xiàn)將電流量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，而很容易實(shí)現(xiàn)將電壓量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量進(jìn)行采集，故本系統(tǒng)要將電流量向電壓量進(jìn)行轉(zhuǎn)換。它的實(shí)現(xiàn)方案較容易實(shí)現(xiàn)，只須將輸入端并聯(lián)一電阻再和電流中間變

26、換器串聯(lián)即可。3.2.2 模擬低通濾波（ALF） 采樣總是按照一定的頻率工作的，為了滿足采樣定理，必須限制輸入信號的最高頻率，也就是說必須給予輸入信號一定的帶限。前置模擬低通濾波的主要作用便在于此。模擬濾波器通常可分為兩大類，一類為無源濾波器，由RLC元件構(gòu)成；另一類是有源濾波器，主要由集成運(yùn)算放大器和RC等元件構(gòu)成。1.無源濾波器：由RLC元件構(gòu)成，它可分為LC和RC兩大類，它能得到較理想的低通相頻特性。LC由電感器L與電容器C構(gòu)成的，但由于電感器笨重昂貴，制作麻煩，同時因微機(jī)保護(hù)中要求前置低濾波器的截止頻率低，電感器的體積會過分龐大。特別是用于多路系統(tǒng)中時更是不合適，故一般不常用。RC由電

27、阻R與電容器C構(gòu)成的低通濾波器，但其傳遞函數(shù)局限性很大，傳遞函數(shù)的極點(diǎn)永遠(yuǎn)只能位于S平面的負(fù)平面上，因而頻率特性總是呈單調(diào)衰減的，無法做到通帶平坦和過渡帶陡峭。但它結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、能承受較大的過載和浪涌沖擊等等。RC可組成一階、二階或高階濾波器，其高階濾波器對于在數(shù)值上就小于基波量的那些諧波分量衰減過大，將對保護(hù)性能產(chǎn)生不良影響。由于本系統(tǒng)對此要求不高，因而采用了一階模擬濾波器。其硬件示意圖如圖3-1所示。 由于數(shù)字濾波器有許多優(yōu)點(diǎn)，因而通常并不要求3-1的濾波器濾掉所有的高頻分量，而僅用它濾掉fs/2以上的分量，以消除頻率混疊，防止高頻分量混到工頻附近來。低于fs/2的其他暫態(tài)頻率分量，

28、可以通過數(shù)字濾波器來濾除。由于本設(shè)計(jì)的截止頻率為100HZ,另外為了提高電路對輸入信號高次諧波分量的擬制能力即對信號的選擇性，工程中為了定量地衡量選擇性，常用發(fā)生=1/來衡量求解。因?yàn)镾=jw；w= =。取R=4700，求得C=0.3386Uf。3.2.3 采樣保持電路(1)S/H電路的作用及原理S/H電路的作用是在一個極短的時間內(nèi)測量模擬輸入量在該時刻的瞬時值 ，并在模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換的期間內(nèi)保持其輸出不變。S/H電路的工作原理可用圖3-1來說明。它由一個電子模擬開關(guān)AS，電容Ch以及兩個阻抗變換器組成。開關(guān)AS受邏輯輸入端電平控制。在高電平時AS閉合，此時，電路處于采樣狀態(tài)。Ch迅速充

29、電或放電到Usr在采樣時刻的電壓值。AS的閉合時間應(yīng)滿足使Ch有足夠的充電或放電時間即采樣時間。顯然希望采樣時間越短越好，因而應(yīng)用阻抗變換器I，它在輸入端呈現(xiàn)高阻抗，而輸出阻抗很低，使Ch上的電壓能迅速跟蹤到Usr值。AS打開時，電容Ch上保持住AS打開瞬間的電壓，電路處于保持狀態(tài)。同樣，為了提高保持能力，電路中應(yīng)用了另一個阻抗變換器，它對Ch呈現(xiàn)高阻抗，而輸出阻抗很低，以增強(qiáng)帶負(fù)載能力。阻抗變換器可由運(yùn)算放大器構(gòu)成。 (2)對采樣保持電路的需求高質(zhì)量的采樣保持電路應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)：1）使Ch上電壓按一定的精度跟蹤上Usr所需要的最小采樣寬度Tc，對快速變化的信號采樣時，要求Tc盡量短，以便可用

30、很窄的采樣脈沖，這樣才能準(zhǔn)確的反映某一時刻的Usr值。阻抗變換器阻抗變換器 Usr Usc Ch 邏輯輸入圖3 - 1 采樣保持電路原理圖2）保持時間要長。通常用下降率U/（TS - TC）來表示保持能力。3）模擬開關(guān)的動作延時、閉合電阻和開斷時的漏電流要小。上述1）、2）兩個指標(biāo)一方面決定于圖中所用阻抗變換器的質(zhì)量，另一方面也和電容器Ch的容量有關(guān)。就截獲時間來說，希望Ch越小越好，但就保持時間而言，Ch則越大越好。因此設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)使用場合的特點(diǎn)在二者之間權(quán)衡后選擇合適的Ch值。Ch值不宜太小，這不僅因?yàn)楸３帜芰﹄SCh下降而下降，還因?yàn)镃h和采樣脈沖輸入電路之間不可避免的有一定的通過分布電容

31、的耦合，因而在從采樣狀態(tài)到保持狀態(tài)的瞬間，采樣脈沖由高電平變到低電平，這種電平的跳變可能通過分布電容的耦合影響Ch的保持值，由于這種原因造成的誤差叫保持跳變誤差。對于一般單片機(jī)保護(hù)系統(tǒng)來說，通常可選用Ch=0.01uf,保護(hù)系統(tǒng)的采樣間隔一般不大于2ms，而達(dá)到0.1%的采樣跟蹤精度所需的最小截獲時間為20us，僅相當(dāng)于工頻的0.36度，也是完全允許的。目前已有將整個采樣保持電路集成在一塊芯片上的商品，但其中不包括電容Ch，一方面是因?yàn)橛眉呻娐窐?gòu)成電容困難，另一方面是為增加設(shè)計(jì)的靈活性，可根據(jù)不同的應(yīng)用場合選用不同容量的電容Ch。圖3-2就是微機(jī)保護(hù)常用的一種型號為LF-398的采樣保持電路

32、芯片的原理圖。 圖3 2 LF-398芯片原理圖電路主要由兩只高性能的運(yùn)算放大器A1、A2構(gòu)成的跟隨器組成。其中A2是典型的跟隨器接法，其反相端直接與輸出端相連。由于運(yùn)算放大器的開環(huán)放大倍數(shù)極高，兩個輸入端之間的電位差實(shí)際上為零，所以輸出端對地電壓能跟蹤上輸入端對地電壓，也就是保持Ch兩端的電壓。A1的接法與A2實(shí)質(zhì)相同，在采樣狀態(tài)其反相輸入端從輸出端經(jīng)電阻R 獲得負(fù)反饋，使輸出跟蹤輸入電壓。在AS斷開后的保持階段，A2的輸出電壓不再變化，但模擬量輸入?yún)s仍在變化，A1不再從A2的輸出端獲得負(fù)反饋，為此在A1的輸出端和反相輸入端之間跨接了兩個反向并聯(lián)的二極管，配合電阻R起到隔離第二級輸出與第一級

33、的聯(lián)系，而直接從A1的輸出端經(jīng)過二極管獲得負(fù)反饋，以防止A2進(jìn)入飽和區(qū)。跟蹤器的輸入阻抗很高，輸出阻抗很低，因而A1對輸入信號Usr來說是高阻，而在采樣狀態(tài)時對電容Ch為低阻充放電，故要快速采樣。又由于A2的緩沖和隔離作用使電路有較好的保持性能。AS為場效應(yīng)管模擬開關(guān)，由運(yùn)算放大器A3驅(qū)動。A3的邏輯輸入端由外部電路按一定時序控制，進(jìn)而控制著Ch處于采樣或保持狀態(tài)。(3)采樣頻率的選擇及ALF的應(yīng)用采樣間隔Ts的倒數(shù)稱為采樣頻率fs。采樣頻率的選擇是微機(jī)保護(hù)硬件設(shè)計(jì)中的一個關(guān)鍵問題，為此要綜合考慮很多因素，并從中作出權(quán)衡。采樣頻率越高，要求CPU的速度越高。因?yàn)槲C(jī)保護(hù)是一個實(shí)時系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集

34、系統(tǒng)以采樣頻率不斷地向CPU輸入數(shù)據(jù)，CPU必須要來得及在兩個相鄰采樣間隔時間Ts內(nèi)處理完對每一組采樣值所必須作的各種操作和運(yùn)算，否則CPU將跟不上實(shí)時節(jié)拍而無法工作。相反采樣頻率過低不能真實(shí)地反映被采樣信號的情況?？梢宰C明，如果被采樣信號中所含最高頻率成份的頻率為fmax,則采樣頻率fs必須大于fmax的二倍，否則將造成頻率混疊。設(shè)被采樣信號X（t）中含有的最高頻率為fmax,現(xiàn)將X (t)中這一頻率成分X fmax（t）,單獨(dú)畫在圖3-3（a）中。從圖3-3(b)可以看出，當(dāng)fs= fmax時，采樣所看到的為一直流成份，而從圖3-3（c）看出，當(dāng)fs略大于fmax時，采樣所看到的是一個差拍

35、低頻信號。這就是說，一個高于fs/2的頻率成份在采樣后將被錯誤地認(rèn)為是低頻信號,或稱高頻信號“混疊”到了低頻段，顯然在fs2fmax后，將不會出現(xiàn)這種混疊現(xiàn)象。 對微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)來說，在故障初瞬，電壓、電流中可能含有相當(dāng)高的頻率分量，為防止混疊，fs將不得不用得很高，從而對硬件速度提出過高的要求。但實(shí)際上目前大多數(shù)的微機(jī)保護(hù)原理都是反映工頻量的，在這種情況下可以在采樣前用一個低通濾波器將高頻分量濾掉，這樣就可以降低fs，從而降低對硬件提出的要求。實(shí)際上，由于數(shù)字濾波器有很多優(yōu)點(diǎn)，通常并不要求ALF濾掉所有的高頻分量，而僅用它濾掉fs/2以上的分量，以消除頻率混疊，防止高頻分量混到工頻附近來。低于

36、fs/2的其他暫態(tài)頻率分量，可以通過數(shù)字濾波來濾除。采用ALF消除頻率混疊問題后，采樣頻率的選擇很大程度上取決于保護(hù)的原理和算法的要求，同時還要考慮硬件的速度問題。例如一種常用的采樣頻率是使采樣間隔Ts=5/3ms,這正好相當(dāng)于工頻300，因而可以很方便地實(shí)現(xiàn)300、600、900移相，從而構(gòu)成負(fù)序?yàn)V過器等?？紤]到硬件目前實(shí)現(xiàn)可達(dá)到的速度，絕大多數(shù)微機(jī)保護(hù)的采樣間隔Ts都在0.5ms2ms的范圍內(nèi)。 圖3 3 （a）、（b）、（c） 頻率混疊示意圖3.2.4模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809為八位逐次逼近式AID轉(zhuǎn)換器，是一種單片CMOS器件，包括8位的模、數(shù)轉(zhuǎn)換器、8通道多路轉(zhuǎn)換器和與微處理器兼容的控

37、制邏輯。8通道多路轉(zhuǎn)換器能直接連通8個單端模擬信號中的任何一個。3.3開關(guān)量輸入通道和輸出通道3.3.1開關(guān)量輸入通道對微機(jī)保護(hù)裝置的開關(guān)量輸入，即接點(diǎn)狀態(tài)（接通或斷開）的輸入可以分成以下兩大類。（1）安裝在裝置面板上的接點(diǎn)。這類接點(diǎn)包括在裝置調(diào)試時用的或運(yùn)行中定期檢查裝置用的鍵盤接點(diǎn)以及切換裝置工作方式用的轉(zhuǎn)換開關(guān)等。 （2）從裝置外部經(jīng)過端子排引入裝置的特點(diǎn)。例如需要由運(yùn)行人員不打開裝置外蓋而在運(yùn)行中切換的各種壓板，轉(zhuǎn)換開關(guān)以及其他保護(hù)裝置和操作繼電器的接點(diǎn)等。對于裝在裝置面板上的接點(diǎn)，可直接接至微機(jī)的并行接口，如圖3-8所示。只要在初始化時規(guī)定圖中可編程的并行口PA0為輸入口，則CPU就

38、可以通過軟件查詢，隨時知道圖3-8中外部接點(diǎn)K1的狀態(tài)。對于從裝置外部引入的接點(diǎn)，如果也按圖3-8接線將給微機(jī)引入干擾，故應(yīng)經(jīng)光電隔離如圖3-9所示。圖中虛線框內(nèi)是一個光電耦合器件，集成在一個芯片內(nèi)。當(dāng)外部接點(diǎn)K1接通時，有電流通過光電器件的發(fā)光二極管回路，使光敏三極管導(dǎo)通。K1打開時，則光敏三極管截止。因此三極管的導(dǎo)通和截止完全反映了外部接點(diǎn)的狀態(tài)，如同將K1接到三極管的位置一樣。不同點(diǎn)是圖3-9中可能帶有電磁干擾的外部接線回路和微機(jī)的電路部分之間無電的聯(lián)系，而光電耦合芯片的兩個互相隔離部分間的分布電容僅僅是幾個微法，因此可大大削弱干擾。圖3-8 裝置面板上的接點(diǎn)與微機(jī)接口連接圖 圖3-9

39、微機(jī)外部接點(diǎn)與微機(jī)接口連接圖3.3.2開關(guān)量輸出通道 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。一般都采用并行接口的輸出口來控制有接點(diǎn)繼電器（干簧或密封小中間繼電器）的方法，但為提高干擾能力，最好也經(jīng)過光電隔離如圖3-8所示。只要由軟件使并行口的PB0輸出“0”，PB1輸出“1”，便可使與非門H1輸出低電平，光敏三極管導(dǎo)通，繼電器J被吸合。在初始化和需要繼電器J返還時，應(yīng)使PB0輸出“1”，PB1輸出“0”。設(shè)置反相器及與非門H1而不是將發(fā)光二極管直接同并行接口相連，一方面是因?yàn)椴⑿锌趲ж?fù)載能力有限，不足以驅(qū)動發(fā)光二極管，另一方面因?yàn)椴捎门c非門后要滿足兩個條件才能使J動作，增

40、加了抗干擾能力。最后應(yīng)當(dāng)注意圖中的PB0經(jīng)一反相器，而PB1卻不經(jīng)反相器，這樣接可防止拉合直流電源的過程中繼電器J的短時誤動因?yàn)樵诶现绷麟娫吹倪^程中，當(dāng)+5V電源處在中間某一臨界電壓值時，可能由于邏輯電路的工作紊亂而造成保護(hù)誤動作，特別是保護(hù)裝置的電源往往接有大量的電容器，所以拉合直流電源時，無論是+5V電源還是驅(qū)動繼電器J用的電源EC，都可能相當(dāng)緩慢的上升或下降，從而完全可能來得及使繼電器J的接點(diǎn)短時閉合。采用圖示的接法后，由于兩個相反的條件的相互制約，可以可靠的防止誤動作。 PB1PB0H1.-EcJ反相器B1+5V+Ec 圖3-8開關(guān)量輸出回路示意圖3.4 CPU主系統(tǒng)將微處理器，一定

41、容量的RAM和ROM以及I/O口，定時器等電路集成在一塊芯片上，構(gòu)成的單片微型計(jì)算機(jī)稱為單片機(jī)。本設(shè)計(jì)采用8031單片機(jī)。8031無片內(nèi)ROM需外擴(kuò)EPROM.3.3.1 8031的基本組成及功能中央處理器：    中央處理器(CPU)是整個單片機(jī)的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。 數(shù)據(jù)存儲器(RAM)：    8031內(nèi)部有128個8位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和128個專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄

42、存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的的RAM只有128個，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。定時/計(jì)數(shù)器(ROM)：8031有兩個16位的可編程定時/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。 并行輸入輸出(I/O)口：    8031共有4組8位I/O口(P0、 P1、P2、P3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。 全雙工串行口：    8031內(nèi)置一個全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步

43、移位器使用。 中斷系統(tǒng)：    8031具備較完善的中斷功能，有兩個外中斷、兩個定時/計(jì)數(shù)器中斷和一個串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級的優(yōu)先級別選擇。 時鐘電路：    8031內(nèi)置最高頻率達(dá)12MHz的時鐘電路，用于產(chǎn)生整個單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時序，但8031單片機(jī)需外置振蕩電容。8031的引腳及功能如表3-3所示表3-3 8031的引腳及功能引腳 符號功能1-8P1口帶內(nèi)部上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O端口9 RST/VPD接地端RST是復(fù)位信號輸入端，高電平有效。VPD是備用電源輸入端10-17 

44、 P3口帶內(nèi)部上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O端口，每個引腳還有第二種功能，為雙功能復(fù)用口。18XTAL2接外部晶體和微調(diào)電容。采用外部時鐘電路時，輸入外部時鐘脈沖。19XTAL1接外部晶體和微調(diào)電容另一端。采用外部時鐘電路時，此引腳應(yīng)接地。20Vss接地端 2128P2口帶內(nèi)部上拉電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O端口29程序存儲允許輸出信號端30ALE/ALE地址鎖存允許輸入端。編程脈沖輸入端31/Vpp當(dāng)=1時，先訪問內(nèi)部程序存儲器再訪問外部程序存儲器；當(dāng)=0時，只訪問外部程序存儲器。32-39P0 口雙向8位三態(tài)I/O口40Vcc電源端，為+5VP3.0的第二功能簡介：P3.0（RXD）串行口輸入端（接

45、收端）P3.1（TXD）串行口輸出端（發(fā)送端）P3.2（INTO）外部中斷0輸入端P3.3（INT1）外部中斷1輸入端P3.4（T0）定時器/計(jì)數(shù)器0外部計(jì)數(shù)據(jù)脈沖輸入端P3.5（T1）定時器/計(jì)數(shù)器1外部計(jì)數(shù)據(jù)脈沖輸入端P3.6（WR）外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通輸出信號P3.7（RD）外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通輸出信號 8031的引腳圖3.4.2 程序存貯器的擴(kuò)展本設(shè)計(jì)中用的EPROM芯片是2764（8KB），其硬件示意圖如圖3-12所示。其引腳符號意義如下：A0A12：地址輸入線；D0D7：三態(tài)數(shù)據(jù)總線，讀或編程校驗(yàn)時為數(shù)據(jù)輸出線，編程時為數(shù)據(jù)輸入線，維持或編程禁止時，D0D7顯高阻態(tài)；：選片信號輸入

46、線，低電平有效； ：數(shù)據(jù)，低電平有效； Vpp：編程電源輸入線。3.4.3 鍵盤、顯示接口芯片8279芯片的擴(kuò)展 Intel 8279芯片是一種通用的可編程的鍵盤、顯示接口器件，單個芯片就能完成鍵盤輸入和顯示控制兩種功能。8279芯片包括鍵盤輸入和顯示輸出兩個部分。鍵盤部分提供的掃描方式，可以為64鍵的接觸式按鍵陣列提供掃描接口，也可以用諸如霍爾效應(yīng)或鐵氧體變形體的傳感器陣列或一個選通的接口鍵盤，能自動消除按鍵抖動以及鍵同時按下的保護(hù)。顯示部分按掃描方式工作，能為發(fā)光二極管、七段顯示器、液晶顯示器等提供掃描顯示接口，可以顯示8位或16位。8279內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-16所示。8279采用單一+5V

47、電源供電，40腳DIP封裝，圖3-17為8279管腳配置圖。其各引腳的功能如下：D0D7:雙向數(shù)據(jù)總線，與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連。CLK：時鐘輸入線，為提供內(nèi)部定時的時針脈沖。RESET：復(fù)位輸入線。：片選信號輸入端 。A0：數(shù)據(jù)選擇輸入線。、：讀、寫信號輸入線。IRQ ：中斷請求輸出線。SL3SL0 ：掃描輸出線，用來掃描鍵盤、傳感器陣列和顯示器。RL7RL0 ：回復(fù)輸入線。SHIFT：移位信號輸入線。CNTL/STB：控制/選通輸入線。OUT A3A0、OUT B3B0 ：顯示信號A、B輸出線。：顯示消隱輸出線。 顯示地址寄存器168顯示用RAM控制與定時寄存器88FIFO傳器RAM鍵盤去抖動與

48、控制數(shù)據(jù)緩沖器I/O控制FIFO傳感器RAM的狀態(tài)寄存器顯示寄存器定時與控制掃描計(jì)數(shù)器回復(fù)緩沖器 CLK RESET D0D7 IRQ A0 OUTA0-3 OUTB0-3 SL0-3 RL0-7 SHIFT CNTL/STB 圖3 16 鍵盤、顯示接口芯片8279結(jié)構(gòu)框圖3.4.4并行接口擴(kuò)展芯片8255A 8255A的基本組成與工作原理 8255A的引腳結(jié)構(gòu)圖如3-10所示,其主要由以下幾部分組成：（1）數(shù)據(jù)總線驅(qū)動器。這是雙向三態(tài)8位驅(qū)動器，用于和單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連，以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與8255A芯片的數(shù)據(jù)傳送。（2）并行I/O口，A口，B口和C口。每一個端口都是8位的，可以通過編程來設(shè)定為

49、輸入或輸出端口，C口也可以編程分別為兩個位的端口使用。在具體結(jié)構(gòu)上三者略有差別：A口輸入/輸出均有瑣存器，而B口和C口只有輸出瑣存器，輸入無瑣存器，但有輸入緩沖器。（3）內(nèi)部控制電路分別為A組和B組。A組控制端口A和端口C的高4位；B組控制端口B和端口C的低四位?？刂齐娐返墓ぷ魇芤粋€控制寄存器的控制，控制寄存器中存放著決定端口工作方式的信息，即工作方式控制字。（4）讀/寫控制邏輯。它用來控制端口的數(shù)據(jù)交換，對外共有6種控制信號：片選信號，低電平有效。A1、A0：端口選擇信號。通過A1、A0可選中8255A的四個寄存器（A、B、C三個I/O口端口和一個控制寄存器端口）?？诘刂愤x擇如下：A1 A0

50、 寄 存 器 0 0 輸出寄存器A（A口） 0 1 輸出寄存器B（B口） 1 0 輸出寄存器C（C口） 1 1 控制寄存器（控制口）：讀控制端。低電平有效，有效時允許單片機(jī)從8255A讀取數(shù)據(jù)或狀態(tài)字 ：寫控制端。低電平有效，有效時允許單片機(jī)將數(shù)據(jù)或控制字寫入8255A。RESET：復(fù)位控制端。高電平有效，有效時8255A復(fù)位的，復(fù)位狀態(tài)為：控制寄存器被清除，PA、PB、PC端口都被置成輸入方式。A0、A1和、及組合實(shí)現(xiàn)的端口尋址及功能，如表3-4所示。 表3-4 8255A的端口尋址和操作A1 A0操作01 0 0 0D0-D7PA口010 0 1D0-D7PB口010 1 0D0-D7PC

51、口010 1 1D0-D7控制口001 0 0PA口D0-D7001 0 1PB口D0-D7001 1 0PC口D0-D71 D0-D7呈高阻態(tài)011 D0-D7呈高阻態(tài)000 非法操作8255A有三種工作方式，即方式0、方式1、方式2。1).方式0基本的輸入/輸出方式8255A的PA、PB、PC7-3、PC3-0可分別被定義為方式0輸入或方式0輸出。方式0輸出具有鎖存功能，輸入沒有鎖存。方式0用于無條件傳輸數(shù)據(jù)的設(shè)備，雙方不需要握手信息，就可使數(shù)據(jù)簡單地寫入或讀出。2).方式1選通的輸入/輸出方式PA、PB的工作為方式1時，PC口的某些位為狀態(tài)控制線。作為8255A與外設(shè)之間的握手聯(lián)絡(luò)信號，

52、或作為8255A與CPU之間傳送狀態(tài)信息以及中斷請求信號。3).方式2選通的雙向輸入/輸出方式方式2是方式1輸入和方式1輸出結(jié)合。只有PA口允許工作于方式2，方式2使PA口成為8位雙向三態(tài)數(shù)據(jù)口，既可發(fā)送數(shù)據(jù)有可接收數(shù)據(jù)，PC口的PC3-7用來作為輸入/輸出的狀態(tài)控制信號。這時PB口和PC0-2則可編程為方式0或方式1工作。3.4微型機(jī)變壓器保護(hù)中干擾分析和抗干擾措施3.4.1 干擾的產(chǎn)生對一個實(shí)際的系統(tǒng)來講，干擾源主要有外部電源干擾、內(nèi)部電源干擾、印制板自身干擾、周圍電磁場干擾、通過I0口輸入的外部干擾信號等。就模/ 數(shù)轉(zhuǎn)換(AD)來講，由于存在傳導(dǎo)和電磁耦合干擾，加上采樣現(xiàn)場的其他信號干擾，往往混入寬頻帶噪聲(采集噪聲)，噪聲大小和AD板及其所用電源有關(guān)，某些國產(chǎn)AD板采集到的時域波行還疊加了一些突跳點(diǎn)，這些突跳點(diǎn)的位置是隨機(jī)的，幅度是隨機(jī)的。微機(jī)型變壓器保護(hù)應(yīng)用中受到來自電力系統(tǒng)的噪聲干擾主要有操作引起的噪聲、耦合引起的噪聲(電磁耦合、靜電耦合和靜電、公共阻抗耦合)、地磁引起的噪聲、直流和廠(所)用電系統(tǒng)操作引起的噪聲等。這些噪聲有的是通過影響輸入信號的數(shù)據(jù)(波形)來影響數(shù)字系統(tǒng)；有的經(jīng)導(dǎo)線分布電容和絕緣電阻侵入數(shù)字邏輯系統(tǒng)，導(dǎo)致邏輯關(guān)系紊亂；有的