畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目微機(jī)繼電保護(hù)在城市軌道交通供電系統(tǒng)中的應(yīng)用

目錄摘要1第一章微機(jī)繼電保護(hù)裝置硬件結(jié)構(gòu)11.1微機(jī)保護(hù)裝置硬件結(jié)構(gòu)11.2微機(jī)系統(tǒng).11.3開(kāi)關(guān)量/輸入/輸出系統(tǒng)11.4人機(jī)對(duì)話接口回路...1第二章微機(jī)保護(hù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)22.1電壓形成回路.22.2保持電路與模擬低通濾波器.22.3多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān).42.4模數(shù)轉(zhuǎn)換器42.5電壓—頻率（VFC）式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4第三章人機(jī)接口回路原理53.1人機(jī)接口原理.53.2鍵盤(pán)，顯示器接口..53.3硬件時(shí)鐘電路....6結(jié)論.8參考文獻(xiàn)9致謝語(yǔ)10摘要隨著生活水平提高，科學(xué)不斷進(jìn)步，微機(jī)繼電保護(hù)在城市軌道交通供電系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，它是由微型計(jì)算機(jī)或微處理機(jī)構(gòu)成的繼電保護(hù)，微機(jī)繼電保護(hù)與傳統(tǒng)繼電保護(hù)相比有著明顯的優(yōu)越性如：體積小，功能全，可靠性高，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試方便等。在此論文中，主要闡述了微機(jī)繼電保護(hù)在城市軌道交通供電系統(tǒng)中的具體應(yīng)用，同時(shí)也對(duì)如何使微機(jī)繼電保護(hù)能夠更加安全運(yùn)行以及微機(jī)繼電保護(hù)技術(shù)在城市軌道交通中的發(fā)展前景進(jìn)行思考與分析。第一章微機(jī)繼電保護(hù)裝置硬件結(jié)構(gòu)1.1微機(jī)保護(hù)裝置硬件結(jié)構(gòu)由于微機(jī)系統(tǒng)是一種數(shù)字電路設(shè)備，只能識(shí)別數(shù)字量，所以就需要將來(lái)自TA，TV的電流，電壓這一類模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成為相應(yīng)的微機(jī)系統(tǒng)能接受的數(shù)字信號(hào)。1.2微機(jī)系統(tǒng)微機(jī)系統(tǒng)用來(lái)分析計(jì)算電力系統(tǒng)的有觀電量和判定系統(tǒng)是否發(fā)生故障然后決定是否發(fā)生跳閘信號(hào)。1.2.1CPUCPU是微機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)工作的指揮中樞，CPU的好壞決定了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。切CPU多為8位或者16位。隨著數(shù)字信號(hào)處理器的廣泛應(yīng)用，變電站微機(jī)保護(hù)裝置采用DSP來(lái)完成變化功能。1.2.2存儲(chǔ)器計(jì)算機(jī)利用存儲(chǔ)器把程序和數(shù)據(jù)保存起來(lái)，常見(jiàn)的存儲(chǔ)器包括EPROM，E2PROM，SRAM,FLASH等，運(yùn)行程序和一些固定不變的數(shù)據(jù)通常保存在EPROM中，這是由于它的可靠性比較高，通常只有紫外線長(zhǎng)時(shí)間照射才可以擦除掉儲(chǔ)存在其中的內(nèi)容。而E2PROM可以在運(yùn)行時(shí)在線改寫(xiě)，且掉線后又可以保證內(nèi)容不丟失，因此常用來(lái)保存整定值。SRAM主要作用是保存程序運(yùn)行過(guò)程中臨時(shí)需要暫存數(shù)據(jù)。FLASH用來(lái)保存事故數(shù)據(jù)，以便分析事故用。1.2.3定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 用來(lái)觸發(fā)采樣信號(hào)，引起中斷采樣；在電壓頻率變換式中，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器是把頻率信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。1.3開(kāi)關(guān)量/輸入/輸出系統(tǒng)開(kāi)關(guān)量輸入輸出回路由若干個(gè)并行接口適配器，光電隔離器件及有觸電的中間繼電器組成。其他保護(hù)動(dòng)作的觸電等均作為開(kāi)關(guān)量輸入至微機(jī)保護(hù)，而微機(jī)保護(hù)的執(zhí)行結(jié)果則通過(guò)開(kāi)關(guān)量輸出電路驅(qū)動(dòng)的一些繼電器，完成各種保護(hù)的出口跳閘，信號(hào)警報(bào)等功能。1.4人機(jī)對(duì)話接口回路該回路主要功能用于人機(jī)對(duì)話，如調(diào)試，定值整定，工作方式設(shè)定，動(dòng)作行為記錄，與系統(tǒng)通訊等。第二章微機(jī)保護(hù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)又稱模擬量輸入系統(tǒng)，其作用是將電壓互感器和電流互感器二次輸出的電壓。電流模擬量經(jīng)轉(zhuǎn)化為成計(jì)算機(jī)能接受與識(shí)別的，而且大小與輸入量成比例相位不失真的數(shù)字量，然后送入CPU主系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及運(yùn)算。2.1電壓形成回路微機(jī)繼電保護(hù)要從被保護(hù)的電力線路或設(shè)備的電流互感器。電壓互感器上得信息。但這些互感器的二次數(shù)值。輸入范圍對(duì)典型的微機(jī)繼電保護(hù)電路卻不適用，需要降低和變換。在微機(jī)繼電保護(hù)中通常要求輸入信號(hào)為±5V或±10V的電壓信號(hào)，具體決定于所用的數(shù)模轉(zhuǎn)換。因此一般采用中間變換器來(lái)實(shí)現(xiàn)以上轉(zhuǎn)換，另外加入中間變換器起到了電氣隔離作用，防止交流二次回路的干擾信號(hào)進(jìn)入弱電部分。交流電壓的變換一般采用電壓變換器；交流電流的變換一般采用電流的變換器，也有采用電抗變換器。2.2保持電路與模擬低通濾波器2.2.1采樣保持電路的原理及采樣方式。在微機(jī)保護(hù)中被保護(hù)與案件的電氣量都是模擬量，而微機(jī)保護(hù)中的計(jì)算機(jī)只能對(duì)數(shù)字量進(jìn)行運(yùn)算和判斷，所以必須對(duì)來(lái)自被保護(hù)元件的模擬量進(jìn)行模/數(shù)變換，在進(jìn)行變換之前，首先要將連續(xù)的模擬量變?yōu)殡x散量，這就需要對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，即按時(shí)間段進(jìn)行量化，此功能由采樣保持芯片完成采樣電路的工作原理：它是由一個(gè)電子模擬開(kāi)關(guān)，電容以及兩個(gè)阻抗變換器組成。開(kāi)關(guān)受邏輯輸入端電平控制，在高電平時(shí)S閉合，電路處于采樣狀態(tài)。電容迅速充電或者放電到在采樣時(shí)刻的電壓值，電子模擬開(kāi)關(guān)S每隔T1短暫閉合一次，將輸入信號(hào)接通，實(shí)現(xiàn)一次采樣，如果開(kāi)關(guān)每次閉合的時(shí)間為T(mén)2，那么采樣器的輸出將是一串重復(fù)周期為T(mén)1寬度為T(mén)2的脈沖，而脈沖的幅度，則是重復(fù)著的在這段T2時(shí)間內(nèi)的信號(hào)幅度。采樣時(shí)間：電子模擬量開(kāi)關(guān)的閉合時(shí)間應(yīng)滿足使電容有足夠的充電或放電時(shí)間。2.2.2低通濾波采樣間隔T1的倒數(shù)為f，對(duì)于微機(jī)保護(hù)而言，在故障初瞬，電流。電壓中可能含有相當(dāng)高的頻率信號(hào)，為了防止混疊誤差，要求f很高，勢(shì)必增加對(duì)硬件的要求，實(shí)際上目前大多數(shù)微機(jī)保護(hù)原理多是反應(yīng)工頻量的，或反映某些高次諧波，故可以在采樣之前將最高信號(hào)波分量限制在一定頻帶內(nèi)。一般存在采樣前用一個(gè)低通濾波器將高頻分量濾掉，這樣可以降低f，從而降低對(duì)硬件的要求，另外，也可減少諧波分量對(duì)某些算法的影響。一般僅用低通濾波器濾掉f/2以上的分量，以消除頻率混疊。采用低通模擬濾波消除混疊誤差后，采樣頻率的選擇很大程度上取決于保護(hù)原理計(jì)算法的要求，同時(shí)還要考慮硬件的速度。2.3多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)在實(shí)際的數(shù)據(jù)采集模塊中，被測(cè)量或者被控制量往往可以是幾路或者幾十路，例如，阻抗，功率方向等都要求對(duì)各個(gè)模擬量同時(shí)采樣，以準(zhǔn)確的獲得各個(gè)量之間的相位關(guān)系，已進(jìn)行保護(hù)運(yùn)算。對(duì)這些回路的模擬量進(jìn)行采樣和開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)，為了滿足計(jì)算的要求或節(jié)省硬件，可以利用多路開(kāi)關(guān)輪流切換各通路，達(dá)到分時(shí)轉(zhuǎn)換的目的，共用開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器。多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)包括選擇接通路數(shù)的二進(jìn)制譯碼電路和由它控制的各路電子開(kāi)關(guān)，它們被集成電路芯片中。2.4模數(shù)轉(zhuǎn)換器模數(shù)轉(zhuǎn)換器是一種能把輸入模擬電壓或電流變成與它成正比的數(shù)字量，以便計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，存儲(chǔ)，控制和顯示。A/D轉(zhuǎn)換器的種類很多，但從原理上可以分為以下四種：計(jì)數(shù)器式A/D轉(zhuǎn)換器，雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器，逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，并行A/D轉(zhuǎn)換器。微機(jī)保護(hù)用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器絕大多數(shù)都是應(yīng)用逐次逼近法實(shí)現(xiàn)的。2.5電壓—頻率（VFC）式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)除了應(yīng)用A/D芯片的A/D式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)外，有的微機(jī)保護(hù)裝置中還采用電壓-頻率式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。前者在A/D變換過(guò)程中，CPU要使保持電路，模擬量多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)MPX，A/D三個(gè)芯片之間控制協(xié)調(diào)好，因此接口電路復(fù)雜。VFC式的模數(shù)轉(zhuǎn)換是將電壓模擬量成比例地變換為數(shù)字脈沖頻率，然后由數(shù)器對(duì)脈沖計(jì)數(shù)，將計(jì)數(shù)值送給CPU.VFC型的A/D變換方式及與CPU的接口，要比ADC型變換方式簡(jiǎn)單得多，CPU幾乎不需要對(duì)VFC芯片進(jìn)行控制。保護(hù)裝置采用VFC型的A/D變換，建立了一個(gè)新的變換方式，為微機(jī)型保護(hù)帶來(lái)了很多好處。第三章人機(jī)接口回路原理3.1人機(jī)接口原理微機(jī)保護(hù)的人機(jī)接口回路是指鍵盤(pán)，顯示器及接口CPU插件電路。人機(jī)接口回路的主要作用，是通過(guò)鍵盤(pán)和顯示器完成人機(jī)對(duì)話任務(wù)，時(shí)鐘校對(duì)及與保護(hù)CPU插件通信和巡檢任務(wù)。在單CPU結(jié)構(gòu)的保護(hù)中，接口CPU就由保護(hù)CPU兼任。鍵盤(pán)，顯示器與CPU的連接可以采用不同方式。如，采用8255擴(kuò)展I/O口的鍵盤(pán)，顯示器接口；串行口硬件譯碼鍵盤(pán)顯示器接口；串行口硬件譯碼鍵盤(pán)顯示接口；8279鍵盤(pán)，顯示器接口。采用8279鍵盤(pán)，顯示器接口，可減輕保護(hù)CPU的負(fù)擔(dān)，完成鍵盤(pán)，顯示器與保護(hù)CPU的接口任務(wù)，時(shí)鐘校對(duì)由MC146818獨(dú)立完成。在多CPU結(jié)構(gòu)的保護(hù)中，另設(shè)有專用的人機(jī)接口CPU插件，該CPU除了要完成人機(jī)接口的任務(wù)外，還要完成與各CPU的通訊管理，巡檢及時(shí)間校對(duì)，程序出格自復(fù)位等多項(xiàng)任務(wù)。與保護(hù)CPU相類似，在接口CPU的插件上除了8031CPU外，還擴(kuò)展有EPROM,RAM,串行及并行擴(kuò)展芯片8256，時(shí)鐘電路MC146818芯片及自復(fù)顯示位用的計(jì)數(shù)器74LS393.3.2鍵盤(pán)，顯示器接口3.2.1單片機(jī)擴(kuò)展的I/O組成的行列式鍵盤(pán)。人機(jī)接口的面板上鍵盤(pán)只有七個(gè)鍵：“”Q復(fù)位和確認(rèn)鍵。這樣可以使得電路十分簡(jiǎn)單，操作也很方便。鍵盤(pán)輸入電路有兩種，一種是獨(dú)立鍵盤(pán)電路，另一種是行列式按鍵電路。行列式鍵盤(pán)又叫陣式鍵盤(pán)。I/O口線組成行，列結(jié)構(gòu)，按鍵設(shè)置在行列交叉點(diǎn)上，當(dāng)按鍵數(shù)量較多時(shí)，可以節(jié)約I/O口線。對(duì)鍵盤(pán)的處理包括以下三種內(nèi)容：落鍵識(shí)別。判斷是否有按鍵落下。方法是使8256P2.4~P2.7四根線輸出低電位，然后從74L5245讀入按鍵的狀態(tài)，當(dāng)無(wú)鍵按下時(shí)，D0~D3全是”1”.有鍵按下時(shí)，D0~D3至少有一位“0”。采用軟件去抖動(dòng)措施。.鍵號(hào)的識(shí)別。采用逐行，逐列掃描的方法。鍵號(hào)=行號(hào)+列號(hào)*4。鍵號(hào)存入累加器中。重鍵處理。軟件采用當(dāng)按下鍵釋放后，才能接受下一個(gè)按鍵的處理方法。3.2.2液晶顯示電路。液晶顯示器也叫LCD顯示器。一半在保護(hù)裝置的人機(jī)對(duì)話面板上設(shè)有液晶顯示模塊，同時(shí)保留打印機(jī)接口。液晶顯示電路以菜單的形式顯示出各個(gè)鍵盤(pán)操作及執(zhí)行的結(jié)果，給用戶調(diào)試和檢修微型機(jī)裝置提供方便，使人機(jī)聯(lián)系更加直觀。點(diǎn)陣式液晶顯示器體積小，功率消耗小，接口簡(jiǎn)單，微機(jī)保護(hù)中，采用字符液晶顯示模塊，依照顯示字符的行數(shù)及每行顯示字符的個(gè)數(shù)不同，分為多種型號(hào)。在液晶顯示屏上可并列排放著若干點(diǎn)陣的字符顯示位，每一位顯示一個(gè)字符。根據(jù)需要將要輸出的數(shù)據(jù)或信息轉(zhuǎn)換成顯示符代碼后，在通過(guò)8256芯片的P2口將需要顯示的數(shù)據(jù)輸送到不同的顯示位上。3.2.3采用8279鍵盤(pán)，顯示器接口芯片。 可編鍵盤(pán)，顯示器專用接口芯片8279是專用鍵盤(pán)，顯示控制芯片，能對(duì)顯示器自動(dòng)掃描；識(shí)別鍵盤(pán)上按下鍵的鍵號(hào)，可充分提高效率。在接口電路中應(yīng)用較多。3.3硬件時(shí)鐘電路接口插件設(shè)置了一個(gè)硬件時(shí)鐘電路，由一片MC146818時(shí)鐘芯片及輔助元器件組成，MC146818芯片是智能式硬件時(shí)鐘，其內(nèi)部由電子鐘和存儲(chǔ)器兩部分組成。克計(jì)年，月，日，時(shí)，分，秒，星期；能處理閏月閏年；可將當(dāng)前時(shí)間實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，以便入機(jī)接口CPU隨時(shí)讀取。芯片時(shí)鐘工作方式分述如下:（1）正常運(yùn)行方式。當(dāng)接口CPU復(fù)位重新開(kāi)始執(zhí)行程序初始化工作完成后，從硬件時(shí)鐘取時(shí)間值通過(guò)CPU串行通信口送到保護(hù)CPU插件內(nèi)部時(shí)鐘存儲(chǔ)單元，去校對(duì)保護(hù)CPU的軟件時(shí)鐘。此外每隔一定時(shí)間，該硬件時(shí)鐘對(duì)保護(hù)內(nèi)部時(shí)鐘的存儲(chǔ)單元同步矯正一次，實(shí)現(xiàn)了對(duì)各CPU軟件時(shí)鐘的同步校對(duì)。（2）修改時(shí)間。運(yùn)行人員欲修改時(shí)間，可在運(yùn)行方式下按提示的格式輸入正確時(shí)間，確認(rèn)后硬件時(shí)鐘按所輸入的時(shí)間開(kāi)始運(yùn)行。（3）保護(hù)裝置直流電源掉電時(shí)。保護(hù)軟件時(shí)鐘丟失，但接口硬件時(shí)鐘由電池供電繼續(xù)運(yùn)行，直流恢復(fù)后又重新把接口硬件時(shí)鐘的時(shí)間通過(guò)串行通信送入保護(hù)內(nèi)部軟件時(shí)鐘存儲(chǔ)單元，確保時(shí)鐘不間斷計(jì)時(shí)。

結(jié)論本裝置不僅可以完成傳統(tǒng)繼電器的所有保護(hù)功能,還具有對(duì)電網(wǎng)參數(shù)及溫度的實(shí)時(shí)測(cè)量、事件記錄和上位PC機(jī)通信等功能夠?qū)崿F(xiàn)斷路器的遙—遙控、遙測(cè)、遙信、遙調(diào)。同時(shí)本裝置人機(jī)界面采用液晶菜單方式，中文顯示界面，信息量大，操作方便。和國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品相比較，具有功能強(qiáng)大、成本較低的特點(diǎn)，適合國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)中低壓用戶使用。隨著ARM處理器技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用的不斷推廣，ARM處理器在電力系統(tǒng)中必將得到更廣泛的應(yīng)用。而嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)RTOS在微機(jī)保護(hù)的應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的保護(hù)功能提供了可能。文中討論的基于嵌入式AT91RM9200微處理器的微機(jī)保護(hù)裝置已完成現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，初步試運(yùn)行效果表明，該裝置是成功的，受到用戶方的認(rèn)可，有望得到大力推廣。

參考文獻(xiàn)[1]朱敏，鄒南昌．改善天津市區(qū)自行車交通的思考與建議．城市交通。2004(3)[2]孫章，何宗華，徐金祥．城市軌道交通概論．北京：中國(guó)鐵道出版社，2010[3]許建安,連晶晶.繼電保護(hù)技術(shù)。中國(guó)水電水利出版社。200