微机继电保护实验系统外围电路设计

点击次数：1439 更新时间：2017-11-27

一、微机继电保护实验系统A／D转换单元

由于A／D转换器与整个系统的丈量范围和精度有关，因此，A／D转换器的位数至少要比总精度要求的zui低分辨率高一位。本装置对8路模拟信号进行采样，每周波采样12点，即每一个周波要完成256次转换，而每个周波为20 ms，因此要求转换速率约为78μs。考虑到每个通道的采样时间包括多路开关的开关时间、采样／保持器的采样和建立时间、A／D转换器的转换时间以及丈量传感器的建立时间等，决定选用转换时间较少的逐次比较型的A／D转换器。对于8位的A／D转换器的分辨率能达到1／28或满刻度的0.392％，显然不能满足本装置所要求的0.2级(0.2％)精度；而10位的转换器能够达到的精度为0.09％，能够满足本装置的精度要求，所以本装置采用10位的MAX1060型芯片A／D转换器用于数据的转换。

MAX1060为10位低功耗逐次逼近型模／数转换器(ADC)，转换速度为2μs，具有内部时钟、+2.5 V内部基准和高速单字节并口等特性，可工作于单+5 V模拟电源，独立的VLOGIC引脚答应与+2.7～+5.5 V的数字逻辑直接接口。在400 kS／s的zui大采样频率下，功耗仅为10 mW。提供两种软件可编程的关断模式，可以使MAX1060在转换操纵之间处于关断状态，一旦访问并口，便使其返回到正常工作模式，且在低采样率下，数据转换之间的关断模式能够将电源电流降至10 μA以内。

二、微机继电保护实验系统的开关量输进／输出单元

1、开关量输进单元

本系统共有8路开关量输进，如图3所示。由于仪器模拟的运行现场环境恶劣，存在电、磁、振动、噪声等各种干扰，TTL电平直接接口可能会造成错误输进。因而本装置采用光电隔离型输进方式，其主要优点：

(1) 输进信号与输出信号在电气上*隔离，抗干扰能力强；

(2) 无触点、耐冲击、寿命长、可靠性高；

(3) 响应速度快，易与逻辑电平配合使用。

从外面引进微机保护的开关量，如开关位置辅助接点、收发信机的收发信状态触点等都是由"开关量输进"回路中的光电隔离技术处理后，将信息送至中心处理系统。本系统中8路开关量输进量分成两类：*类的6路由MCU通过查询方式获知系统的工作状态；第二类的2路直接接到MCU的外部中断口上，一旦开关量有变化时可以产生一个中断，MCU可以及时处理。这样就使得装置的工作非常灵活。

拨码开关是为了方便实现继电器接点和按键接点的模拟，便于通过手动模拟外部的短路或断路等工作方式。

2、开关量输出单元

在线路发生故障时，微机保护主要是通过各种开关量输出来完成对线路中各断路器和继电器的控制，从而使发生事故的线路被隔离，其他线路能够zui大程度地得到保护。具体的说，从微机保护送出的开关量，如跳闸命令、告警信息等，是经"开关量输出"回路中的光电隔离技术处理后，将中心处理系统的判定结果送出，并实现保护功能。

本系统用8路信号开关量输出来模拟故障状态，其中7路接继电器，同时并接发光二极管LED。在有故障信号而使继电器动作时，相应的二极管也发光显示；另外1路接扬声器，收到故障信号后，发声报警。开关输出量既可以用来模拟故障动作，还可用继电器接外部设备来形成一个完整的保护系统，输出结构如图4所示。微机系统输出的开关信号是芯片给出的低压直流，不能直接驱动外设，而需要经过驱动模块转换等处理后才能用于完成对外部设备的开启和封闭，本装置的开关量采用继电器输出方式输出。

三、频率丈量单元

本微机继电保护实验系统使用单片模拟集成锁相环电路NE564进行测频，该芯片采用单5V电压供电，zui高工作频率可达50 MHz，外部可调节环路增益，数字量输进输出兼容TTL电平。另外装置还使用了一片计数器集成电路74HCT4520，接成一个256分频器，把NE564的VCO输出进行256分频后，送进NE564的鉴相器与输进的50 Hz工频信号进行相位比较。这样，50 Hz的工频信号就在256倍频后送进MCU进行频率丈量。通过上述电路，就可以实现自适应调整采样间隔，在A／D转换中采用跟踪频率变化的变步长对输进信号进行采样，以使本系统具有较好的丈量精度。此外，还采用常用的过零比较器进行测频，把正弦信号转换成方波信号，完成丈量频率的功能。

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