微機繼電保護實驗系統外圍電路設計

點擊次數：1512 更新時間：2017-11-27

一、微機繼電保護實驗系統A／D轉換單元

由于A／D轉換器與整個系統的丈量范圍和精度有關，因此，A／D轉換器的位數至少要比總精度要求的zui低分辨率高一位。本裝置對8路模擬信號進行采樣，每周波采樣12點，即每一個周波要完成256次轉換，而每個周波為20 ms，因此要求轉換速率約為78μs。考慮到每個通道的采樣時間包括多路開關的開關時間、采樣／保持器的采樣和建立時間、A／D轉換器的轉換時間以及丈量傳感器的建立時間等，決定選用轉換時間較少的逐次比較型的A／D轉換器。對于8位的A／D轉換器的分辨率能達到1／28或滿刻度的0.392％，顯然不能滿足本裝置所要求的0.2級(0.2％)精度；而10位的轉換器能夠達到的精度為0.09％，能夠滿足本裝置的精度要求，所以本裝置采用10位的MAX1060型芯片A／D轉換器用于數據的轉換。

MAX1060為10位低功耗逐次逼近型模／數轉換器(ADC)，轉換速度為2μs，具有內部時鐘、+2.5 V內部基準和高速單字節并口等特性，可工作于單+5 V模擬電源，獨立的VLOGIC引腳答應與+2.7～+5.5 V的數字邏輯直接接口。在400 kS／s的zui大采樣頻率下，功耗僅為10 mW。提供兩種軟件可編程的關斷模式，可以使MAX1060在轉換操縱之間處于關斷狀態，一旦訪問并口，便使其返回到正常工作模式，且在低采樣率下，數據轉換之間的關斷模式能夠將電源電流降至10 μA以內。

二、微機繼電保護實驗系統的開關量輸進／輸出單元

1、開關量輸進單元

本系統共有8路開關量輸進，如圖3所示。由于儀器模擬的運行現場環境惡劣，存在電、磁、振動、噪聲等各種干擾，TTL電平直接接口可能會造成錯誤輸進。因而本裝置采用光電隔離型輸進方式，其主要優點：

(1) 輸進信號與輸出信號在電氣上*隔離，抗干擾能力強；

(2) 無觸點、耐沖擊、壽命長、可靠性高；

(3) 響應速度快，易與邏輯電平配合使用。

從外面引進微機保護的開關量，如開關位置輔助接點、收發信機的收發信狀態觸點等都是由"開關量輸進"回路中的光電隔離技術處理后，將信息送至中心處理系統。本系統中8路開關量輸進量分成兩類：*類的6路由MCU通過查詢方式獲知系統的工作狀態；第二類的2路直接接到MCU的外部中斷口上，一旦開關量有變化時可以產生一個中斷，MCU可以及時處理。這樣就使得裝置的工作非常靈活。

撥碼開關是為了方便實現繼電器接點和按鍵接點的模擬，便于通過手動模擬外部的短路或斷路等工作方式。

2、開關量輸出單元

在線路發生故障時，微機保護主要是通過各種開關量輸出來完成對線路中各斷路器和繼電器的控制，從而使發生事故的線路被隔離，其他線路能夠zui大程度地得到保護。具體的說，從微機保護送出的開關量，如跳閘命令、告警信息等，是經"開關量輸出"回路中的光電隔離技術處理后，將中心處理系統的判定結果送出，并實現保護功能。

本系統用8路信號開關量輸出來模擬故障狀態，其中7路接繼電器，同時并接發光二極管LED。在有故障信號而使繼電器動作時，相應的二極管也發光顯示；另外1路接揚聲器，收到故障信號后，發聲報警。開關輸出量既可以用來模擬故障動作，還可用繼電器接外部設備來形成一個完整的保護系統，輸出結構如圖4所示。微機系統輸出的開關信號是芯片給出的低壓直流，不能直接驅動外設，而需要經過驅動模塊轉換等處理后才能用于完成對外部設備的開啟和封閉，本裝置的開關量采用繼電器輸出方式輸出。

三、頻率丈量單元

本微機繼電保護實驗系統使用單片模擬集成鎖相環電路NE564進行測頻，該芯片采用單5V電壓供電，zui高工作頻率可達50 MHz，外部可調節環路增益，數字量輸進輸出兼容TTL電平。另外裝置還使用了一片計數器集成電路74HCT4520，接成一個256分頻器，把NE564的VCO輸出進行256分頻后，送進NE564的鑒相器與輸進的50 Hz工頻信號進行相位比較。這樣，50 Hz的工頻信號就在256倍頻后送進MCU進行頻率丈量。通過上述電路，就可以實現自適應調整采樣間隔，在A／D轉換中采用跟蹤頻率變化的變步長對輸進信號進行采樣，以使本系統具有較好的丈量精度。此外，還采用常用的過零比較器進行測頻，把正弦信號轉換成方波信號，完成丈量頻率的功能。

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