基于LabVIEW的保護裝置的數(shù)據(jù)獲取與處理

　　1 引 言

　　我國電力工業(yè)充滿生機與活力，這為高壓開關(guān)制造業(yè)帶來了難得的發(fā)展機遇和嚴峻的考驗。而高壓開關(guān)制造業(yè)必須不斷地進行技術(shù)創(chuàng)新，推出一代又一代新品，才能滿足電力市場日益增長的需求。目前來看高壓開關(guān)有著良好的發(fā)展勢頭。然而高壓隔離開關(guān)作為電力系統(tǒng)重要開關(guān)設(shè)備，其運行狀況直接影響電能的傳輸、分配及系統(tǒng)的安全可靠運行。近年來，隨著用電負荷的增加，新變電所的建設(shè)，各種新型結(jié)構(gòu)、材料的電氣設(shè)備亦層出不窮，高壓隔離開關(guān)也從功能、結(jié)構(gòu)、用途由單一趨于多樣化以適應(yīng)不同地域、不同接線方式的需要，各種型號的隔離開關(guān)雖然用途相同，但結(jié)構(gòu)、適用范圍各不相同，各類隔離開關(guān)的檢修維護工作也大相徑庭。伴隨著高壓開關(guān)的廣泛使用，高壓開關(guān)的事故也是不斷。給國民生產(chǎn)帶來了很大的損失。所以需要對高壓開關(guān)進行智能控制，實現(xiàn)對高壓開關(guān)的智能控制和電網(wǎng)的狀態(tài)監(jiān)測。

　　智能開關(guān)綜合保護裝置是專門為礦用隔爆型高壓配電裝置而設(shè)計的新型保護裝置，適用于3.3 kV，6 kV，10 kV等中性點不接地的供、變電系統(tǒng)，可替代原有的各種模擬保護器和數(shù)碼顯示保護器。其核心部分采用超大規(guī)模集成電路和虛擬儀器技術(shù)，電氣穩(wěn)定性好；同時采取特殊的抗干擾措施，動作準確可靠。產(chǎn)品具有良好的過載反時限保護、過流保護、斷相保護及漏電閉鎖保護等多項保護功能，而且各項保護功能均有測試模擬試驗及相對應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示；此外，它還具有實時通訊功能，能與工控機聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)采集，并能接受遠程網(wǎng)絡(luò)的控制和操作。具體功能如下：

　　(1)短路保護。對高壓電網(wǎng)出現(xiàn)短路故障時實施速斷保護，短路保護整定電流值分檔可調(diào)，短路速斷動作時間小于0.1 s；同時還具有特定的過流直接保護功能，對電網(wǎng)的瞬間嚴重短路情況采用沖擊電流直接驅(qū)動保護繼電器執(zhí)行切斷負荷，大大縮短保護響應(yīng)時間。

　　(2)過載保護。對高壓電網(wǎng)出現(xiàn)斷續(xù)、持續(xù)過載情況，實施定時限保護和反時限保護。其中反時限過載保護在負荷電流達到1.1倍過載電流時啟動，采用反時限特性動作，過載倍數(shù)分4檔可整定。它們都是利用熱積累實現(xiàn)斷續(xù)過載情況下的過載保護，當負荷電流小于1.0倍整定電流時，熱積累能量開始散熱。過載動作時間與理論計算值誤差小于±5％。

　　(3)監(jiān)視保護。對配電裝置負載側(cè)使用雙屏蔽電纜的屏蔽芯線、屏蔽地線實行絕緣監(jiān)視保護，超限時報警，絕緣監(jiān)視保護功能可通過參數(shù)設(shè)置選擇打開和關(guān)閉。

　　(4)過壓保護。當電網(wǎng)進線電壓Uac>110％～130％額定電壓時，過壓保護動作，精度為±15％。

　　(5)欠壓保護。當電網(wǎng)進線電壓Uac75％～55％額定電壓時，欠壓保護延時0.1～300 s動作，精度為±5％。

　　(6)漏電保護。對下屬電網(wǎng)中出現(xiàn)的單相接地故障，既可采用零序電流方向型漏電保護方式進行檢漏保護，也可采用功率方向法進行選擇性檢漏保護，發(fā)生漏電時均發(fā)出警報。

　　(7)相不平衡保護?？蓪ω撦d的三相進行相不平衡保護。動作延時分檔可選，相不平衡功能可根據(jù)需要選擇打開或關(guān)閉。

　　(8)煤礦瓦斯超限保護?？梢煌饨油咚箼z測儀器，當煤礦瓦斯?jié)舛瘸迺r，瓦斯檢測儀器動作輸出后，配電裝置執(zhí)行閉鎖禁合閘或拒分閘。

　　(9)聲光報警輸出。當高壓電網(wǎng)出現(xiàn)故障時，能發(fā)送信號給聲光報警系統(tǒng)進行報警。

　　(10)遠程通信功能。具有遠程通信功能，可實現(xiàn)群控，可在地面進行遠程控制、測試調(diào)整。

　　(11)多種智能記憶功能。具備自檢功能、閉鎖功能、顯示故障性質(zhì)功能等，同時能在跳閘斷電后對故障性質(zhì)進行記憶保存。

　　3 基于微控制器與SJA1000T智能開關(guān)綜合保護單元

　　基于微控制器和SJA1000T CAN總線智能開關(guān)綜合保護系統(tǒng)的硬件組成原理如圖1所示。它包括：微控制器89C51、模擬信號的調(diào)理電路、A／D轉(zhuǎn)換電路、串行E2PROM存儲電路、RAM及光電隔離電路等。

　　電流等波形的采樣實際上是輸入連續(xù)模擬量到離散采樣數(shù)字量的轉(zhuǎn)換過程，這里通過采樣中斷來實現(xiàn)。

　　從外面引入微機保護的開關(guān)量，如開關(guān)、閘刀位置輔助接點，收發(fā)信機的收發(fā)信狀態(tài)觸點等都是由開關(guān)量輸入回路中的光電隔離技術(shù)處理后，將信息送至中央處理系統(tǒng)。從微機保護送出的開關(guān)量，如跳閘命令，告警信息等，則是經(jīng)開關(guān)量輸出回路中的光電隔離技術(shù)處理后，將中央處理系統(tǒng)的判斷結(jié)果送出。光電隔離技術(shù)可以有效抵御干擾侵入。

　　微控制器89C51，即中央處理系統(tǒng)，對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輸入的各種原始數(shù)據(jù)進行計算分析、處理、判斷，完成各種繼電保護功能。微控制器89C51是微機保護系統(tǒng)的核心。采用40 MIPS的嵌入式數(shù)字信號處理器構(gòu)成簡潔高效的數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)。

　　交流插件上設(shè)有模擬量輸入變換器，用于將二次交流電壓或電流信號隔離變換為小電壓信號，經(jīng)調(diào)整后輸入到A／D，裝置模擬量輸入的原理如圖2所示。

　　其中電壓互感器(TV)為120 V／5.66 V；電流互感器(TA)，測量TA為6 A／3.53 V，保護TA為120 A／3.53 V，TA采用穿心式。選用的隔離變壓器精度高，隔離效果好，具有很高的抗擾度性。零序互感器型號是GLL-5，1 A／0.097 V，保定市三環(huán)電器廠生產(chǎn)。

　　4 CAN總線和CAN232MB

　　CAN(Controller Area Network)，意為控制區(qū)域網(wǎng)絡(luò)。其是國際上流行的現(xiàn)場總線中的一種。其是一種特別適合于組建互連的設(shè)備網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或子系統(tǒng)。由德國Bosch公司最先提出，是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。CAN是一種多主方式的串行通訊總線，基本設(shè)計規(guī)范要求有高的位速率、高抗電磁干擾性，而且要能夠檢測出總線的任何錯誤。當信號傳輸距離達10 km時CAN仍可提供高達50 kb／s的數(shù)據(jù)傳輸速率。

　　CAN(Controller Area Network)即控制器局域網(wǎng)絡(luò)，屬于工業(yè)現(xiàn)場總線的范疇。與一般的通信總線相比，CAN總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性。由于其良好的性能及獨特的設(shè)計，CAN總線越來越受到人們的重視。它在汽車領(lǐng)域上的應(yīng)用是最廣泛的，世界上一些著名的汽車制造廠商，如BENZ(奔馳)、BMW(寶馬)、PORSCHE(保時捷)、ROLLS-ROYCE(勞斯萊斯)和JAGUAR(美洲豹)等都采用CAN總線來實現(xiàn)汽車內(nèi)部控制系統(tǒng)與各檢測和執(zhí)行機構(gòu)間的數(shù)據(jù)通信。同時，由于CAN總線本身的特點，其應(yīng)用范圍目前已不再局限于汽車行業(yè)，而向自動控制、航空航天、航海、過程工業(yè)、機械工業(yè)、紡織機械、農(nóng)用機械、機器人、數(shù)控機床、醫(yī)療器械及傳感器等領(lǐng)域發(fā)展。CAN已經(jīng)形成國際標準，并已被公認為見種最有前途的現(xiàn)場總線之一。其典型的應(yīng)用協(xié)議有：SAE J1939／ISO11783，CANOpen，CANaerospace，DeviceNet，NMEA 2000等。

　　按照ISO11898規(guī)范，為了增強CAN-bus通訊的可靠性，CAN-bus總線網(wǎng)絡(luò)的兩個端點通常要加入終端匹配電阻(120 Ω)，如圖3所示。終端匹配電阻的大小由傳輸電纜的特性阻抗所決定，例如，雙絞線的特性阻抗為120 Ω，則總線上的2個端點也應(yīng)集成120 Ω終端電阻。

　　CAN232MB轉(zhuǎn)換器內(nèi)部電路沒有集成120 Ω的終端電阻(終端電阻隨機附送)。當CAN232MB轉(zhuǎn)換器作為終端設(shè)備時，用戶可以在CAN232MB轉(zhuǎn)換器的CAN接口，引腳7即“Res+”、引腳8即“Res+”之間，連接120 Ω的終端電阻。

　　CAN232MB智能協(xié)議轉(zhuǎn)換器采用Philips公司的CAN控制器SJA1000(16 MHz的晶體振蕩器)、CAN收發(fā)器PCA82C251來實現(xiàn)CAN通訊接口功能，如圖4所示。CAN232MB轉(zhuǎn)換器和CAN總線連接的時候是CANL連接CANL，CANH連接CANH。

　　CAN232MB轉(zhuǎn)換器內(nèi)置看門狗，保障長期工作的可靠性；同時，轉(zhuǎn)換器內(nèi)置非易失性存儲器，用于保存用戶上次配置運行的參數(shù)。CAN232MB轉(zhuǎn)換器在正常工作時，實時對CAN總線和RS 232／RS 485總線進行監(jiān)聽，一旦檢測到某一側(cè)