单位文秘网 2022-03-01 08:08:00 点击: 次
[摘要]探讨一种微机控制的继电器调试系统。在MCS-51单片机的控制下,系统能够输出幅值,相位均可数控调整的三相电压及电流,并以这些信号作为继电器的调试信号。通过对继电器跳闸信号的检测、可完成电流、电压继电器的起动值,方向继电器的起动角,阻抗继电器特性曲线的测定,以及继电器预定功能的检验和动作时间的测定等功能,调试系统也可对电力系统的故障状态进行模拟,同时自动打印所测试参数及特性曲线。
[关键词]单片机 继电器 系统
中图分类号:TP2 文献标识码:A 文章编号:1671-7597(2008)0910091-01
一、前言
自从1955年西门子公司研制成第一台调试装置以来,调试装置已经经历了电磁型、固态集成电路型和微机控制智能型三个发展阶段。而在国内,这方面的研究尚处于起步阶段。
在对国外目前几种有代表性的调试装置分析的基础上,根据我国继电保护现场调试的需要,本文对一种微机控制的继电器自动化调试系统进行了研究。该系统充分利用了MCS-5l系列单片型微机的特点,具有体积小、结构简单,可靠性高、价格低廉等特点,能够产生频率为50Hz的幅值,相位可程控调整的标准正弦电压、电流信号、监视继电器的动作,记录各种参数并进行运算,打印和显示各种测试结果,并可模拟电力系统短路时的暂态过程。本文研究的自动化调试系统对Lz-2l型方向阻抗继电器进行了试验,分别对该种继电器的动作时间、起动值、整定阻抗值,返回系数、最大灵敏角,阻抗特性等参数进行了实际测试,并取得了较为满意的结果。
二、系统的构成及工作原理
调试系统主要由控制器,调试信号发生器、功率放大器三部分组成。
(一)控制器
控制器以MCS-51系列的8031单片机为核心,配以程序存贮器,数据存贮器,I/O扩展接口、键盘、显示器以及打印机,构成了一个小巧的微机化控制系统。其主要作用是:(1)调试信号幅值、相位的自动调整;(2)控制调试系统自动进行各项调试过程;(3)实现人--机联系,(4)中间量的运算及测试结果的打印、显示;(5)控制系统的自校、自检。
(二)调试信号发生器
调试信号发生器由六个回路结构完全相同的信号发生器电路构成。每路均由正弦波发生器和程控放大器组成。
正弦波发生器主要由相角计数器,程序存贮器EPROM、D/A转换器和低通滤波器构成。
相角计数器在计数脉冲CP的作甩下进行循环计数(0--359),EPROM中的0--359号单元中已分别写入了sin0o-sin359 o共360个量化后的正弦函数值。在相角计数器循环计数时,EPROM的输出端上依次得360个用8位二进制表示的正弦函数值,经过D/A转换将数字量转换为对应的模拟量。由此可得到一个周期连续的,由360个阶梯组成的近似正弦波。低通滤波器的主要作用是平滑阶梯波,以得到标准的正弦调试信号。单片机可通过调幅调相接口给正弦波发生器设置初相角。
程控放大器主要由10位D/A转换器,幅值锁存器构成,用于调节调试信号的幅值。由于
(三)功率放大器
功率放大器主要由功率放大(或U/I及功放)部分和电压(或电流)互感器构成。对于调试信号发生器的输出信号,首先由功率放大部分进行功率放大(对输出的电流量调试信号,先进行U/I变换,再进行功率放大),获得足够的负载能力,然后经由电压(或电流)互感器,将电压和电流量放大到被测继电器所要求的幅值。本文的调试系统按LZ-21型方向阻抗继电器电压、电流的额定值设计了以集成功放TDA2030为核心的功率放大器,电压回路最大输出功率为25VA/相, 电流回路最大输出功率为10VA/相。
(四)系统工作原理
本文研究的调试系统对LZ-21型方向阻抗继电器进行了实测试验。现以此为例介绍该系统的工作原理。
阻抗继电器动作与否取决于输入电压 与输入电流的比值以及相位之差。在不同的相位差时,其动作阻抗亦不相同。
三、测量继电器起动值及动作时间的方法
现仍以Lz-21型阻抗继电器为例,介绍测量其起动值及动作时间的方法及软件的编制。
(一)测量起动值的方法测量继电器起动值的基本方法
调试系统给被测继电器加入若干个幅值,相位一定的信号进行试探,并根据继电器的动作状态信号(动或不动)修正信号的幅值后,再次试探,直到测得起动值为止。在本系统中采用了折半逼近的方法,其基本原理如下:
U1继电器的不动值,U2为动作值,则起动值必在“U1与U2 之间。故取其中点为下次试探时的新值Ⅳ。若在U作用下继电器动作,则用其代替原来的U2,反之则代替原来的U1。这样经过一次试探就将所需试探的范围缩小了一半。如此继续,直到其差小于给定的允許误差为止。采用以上方法可使编程简化,并大大减少了测试时间。
(二)测量动作时间的方法
测试开始首先按照阻抗继电器故障状态的要求输出相位差及起动电压、电流。同时启动计时,然后对继电器动作状态进行判断,继电器动作时则记录并显示动作时间。图中继电器的最大动作时间,当输出后经时间继电器仍未动作,则显示继电器不动作标志。
四、模拟电力系统短路暂态过程的构想
在超高压电网中,暂态分量的衰减时间常数大,而电网对继电器保护的动作速度要求又高,因而快速保护实际上是在暂态过程中动作的。所以恰当地模拟电力系统故障的暂态过程,检验继电器在暂态过程中的行为是有实际意义的。在各种暂态分量中,直流分量对继电器影响较大, 同时考虑到便于利用调试系统已有电路进行模拟,故只讨论具有衰减直流分量的哲态过程的模拟。
五、结束语
经过理论分析和对LZ-21型方向阻抗继电器的实测实验,本文研究的自动化调试系统可以完成电流、电压继电器的起动值,方向继电器的起动角及阻抗继电器特性曲线的测定,电力系统故障状态的模拟,继电器预定功能的检验和动作时间的测定等功能,具有自动化程度高、调试占用时间短,性能/价格比高、试验全面,操作方便、便于携带等优点,并可模拟电力系统三相对称短路时具有直流分量的暂态过程。此外,调试系统的基本电路和调试方法还适用于继电器的自动检测装置,有助于继电器生产厂家和研制部门对继电器性能的评价和产品质量检验的自动化。
注:“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”
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