变电站综合自动化系统初步设计（测控硬件部分）

PAGEPAGE4论文题目：变电站综合自动化系统初步设计（测控硬件部分）专业：电气工程及其自动化本科生：签名：指导老师：签名：摘要变电站综合自动化是电力系统自动化的必然趋势，它是综合应用现代电子技术、通信技术、网络技术和图形技术并与配电设备相结合，将配电系统在正常和事故情况下的监视、保护、控制和供电企业的工作管理有机融合在一起的综合性先进技术。它可以大大提高电网安全运行水平，改善供电质量，降损节能。本文首先分析确定了某变电站综合自动化系统的硬件结构。结合变电站自动化的发展趋势，设计了以单片机为核心的变电站测控系统的硬件电路，可对变电站电压、电流等模拟量进行监测，采集开关的状态信息，根据需要对开关的分合状态进行控制。在设计中采用了有效的抗干扰措施，使整个系统运行稳定、可靠。关键词：变电站综合自动化测控系统抗干扰Subject：ThePreliminaryDesignaboutSubstationAutomaticSystem(HardwareaboutMeasurementandControlUnit)Specialty：ElectricEngineeringandAutomationName：Signature：Instructor：Signature：ABSTRACTSubstationautomationisacertaintrendtorealizetheautomationofthepowersystem.Itisthecomprehensiveadvancedtechnologywhichcontainsmodernelectronictechnology,communicationtechnology,networktechnologyandgraphicstechnology.Itcannotonlykeepwatchonbutalsoprotectandcontrolthedistributionsysteminthecaseofnormalandaccident.Combinedwithmanagementofthepowersupplyenterprise,substationautomationcanimprovethesafeoperationlevelofgridgreatlyandbetterpowersupplyquality,meanwhile,decreasewasteandsaveenergy.Inordertomeetthebasicneedofreliabilityforpowersystem,thesubstation’smeasurementandcontrolsystemisintroducedaccordingtothetechnologicaldemandsandtrendofsubstationautomation,maincircuit,controlsystemaredesigned.Thesinglechip-microcomputerischosenasthecoreofthemeasurementandcontrolsystemwhichachievesintelligentcontroloverthesubstation.currentandvoltageinthesubstation’soutputlinesandcalculatecorrespondingelectricalparameterscanbemeasurebythesystem,sampledigitalsignalsontheswitchesandcontrolitson-offbyactualdemandKeywords:substationautomationmeasurementandcontrolsystemInterferencerejection目录上篇 1第一章绪论 11.1课题背景及意义 11.2变电站综合自动化的基本概念 11.3变电站综合自动化的发展状况 11.4变电站综合自动化的内容 21.5变电站综合自动化系统的基本功能 21.6变电站的分类及本设计电气主接线 3第二章变电站自动化系统的结构 52.1集中式综合自动化系统 52.2分层分布式结构集中式组屏的综合自动化系统 52.3分散分布式与集中式相结合的综合自动化系统 72.4完全分散性 82.5本变电站综合自动化系统结构总体方案 9下篇 12第一章测控系统 121.1测控系统概述 121.2现场测控信息 121.3测控装置在变电站综合自动化系统中的意义和功能 131.3.1变电站综合自动化测控装置的意义 131.3.2变电站综合自动化测控装置的功能 131.4采样方式 131.4.1直流采样 141.4.2交流采样 141.4采样频率的计算 15第二章测控系统的硬件设计 162.1电源模块 162.2模拟量输入/输出回路 162.3开关量输入/输出回路 162.4脉冲量输入回路 172.5人机对话回路 172.7测控CPU模块 17第三章各模块硬件设计 183.1模拟量输入回路 183.1.1电压形成回路 193.1.2滤波通道 193.1.3多路转换开关 213.1.4采样保持器 223.1.5A/D转换器 233.1.6模拟量输入回路工作原理 242.2模拟量输出回路 242.2.1D/A转换器（DAC0832）简介 252.2.2模拟量输出回路工作原理 252.3开关量输入回路 262.3.1抗干扰技术 262.3.2开关量输入回路介绍 282.3.3开关量输入回路工作原理 282.4开关量输出回路 282.4.1开关量输出回路介绍 292.4.2开关量输出回路工作原理 292.5脉冲量输入回路 302.5.1脉冲量输入回路介绍 302.5.2脉冲量输入回路工作原理 302.6人机对话 312.7通信接口 312.7电源模块 32第四章系统的抗干扰措施 334.1干扰概述 334.2硬件抗干扰措施 33第五章总结 34致谢 35参考文献 36附录一（英文参考文献及翻译） 37附录二 43上篇第一章绪论1.1课题背景及意义变电站综合自动化随着我国电力行业的大规模发展，己经越来越成为电力系统发展的新趋势。随着经济的发展，用电需求的增加，我国新建了大量的电站。根据电网的要求变电站也大量进行了各种技术改造，以提高自动化水平。近十几年来，我国变电站自动化技术也大幅发展，变电站综合自动化可以收集大量数据和信息，利用计算机高速处理，可以方便的监视和控制变电站内各种设备的运行和操作,从而实现高智能的少人或者无人值班的变电站管理。微机技术的发展，特别是单片机的发展和总线技术越来越多的引入了变电站综合自动化技术中，新的原理和新算法的微机保护装置的研究，对变电站综合自动化系统的发展必将起到极大的推动作用。1.2变电站综合自动化的基本概念变电站综合自动化系统是利用微机技术、自动控制技术和信息处理与传输技术将变电站的二次设备(包括控制、信号、测量、保护、自动装置、远动装置)进行功能的重新组合和结构的优化设计，对变电站进行自动监视、测量、控制和协调的一种综合性的自动化系统。它具有如下特征：（1）功能综合化（2）结构微机化（3）操作监视屏幕化（4）运行管理智能化（5）测量显示数字化（6）运行管理智能化变电站综合自动化系统实现了电网变电站的现代化管理，使运行监控、正常和事故操作、继电保护、变电站电压和无功功率自动化控制、事故和动态过程的记录等功能由计算机完成，站内和站外的信息交换由通讯网实现，从而改变了传统变电站控制室、保护室的主体结构和值班维护方式，成为当前技术发展的必然趋势。[2]1.3变电站综合自动化的发展状况变电站综合自动化发展及应用从60年代后期开始，一些国家就着手研制基于微型计算机的变电站监控装置，并逐步完善为监控和数据采集系统SCADA。但是上述成果还不是综合的系统。从70年代开始，出现了综合式数字保护系统的第一个原型。进入80年代，由于计算机技术的飞速发展，综合式数字变电站控制和保护系统进入了实用阶段。并且目前国外一些发达国家已经在各种电压等级的变电站实现了无人值守，取得了显著的社会经济效益。[7]目前，我国500kV电压等级的变电站大多数基本上为有人值守运行方式，且自动化水平及可靠性也不够高。新建的220kV及以下电压等级的变电站都按无人值守的运行方式设计，并且对原有变电站也在进行综合自动化设备的更新和安装。如今,西安交大、清华大学、华北电力大学、南京自动化研究院、北京四方继保公司等科研院所对变电站综合自动化系统都进行了理论与应用研究，部分理论和算法达到了国际先进水平。国内许多生产厂家在这方面也进行了大量的研究与开发，经过近二十年的实践与应用，变电站自动化系统从集中式到分布式，其技术特点及运行要求等方面均取得了极大的发展。特别是近年来，随着我国国民经济的增长，电力系统也获得了前所未有的发展，电力需求的增长也使得变电站也得到了广泛的推广及应用，为满足电力系统运行管理现代化的迫切要求，研究变电站综合自动化已迫在眉睫。国内已有科研单位和厂家推出了产品，并投入现场运行，取得了一定的效果。伴随着继承电路和计算机技术的飞速发展，各种新型的大规模集成电路将会进一步应用在测控装置上，如数字信号处理芯片DSP、高速数据采集系统、嵌入式实时操作系统、大容量flash、可编程逻辑器件CPLD、FPGA等。这些新器件的应用将使保护和测控装置的电路板更加小型集成化，装置通信、数据存储及处理能力更强。将控制、保护、故障录波、事件记录和运行支持系统的数据处理等功能，通过模块化设计集成在一个统一的多功能数字装置内，间隔内和之间以及间隔同站级间的通信可统一用光纤以太网来实现。高集成化系统的发展，降低成本、提高系统可靠性，有利于实现统一的运行管理。智能开关设备、光电式电压和电流传感器、智能电子装置等的出现，使变电站自动化技术进入了数字化阶段。智能化一次设备的数字化传感器、数字化控制回路逐渐取代传统一次回路，使变电站层、间隔层、过程层最终用网络连接起来，并实现统一的通信标准。1.4变电站综合自动化的内容它主要包括如下两个方面内容：对220kV及以下中、低变电站，采用自动化系统，利用现代计算机和通信技术，对变电站的二次设备进行全面的技术改造，取消常规的保护、监视、测量、控制屏，实现综合自动化，以全面提高变电站的技术水平和运行管理水平，并逐步实行无人值班或减人增效；对220kV以上的变电站，主要是采用计算机监控系统以提高运行管理水平，同时采用新的保护技术和控制方式，促进各专业在技术上的协调，达到提高自动化水平和运行、管理水平的目的。总之，变电站综合自动化内容应包括：=1\*GB2⑴电气量采集和电气设备(如断路器等)的状态监视、控制和调节。=2\*GB2⑵实现变电站正常运行的监视和操作，保证变电站正常运行和安全。=3\*GB2⑶发生事故时，由继电保护和故障录波等完成瞬态电气量的采集、监视和控制，并迅速切除故障设备和完成事故后的恢复操作。从长远观点看，综合自动化系统的内容还应包括高压电气设备本身的监视信息(如断路器、变压器和避雷器等的绝缘和状态监视等)。除了需要将变电站所采集的信息传送给调度中心外，还要送给运行部门和检修中心，以便为电气设备的监视和制定检修计划提供原始数据。实现变电站综合自动化的目标是提高整个变电站全面的技术水平和管理水平，提高安全、可靠、稳定运行水平，降低运行维护成本，提高经济效益，提高供电质量，促进配电系统自动化。实现变电站综合自动化是实现上述目标的一项重要技术措施。1.5变电站综合自动化系统的基本功能变电站综合自动化是多专业性的综合技术，它是以微型计算机为基础，实现对变电站传统的继电保护、控制方式、测量手段、通信和管理模式的全面技术改造，实现了电网运行管理的一次变革。仅从变电站自动化系统的构成和所完成的功能来看，它是将变电站的监视控制、继电保护、自动控制装置和远动等所要完成的功能组合在一起，通过计算机硬件、模块化软件和数据通信网构成一个完整的系统。因此，其功能为：（一）继电保护的功能变电站综合自动化系统中的微机继电保护主要包括输电线路保护、电力变压器保护、母线保护、电容器保护、小电流接地系统自动选线、自动重合闸。由于继电保护的特殊重要性，综合自动化系统绝不能降低继电保护的可靠性。（二）监视控制的功能变电站综合自动化系统应能改变常规继电保护装置不能与外界通信的缺陷，取代常规的测量系统，如变送器、录波器、指针式仪表等；改变常规的操动机构，如操作盘、模拟盘、手动同期及手控无功补偿等装置；取代常规的告警、报警装置，如中央信号系统、光字牌等；取代常规的电磁式和机械式防误闭锁设备；取代常规远动装置等。=1\*GB2⑴实时数据采集与处理=2\*GB2⑵运行监视功能=3\*GB2⑶故障录波与测距=4\*GB2⑷事故顺序记录与事故追忆功能=5\*GB2⑸控制及安全操作闭锁功能=6\*GB2⑹数据处理与记录功能=7\*GB2⑺人机联系功能=8\*GB2⑻打印功能=9\*GB2⑼运行的技术管理功能=10\*GB2⑽谐波的分析和监视功能=11\*GB2⑾自诊断、自恢复和自动切换功能（三）自动控制装置的功能变电站综合自动化系统必须具有保证安全、可靠供电和提高电能质量的自动控制功能。为此，典型的变电站综合自动化系统都配置了相应的自动控制装置，如电压、无功综合控制装置、低频率减负荷控制装置、备用电源自投控制装置、小电流接地选线装置等。（四）远动及数据通信功能[4]变电站综合自动化的通信功能包括系统内部的现场级间的通信和自动化系统与上级调度的通信两部分。1.6变电站的分类及本设计电气主接线变电站按其在系统中的地位和作用可分为以下几类：(1)枢纽变电站一般为330KV或550kV。该类变电站从区域电网中下载电力,为地区(中间)变电站提供电源.(2)地区(中间)变电站一般是220kV或110kV这类变电站主要作用是从地区电网中下载电力,为地区配电网供电或为用户直接供电。(3)企业专用变电站主要为某一类企业供电,对重要企业,如大型钢厂、化工厂,它们在任何情况下都不允许断电,应有配用电源。(4)终端变电站它处于系统末端,高压侧有电力转送,一般采用较简单接线。本设计采用某110kV机场变电站,它属于企业变电站,专供机场用电,安全可靠性要求比较高。其电气主接线如图1-1所示。电气主接线介绍110KV进线两回，一回来自330kV某变电站，一回来自110kV某变电站，变电站设有两台变压器，不考虑再扩建第三台主变压器。10KV采用双单母线分段接线方式，两台主变10kV出线各分为两个分支，分别接在两分段母线上，占4个间隔。10kV出线，为24回。另加2回分段，2台所用变，2组电容器，2组电压互感器，及2台母线分段兼电压互感器柜。因此本期总共38个回路间隔，同时留有22个备用位置。图1-1电气主接线

第二章变电站自动化系统的结构自从1987年清华大学研制成功第一套变电站综合自动化系统投运10多年来，由于技术水平的不断提高，体系结构也在不断改进。根据综合自动化系统设计思想、安装的物理位置不同，综合自动化系统硬件结构形式也分成很多种类。但从国内外变电站综合自动化系统发展过程来看，其结构形式有集中式、分布式、分散分布式；从安装物理位置上来划分有集中组屏、分层组屏和分散在一次设备间隔设备上安装等形式。2.1集中式综合自动化系统集中式结构的综合自动化系统，指采用不同档次的计算机，扩展其外围接口电路，集中采集变电站的模拟量、开关量和数字量等信息，集中进行计算与处理，分别完成微机监控、微机保护和一些自动控制等功能。集中结构也并非指由一台计算机完成保护、监控等全部功能。多数集中式结构的微机保护、微机监控和与调度等通信的功能也是由不同的微型计算机完成的，只是每台微机承担的任务多一些。例如监控机要负担数据采集、数据处理、开关操作、人机联系等多项任务；担任微机保护的计算机，可能一台微机要负责几回低压线路的保护等。这种结构形式主要出现在变电站综合自动化问世的初期，如图2-1所示。这种结构形式的综合自动化系统国内早期产品较多。这种结构形式是按变电站的规模配置相应容量、功能的微机保护装置和监控主机及数据采集系统，它们安装在变电站主控室内。主变压器、各种进出线路及站内所有电气设备的运行状态通过电流互感器、电压互感器经电缆传送到主控制室的保护装置或监控计算机上，并与调度控制端的主计算机进行数据通信。当地监控计算机完成当地显示、控制和制表打印等功能。[4]2.2分层分布式结构集中式组屏的综合自动化系统随着微机技术和通信技术的发展，特别是20世纪80年代后期单片机的性能价格比越来越高，给变电站综合自动化系统的研究和开发工作注入了新的活力，使研制者有条件将微机保护单元和数据采集单元按一次回路进行设计。所谓分布式结构，是在结构上采用主从CPU协同工作方式，各功能模块(通常是各个从CPU)之间采用网络技术或串行方式实现数据通信，多CPU系统提高了处理并行多发事件的能力，解决了集中式结构中独立CPU计算处理的瓶颈问题，方便系统扩展和维护，局部故障不影响其他模块正常运行。各自完成各自的功能，增加了保护的可靠性。在变电站综合自动化系统中，通常把继电保护、自动重合闸、故障录波、故障测距等功能综合在一起的装置称为保护单元，而把测量和控制功能综合在一起的装置称为控制或I/O单元，两者通称为间隔级单元(baylevelunit)。各种类型的间隔级单元搜集到的状态量和测量值，通过软件来实现各种保护闭锁，取消或大大简化传统设计中为实现闭锁功能所需要的二次回路，以组成变电站综合自动化系统。所谓分层式结构，是将变电站信息的采集和控制分为管理层、站控层和间隔层三个级分层布置。如图2-2所示。间隔层按一次设备组织，一般按断路器的间隔划分，具有测量、控制和继电保护部分。测量、控制部分负责单元的测量、监视、断路器的操作控制和连锁及事件顺序记录等；保护部分负责该单元线路或变压器或电容器的保护、各种录波等。因此，间隔层本身是由各种不同的单元装置组成，这些独立的单元装置直接通过总线接到站控层。站控层的主要功能就是作为数据集中处理的保护管理，担负着上传下达的重要任务，对下它可以管理各种间隔单元装置，包括微机监控、保护、自动装置等，收集各种数据并发出控制命令，起到数据集中作用，还可以通过现场总线完成对保护单元的自适应调整；对上则通过设立开放式结构的站级网络接口，与管理层建立联系。将数据传送给管理后台机或调度端，起到数据处理作用。管理层由一台或多台微机组成，这种微机操作简单方便，界面汉化，使运行值班人员极易掌握。2.3分散分布式与集中式相结合的综合自动化系统这是目前国内外最流行、受到广大用户欢迎的一种综合自动化系统。它是采用“面向对象”即面向电气一次回路或电气间隔(如一条出线、一台变压器、一组电容器等)的方法进行设计的，间隔层中各数据采集、监控单元和保护单元做在一起，设计在同一机箱中，并将这种机箱就地分散安装在开关柜上或其他一次设备附近。这样各间隔单元的设备相互独立，仅通过光纤或电缆网络由站控机对它们进行管理和交换信息。这是将功能分布和物理分散两者有机结合的结果。通常，能在间隔层内完成的功能一般不依赖通信网络，如保护功能本身不依赖于通信网络。这就是分散式结构。如图2-3所示。分层分散式结构的优越性(1)简化了变电站二次部分的配置，大大缩小了控制室的面积。由于配电线路的保护和测控单元，分散安装在各开关柜内，因此主控室内减少了几面保护屏，加上采用综合自动化系统后，原先常规的控制屏、中央信号屏和站内模拟屏可以取消，因此使主控制室面积大大缩小，也有利于实理无人值班。(2)减少了施工和设备安装工程量。由于安装在开关柜的保护和测控单元在开关柜出厂前己由厂家安装和调试安毕，再加上敷设电缆的数量大大减少，因此现场施工、安装和调试的工期随之缩短。(3)简化了变电站二次设备之间的互连线，节省了大量连接电缆。(4)分层分散式结构可靠性高，组态灵活，检修方便。分层分散式结构，由于分散安装，减少了电流互感器TA的负担。各模块与监控主机间通过局域网网络或现场总线连接，抗干扰能力强，可靠性高。这种结构形式本身配置灵活，从安装配置上除了分散安装在间隔开关柜上以外，还可实现在控制室内集中组屏或分层组屏，即一部分集中在低压开关室内分别组屏等。这种将配电线路的保护和测控单元分散安装在开关柜内，而高压线路保护和主变压器保护装置等采用集中组屏的系统结构称为分散和集中相结合的结构。如框图2.3所示。目前变电站综合自动化系统的功能和结构都在不断地向前发展全分散式的结构一定是今后发展的方向究其原因，主要是：①分层分散式的自动化系统的突出优点；②随着新设备、新技术的进展如电—光传感器和光纤通信技术的发展，使得原来只能集中组屏的高压线路保护装置和主变压器保护也可以考虑安装于高压场附近，并利用日益发展的光纤技术和局域网技术，将这些分散在各开关柜的保护和集成功能模块联系起来，构成一个全分散化的综合自动化系统，为变电站实现高水平、高可靠性和低造价的无人值班创造更有利的技术条件。2.4完全分散性硬件结构为完全分散性的综合自动化系统，是指以变压器、断路器、母线等一次主设备为安装单位，将保护、控制、输入/输出、闭锁等单元就地分散安装在一次主设备的开关柜上，安装在主控制的主控单元通过现场总线与分散的单元进行通信，主控单元通过网络与监控主机联系。这种完全分散式结构的综合自动化系统在实现，模式上可分为两种：一种是保护相对独立，测量和控制合二为一；另一种是保护、测量、控制完全合一，实现变电站自动化的高度综合。2.5本变电站综合自动化系统结构总体方案变电站综合自动化系统采用分散分布式与集中式相结合的综合自动化系统，它可以提高综合自动化系统的可靠性和降低总投资。由图2-4可见前置机和后台机构成的集控式结构，由前置机完成数据输入输出、保护、控制及监测、远方通讯等功能，后台机完成数据处理、显示、打印及等功能。该结构形式特点：该变电站综合自动化系统是面向对象设计的。系统中每一种装置都面向变电站内的各种一次设备。如线路装置，就是面向开关柜设计的。它包含了对该开关柜的控制、测量、事故记录和线路的各种保护等。所有装置均通过jbus-485通信接口同前置机、后台机实现实时数据交换。后台及总控装置为变电站综合自动化装置的核心，它一方面可实现对各设备的实时数据收集。并向上一级调度转发，同时也对各个装置的运行情况进行监视，包括各种故障及报警。10kV线路保护采用分散式结构，就地安装，节约控制电缆，通过jbus-485通信接口与前置机交换信息。110线路测控单元和主变保护1、主变保护2采用集中组屏结构，保护屏安装在控制室中，同样通过jbus-485通信接口与前置机交换信息。其他自动装置，如VQC，所用电，直流屏等采用集中组屏结构安装于控制室。变电站系统结构硬件介绍：前置机前置机系统担负着厂站RTU和各分局的数据通信及通信规约解释等任务,是SCADA/EMS系统的桥梁和基础。它具有如下功能：接收多个RTU的运动信息,还有完成对接收数据的预处理；向后台机送数；接收后台机的遥控、遥调命令,并通过下行通道向RTU发送；完成向调度模拟屏传送实时数据；具有转发,实现对各个通道的监视；还有人工设置和在线修改功能等功能。前置主机为双机配置,一台为主机,另一台为备用机。由于是网络配置,网络上所有主机只要授权都可以充任前置主机,因而可任取两台工作站兼做前置机。值班前置主机担负以下任务：与系统服务器及SCADA工作站通信；与各RTU通信及通信规约处理；控制切换装置的切换动作；设置各终端服务器的参数。备用前置机担负以下任务中的部分或全部：监听前置主机的工作情况,一旦前置主机发生故障,立即自动升格为主机,担负着主机的全部工作；监听次要通道的信息,确定该通道的运行情况。后台机后台机用于对前置机的在线管理及维护,并对故障录波文件进行分析、打印及数据远传至调度。它具有运行数据实时监控功能,并具有完善的运行数据管理功能,可提供各类运行记录报表,并方便地查询和打印；还具有事故追忆功能,同时可远转数据至上级调度。电量记费系统它实现电量的自动查询、记录、奖惩电量的计算等功能。

下篇第一章测控系统1.1测控系统概述就其功能而言，测控系统的功能一是“测”，即检测各种环境安全参数、设备工况参数、过程控制参数等；二是“控”，即根据检测参数去控制安全装置、报警装置、生产设备、执行机构等。若系统仅用于生产过程的监测，当安全参数达到极限值时产生显示及声、光报警等输出，此种系统一般称为监测系统；除监测外还参与一些简单的开关量控制，如断电、闭锁等，此系统一般称为监测监控系统或监控系统；在监测的基础上增加了对生产机械的控制、调节功能，此种系统一般称为计算机测控系统。就其技术而言，测控系统是传感器技术、通信技术、计算机技术、控制技术、计算机网络技术等信息技术的综合。就其应用而言，测控系统是现代化生产和管理的有利工具，广泛应用于国民经济的各个领域，如电力调度的“四遥”系统；管道输油输气监控系统；城市公共事业的自来水、供热、排水、公共交通的测控系统；地震预测、预报系统；还有在煤矿的生产与管理，在国防建设和空间技术中的应用更是屡见不鲜。就其组成而言，测控系统是两级或三级管理的计算机集散系统（DCS）。就其地位而言，测控系统是企业综合自动化CIMS中的子系统，是计算机网络的接点。1.2现场测控信息变电站自动化系统所处理的现场测控信息非常多。现场测控信息指的是变电站运行参数和运行状况数据，通常按照变电站自动化系统的功能来划分，可以分为遥测量、遥信量、遥控量、遥调量。遥测量是指系统所采集的生产过程层的模拟量信息，主要包括以下内容：三相电流，三相保护电流、三相电压，三相相间电压、三相交流电的频率、相位；有功功率P，无功功率Q，功率因数cos、有功电度W，无功电度V、零序电流；母线分段、母联断路器电流、直流母线电压、并联补偿装置的三相交流电流、消弧线圈电流、变压器温度、环境温度。其中可直接测量量包括：三相电流、三相电压、零序电流、变电器温度、环境温度等。有功电度和无功电度可由智能电能表给出的数字电度量或者经二次计算得到。遥信量是指系统所采集的生产过程层的状态量(开关量或数字量)信息，主要包括以下内容：隔离开关位置信号(工作/试验/拉出)；断路器位置信号；保护动作信号；弹簧储能信号；控制回路断线信号；轻/重瓦斯信号；变压器过温信号；低频减载保护信号；CT/PT断线信号；系统异常/故障信号；操作机构故障信号。遥控量是指系统对生产过程层的某些设备的输出控制信号，主要包括以下内容：断路器合闸/分闸控制信号；隔离开关的遥控信号；变压器中性点的接地刀闸信号；某些设备的启动、停止、复位等信号。遥调量是系统对生产过程层的某些设备模拟量的调节控制信号，例如对变压器分头位置调节、消弧线圈的抽头位置调节等。1.3测控装置在变电站综合自动化系统中的意义和功能在现代社会中，社会的生产、生活对电力的需求与日俱增，电力己经成为世界经济发展的生命线。保障供电质量己成为电力部门的紧迫任务。变电站是供电系统中的重要节点，监测了解其负荷、运行及故障情况非常重要。传统的做法是由人工定期对其进行测量、记录和分析。这样做的缺点是：工作量大，人工处理数据极为不便，且统计周期长，可靠性也无法得到保证。结合变电站目前的应用情况，人们当然希望它能应用自动化控制技术、计算机数据采集和处理技术、通信技术，来代替人工对变电站进行正常运行的监视、操作、无功控制、测量记录和统计分析、故障运行的监视、报警和事件顺序记录等。因此研制开发一种满足国家电力标准、准确可靠的变电站综合自动化装置势在必行。1.3.1变电站综合自动化测控装置的意义=1\*GB2⑴提高安全性变电站有很多事故是人为因素造成的，操作人员的误操作，往往带来不应出现的事故。而程序控制的开关操作，可以排除运行人员素质的影响和误操作的可能性。=2\*GB2⑵改善电能质量，提高经济效益由计算机控制执行的无功补偿，能稳定电压范围，调整功率因数，降低电能损耗，提高经济效益。=3\*GB2⑶减轻运行人员负担计算机控制系统进行了信息的采集与处理，运行人员不必再做抄表、统计等工作，计算机管理更加方便、准确。=4\*GB2⑷为变电站综合自动化奠定基础变电站的监控系统通过远动设备，可以实现遥信、遥控、遥测、遥调等功能。并为继续完成线路保护、电容器保护等实现整个配电自动化打下良好的基础。1.3.2变电站综合自动化测控装置的功能在变电站综合自动化系统中，测控装置承担着开关量输入信号采集、脉冲输入信号采集、交流量采集及处理，对断路器、隔离开关、放电回路进行控制，与总控单元或与智能设备接口进行通讯等任务。变电站综合自动化系统中的站控层的计算机监控系统或调度端通过测控装置获取现场数据信息，进行各种分析及处理，同时计算机监控系统或调度端可通过测控装置对断路器、隔离开关、放电回路等设备进行操作。利用测控装置还可对有载调压变压器调压、同期合闸数据运算及辨别并实现其控制，当开关量变位时能够按照设定值发告警信号，向后台传送电笛标志或电铃标志。测控装置是面向间隔层设计的，当通过测控装置对断路器、隔离刀闸等进行操作时，可实现面向间隔层的防误闭锁操作判断1.4采样方式电力系统和电厂、变电站中的模拟量有三种类型,其一是快速变化的交流量：如交流电压、电流等；其二是变化缓慢的直流量：如控制母线电压和操作母线直流电压；其三是变化缓慢的非电量：频率、温度、水位、油压等。对这些不同类型的模拟量有不同的采样方式。1.4.1直流采样它是指将现场不断变化的模拟量先转换成直流电压信号,再送至A/D转换器进行转换,即A/D转换器采样的模拟量为直流信号。直流采样的主要特征是A/D转换器所采集的模拟信号已转换成变化缓慢的直流信号。其原理框图如1.4.1所示直流采样的特点=1\*GB2⑴直流采样对A/D转换器的转换速率要求不高,软件算件简单。只要将采样结果乘上相应的标度系数便可得到电流、电压的有效值,因此采样程序简单,软件的可靠性较好。=2\*GB2⑵直流采样因经过直流和滤波环节,转换成直流信号,因此抗干扰能力较好。=3\*GB2⑶直流采样输入回路,因要滤去整流后的纹波,往往采样R—C滤波电路,其时间常数较大,因此采样结果实时性差,而且无法反映被测模拟量的波形,尤其不适合用于微机保护和故障录波。=4\*GB2⑷直流采样需要变送器屏,故增加了设备投资和占地面积。1.4.2交流采样即对交流电流和交流电压采集时,输入至A/D转换器的是与电力系统的一次电流和一次电压同频率、大小成比例的交流电压信号。由于电力系统、发电厂或变电站的一次电流和电压都是大电流或高电压的信号,不能直接送至A/D转换器,必须将变电站电压互感器或电流互感器输入的强电信号,经过一个小电压互感器或小电流互感器,变换成A/D转换器所能接受的电压信号。这两种方法的主要区别是直流采样必须把交流电流和电压经过整流和滤波,变成直流量,再送给A/D转换器进行转换。交流采样是直接对交流电流的波形进行采样,然后通过一定算法计算出其有效值,并计算出P、Q值。它有如下主要特点：=1\*GB2⑴实时性好。它能避免直流采样中整流、滤波环节的时间常数大的影响,因此在微机保护中必须采用交流采样。=2\*GB2⑵能反映原来电流、电压的实际波形,便于对所测量进行波形分析,因此在需要谐波分析或故障录波的场合,必须采用交流采样。=3\*GB2⑶对A/D转换器的转换速率和采样保持器要求比较高。为了保证测量的精度,一个周期内,必须保证有足够的采样点数,因此要求A/D转换器要有足够的转换速度。=4\*GB2⑷有功功率和无功功率是通过采样得到的u、i计算出来的,因此可以省去有功功率和无功功率变送器,可以节约投资并缩小测量设备的体积。=5\*GB2⑸测量准确性不仅取决于模拟量输入通道的硬件,而且还取决于软件算法,因此采样和计算程序相当复杂。对于后两类的模拟量,因都属于变化缓慢的电量或非电量,用直流平均值反映该类物理量,能满足电力系统实时性要求,也很容易实现。因此通常采用变送器形式将这两类转变为满足A/D变换器输入电压要求的直流电压,供直流采样用。对于快速变化的交流电压,电流及有关电量,如用直流平均值反映此类物理量,不能满足电力系统实时性要求,应用交流采样。对此类物理量的交流采样避免了直流采样中的整流、滤波环节的时间常数大的影响,满足电力系统实时性要求；能快速测得瞬时值,因此,能利用瞬时值形成波形,便于波形分析、故障录波；交流采样电流、电压后,还可以通过软件计算有功(无功)功率、电能电量。直流采样和交流采样是两种不同的采样方式,各有各的特点和应用场合。但从发展的眼光看,随着大规模集成电路技术的提高,A/D转换器的转换速度和分辨率也不断提高,而且交流采样的算法也有多种方法可选,因此采用交流采样是一种发展的趋势，在变电站中主要是交流量的采集与变换,因此在本系统中采用交流采样。1.4采样频率的计算在变电站系统正常状态下，模拟量可以认为是频率近似有50Hz的交流电信号。对交流电量的测量是采用多点采样的方法，在本设计中，一个周期内系统对每个需要测的交流电量进行N=12次采样(就是将一个周期进行12等分，在每个等分点上进行测量)，采样频率为600Hz。

第二章测控系统的硬件设计硬件总体结构整个装置由以下模块构成：电源模块、模拟量输入/输出回路、开关量输入/输出回路、脉冲量输入回路、通信接口、CPU模块以及人机对话回路。其硬件总体结构如图：2.1电源模块电源插件把外部提供的交流电源转换为测控装置所需的直流稳压电源，以保证整个装置的可靠供电。输入为AC220V,经抗干扰滤波回路后，进入电源变换模块。分别用于装置各回路电源使用，以保证整个系统的可靠供电。2.2模拟量输入/输出回路输入模拟信号主要可分为交流信号和直流信号两类。保护测控装置的对象主要是交流信号。交流电压一般通过两级电压互感器获得所需要的电平。交流电流则先通过两级电流互感器，然后再按某种方式转换为合适电压电平。模拟量输入回路的作用是将来自变电站的模拟信号转换成微机系统能处理的数字信号。计算机的输出是以数字形式给出的，输出模块的作用就是把数字量转换成模拟量，主要由数/模（D/A）转换器来完成。2.3开关量输入/输出回路它主要由并行接口、光电耦合电路及有关触点的中间继电器等组成，主要用于人机接口、本地和后台机的告警信号、压板投送信号及闭锁信号、发跳闸信号等。2.4脉冲量输入回路变电站采集的典型脉冲量是脉冲电能表输出的电能表。这种量的采集在硬件接口上与状态量的采集一样经光电隔离后输入进微机系统，是对电能量（包括有功电能和无功电能）的采集。2.5人机对话回路其主要功能用于人机对话，如调试、定值整定、工作方式设定、动作行为记录、与系统通信等。2.6通信接口变电站综合自动化系统可分为多个子系统,如监控子系统,微机保护子系统、自动控制子系统,各子系统之间需要通信,如微机保护动作跳闸,监控子系统需要知道,即需要它们之间相互通信。同时,各子系统的动作还要远传给调度(控制)中心。所以通信回路的功能主要是完成机间通信及远动通信。2.7测控CPU模块保护测控CPU是整个装置的核心部件，完成对数据的处理及其输出。

第三章各模块硬件设计该设计总共需要采集的数据：①模拟量电压参量（16路）：110kVI段电压U1a、、U1b、U1c110kVII段电压U2a、U1b、U2c还有10kV段电压参量10路电流参量（196路）：110KVI段I1a、I1b、I1c110KVII段I2a、I2b、I2c主变压器电流保护Ia、Ib、Ic其他统计有187路②开入量（44路）110kV侧的1QF的开关状态、2QF的开关状态、3QF开关状态等，还有10kV侧的断路器，隔离开关，接地开关，总共是44路。3.1模拟量输入回路模拟量输入电路主要用于隔离、规范输入电压及模/数变换,以便与CPU接口完成数据采集任务。自动装置的动作速度和测量精度等性能都与该电路密切相关从现场引来的原始模拟量的数值一般都非常大，如其数量级为千伏或千安级等，经过电压互感器PT和电流互感器CT变换到较低数量级，但这些互感器的二次侧电压或电流量仍不能适应模/数变换器的输入范围要求，通常A/D变换器件的输入电压限量为士2.5V、士5V或士l0V.这些信号首先被转换到与微型计算机相匹配的电平，即经过一个小电压互感器或小电流互感器,变换成A/D转换器所能接受的电压信号。然后通过模拟滤波削去其中的高频成分，然后由采样保持环节将连续信号离散化。由于输入信号往往不止一个，故由多路转换器逐个交给A/D转换器变为数字量。它包括电压形成回路、模拟低通滤波(ALF)、采样保持(S/H)、多路转换(MPX)以及模数转换(A/D)等。如框图3-1所示。图3-1模拟量输入回路框图3.1.1电压形成回路电压形成回路的任务是把来自PT和CT的交流电量降低，并将电流量变换为电压量，以达到电平配合的目的，此外它的另外一个重要作用是将一次设备的电流互感器PT、电压互感器PV的二次回路与微机A/D转换系统完全隔离，提高抗干扰能力。本设计中的电压形成回路采用如下图3.2所示。变电站的一次电流和电压都是大电流或高电压的信号,不能直接送至A/D转换器,因此先将变电站电压互感器PT二次侧来的交流电压输入信号U(t)或电流互感器CT输入的交流信号I(t),经过一个小电压互感器或小电流互感器,转变成小电压信号输出,或变为弱电流信号输出，再接入电阻形成小电压信号。即变换成A/D转换器所能接受的电压信号。3.1.2滤波通道从电压互感器、电流互感器出来的电压和电流信号很可能含有大量的高次谐波成分，使输入信号的频率增大，从而不能满足采样定理(采样频率大于输入信号频率的2倍)造成频域混叠现象。因此，需要用低通滤波器来消除输入信号中的高频部分，限制输入信号的最高频率，将输入信号限制在一定的频带之内。模拟滤波器通常可分为两大类，一类是无源滤波器，由RLC元件构成；另一类是有源滤波器，主要是由集成运算放大器和RC等元件构成。无源低通滤波器电路简单,但电阻与电容回路对信号有衰减作用,并会带来延时,对实时要求不利,适用与要求不高场合,对有特殊要求监控设备,可用有源滤波器。由电感器L与电容器C构成的LC滤波器，其传递函数可以具有位于S域左半平面的共扼极点，所以能得到较理想的低通幅相特性。但电感器笨重昂贵，制作麻烦，本系统要求有很多个交流信号输入通道，每个通道都需要一个模拟低通滤波器，所以采用LC滤波器是不合适的。如果采用电阻器R与电容器C构成的RC低通滤波器，传递函数的局限性很大，任何无源RC网络，它的传递函数的极点永远只能位于S平面的负半轴上，因此频率特性总是呈单调递减的，无法做到通带平坦和过渡带陡峭。基于上述考虑，本系统中采用RC网络与运算放大器构成的有源低通滤波器。在RC网络中引入有源器件，能够实现传递函数在S域左半平面出现共扼极点，得到良好的滤波特性。为了不增加装置的复杂性和时延，阶数选取不宜过高，本系统中选用二阶低通滤波器。根据butterworth（最平幅度特性）逼近函数，查表得，选截止频率=150Hz，可得；这时通带己比较平坦。该滤波电路的主要优点有：仅用一个运算放大器，结构简单，所用RC元件较少。3.1.3多路转换开关多路转换开关也称为采样单元，它的作用是把已变换成统一电压信号的测量信号按序或随机的接到采样保持器。即在模拟输入通道中，多路模拟输入量只用一个AD转换器，借助采样单元把各路模拟量分时接到AD转换器进行转换，实现了CPU对各路模拟量分时采样的目的。采样单元一般由开关矩阵及逻辑控制电路组成，开关矩阵是由称为模拟开关的开关构成的。现在模拟开关都做成集成电路，开关矩阵和逻辑控制电路都集成在一起了。设计中选用多路转换开关芯片AD7506进行切换。AD7506是一个16选1的模拟电子开关，其导通电阻，通道间导通电阻差，传输延迟，开关残差电压，用于切换16个被测模拟信号输入端，使16路模拟信号的采集共享一片ADC转换器。AD7506的S1至S16分别接入16路模拟信号，具体接入哪一路模拟信号，通过地址选择端A3-AO来进行选择。3.1.4采样保持器接口电路的采样保持器采用LF398I芯片，它具有价格低廉、采样速度高、下降率低及输入阻抗高、以及精度高等优点。作为单一的放大器时,其电流增益精度为0。002%；采样时间小于6uF时精度可达0。01%；采用双极性输入状态可获得低偏差电压和宽频带。使用一个单独的端子实现输入偏置的调整,允许带宽1MHz,输入电阻为10兆欧。当保持电容为1uF时,其下降速度为5v/min。结型场效应管比MOS电路抗干扰能力强。而且不受温度影响。主要特性为：

（1）具有较低的捕捉时间。外接电容Ch=100pF采集时间是6μs，可满足8位A/D要求；若Ch=1000pF，采集时间为25μs，可满足12位A/D要求。

（2）输入阻抗Ri＝30M欧，输出阻抗（保持状态）R0=12Ω

（3）供电电源±Vs在±9V～±18V范围内选择，输入信号电压可达电源电压，可适用于12位模数转换电路。

（4）模拟地与数字地相互隔离，从而具有较强的抗干扰能力。

（5）具有差动的逻辑控制输入端logicin，采样/保持状态由它来控制。模拟信号从Vin输入，通过Vout端输出。若在Logicin端加入1，则LF398处于采样状态，加入0则为保持状态。本电路利用AD574的状态信号STS控制，通过反相器与Logicin相连。STS=l(正在进行转换)，使LF398断开模拟电压，处于保持状态；STS=0(未进行转换)，使LF398接通模拟电压，处于采样状态。3.1.5A/D转换器采样频率越高,要求微型机运行速度越高,但微型机是实时系统,数据采集系统以采样频率不断地向微机输入数据,微型机必须要来得及在两个相临采样间隔Ts内处理完对每一组值的各种操作及运算。当采样频率很低时,将不能真实反映被采样信号的情况。而A/D转换器位数,它决定量化误差大小,反映转换精度和分辨率。因此为满足A/D转换器精度要求,就要在转换时间内,使最大信号变化幅度小于A/D转换器的量化误差。否则转换精度没有保证,甚至根本失去了转换的意义。由于AD转换器价格比较昂贵，考虑到成本因素，本装置选用AD574A，它是美国模拟数字公司（Analog）推出的单片高速12位逐次比较型A/D转换器，内置双极性电路构成的混合集成转换显片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能，只需外接少量的阻容件即可构成一个完整的A/D转换器。其主要功能特性如下：(1)分辨率：12位(2)非线性误差：小于±1/2LBS或±1LBS(3)转换速率：25us(4)模拟电压输入范围：0—10V和0—20V，0—±5V和0—±10V两档四种(5)电源电压：±15V和5V(6)数据输出格式：12位/8位(7)芯片工作模式：全速工作模式和单一工作模式。它可以进行8位AD转换。若为12位转换时可以一次读出12位转换结果，也可以分两次读出，先读高8位，再读低4位。其内部可以提供基准电源电压，具有价格低廉、集成度高、与各种微处理器兼容性好等优点。其管脚图如3-6所示。AD574A内部有锁存器，可直接与CPU相连，也可通过1/0接口芯片相连，由于其片内有时钟，故无需外加时钟信号。A/D574工作在双极性信号输入状态时，其输入信号范围是-5v至+5v,且为12位数字输出。在本设计中12位A/D574的数据线连到8255的A端口(PA0～PA7)和端口C的上半字节(PC4～PC7),端口A和端口C的上半字节设定为方式0输入。进行A/D转换时，需要由主机发送ADC启动信号。在CS=0,CE=1的情况下，AD574A的启动信号由R/C控制，当R/C=O时启动AD574A，在A/D转换期间，STS=1(取反为0)控制LF398处于保持状态，这时Ch上的电压就是模拟电压。当ADC转换结束，STS=0使LF398处于采样状态，为下一次A/D转换做准备。由于输入的模拟量为交流信号，A/D转换电路采用双极性接法，电压量程选用-5V～+5V的范围。本系统采样频率为600Hz,采样周期为1667us。S/H采样保持时间为25us,A/D转换时间为25us。每道转换时间为25+25=50us,16通道所用的时间为50×16=800us,满足一个采样周期内可转换16通道模拟量。本系统的模拟量较多，共212路。每片可输入16个模拟量，总共需要14片AD7506。可用8255进行扩展。3.1.6模拟量输入回路工作原理如图所示：由接口芯片8255发送14选1的选择信号给多路转换开关的控制端，被选中的多路转换开关把与选择地址对应的模拟量送到采样保持器，经采样后进入A/D574，A/D574在启动脉冲作用下，对输入模拟量进行转换，转换结束后，将输出稳定的数字信号给8255的A组端口，并产生中断信号给CPU，CPU收到中断请求信号后转入A/D中断服务程序，一方面撤消中断请求信号，另一方面读取PA口和PC口的数据，并做相应的处理。2.2模拟量输出回路模拟输出通道将微机处理后的测量数据转换成模拟信号输出到对象选择号指定的调节装置执行。在发电厂、变电站中，主要机组都装有自动调节装置,改变调节装置整定值,就能改变机组输出功率。在某些对生产过程进行监视的场合,如果被测参数超过规定限度时,微机还将及时启动报警器发出报警信号。数/模(D/A)变换器完成微型即机系统输出的数字量转换成模拟量输出的任务。由于(D/A)变换器需要一定的转换时间,在转换期间,输入待转换的数字量应该保持不变,而微型机系统输出的数据在数据总线上稳定的时间很短,因此在微型机与D/A转换器间必须用锁存器来保持数字量的稳定。经过D/A转换器得到的模拟信号,一般幅值比较小，可用功率放大器作为模拟量输出的驱动电路。结构框图如3-8所示：2.2.1D/A转换器（DAC0832）简介DAC0832为一个8位D/A转换器，单电源供电，在+5V～+15范围内均可正常工作。基准电压的范围为±10V，电流建立时间为1us，CMOS工艺，低功耗20Mw。可实现单缓冲、双缓冲和直通输入方式。D/A转换器的输出有电流和电压两种方式。其中电压输出型又有单极性电压输出和双极性输出。D/A转换器的输出方式只与模拟量输出的连接方式有关,与其位数无关。在图3-9中DAC0832的电流输出端Iout1接至运算放大器的反相输入端,因此输出电压Vout与参考电压Vref极性相反。因在变电站系统中,在随动系统中(例如电机控制系统),由偏差产生的控制量不仅与其大小有关,而且与极性相关,要求D/A转换器输出电压为双极性。如图中在放大器1后再加一级放大器,并配以相关的电阻,就构成双极性电压输出。在图3-9中,运算放大器A2的作用是把运算放大器A1的单向输出电压转变为双向输出。其原理是将A2的输入端通过电阻与参考电源Vref相连,Vref经电阻向A2提供偏流I1,因此,运算放大器A2的输入电流为两支路电流之代数和。2.2.2模拟量输出回路工作原理单片机经过处理,将整定值输送到8255,通过对8255端口编址确定输出的路口，再送至DAC0832，经驱动放大送到指定的调节装置执行。2.3开关量输入回路电力系统运行中，断路器的合闸或跳闸直接改变了电力网络结构和相应的数学模型，改变了系统的运行方式和潮流分布，对调度和运行人员而言是极为重要的信息。此外，重要的隔离开关的位置状态、继电保护和自动装置的工作状态等也都是比较重要的信息。这些信息有着共同的特点：可以用二进制码元“1”来表示闭合或动作，用“0”来表示断开。开入回路框图如3-10所示：2.3.1抗干扰技术断路器和隔离开关的位置信号取自它们的辅助触点。为防止因触点接触不良造成差错，回路中所加电压较高。当开关量作为输入信号,因长线及空间产生干扰信号时,可能会使状态发生错误。因此,增加滤波电路消除噪声,本系统采用RC滤波及用施密特触发器进行整形,消除干扰信号。现场开关量与逻辑电路之间采用光电隔离技术。这主要是基于以下原因：=1\*GB2⑴使低压输入电路与大功率的电源隔离。=2\*GB2⑵外部现场器件与传输同数字电路隔离,以免计算机受损。=3\*GB2⑶限制地回路电流与地线的错接而带来的干扰。多个输入电路之间的隔离,常用的有以下几种：=1\*GB4㈠光电耦合器隔离如图3-11所示,在光电耦合器中,信息的传递介质为光,输入和输出都是电信号,由于信息的传递和转换的过程都是在密闭环境下进行,没有电的直接联系,它不受电磁信号干扰,隔离效果比较好。图3-11光电耦合器隔离=2\*GB4㈡继电器隔离如图3-12所示,利用现场断路器或隔离开关的辅助触头S1、S2接通,去启动小信号继电器K1、K2,然后由K1、K2的触点K1_1,K2_2等输入到微机系统,这样可起到很好的隔离作用。=3\*GB4㈢继电器和光电隔离双重隔离即先将现场的开关触点经过继电器隔离,继电器的辅助触点再经过光电隔离,再输入计算机。这种双重隔离对抗干扰能力和消除开关动作时的抖动有很好的效果。目前普遍采用的光电隔离技术，在安全可靠性以及实用性上都获得了很好的效果，具有很高的抗干扰与准确性，很好的满足了变电站自动化安全可靠和准确性的要求，因此本设计采用光电耦合。图3-13开关量输入电路2.3.2开关量输入回路介绍如图3-13所示：两极RC电路完成滤波功能；其所加电阻有限流作用，可限制进入发光二级管电流在毫安级，V2二极管起到保护光电耦合器的作用，防止输入端反接造成光藕被反向击穿。此电压使LED发光，并使光电耦合器的原边侧点亮(原边侧发光二极管导通)，LED的点亮发光是指示此电路输入为高电平(即开关S闭合)；光电耦合器原边点亮，导致它的副边侧产生电流；当Ui为0时(即开关S打开)，LED熄灭，指示该电路输入为低电平，光电藕合器不导通。施密特触发器构成消颤网络,以消除开关抖动。2.3.3开关量输入回路工作原理当断路器1在和闸位置时,其辅助开关S1断开,光耦器件未导通,集电极A点为高电位1,经非门B点后为低电位0。经施密特触发器后为高电位1,数字经接口读入数据总线,CPU采集到断路器在和闸状态信息。本系统的开关量有44个，开关状态比较多,可用多片三态门或并行接口芯片,由片选译码器的输出分别加以控制,这样CPU可选择其中任意一片读取数码。此外还可以采用多路转换开关,将开关量分时分批接通，由8255控制选通路口。在进行实验时，选两路进行。2.4开关量输出回路在变电站中,计算机对断路器、隔离开关的分、合闸控制和对主变压器分接开关位置的调节命令,以及告警及巡检中断都是通过开关量输出接口电路去驱动继电器,再由继电器的辅助触点接通、合闸回路或主变压器分接开关控制回路而实现的。开关量输出电路框图如3-14所示。开关量输出一般按组进行,每组输出的开关量的位数与计算机的字长相等,经输出数据锁存器后,通过输出驱动电路的驱动后用于控制被控对象,对被控对象进行控制时,一般要对输出的控制状态进行保持,直到下次输出新的控制状态为止。在输出驱动电路前一般是TTL电路或是CMOS电路,它们的驱动能力有限。不足以驱动执行机构。在输出通道与执行机构之间应有对输出信号进行功率放大。此外,为保证计算机的安全,提高抗干扰能力,在输出驱动电路中还应实现计算机与执行机构之间在电气上的隔离。常用的驱动、隔离器件有：光电隔离器件、小功率集成缓冲器与晶体管结合等。图3-14开关量输出电路框图2.4.1开关量输出回路介绍如图3-15所示：本设计采用并行接口的输出来控制有触点继电器。但为了提高抗干扰能力,使之经过一级光电隔离。只要通过软件使并行口的PB0输出0,PB1输出为1,便可使与非门H1输出低电平,光敏三极管导通,继电器被吸合。在初始化和需要继电器K返回时,只要使PB0输出1,PB1输出为0就可以了。设置反相器B1及与与非门H1而不将二极管直接同并行口相连,一方面是因为并行口带负荷能力有限,不足以驱动发光二极管,另一方面是因为采用与非门后要满足两个条件才能使K动作,增加了抗干扰能力。为了防止拉合直流电源的过程中继电器K的短时误动,将PB0经一反相器输出,而PB1不经反相器输出。因为在拉合直流电源过程中,当5v电源处于某个临界电压值时,可能由于逻辑电路的紊乱而造成保护误动作。特别是保护装置的电源往往接有大量的电容器,所以拉合直流电源时,无论是5v电源还是驱动器K用的电源,都可能相当缓慢地上升或下降,从而完全可能来得及使继电器K的触点短时闭合。由于采用上述接法后,两个反相条件互相制约,可以可靠地防止误动作。V1是发光二极管,用来表示该回路的选通。V2二极管是专门为保护光耦的而设置的。在光耦由导通变为关断时，继电器由接通变为关断时，由于它的线包是感性负载，所以会产生很高的感应电势，此时二极管提供的泄流回路保护光耦不被反电势击穿。。该电路具有如下特点：采用编码方案,即每一路开关量输出都由两根口线控制。=1\*GB2⑴设有光电隔离芯片,以提高抗干扰能力。=2\*GB2⑵光隔芯片的输出驱动一个NPN三极管,以增加电路的负载控制。=3\*GB2⑶在正常运行时,可以对开关量输出电路的状态进行监视,一旦发现问题立即报警,且由报警继电器常闭触点开关量驱动电路的正电源。防止出口继电器误动。2.4.2开关量输出回路工作原理在正常运行时,各个光电隔离器件的二极管均不导通,因此,光电隔离器的三极管及驱动三极管均不动作。当系统发生故障时,由软件执行各种算法,求出故障参数与整定值比较,若为保护范围内的故障时,就通过CPU控制8255口的编码,使之驱动跳开出口继电器。由于8255各口都是带闭锁的,因此当判断断路器确实跳闸后应收回跳闸命令。整组复归时应重新闭锁各开关量输出回路图3-15开关量输出回路2.5脉冲量输入回路对电能量的计算,可以采用电能脉冲计量法、软件计算法或采用专门的微机电能计量仪表。电能脉冲计量法有两种常用的仪表可供选择：=1\*GB3①脉冲电能表；=