第4章 微机继电保护的软件原理

第4章微机继电保护的软件原理4.1微机保护主程序框图原理微机保护装置接通电源（上电）或整组复归时，CPU响应复位中断，进入主程序入口

。4.1.1初始化“初始化”是指保护装置在上电或整组复归时首先执行的程序，它主要是对微机系统及其可编程扩展芯片的工作方式初始化、各种标志设置、参数的设置、整定值加载等，以便在后面的程序中按预定方案工作。初始化包括初始化（一）、初始化（二）及数据采集系统初始化三个部分。

初始化（一）：主要是对微处理器CPU及其扩展芯片的初始化，及保护输出的开关量出口初始化，赋以正常初值，以保证出口继电器均不动作。初始化（二）：包括采样定时器的初始化、对RAM区中所有运行时要使用的软件计数器及各种标志位清零等程序。数据采集系统的初始化：主要指采样值存放地址指针初始化，如果是VFC式采样方式，则还需对可编程计数器初始化。

4.1.2全面自检的内容

在完成初始化（二）之后进入全面自检程序，全面自检包括对RAM、EPROM、开关量输入、输出等回路的自检。如果检查出存在错误，则驱动显示器显示故障信号（故障字符代码）和故障时间及故障类型说明。自检的方式将在第7章中详细说明。4.1.3开放中断与等待中断初始化之后，进入运行之前应开始模数变换，并进行一系列采样计算。所以必须开放采样中断。进入运行之前应开放串行口中断，以保证接口CPU对保护CPU的正常通信。在开放中断后必须延时2~3个工频周期（40~60ms），以确保采样数据的完整性和正确性。

4.1.4自检循环

在开放了中断后，所有准备工作就绪了，主程序就进入相应的主循环程序。主循环程序主要包括自检循环程序和故障处理程序。自检循环程序：在保护装置正常运行且系统无故障时运行，主要包括查询检测报告，专用及通用自检等内容。故障处理程序：如果检测到故障启动标志，则进入故障处理程序。故障处理程序中进行各种保护的算法计算，跳闸逻辑判断与时序处理，告警与跳闸出口处理，及事件报告、故障报告的整理等。4.2采样中断服务程序与故障处理程序原理采样中断服务程序框图如图4-2所示。采样中断服务程序主要包括采样计算，TV、TA断线自检和保护起动元件三个部分。同时还可以根据不同的保护特点，增加一些检测被保护系统状态的程序。4.2.1采样计算概述保护的采样计算就是采用某种适当的算法分别计算各相电压、电流的有效值、相位、频率及阻抗等。还可以根据需要进一步计算出各序电压、电流及各序功率方向，并分别存入RAM指定的区域内，供后续的程序（如逻辑判断等）使用。4.2.2TV断线的自检在保护判断起动之前，先检查电压互感器TV二次是否断线。在小接地电流系统中，可简单地按以下两个判据检查TV二次是否断线。1、正序电压小于30V，而任一相电流大于0.1A。2、负序电压大于8V。4.2.3TA断线的自检在TA二次回路断线或电流通道的中间环节接触不良时，有的保护（例如变压器差动保护）有可能误动作，因此对TA二次回路必须监视，在断线时闭锁保护并应报警。对大接地电流系统可采用如下两个零序电流的判据：1、变压器“△”侧出现零序电流则判为该侧断线；2、“Y”接线侧，比较三相电流量、、，与零序电流，如出现差流则判断该侧TA断线。具体判据如下：在中低压变压器保护中采用负序电流来判断TA断线的两个判据：1、TA断线时产生的负序电流仅在断线一侧出现，而在故障时至少有两侧会出现负序电流。2、以上判据当在变压器空载时出现故障的情况下，会因为仅有电源侧出现负序电流，将误判TA断线。因此要求另加条件：降压变压器低压侧三相都有一定的负荷电流。在TA断线期间，软件发出运行异常“TA断线”信号，并置TA断线标志位，而且根据整定的控制字决定是否退出运行。4.2.4起动元件原理为了提高保护动作的可靠性，保护装置的出口均经起动元件闭锁，只有在保护起动元件起动后，保护装置出口闭锁才被解除。在微机保护装置里，起动元件是由软件来完成的。起动元件起动后，启动标志位“KST”置1。

不同型号的微机线路或元件保护的起动元件程序各有不同。例如：在线路成套保护装置中常采用以相电流突变量起动方式为主，以零序电流为辅助起动方式的算法。4.2.5

故障处理程序原理故障处理程序包括保护软压板的投切检查、各种保护的动作判据计算及定值比较、逻辑判断、跳闸处理和后加速以及事件报告等部分。4.3基于实时操作系统的继电保护软件设计思想

在以上第一、二节中所讲的是传统微机保护的软件设计结构，这种结构采用的是主循环加中断的线性结构，可称之为前后台系统。这种程序机制的特点：简单直观，易于控制，但缺乏灵活性。

因此借鉴PC操作系统的进程管理和调度思想，建立一个基于实时操作系统（Real-TimeOperationSystem，RTOS）的微机保护软件系统，统一安排微机保护装置所有与硬件和软件资源有关的管理、调配与控制相关的程序模块，将会大大提高提高软件的灵活性和可扩充性。4.3.1任务的划分

任务—般是指程序连同它操作的数据在处理器中动态运行的过程。在微机继电保护软件中，每项任务都应完成一项独立的功能或实时数据的处理过程。如保护判断、数据预处理、电压、电流有效值计算、驱动输出、故障录波，液晶显示，键盘管理，通信等都可以看成是独立完成的任务。为保证实时任务的并行性，必须对所有任务进行分类、分时管理。按照任务执行的时间界限，可把任务划分三类

第一类任务有严格的时间起点和终点，有执行周期和任务周期。执行周期——完成任务所需要的时间。任务周期——两次执行同一任务的时间间隔。第一类任务周期的最小公约数作为最小任务周期，它是任务调度的控制依据，所有这类任务的调用周期都是最小任务周期的整数倍。在微机继电保护的任务调度设计中，基本用采样任务周期为最小任务周期，也叫基本任务周期。第二类任务没有严格的起始点，但有严格的终止点。终止点可以是到达某个规定时刻或出现某种事件。包括开关量输出、故障录波、通信及