基于微机的三段式电流保护装置的设计

**大学**University毕业设计专业：电气工程与自动化班级学号：电自1002学生姓名：指导教师：二〇一四年六月**大学本科生毕业论文基于微机的三段式电流保护装置的设计TheDesignofThree-stageCurrentProtectionDeviceBasedonMicrocomputer专业班级：电自1002班学生姓名：指导教师：学院：自动化与电气工程学院2014年6月

摘要随着时代的进步，社会对电力的要求越来越高，对电力系统的继电保护要求也随之增高。输电线路作为电力系统中最主要的组成部分，它的工作状态对电力系统有着直接的影响。因此，设计出一种性能优越的微机继电保护装置，将其用来完成线路的保护是非常有意义的。本文简单介绍了微机保护装置的发展史和当前的研究状态，并对其特点进行了汇总。本装置在设计中，对三段式电流保护原理进行了系统分析，对每一段的作用都进行了研究，从而为装置的保护设定值提供参考。在装置的硬件设计方面，基于三段式电流保护的特点和微机装置功能的要求，选用ATMEL公司的AT89S52作为单CPU结构的系统处理器，数据采集方面采用MAXIUM公司的A/D转换器MAX197，以及设计了电压形成回路、人机接口和通讯等模块。在软件设计方面，对几种常见保护算法进行了研究，设计出了微机保护的保护程序流程图。最终，完成了完整的微机三段式电流保护装置的设计。关键词：微机保护；三段式电流保护；保护算法

ABSTRACTWiththeprogressoftheera,thesocietyhasmoreandmorerequirementofelectricpower,therequirementofpowersystemrelayprotectionalsosubsequentlyheighten.Thetransmissionlinesisthemainpartofelectricpowersystem,anditsworkingconditionhasadirectimpactonpowersystem.Therefore,thedesignofthesuperiorperformanceofrelayprotectiondeviceisverymeaningfultocompletetheprotectionoftransmissionlines.Thisarticlebrieflydescribesthehistoryofmicrocomputerprotectiondeviceandthecurrentstateofresearch,anditscharacteristicshascarriedonthesummary.Inthedesignofthedevice,theprincipleofthree-stagecurrentprotectionsystemaresystematicallyanalyzed,theroleofeachsectionhavebeenstudiedinordertoprovideareferenceforthesettingofprotectiondevice.Intermsofthehardwaredesignofthedevice,basedonthecharacteristicsofthree-stagecurrentprotectionandthefunctionalrequirementofmicrocomputerdevices,IhavechoosetheAT89S52ofATMELCorporationasthesystemprocessorofsingle-CPUstructure,andtheA/DconverterMAX197ofMAXIUMarechosenindataacquisition.ATthesametime,Ihavedesignedthemoduleoftheloopofvoltageforming,man-machineinterfaceandcommunication.Insoftwaredesign,Ihavestudiedseveralcommonprotectionalgorithmanddesignedtheprotectionprogramflowofmicrocomputerprotection.Intheend,thedesignofthree-stagecurrentprotectiondevicebasedonmicrocomputerarecompleted.KeyWords：MicrocomputerProtection;Three-currentProtection;ProtectionAlgorithmIII段装在越靠近电源的地方，动作时限越长；越靠近网络末端动作时限越短。这个缺点决定它只可作后备保护。2.4电流三段保护小结图2-5为三段式电流保护的保护范围及时限特性图。以保护1为例，线路L1的保护装置1的第一段为瞬时电流速断保护，其保护范围为线路L1首段一部分，动作时限为，它由电流继电器和中间继电器的固有动作时间决定。第二段为限时电流速断保护，它的保范围为线路L1的整段并延伸至线路L2的一部分，其动作时限为。第一段和第二段保护共同构成线路L1的主保护。第三段为定时限过电流保护，保护范围包括线路L1和L2的整段并延伸至线路L3，甚至更远，其动作时限为。当线路L2的保护拒动或断路器2失灵时，保护1的过电流保护均起后备保护，称远后备保护；线路L1的主保护即瞬时电流速断保护与限时电流速断保护拒动时，线路L1的过电流保护也起后备保护作用，这是近后备保护。图2-5三段式电流保护的保护范围及时限特性

3微机继电保护系统的硬件设计3.1微机继电保护装置硬件的基本结构图3-1系统硬件设计框图装置启动时，数据采集系统开始对外部的保护线路进行信号采集。装置主要测量电力系统线路中的电流、电压信号，通过电压形成环节将电力系统的大电流、电压变成模数转换器适用的电压信号，该电压信号经过低通滤波环节将大部分干扰信号滤除，最后由模数转换器对信号进行采样处理，转换成微机能够识别的数据信号，微机对这些得来的信号进行分析、计算和判断，并发出控制信号完成保护功能。通过人机接口可以控制保护装置的运行，完成人机交流。通讯接口使微机保护装置进行远程控制，并可以集中处理多台保护装置。电源系统保证整个装置的可靠运行。3.2数据采集电路设计3.2.1电压形成回路微机保护装置主要从被保护的电力线路的电压互感器、电流互感器上取得采样图3-2电压变换器原理图(a)和电流变换器的原理图(b)信号，这些互感器的二次侧往往是较大的电压和电流，而模数转换器输入电压一般为±2.5V、±5V或±10V范围内的电压信号。因此，我们需将这些信号进行处理，使其满足模数转换器的要求。交流电压信号的变换可以采用电压变换器，而交流电流信号的变换可以采用电流变换器。图3-2为电压变换器和电流变换器的原理图。上述电压变换器，工作原理与变压器相同，作用是将互感器二次侧电压转换成与之成比例的弱电压，二次侧不能短路。电流变换器其工作原理与电压变换器相同，但它的二次侧不能开路。电流互感器的作用是将互感器二次侧电流转换成与之成比例的弱电流，通过调节电阻R的阻值来调整输出电压。采样电阻R比较小，一般为几欧到十几欧。模拟低通滤波器及A/D输入端等回路的等效阻抗Z较大，在工频信号条件下，可达80KΩ。图3-3为电流变换器的连接方式。图3-3电流变换器的连接方式由图3-3可得式中，n—电流变换器的变比。电流变换器在设计时，相关参数应满足的条件是式中，—电流变换器一次电流的最大瞬时值；—A/D转换器在双极性输入请况下的最大正输入范围。电压形成回路不仅能实现电量的变换，还起着隔离和屏蔽的作用，使微机保护电路在电气上与强电部分隔离，从而阻止来自强电系统的干扰。3.2.2低通滤波电路微机保护装置采集的模拟量主要是电压和电流，而电压和电流在线路发生故障时会产生高次谐波，所以设计了一个二阶RC低通滤波电路用来滤除高次谐波。模拟量的低通滤波电路如图3-4所示。其传递函数为此滤波方式有单调衰减的频率特性，对反应基波量的保护上非常适用。并且具有非常简单的结构、滤波的可靠度高、能够承受得住较大的过载和浪涌冲击等特点。图3-4低通滤波电路图3.2.3A/D转换器的选择微机保护装置中的单片机只能处理数字量，所以从低通滤波电路传输过来的模拟信息，要经过A/D转换器使模拟信号变为数字信号。在选择A/D转换器时，要考虑它的模数转换方法和重要的技术指标。本装置选用MAXIM公司生产的12位逐次渐进式A/D转换器MAX197。与常用的12位A/D转换器AD574相比，MAXl97的优点如表3-1所示：表3-1MAXl97与AD574的特点比较MAX197AD574供电方式单+5V电源供电+5V及土15V供电模拟量输入通道数8通道单通道转换时间6us25us本装置采集的信号有各相的电流、电压信号以及零序电流信号，它需要七个模拟量输入通道，所以选择八通道模拟量输入可以满足这一要求。MMAXl97的性能特点：①12位分辨率，误差为±(LSB)。②单+5V供电。③可用软件选择的输入量程，±10V，±5V，0～10V，0～5V。④转换器的输入过压容限为16.5V。⑤8路模拟输入通道。⑥6us转换时间，100kbs采样率。⑦可通过软件选择内部或者外部的采集模式⑧可通过软件选择内部4.096V或外部基准。⑨可通过软件选择内部或外部时钟。图3-5MAXl97的管脚图MAXl97的管脚图如图3-5所示，从图中可以看出，MAXl97为28管脚的DIP(窄形)封装，其中CH0～CH7为模拟量输入通道，D0～D11为输出数据线；CS为片选端，低电平有效；WR为写控制端，在CS低电平有效时，在内部采集模式，由WR的上升沿锁存数据，并发出一个采集脉冲；在外部采集模式，由WR的第一个上升沿启动一次采集，由WR的第二个上升沿结束第一次采集并开始进行一次转换；RD为读控制端，在CS为电平的情况下，由RD的下降沿对数据总线上的数据实现一次读操作；CLK为时钟输入，在外部时钟模式下，输入与ITL/CMOS相匹配的时钟脉冲，在内部时钟模式下，从CLK管脚接一个电容至地，设置内部时钟频率，当C=100pF时，时钟频率的典型值为1.5MHZ；INT为转换结束信号，当一次转换结束时，INT信号由高电平转换为低电平；HBEN为12位转换结果输出选择端，当HBEN=1时，高4位输出；HBEN=0时，低8位输出；SHDN为省电控制端，SHDN=0时，MAXl97进入省电模式；REFADJ为带隙电压基准输出外部调整端，可连接一个0.01uF的电容旁路至地，当采用外部基准电压时，REFADJ管脚连到VDD上；REF为基准缓冲输出，ADC的基准输入，在内部基准电压模式下，基准缓冲器提供4.096V的标准输出电压，可在REFADJ管脚微调，在外部基准电压模式下，通过把REFADJ接到VDD使内部缓冲器无效；DGND为数字地；AGND为模拟地。MAXl97的工作方式等是通过它的控制字决定的，MAXl97的控制字格式如表3-2所示:表3-2MAX197控制字格式其中PD1、PD0用于选择时钟和工作模式，根据PD1、PD0组成的二进制数来选择(分别为00、01、10、11)，为00时：正常工作，外部时钟模式为01时：正常工作，内部时钟模式为10时：省电模式，时钟模式无影响为11时：全省电模式，时钟模式无影响BIP、RNG为输入电压极性和量程的选择，同样是根据它们组成的二进制数来选择，为00时：0～5V为01时：0～10V为10时：-5V～+5V为11时：-10V～+10V在设计中，我们选择了-10V～+10V的量程；ACQMOD用于选择采集方式，ACQMOD=0表示内部采集方式，ACQMOD=1表示外部采集方式；A2、A1、A0为模拟量通道的选择，一共有8通道输入，从000～111，当A2、A1、A0为000时选择通道0，当A2、A1、A0为111时选择通道7。3.2.4电压和电流的采集电路设计如图3-6所示，为系统中电压、电流信号采集电路接线图。电流互感器通过R1将电流信号变为电压信号，电压信号通过由R1、R2、C1、C2组成的二阶低通滤波电路滤除高频干扰，D1和D2组成的保护电路，用于钳住大于+10V和小于-10V的电压信号，电压最终输入MAX197模拟量输入通道。图3-6电压、电流信号采集电路3.3单片机的选择本装置以单片机作为控制核心，选用时要根据本装置的功能和单片机的性价比、控制能力进行选择。本装置工作时，要处理的信息不是太大，对信息的处理速度要求也不少特别高，通过比较选用ATMEL公司生产的AT89S52单片机作为核心CPU。AT89S52单片机是一种低功耗高性能的CMOS8位微控制器，内置8KB可在线编程闪存。该器件采用ATMEL公司的高密度非易失性存储技术生产，其指令与工业标准的80C51指令集兼容。片内程序存储器允许重复在线编程，允许程序存储器在系统内通过SPI串行口改写或用同用的非易失性存储器改写。通过把通用的8位CPU与可在线下载的Flash集成在一个芯片上，AT89S52便成为一个高效的微型计算机。它的应用范围广，可用于解决复杂的控制问题，且成本较低。AT89S52芯片引脚如图3-7所示。AT89S52芯片的主要性能：与MCS-51单片机产品兼容；8K字节在线系统可编程Flash存储器，1000次擦写周期；4.0V-5.5V工作电压，全静态操作：0Hz～33Hz；三级加密程序存储器，三个16位定时器/计数器，八个中断源；256*8字节的内部数据存储器，32个可编程I/O口线；全双工UART串行通道；低功耗空闲和掉电模式，掉电后中断可唤醒；看门狗定时器，双数据指针，掉电标识符，快速编程周期；灵活ISP编程。图3-7AT89S52芯片引脚图3.4开关量输入输出电路3.4.1开关量输入电路微机继电保护装置中开关量输入分为两类：内部开关量输入和外部开关量输入。外部开关量输入电路主要包括断路器和隔离开关的辅助触点、保护投退压板、重合闸方式选择开关的触点等输入电路，内部开关量输入主要是微机继电保护装置面板上的切换开关、按钮、键盘等触点的输入。对于装在微机继电保护装置面板上的内部开关触点可直接接至微机的并行口，如图3-8（a）所示。它的工作原理是：在系统初始化时设置图中的并行口的PI0为输入端，则CPU就可以通过软件查询，随时获取开关量K状态。对于外部引入的触点，保护装置是弱电控制部分，而外部开关量的输入是强电控制部分，因此，开关量要经过光电隔离电路，目的是从电路上把干扰源和容易干扰的部分隔离开来，使微机保护装置和现场仅仅保持光信号的联系，而不产生电信号的联系，如图3-8（b）所示。开关量输入电路接入光电耦合器之后，由于光电耦合器的隔离作用，使夹杂在输入开关量中的各种干扰脉冲都被挡在输入回路的一侧。其工作原理是：当外部接点接通时，光耦合的二极管导通，管耦合器的晶体管也导通，其集电极输出低电位，当外部触点断开，光耦合器的二极管不导通，于是晶闸管截止，集电极输出高电位。图3-8开关量输入电路3.4.2开关量输出电路在微机继电保护装置中设有开关量输出电路，用于驱动各种继电器，如跳闸出口和重合闸出口继电器、装置故障告警继电器等。根据保护装置的需要可自行设置开出量的路数。对于保护跳闸信号及中央显示信号等开关量输出，可采用如图3-9所示的电路。当软件使并行口的PB0输出为“0”，PB1输出为“1”，便可使与非门输出低电平，光敏晶体管导通，继电器K被吸合。在初始化和要使继电器K返回时，应使PB0输出为“1”，PB1输出为“0”。该电路采用由两根并行口输出线及与非门电路来控制开关量输出驱动电路，一是并行口带负载能力有限，使用逻辑门电路提高驱动能力，二是因为采用与非门后满足两个条件才能使K动作，增加了抗干扰能力。图3-9开关量输出电路3.5键盘和显示电路3.5.1键盘电路设计键盘在装置中的作用是完成向单片机输入数据和传送命令等功能。键盘是一组按键开关的集合，它在输入的过程中可能会抖动，所以必须采用软件来消除抖动。一般是在按键按下（或松开）时，执行一段10ms的延时子程序。本装置键盘采用灵活性大、软件结构简单的独立式键盘。键盘由三个键组成，分别完成，向下、向上、确认功能，如图3-10所示。其工作方式采用中断工作方式。3-10键盘电路图3.5.2液晶显示电路设计本装置从电路设计简单、功耗低、价格便宜等方面出发，选用日本OPTRFX公司生产的DMF50174NT3-FW型液晶显示器。它是由320*240点阵构成，还具有设计简单、分辨率高、接口方便等优点。它的点阵显示屏具有多种供用户选则的扩展功能，大大方便了用户使用，提高了系统的集成高度性和实用性。该显示器的内嵌控制器选用SED1335控制器，它有非常丰富的指令系统，较强的I/O缓冲区。SED1335液晶显示控制器是同类液晶显示控制器产生中功能较强的一个。它的主要特点有：(1)较强功能的I/O缓冲器。(2)丰富的指令，可并行发送的四位数据，驱动能力最大为640*256点阵。SED1335硬件结构由MPU接口部、内部控制部、驱动部组成。接口部具有较强功能的I/O缓冲器。SED1335控制板上有J1和J2两个接口，J1为单片机控制板接口，J2为液晶显示器接口。其与单片机系统进行接口的引脚功能说明，如表3-3所示。SED1335与AT89S52的接线如图3-11所示。3.6通讯接口电路考虑到现实中，有时工作地点和控制在不同的地点。本装置设计时添加了通讯部分，以实现远距离通讯和控制。本部分为远距离通讯预留了通讯接口，信息传输采用串行方式。如图3-12所示。图3-12通讯模块电路图通信模块电路如上图所示，下侧通信接口可直接以插口的形式与上位机连接，上侧通过MAX232与单片机分别实现与数据的输出与输入。本装置选用RS-232通讯协议进行通讯，其具有通讯距离长，可靠新高，扩展性能好等优点。3.7时钟与复位电路设计本装置使用内部时钟，定时元件采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。本装置晶振频率选用24HZ的晶振和30pF电容。时钟电路如图3-13所示。图3-13时钟与复位电路复位是单片机的初始化操作，当单片机运行出错或系统处于死循环状态等情况时，用复位电路使机器重启。复位电路如图3-13所示。3.8告警电路当装置发生故障时，系统输出报警信号，LS进行报警提示工作人员检修。电路如图3-14所示。图3-14报警电路3.9电源电路设计微机保护装置的电源电路如图3-15所示，其中有3组稳压电源：给各保护CPU等芯片供电的+5V电压，给运算放大器及数模变换芯片供电的±15V电压，给起动、跳闸、信号、告警继电器供电的+24V电压。这三组稳压逆变电源均不共地，采用浮空方式，其外壳也不相连，且输入正、负220V各采用双LC滤波措施，增加了其抗干扰的能力。图3-15保护装置电源电路图3.10装置的硬件抗干扰措施微机保护装置通常工作在比较恶劣的环境中，现场的干扰来源很复杂，所以在本装置的硬件设计中，为了增加装置的抗干扰的能力，采用以下几种抗干扰措施：接地处理：将装置的金属外壳接大地，以增强装置的金属外壳对外部干扰的屏蔽作用，同时保障人身安全。为了有效地抑制共模干扰，将保护装置内部的零电位全部都悬浮起来，即不与装置外壳相连。同时尽量提高零电位与装置外壳之间的绝缘强度，以及减少分布电容。为此，可以将印制板周围都用地线和5V线封闭起来，以减少印制板上的电路元件与装置外壳之间的耦合。光耦隔离：微机保护装置主要工作在电压和电流都比较大的工业控制系统中，开关量的输入和输出的环境又都是大功率的场合，而单片机是在弱电环境下工作，因此必须从电路上把干扰源和易于扰部分隔离开来。本装置中，在开关量的输入和输出电路部分都采用光电耦合器件实现了光电隔离，使单片机和外围器件之间完全隔断了电气联系，通过光的联系来传递信息，具有很强的抗干扰能力。滤波与去耦：在本装置设计中，采用最常见的RC电路作为低通滤波器，电路很好的抑制了信号传输线路中的噪声和干扰，起到很好的抗干扰作用。采用外部电源作为半导体芯片内部电源时，正电源和地线上并联一个0.1µF的去耦电容。在总线板与各插件接口处的正电源和地线之间并联两个电容（容量分别为47µF和0.1µF），分别用来抑制低频和高频干扰。

4微机继电保护算法的研究与选择经过数字滤波后的信号，并不能直接用来判断装置是否发生了故障，必须对这些数据进行一定的分析、处理和判断，然后装置才能根据所得的信息实现继电保护功能。这种对采集的数据进行处理、分析和判断，以便实现保护功能的方法就叫做算法。下面对几中常见算法进行研究和比较，选用出最优越的算法作为本装置的算法。4.1正弦函数模型算法假定输入为正弦量的算法是基于提供给算法的原始数据为纯正弦量的理想采样值。以电流为例，可表示为（4-1）式中,ω—角频率；I—电流有效值；—采样时刻；—n=0时的电流相角。4.1.1两点乘积算法以电流为例，假设和分别为两个相隔为的采样时刻和的采样值（如图4-1所示），根据式（4-1）有：(4-2)(4-3)式中为采样时刻电流的相角，其可能为任意值。将式（4-2）和式（4-3）平方后求和，即得：(4-4)再将式（4-2）和式（4-3）相除，得：(4-5)式（4-4）和（4-5）可知，只要知道任意的两个相隔正弦量的瞬时值，就可以计算出该正弦量的有效值和相位。图4-1两点乘积算法的采样示意图同理，只要同时测出和时刻的电压和，即可求得电压有效值U以及在时刻的相角，即：(4-6)(4-7)由式（4-4）和式（4-6）可求出阻抗的模量Z和幅角(4-8)(4-9)在实际应用中，求出视在阻抗的电阻分量R和电抗分量X即可。将电流和电压写成复数形式：参照式（4-4）和（4-5），有：于是，(4-10)将式（4-10）的实部和虚部分开，其实部为R，虚部为X，所以：(4-11)(4-12)由于式（4-11）和式（4-12）中用到了两个采样值的乘积，所以称为两点乘积算法。上面所述两点乘积算法运算时收集了相隔的采样值，因而这种算法比需等到周期基波周期才能完成。4.1.2导数算法导数算法是基于正弦函数的导数为余弦函数原理，从而求出采样值的幅值和相位的一种算法。设正弦电压和正弦电流在时刻的值为(4-13)(4-14)(4-15)(4-16)由（4-13）、（4-14）、（4-15）、（4-16）可得为了求得导数，可取的两个相邻采样时刻n和n+1的中点，如图4-2所示。利用差分近似求导，则有和式中，为采样周期。图4-2导数算法采样示意可见使用连续的3个采样值，采用导数法可以计算出电流、电压的幅值和相位等电量。该算法只需两个采样间隔时间就可以运算，计算公式与两点乘积法相比也不是特别复杂，运算速度相对比较快，但对于高频分量极其为敏感，要求采样频率比较高。计算中采用了近似计算，所以存在一定的误差。4.2傅里叶算法傅里叶算法是在傅里叶级数的基础上发展而来，它是运用正余弦函数的正交函数性质来滤出信号中某一项频率的分量。当微机保护装置采集来的模拟信号是一个随时间周期性变化的模拟量，则可以表示成傅里叶级数形式式中，=0,1,2,3…表示谐波分量次数的自然数；为次谐波的余弦项；为次谐波的正弦项；为基波角频率。由上式可知，的第次谐波分量为式中，为第次谐波分量的有效值；为第次谐波的初相角。利用正、余弦三角函数关系，将展开，与上式对比的得到于是，可以由和的计算公式导出第次谐波分量的有效值，以及第次谐波分量的相角依据傅里叶级数的逆变公式，可以得到和，即但在微机计算中，和通常采用梯形求和的方式替换积分法。，，则式中，—一个采样周期中采样的点数；—第k个采样值；—谐波次数。上式的计算量相当大，为了提高工作效率，常采用递推的傅里叶算法。设保护装置每个采样周期采样的点数为，两个采样点之间的时间间隔，则在一个基波周期后的（>）采样时刻的计算值为式中，和分别为时，第次谐波分量的正、余弦项的幅值；为（=1,2,3,…,)时刻的采样值。与采样值只差和两项。因此，有公式综上所述，傅里叶算法原理通熟易懂，计算精度比较高，具有较强的滤波功能，但其完成参数的运算需要一个基波周期的时间，保护速度收到了影响，但采用改进的措施可以解决这些问题。4.3微分方程算法微分方程算法是一种直接利用电流、电压经过一系列计算，从而求出电阻R和电抗X的方法。当被保护覆盖的线路中的电容非常小时，输电线路可以等效为如图4-3所示。图4-3输电线路R—L示意图短路时有式中，、为事故发生的位置到保护装设地点线路的正序等效电阻和电感；、为保护装设地点的电压、电流。、、均可以通过测量和运算得到，要求的是和。如果分别在和时刻测出、、，就得一个到方程组，即式中，、分别表示和时刻的；、分别表示和时刻的电流值；、分别表示和时刻的电压值。由上述方程组可求得在运算中，利用连续3次采样值、、、、、，采用差分运算替换微分运算的方式有联立即可求得和。综上所述，微分方程算法与两点乘积算法相比计算量也比较小，数据窗相对更小，可以直接通过采样电流和电压值直接求得和，但通过差分替代微分的方式处理数据，所以存在误差。4.4算法选择每个算法都有自己的优缺点，如表4-1所示。本装置采集来的信号时来自电网中的电流、电压信号，采集时常常伴随各种干扰信号，所以从算法的采集运算数据的时间、运算量、误差的大小、滤波功能等方面考虑，本装置采用全波傅里叶算法。表4-1各个算法的优缺点

5微机继电保护系统的软件设计离开了软件部分，微机保护装置就算有最好的硬件也是无法工作。它必须与软件配合使用，好的硬件系统为装置的运行提供平台，而好的软件系统则为实现各种继电保护功能提供处理方式。所以软件的设计必须合乎保护功能的需要，且能与硬件相配合，才可以实现装置的各项保护。5.1微机继电保护装置的保护主程序本装置保护系统的主程序包括初始化、系统自检、中断的开放、故障检测与报警显示、循环自检。在电或复位时,装置进行系统初始化和自检,此过程中采样中断和串行口中断都关闭。完成自检后，自检出现问题时，立即发出告警信号，反之就开放采样中断和串行口中断,进行数据采样和模数转换,以及一系列数据计算工作。最后根据采集处理的数据进行保护判断，如果出现故障，则发出告警和跳闸信号，并在显示界面中显示，反之，继续循环自检。主程序的流程图如图5-1所示:5.2数据采样中断程序该程序主要是用来完成对电压信号和电流信号的同时采样，以及指挥A/D转换器的工作。本装置设计时采用了单片MAX197芯片进行采样，可同时采样多路信号。为保证数据采样的准确性和实时性，在数据采样时不能被干扰，所以此程序必须为最高优先级。数据采样中断程序的流程图如图5-2所示:5.3故障处理程序故障处理模块的功能是将系统中得到被处理过的数据，进行判断，最终确定是否对故障进行处理。在本装置中，故障处理模块主要由三段式电流保护模块组成。其流程图如图5-3所示。由流程图可见，在进入保护模块后，先对这种保护是否投保进行判断，如果保护功能投入了，将系统得到的结果与保护整定值进行对比，小于保护的整定值时，进入下一模块保护，反之则会起动动作程序。

5.4系统的监控程序监控程序完成对按键和液晶显示器的控制，按键采用的是简单的3个按键，液晶显示屏上的光标由按键控制其移动以及选择，同时可以通过按键完成对参数整定值的调整，调整完毕通过发送按键实现对整定值的存储和发送。为了确保显示的可靠性和准确性，在每一次进行翻页或修改整定值之前都要预先执行清屏操作，监控系统主程序设计流程图如图5-4所示。从图5-4中可以看出，在监控系统的主程序设计中，首先执行初始化，初始化程序包括，液晶显示驱动的初始化、光标定位和清屏操作，初始化完毕就开始进入查询状态，一旦检测到I/O口上出现低电平，首先进行一个软件去抖动的过程，然后进入按键处理子程序中，处理完毕后，程序返回到查询状态，继续等待循环判断是否有按键按下。5.5装置的软件抗干扰措施外界干扰在进入微机装置的过程中，大多数都被硬件部分屏蔽和消除，但还有一些干扰逃过硬件的抗干扰措施，而存在于系统中。所以，对于这些干扰只能通过软件部分去抑制和消除。以下为几个软件抗干扰的措施：在信号进入系统的过程中，可以利用数字滤波器滤除干扰信号，而数字录波器的功能的好坏由保护算法直接影响。通过对算法的比较，由于全波傅里叶算法计算精度高，且可以滤出任意次谐波分量所以被采用。这样的数字滤波器通过对程序对采样过来的信号进行处理，从而降低了干扰在输入信号中的比重。在保护的过程中开关量有时会误操作，软件通过设置一个重复执行措施，保护动作的正确性。一般开关量信号至少重复读入两次才能被使用，而机械按键类信号必须设置一个延时才能正确读入，防止由于抖动而产生的干扰。而对于输出的信号，应在输出的时，同时输入计算机进行比较分析，以保证输出正确的信号。有时微机保护中系统RAM中的数据可能损坏，从而使运行出现错误，采用数据冗余技术可以对这些数据进行保护。数据冗余就是把同一份数据备份存储在不同的地方，当需要调用RAM中的数据时，将原数据与与备份的数据对比，如果出现不同则认为数据已经损坏。该技术占用了存储空间，并有时会影响系统的运行速度，所以一般只对保护动作的重要数据进行保护。

结论本装置结合已学的专业课程，通过对专业知识的进一步探究，完成了电力系统微机保护装置的硬件、软件系统的设计。在硬