基于PC—based的微机保护智能同步数据采集卡设计解析

0 引言

　　迄今为止，电力系统的微机保护和综合自动化装置均是自成系统，装置之间通过现场总线互相传送测控信息。作者尝试基于成熟的工控机硬件和 Windows视窗操作系统的支持，开发出适合35kV/ 10kV变电站的集中式微机保护及综合自动化的整合系统。早在微机保护研究初期，G.D.Rockefeller于20世纪60年代末期对用一台计算机作 为一个变电所内所有电力设备的保护进行了研究，但当时受计算机水平的限制，用一台计算机保护一个变电所内的所有设备，并用 重复设置以提高可靠性，这在技术和经济上都是不可行的。而现在基于X86系列 CPU的PC工控机最高时钟频率可达到几百MHz，具有强大的数据处理能力和快速的实时响应速度。配合自行研制的宿主式微机保护智能同步数据采集卡，完全 可以用一台工控机实现主从式结构的中小型变电所的所有保护和综合自动化功能。为了提高系统的可靠性，可以采用双机热备用方式运行。基于 PC总线的工控机构成的保护和综合自动化整合装置具有性价比高、抗干扰能力强、运行稳定可靠、用户界面友好、模块化结构、兼容性好、易于升级、软硬件资源丰富、通信组网功能强等优点。易于实现保护、控制、测量和数据通信等功能的一体化。

1 系统总体硬件结构和功能

　　选用台湾研华公司的MIC2000系列PC兼容的工业控制计算机。该产品具有良好的防震和抗电磁干扰能力。采用前插式19英寸(约48cm)标准机箱，机箱内有11个插槽的ISA总线母板，250W工业级电源，推拉式双风扇冷却系统，使机箱内产生正气压，防止灰尘进入，保持高效散热。CPU主板选用 MIC2350，配有奔腾266 MHz的CPU，64 MB内存，主板集成的显卡、网卡，具有键盘、鼠标、CRT和液晶平板显示器驱动接口，配有一个标准并口、一个标准RS-232串口和一个可跳线设定为 RS-232或 RS-485或RS-422的串口。开关量输入、输出板均选用MIC2000系列产品，板上带有光电隔离。开关量输入板用来采集断路器、隔离开关、压板状 态及其他开关量的状态;开关量输出板及其扩展板用来实现保护逻辑、跳合闸控制以及各种动作信号输出等功能。多块智能同步数据采集卡用来实现对主要设备和线路的保护以及对电压、电流、功率等电量的测量和监视。系统结构见图1。

　　虚线框为MIC2000主机箱。运行在工控机上的系统软件协调各板卡的工作，并实现保护定值管理、分布式低频减载、重合闸、备用电源自投、变电站的运行监测管理等综合自动化功能。通过网络接口或与RTU设备的接口可以实现与远方调度室的通信，从而实现“四遥”功能。

2 微机保护智能同步数据采集卡的功能

　　本卡主要功能是：实现对被保护线路的交流数据采样，保护计算，接收主机发送的保护定值和采集卡的参数设定信息并保存在串行E2PROM 中，接收主机召唤发送采样数据和傅氏计算结果，当判断出被保护线路发生故障时向主机发送故障信息等。故障信息包括：故障线路、故障相、动作段、故障电流等。主机接收到故障信息后通过开关量输出板对故障线路发跳闸令。

　　保护定值包括：各段动作电流整定值，电压闭锁定值，重合闸检无压定值，各段经电压闭锁和方向否、方向是30°还是45°等。

　　采集卡的参数设定信息包括：保护线路条数、母线各相电压以及各条被保护线路的各相电流接到 A/D板的哪一个模拟量输入通道上。

　　保护卡通过80C196的软定时器定时中断、启动A/D转换，由A/D转换结束信号触发HSl0中断，在HSl0的中断响应程序中读出转换结果，保存到数据缓冲区中，供相电流差突变量启动判剧和傅氏计算使用。保护卡和工控主机需要交换数据或信息时，通过向对方发出硬件中断请求信号，得到响应后，在中断服务 程序中实现数据和信息的交换。