為了保障電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，各種保護(hù)裝置被大量用于系統(tǒng)保護(hù)中。隨著電力系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式復(fù)雜度不斷提高，對(duì)電力系統(tǒng)中繼電保護(hù)裝置的要求也越來(lái)越高。原有的模擬式繼電保護(hù)在測(cè)試手段和性能上也不再能夠滿足新型繼電保護(hù)裝置的要求。而基于微型機(jī)的繼電保護(hù)裝置已經(jīng)向多功能、智能化、可視化及網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展其主要保護(hù)功能包括三段式過(guò)流保護(hù)、三段式零序電流保護(hù)、過(guò)負(fù)荷保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)、失電壓保護(hù)、不平衡電壓／電流保護(hù)、故障錄波和小電流接地選線功能，本文將介紹幾種典型功能的邏輯實(shí)現(xiàn)。
    本文所研制的繼電器保護(hù)裝置的主要原理為：模擬插件負(fù)責(zé)從電力系統(tǒng)中采集交流數(shù)據(jù)，并通過(guò)轉(zhuǎn)換器將采集的大電壓、大電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成為相應(yīng)的小電壓信號(hào)，此時(shí)的小電壓信號(hào)為模擬交流信號(hào)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器件采集到這些模擬交流電壓信號(hào)后，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。CPU主芯片通過(guò)中斷方式定時(shí)從模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片中讀取信號(hào)量，這些數(shù)字信號(hào)在程序中通過(guò)傅里葉變換轉(zhuǎn)換成為可以被程序使用的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。程序按照一定的邏輯，將所得的數(shù)據(jù)與原始的定值比較．從而判斷是否需要?jiǎng)幼?，如果需要就給邏輯插件通訊，并通過(guò)對(duì)邏輯插件上的小型繼電器的控制對(duì)電力系統(tǒng)輸出控制信息，控制電力系統(tǒng)中的斷路器等裝置做出相應(yīng)的保護(hù)。保護(hù)裝置的主要功能如圖1所示。

1 裝置的硬件結(jié)構(gòu)
    裝置采用插件式結(jié)構(gòu)，即在一個(gè)總線板上插上不同功能的插件，通過(guò)總線板來(lái)傳輸插件之間的通訊。主要包括模擬量采集、開(kāi)入和開(kāi)出功能。
1．1 模擬插件
    模擬插件包括電壓和電流變送器兩部分。采集的模擬量包括：保護(hù)用三相電流，Ia、Ib、Ic和零序電流I0，測(cè)量用三相電流，Ia、Ib、Ic等電流輸入，三相電壓Ua、Ub、Uc等以及不平衡電流或不平衡電壓輸入。
1．2 測(cè)控插件
    測(cè)控插件是本裝置的核心插件，包含微處理器CPU、NVRAM、模擬量輸入電路、A／D轉(zhuǎn)換電路、通訊線光電隔離電路、開(kāi)關(guān)量輸入電路、開(kāi)關(guān)量輸出電路。插件采用多層印制板和表面貼裝工藝制作。
1．3 跳閘插件
    跳閘插件構(gòu)成跳合閘出口、自保持、防跳(可選)和中央信號(hào)等功能，主測(cè)控插件發(fā)送電平信號(hào)到跳閘插件，控制跳閘插件上的小型繼電器跳開(kāi)或合，當(dāng)繼電器合時(shí)電路接通，便輸出一個(gè)電平信號(hào)，作為對(duì)電力系統(tǒng)中斷路器的控制信號(hào)。
1．4 技術(shù)特點(diǎn)
    該裝置具有多種電氣量的測(cè)量功能(如電壓量、電流量等)，可以接收電力系統(tǒng)中的交流電壓、電流，并通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)成數(shù)字信號(hào)，利用相應(yīng)的傅里葉變換程序作相應(yīng)的計(jì)算(如有功、無(wú)功、功率因數(shù)、電能、頻率等)，將所得的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量(如所需的有功功率和無(wú)功功率等變量都是具有實(shí)部、虛部和小數(shù)部分的)供程序計(jì)算使用的。
    該裝置的模擬量輸入、開(kāi)關(guān)量輸入／輸出可靈活配置。從電力系統(tǒng)中采集的電壓和電流經(jīng)變換器轉(zhuǎn)換成為測(cè)量用和保護(hù)用的電壓、電流模擬量。測(cè)量用的模擬量是用于后臺(tái)顯示的，用以反應(yīng)實(shí)際所測(cè)得的電壓、電流量。保護(hù)用的電壓、電流量是用來(lái)供測(cè)試裝置分析的，在經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換、計(jì)算和比較后，做出相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作。

2 功能實(shí)現(xiàn)
2．1 對(duì)外接口
    A／D轉(zhuǎn)換電路可對(duì)模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換操作?？梢赃x用幾塊A／D轉(zhuǎn)換芯片組成，每塊芯片負(fù)責(zé)一組模擬量的采集。每組的幾路模擬量應(yīng)保證同步采樣，組與組之間的最大角差應(yīng)控制在一定范圍之內(nèi)，可以通過(guò)角度校正加以補(bǔ)償。
    多路外部開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)，均為共陰極接法，外部開(kāi)關(guān)量信號(hào)為24V信號(hào)，均采用光電隔離技術(shù)，確保裝置的抗干擾能力。開(kāi)關(guān)量輸出信號(hào)，對(duì)外可以控制相應(yīng)開(kāi)關(guān)的分合狀態(tài)。
2．2 測(cè)量
    測(cè)量過(guò)程通過(guò)多點(diǎn)采樣實(shí)現(xiàn)，對(duì)于測(cè)量模擬量的采樣點(diǎn)越多，測(cè)量越精確也越接近原始模擬輸入量。需要精確測(cè)量的測(cè)量模擬量有：電壓Ua、Ub、Uc、3U0(由三相電壓合成)，電流Ia、Ib、Ic、3I0。需要通過(guò)準(zhǔn)確計(jì)算得到的量有：三相有功功率和無(wú)功功率。
2．3 四遙
    遙控：遙控功能主要有遙控切換定值區(qū)、遙控整定定值、遙控投切(投入、切斷)軟壓板、遙控跳閘操作、遙控合閘操作。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需要，由后臺(tái)或是液晶板輸出控制報(bào)文，控制跳合閘和壓板的投切等功能。
    遙測(cè)：遙測(cè)主要包括從現(xiàn)場(chǎng)采集電流、電壓、功率和頻率等數(shù)據(jù)，用于監(jiān)控和保護(hù)。
    遙信：遙信包括壓板狀態(tài)、開(kāi)入量信息、告警遙信及事故遙信等。
    遙脈：遙脈是指采集有功脈沖電度表和無(wú)功脈沖電度表的脈沖數(shù)據(jù)。
2．4 通信功能
    裝置自身安裝有液晶，如顯示遙測(cè)量、顯示遙信量、遙控對(duì)象的選擇和控制、定時(shí)對(duì)時(shí)等功能可以直接由液晶進(jìn)行操作，更加簡(jiǎn)便而且易于操作。但是在特定的情況下也可以采用RS232／485串口通訊，通過(guò)串口連接電腦，通過(guò)電腦中安裝的后臺(tái)調(diào)試軟件來(lái)控制裝置的運(yùn)行。還可以連接通訊管理機(jī)，由通訊管理來(lái)統(tǒng)一處理報(bào)文信息。

3 保護(hù)功能
    下面介紹用于本裝置研制的幾種重要保護(hù)功能及其邏輯。
3．1 三段式過(guò)流保護(hù)
    過(guò)流保護(hù)各段判別邏輯基本一致，各段保護(hù)均可通過(guò)控制字(即每位設(shè)定特定功能的變量)投退，各段時(shí)間均可獨(dú)立整定，其邏輯圖如圖2所示，動(dòng)作條件為：

    (1)電流I段(速斷)出口時(shí)需滿足突變量(電流的瞬間變化量)啟動(dòng)條件。保護(hù)中的相電流差突變啟動(dòng)元件設(shè)在每隔特定時(shí)間內(nèi)發(fā)生一次的采樣中斷服務(wù)程序中，其動(dòng)作條件為：
   
    其中：I表示電流，k表示保護(hù)段數(shù)，T表示動(dòng)作整定時(shí)間，A為電流單位；
    (2)T=20ms，此元件動(dòng)作門(mén)限定為1A，動(dòng)作靈敏、準(zhǔn)確，具有抗共模干擾能力；
    (3)MAX(保護(hù)A相電流，保護(hù)B相電流，保護(hù)C相電流中的最大值)>相應(yīng)段電流定值；
    (4)T>相應(yīng)段延時(shí)定值。
3．2 過(guò)負(fù)荷
    過(guò)負(fù)荷元件由軟壓板投退，過(guò)負(fù)荷出口跳閘還是告警由控制字選擇，其邏輯圖如圖3所示，其動(dòng)作條件為：

    (1)MAX(保護(hù)A相電流，保護(hù)B相電流，保護(hù)C相電流中的最大值)>過(guò)負(fù)荷電流定值；
    (2)過(guò)負(fù)荷時(shí)間T>過(guò)負(fù)荷時(shí)間定值。
3．3 失壓保護(hù)
    失壓保護(hù)的動(dòng)作條件為：
    (1)相電壓的最大值<失壓定值；
    (2)所測(cè)得的三項(xiàng)線電流的最大值<失壓閉鎖電流定值；
    或控制字中投失壓保護(hù)(當(dāng)電源停電或者由于某種原因電源電壓降低過(guò)多(欠壓)時(shí)，保護(hù)裝置能使被保護(hù)對(duì)象自動(dòng)從電源上切除)不經(jīng)無(wú)流閉鎖斷路器合位；
    (3)經(jīng)歷從有壓到無(wú)壓的過(guò)程或控制字中投失壓保護(hù)不經(jīng)曾有壓閉鎖；
    (4)失壓保護(hù)可由軟壓板投退。