0 引 言

　　電力系統的飛速發展對繼電保護不斷提出新的要求，電子技術、計算機技術與通信技術的飛速發展又為繼電保護技術的發展不斷注入了新的活力。隨著微機保護裝置的研究，在微機保護軟件、算法等方面也取得了很多理論成果。從20世紀90年代開始我國繼電保護技術已進入了微機保護的時代。

　　電力系統對微機保護的要求不斷提高，除了保護的基本功能外，還應具有大容量故障信息和數據的長期存放空間，快速的數據處理功能，強大的通信能力，與其他保護、控制裝置和調度聯網，以共享全系統數據、信息和網絡資源的能力、高級語言編程等。這就要求微機保護裝置具有相當于一臺PC機的功能。

　　計算機網絡可從網上獲取電力系統運行和故障的任何信息和數據，也可將它所獲得的被保護元件的任何信息和數據傳送給網絡控制中心或任一終端。因此，每個微機保護裝置不但可完成繼電保護功能，而且在無故障正常運行情況下還可完成測量、控制、數據通信功能，亦即實現保護、控制、測量、數據通信一體化。本文以 MSP430F1611單片機為基礎，通過采集配電網的電流、電壓以及開關的狀態；對配電網實現保護，其內容包括電流速斷保護、三段式過流保護、反時限保護、零序保護和帶后加速的三相一次重合閘，并且利用串口總線實現與測量模塊、人機界面模塊的通信。

　　l 硬件部分

　　1．1 概述

　　微機保護的硬件由數據采集系統、CPU主系統、開關量輸入輸出系統等組成。整體原理圖如圖1所示。通常整套硬件是用單獨的專用機箱組裝的。

　　1．2 數據采集系統硬件組成

　　數據采集系統又稱模擬量輸入系統，它的作用是將互感器次側輸出的電壓、電流等模擬量經過隔離、采樣、A／D轉換等步驟轉化為計算機能接受與識別的數字量，然后經過CPU主系統進行數據處理與運算，開關量輸出輸入系統的作用主要是輸出跳閘、信號等信息。本文的裝置共有8路數據采集輸入，其中的一路見圖2。該系統中，共有3個部分組成：互感器與變換器、低通有源濾波器、限壓電路。

　　互感器與變換器分別包括電流和電壓。互感器的作用是采集母線上的電流和電壓，并將其轉換成單片機可接受的電流和電壓值。這里選擇CS-TA1型互感器，一般將二次側的電流值變為5 A。另外，由于要求實現零序保護，將B相的電流互感器設定為零序互感器。電流變換器是將互感器的二次側電流再一次變換。MSP430F1611所接收的電壓最大值為3．3 V，但作為保護電路，要考慮到瞬時脈沖電流的最大值可能遠大于平均值，所以設計的電路可以使單片機承受正常電流20倍以上的沖擊。

　　電網上采集的電流電壓有高次諧波，不利于軟件求出電流平均值，因此要加入低通有源濾波器，見圖3。

　　圖3中，Vo：Vi=1+R7／R6，可以選R*00 Ω，R，=240 Ω。該有源濾波器的特征頻率叫ωn=1／(RC)。對于工頻為50 Hz的交流電，采樣頻率f=600 Hz。根據香農采樣定理，取R8=4 kΩ，C1=1μF，可以達到濾波的功能。另外，濾波器的地與單片機的地是一致的。

　　由于MSP430F1611的容許電壓是3．3 V，而電網電流可能產生瞬時脈動而造成單片機的燒毀，因而要有一限壓電路。如圖4所示。

　　圖4中，因二極管的存在，輸入A／D轉換器的電壓被限制在3．3 V以下。同時兩個電阻產生分壓效果。當電壓過高，會使二極管導通，輸入A／D轉換器的電壓會箝制在3．3 V。