〔文摘〕　以單片機(jī)8031為核心組成的采集、保護(hù)和通信模塊，通過RS485的連接，與486工控微機(jī)構(gòu)成了分布式35 kV變電站的自控系統(tǒng)，實現(xiàn)變電站的計量、保護(hù)和控制等功能，以達(dá)到變電站的無人值守或少人值守。
〔關(guān)鍵詞〕　單片機(jī)　采集　保護(hù)　通信　控制

1　概述

變電站設(shè)備和線路的安全保護(hù)是維持電網(wǎng)正常運行和用戶安全用電的重要保證，隨著電子技術(shù)和計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，以微處理器為核心的自動控制保護(hù)系統(tǒng)正逐步取代傳統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置，成為變電站重要的組成部分。在這里，我們提出了一種基于單片機(jī)8031的變電站自動控制保護(hù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能實現(xiàn)35 kV變電站的事故保護(hù)、計量、投切控制、實時顯示打印、建立數(shù)據(jù)庫等功能，滿足35 kV變電站對設(shè)備、線路的保護(hù)、測量和控制，達(dá)到無人值守或少人值守。

2　系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)和功能

系統(tǒng)硬件由工控微機(jī)系統(tǒng)、通訊板、線路(設(shè)備)保護(hù)計量板、電壓監(jiān)測保護(hù)計量板組成。在設(shè)計中采用上、下位機(jī)結(jié)構(gòu)，上位機(jī)為工控微機(jī)系統(tǒng)，主機(jī)為486 以上檔次工控PC機(jī)，配以鍵盤、打印機(jī)、大屏幕顯示器、鼠標(biāo)等輸入輸出設(shè)備；下位機(jī)(分機(jī))為線路(設(shè)備)保護(hù)計量板單元，每一單元為獨立的單片機(jī)采集保護(hù)系統(tǒng)，通過通訊線路與上位機(jī)聯(lián)系；而通訊板則起到上下橋梁的作用，通過RS485與下位機(jī)形成一對多通訊網(wǎng)(框圖如圖1所示)。

圖1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2.1　工控微機(jī)系統(tǒng)
完成整個系統(tǒng)的人機(jī)對話，顯示各線路(設(shè)備)狀態(tài)和計量數(shù)據(jù)、保護(hù)動作信息等，命令控制斷路器的分合閘操作，并且具有密碼辨別身份以及操作重復(fù)確認(rèn)的安全操作措施，還可實現(xiàn)自動抄表，保護(hù)動作記錄，操作記錄，數(shù)據(jù)查詢，自動生成各種報表，遠(yuǎn)動等功能。

2.2　下位機(jī)
根據(jù)繼電保護(hù)的要求，整個35 kV變電站必須完成：①10 kV，35 kV線路和主變過流、過流速斷、過負(fù)荷保護(hù)及該回線的計量測量；②電容的過、欠壓保護(hù)；③主變的差動保護(hù)；④10 kV及35 kV母線電壓的采集測量及過、欠電壓保護(hù)；⑤分合閘操作等功能。為實現(xiàn)以上目標(biāo)，我們在進(jìn)行各功能模塊設(shè)計時，采用8031工業(yè)單片機(jī)為核心，輔以存貯器、電流(或電壓)傳感器、A/D轉(zhuǎn)換電路、斷路器驅(qū)動電路、通訊連接電路等，分別組成電流采集、保護(hù)控制板，電壓采集、保護(hù)控制板，主變差動保護(hù)控制板，功率因素采集板，脈沖電度表電度采集板。采集保護(hù)端的硬件大同小異，其框圖如圖2所示。

圖2　采集保護(hù)端框圖

電流采集控制板的傳感器采用分檔式傳感器，該傳感器將線路(10 kV或35 kV及主變電流)互感器二次0 A～5 A電流轉(zhuǎn)換成0 V～2.5 V的電壓信號，經(jīng)12位的A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號供8031單片機(jī)讀取，經(jīng)與機(jī)內(nèi)貯存的整定值比較判斷后完成線路或主變的過流保護(hù)、時限速斷、速斷、縱差動等保護(hù)功能。對輕、重瓦斯，油開關(guān)，隔離開關(guān)，接地開關(guān)，儲能開關(guān)等開關(guān)量，則直接進(jìn)入8031的P1口，由8031讀入片內(nèi)RAM相應(yīng)的位，軟件判斷其狀態(tài)并作出相應(yīng)的保護(hù)動作指令或防誤操作指令。經(jīng)測試，過流速斷從事故發(fā)生到系統(tǒng)作出反應(yīng)并驅(qū)動相應(yīng)的出口繼電器動作只需300 ms。該板同時還接收上位機(jī)的分合閘指令，驅(qū)動相應(yīng)出口繼電器動作。該電流采集控制板設(shè)計為通用式的，可通過不同的地址編碼來識別，各控制板的地址編碼由板上的硬件跳線或EPROM固化定值確定，這樣可降低制造成本，提高互換性，減少使用者的備件數(shù)量。

電壓采集控制板用電壓傳感器，對母線電壓、零序電壓進(jìn)行采集，電壓信號由電壓互感器(傳感器)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路傳送到8031單片機(jī)系統(tǒng)處理，經(jīng)與定值比較判斷后完成線路過、欠壓報警，電容過、欠壓保護(hù)，接地報警等功能。

功率因素采集板主要功能是采集主要干線的功率因素信號，反映電網(wǎng)有無功的運行工況。

主變差動保護(hù)控制板，脈沖電度表電度采集板，都是專用功能板，完成單一功能。

2.3　通訊板
通訊控制板在整個系統(tǒng)中起到承上啟下的作用，由8031單片機(jī)、程序存貯器(EPROM)、擴(kuò)展數(shù)據(jù)存貯器RAM、擴(kuò)展串行口8251、通訊口電路及