第4章 微机继电保护的软件原理
合集下载
《电力系统微机保护》赵建文、付周兴(习题解答)
第一章 微机继电保护概述
第 1 章 习题
什么是微机继电保护？电力系统对微机继电保护的要求有哪些？ 答：微机继电保护装置就是，利用微型计算机来反映电力系统故障或不正常的运 行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动化装置。电力系统对微机继电保 护的要求与传统继电保护的要求一致，即选择性，速动性、灵敏性、可靠性。 2. 简要说明微机继电保护的特点。 答：（1）集保护、测量、监视、控制、人机接口、通信等多种功能于一体；代替 了各种常规继电器和测量仪表，节省了大量的安装空间和控制电缆。（2）维护调试方 便。（3）可靠性容易提高。（4）可以方便的扩充其他辅助功能。（5）改善和提高保 护的动作特性和性能。 3. 如何理解微机保护比常规继电保护性能好? 答：（1）逻辑判断清楚、正确。（2）可以实现模拟式继电保护无法实现的优良 保护性能。（3）调试维护方便。（4）在线运行的可靠性高。（5）能够提供更多的系 统运行的信息量。 4. 相对于传统继电保护，微机继电保护的缺点有哪些？ 答：（1）对硬件和软件的可靠性要求较高，且硬件很容易过时。（2）保护的内 （4） 部动作过程不像模拟式保护那样直观。 （3）使用者较难掌握它的操作和维护过程。 要求硬件和软件有较高的可靠性。（5）由于微机保护装置中使用了大量集成芯片，以 及软硬件的不断升级，增加了用户掌握其原理的难度。 5. 简要说明微机继电保护技术的出现及发展与哪些技术有关，为什么？ 答：半导体技术，电力电子技术，计算机与微型计算机技术、信息技术等。继电 保护装置发展初期，主要是电磁性、干硬性继电器构成的我继电保护装置；20 世纪 60 年代由于半导体二极管的问世，出现了整流型继电保护装置；20 世纪 70 年代，由于 半导体技术的进一步发展，出现了晶体管继电保护装置；20 世纪 80 年代中期，由于 计算机技术和微型计算机的快速发展，出现了微型继电保护装置；电力系统的飞速发 展对继电保护不断提出新的要求，电力电子技术、计算机技术和信息技术的飞速发展 尤为继电保护技术的发展不断注入新活力。 6. 微机保护的发展大体分哪几个阶段，各阶段的特点如何。 答：微机保护的发展大体经历了三个阶段： （1） 理论研究阶段，主要是采样技 术；数字虑波及各种算法的研究。（2）试验室研究阶段 主要是微机保护硬件、软件 的研究，并制成样机 （3）工业化应用阶段 20 世纪 70 年代末，80 年代初，微机保 护在电力系统中得到应用，并且发展十分迅速。 1984 年华北电力学院研制的一套微 机距离保护通过鉴定。87 年投入批量生产。以后，微机保护发展迅速，90 年华北电 力学院研制的 WXB—11 投入运行。现在微机保护已得到广泛应用。
第 1 章 习题
什么是微机继电保护？电力系统对微机继电保护的要求有哪些？ 答：微机继电保护装置就是，利用微型计算机来反映电力系统故障或不正常的运 行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动化装置。电力系统对微机继电保 护的要求与传统继电保护的要求一致，即选择性，速动性、灵敏性、可靠性。 2. 简要说明微机继电保护的特点。 答：（1）集保护、测量、监视、控制、人机接口、通信等多种功能于一体；代替 了各种常规继电器和测量仪表，节省了大量的安装空间和控制电缆。（2）维护调试方 便。（3）可靠性容易提高。（4）可以方便的扩充其他辅助功能。（5）改善和提高保 护的动作特性和性能。 3. 如何理解微机保护比常规继电保护性能好? 答：（1）逻辑判断清楚、正确。（2）可以实现模拟式继电保护无法实现的优良 保护性能。（3）调试维护方便。（4）在线运行的可靠性高。（5）能够提供更多的系 统运行的信息量。 4. 相对于传统继电保护，微机继电保护的缺点有哪些？ 答：（1）对硬件和软件的可靠性要求较高，且硬件很容易过时。（2）保护的内 （4） 部动作过程不像模拟式保护那样直观。 （3）使用者较难掌握它的操作和维护过程。 要求硬件和软件有较高的可靠性。（5）由于微机保护装置中使用了大量集成芯片，以 及软硬件的不断升级，增加了用户掌握其原理的难度。 5. 简要说明微机继电保护技术的出现及发展与哪些技术有关，为什么？ 答：半导体技术，电力电子技术，计算机与微型计算机技术、信息技术等。继电 保护装置发展初期，主要是电磁性、干硬性继电器构成的我继电保护装置；20 世纪 60 年代由于半导体二极管的问世，出现了整流型继电保护装置；20 世纪 70 年代，由于 半导体技术的进一步发展，出现了晶体管继电保护装置；20 世纪 80 年代中期，由于 计算机技术和微型计算机的快速发展，出现了微型继电保护装置；电力系统的飞速发 展对继电保护不断提出新的要求，电力电子技术、计算机技术和信息技术的飞速发展 尤为继电保护技术的发展不断注入新活力。 6. 微机保护的发展大体分哪几个阶段，各阶段的特点如何。 答：微机保护的发展大体经历了三个阶段： （1） 理论研究阶段，主要是采样技 术；数字虑波及各种算法的研究。（2）试验室研究阶段 主要是微机保护硬件、软件 的研究，并制成样机 （3）工业化应用阶段 20 世纪 70 年代末，80 年代初，微机保 护在电力系统中得到应用，并且发展十分迅速。 1984 年华北电力学院研制的一套微 机距离保护通过鉴定。87 年投入批量生产。以后，微机保护发展迅速，90 年华北电 力学院研制的 WXB—11 投入运行。现在微机保护已得到广泛应用。
继电保护原理原理和常见问题处理方法
问题4.防跳问题
防跳回路是指防止跳跃的电气回路。开关装置配有 电气的分闸和合闸按钮，当分闸按钮一直按下时， 开关分闸，如果此时合闸按钮也一直按下，开关 就会出现合闸后立即分闸，分闸后又合闸的跳跃 动作。因此需要防跳回路，以防止开关发生这种 跳跃现象，进而保护开关装置以及负载免受保护
作为本线路主保护的近后备以及相邻线下一线路保护的远 后备。其起动电流按躲最大负荷电流来整定的保护称为 过电流保护，此保护不仅能保护本线路全长，且能保护 相邻线路的全长。
优点：本线路和相邻下一线路全长
缺点：有动作时限（比过流Ⅱ段还要长）
过流Ⅲ段保护是后备保护，过流Ⅲ段保护的IdZ比 第Ⅰ、Ⅱ段的IdZ小得多，其灵敏度比第Ⅰ、Ⅱ 段更高
母线电压开放解释：是根据母线故障电压降低的特性， 正常电压情况下，即使有差动电流，电压闭锁，只有 电压降低到一定程度，才开放逻辑。
问题3.母差保护报交流异常
处理方法：母差保护在电站影响比较大，若有交流异常 应逐一检查装置的采样（包括角度）和极性。
问题4.线路纵差保护报通道告警
处理方法：应和供电局保护班确认，更换跳线或光缆的 芯号
五.输电线路纵联差动保护
采用光纤通道按相传送两侧电流量，本 身具有选相能力，不受系统振荡影响， 在非全相运行中有选择地快速动作， 不受TV断线影响。
由于带有制动特性，可防止区外故 障误动，不受失压影响，不反应负荷 电流，抗过渡电阻能力强。在短线路 上使用，不需要电容电流补偿功能。 在同杆并架线路上应用广泛。
母线大差比率差动用于判别母线区内和区外 故障,小差比率差动用于故障母线的选择
七.主变保护
1.变压器纵差保护 变压器的纵差保护是反应相间短路、高压侧
单相接地短路以及匝间短路的主保护，其 保护范围包括变压器套管及引出线。
微机继电保护的原理及发展
保护 中 ， 以上任 务则 是 由微机 系 统 中 的各 程 序运 行 来
实 现的 。结 构 上 的 差 异 造 成 了 微 机 保 护 的 优 越 性 ：
（ １ ） 保 护性 能及可 靠性 大 幅提高 。 （ ２ ） 运行 维 护灵 活 、 便捷 ， 定期 校 验 简 易化 。 （ ３ ） 各种 附加 功 能 获 取 更 加 便捷 。（ ４ ） 各种保 护动 作正 确率 提 高 。（ ５ ） 经 济性 强 。 但 同时微机 保 护也 存 在 一定 的局 限性 如 ： 装 置 的硬 件 长 期性更新 换代 和装 置 的软 件不 可移植性 』 。
ｃ ａ ｌ ｍａ ｉ ｎ ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ ｒ ｅ ｌ ａ ｙ； ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ｕ ｔ ｅ ｒ ｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ； ｔ ｒ ｏ ｕ ｂ ｌ ｅ ｓ ｈ ｏ ｏ ｔ ｉ ｎ 的安全运行程度要 求越 来越 高，安全指 标成为 电力系统一项重要的性
指 标 ，微 机 保 护 的产 生与 应 用将 电力 安 全 提 升 到 一 个 新 的 高度 。 目前 ， 国 内无 论是 输 电线 路 的保 护 、 变压 器保 护 或 其
他 电力主设 备保 护均有 实用的一套微机保护装置 ，以保 障电网的安全运行 。
关键词 继 电保 护 ；微 机 保 护 ；故 障 处 理 Ｔ Ｍ７ ７ １ 文献标识码 Ａ 文 章编 号 １ ０ ０ ７— ７ ８ ２ ０ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ８—１ ７ ８— ０ ３ 中图分类号
Ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｐｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｒ Ｌｉ ｎ ｅ Ｐｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｐｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｉ ｔ ｓ Ｆｕｔ ｕ ｒ ｅ Ｔｒ ｅ ｎ ｄ
139-电子教材-中低压线路保护程序逻辑
第四章 输电线路保护程序逻辑原理在微机保护故障处理程序中，最主要的部分是保护逻辑程序。
各种不同的保护因功能和原理不相同，它们的逻辑程序也不同。
第一节 中低压线路保护程序逻辑原理一、方向元件软件原理三段方向电流保护的方向元件，可以由软压板选择正方向、反方向动作方式。
现以正方向来说明方向元件原理。
为了保证在各种相间短路故障时，方向元件能可靠而灵敏动作，微机保护的方向元件的“接线方式”仍然采用900接线方式。
例如A 相方向元件（称DA 元件）电流量rI 取a I ，电压量r U 取bc U ，电流量与电压量的相位差为r ϕ。
为了使方向元件具有最大灵敏度，类似模拟电路型方向保护，引入转移相量αj e K- ，α角为方向元件内角，并把αj e I - 称为A 相量，bcU 称为B 相量，则绝对值比较方向元件的正方向动作方程式为B A+≥B A - （4-1）当a I 落在最大灵敏线M 方向时，I K 相量落在bc U 方向附近，B A +具有最大值，B A-具有最小值，方向元件处于最灵敏状态。
相量图如图4-1所示。
由相量图4-1分析可见，若以r U 为基准相量，如要使式（4-1）表示的保护正方向元件临界动作，则A和B 相量相位差角αϕ-r 应为 90±，当满足下式关系时保护动作9090-≥-≥αϕr )90(90αϕα--≥≥+ r （4-2）即rI 落在图中动作区域内时，方向元件动作。
如果方向元件内角取 30，而35kV 线路阻抗角 60=L ϕ，显然上述方向元件在3090==-=αϕϕL r 时，相量A和B 方向相同，保护具有最大的灵敏度。
由于微机保护可利用软件十分方便地完成移相和相位比较，因此在微机保护中采用相位比较式方向元件要比绝对值比较方式简单得多。
在微机保护中相位比较式方向元件，就是利用采样计算结果，比较方向元件电流相量r I 和电压相量rU 的相位角，检查其相位差角是否在正方向的取值范围内。
第4章 微机继电保护的软件原理
12
第4章 微机继电保护的软件原理
4.3.1 任务的划分
任务—般是指程序连同它操作的数据在处理器 中动态运行的过程。 在微机继电保护软件中，每项任务都应完成一 项独立的功能或实时数据的处理过程。如保护 判断、数据预处理、电压、电流有效值计算、 驱动输出、故障录波，液晶显示，键盘管理， 通信等都可以看成是独立完成的任务。 为保证实时任务的并行性，必须对所有任务进 行分类、分时管理。
分级——是同类任务按其重要性来安排优先级。 分层——把上述三类任务按1，2，3类的优先次序排列。 在调度程序时，一方面要保证优先级；另外还必须让较 低的任务尽快得到响应。
17
第4章 微机继电保护的软件原理 4.3.3 任务的执行过程
微机保护装置的任务通常都以模拟量采样任务周期为基本 任务周期。因为采样任务执行频率最高，实时性要求也高， 所以安排为最高优先级任务。每个基本任务周期定时时间到， 通过中断直接起动采样任务。采样任务结束后，设置下面需 要执行的第一类任务的标志，并触发任务调度程序。 对开关量输出、故障录波等无固定起始时刻，且实时性 要求很高的第二类任务，一般通过中断方式来起动任务调度， 用内部调度模块管理。
18
第4章 微机继电保护的软件原理
4.4 基于实时操作系统的继电保护软件设计举例
本节以6-10kV线路微机保护装置为例，介绍采用实时操 作系统的方法。 4.4.1 装置的功能模块划分 1、定时采样模块 2、数据预处理模块 3、保护判断模块 4、开关量输入模块 5、开关量输出模块 6、测量和监视模块 7、人机交互模块 8、通讯模块 9、自检模块
6
第4章 微机继电保护的软件原理
4.2.2 TV断线的自检
在保护判断起动之前，先检查 电压互感器TV二次是否断线。 在小接地电流系统中，可简单 地按以下两个判据检查TV二次 是否断线。 1、正序电压小于30V，而任一 相电流大于0.1A。 2、负序电压大于8V。
继电保护软件原理
uAi +5V 0 -5V
u偏 +5V +5V +5V
带偏移的A／D输出 带偏移的A 1lllllll 10000000 00000000
还原后的结果 0111111l(最大正值) 0111111l(最大正值) 最大正值 00000000(零 00000000(零) 10000000(最大负值 最大负值) 10000000(最大负值)
比较器的模拟输入电压必须是正的，如果为负，则不论其值有多大， 比较器的模拟输入电压必须是正的，如果为负，则不论其值有多大， 比较的结果必然是00000000。 。 比较的结果必然是 继电保护中所反映的信号多是交流电流或交流电压，均为双极性。 继电保护中所反映的信号多是交流电流或交流电压，均为双极性。 为了实现对这种双极性模拟量的模数转换，需要设置一个直流偏移量， 为了实现对这种双极性模拟量的模数转换，需要设置一个直流偏移量， 其值为最大允许输入量的一半。 其值为最大允许输入量的一半。
控制上述硬件电路工作的软件流程框图
初始化程序入口 并行口初始化 采样数据寄存器地址初始化 定时器初始化 开放中断 接其他程序
（1）并行口初始化 ） 规定PA0～PA3为输出，并且赋值为 为输出， 规定 ～ 为输出 并且赋值为0000， ， 使多路开关接通0通道 同时规定PB0为输 通道。 使多路开关接通 通道。同时规定 为输 以便CPU查询 STS状态 状态。 入，以便CPU查询 STS状态。
或称ADC） 五、模数转换器（A/D或称 模数转换器（ 或称 ） （2） 逐位逼近型模数转换器 ） 逐位逼近型模数转换器
开始转换时， 首先将其最高位置“ 并送给 并送给D／ 转换器 如果D／ 转换器的 转换器， 开始转换时，SAR首先将其最高位置“1”并送给 ／A转换器，如果 ／A转换器的 首先将其最高位置 输出小于模拟量输入值， 寄存器的最高位保留为“ ； 反之， 输出小于模拟量输入值 ， 则 SAR寄存器的最高位保留为“ 1”；反之 ， 则最高位清 寄存器的最高位保留为 寄存器次高位置“ ， 再与输入模拟量进行比较，以决定SAR寄存 “ 0”。将 SAR寄存器次高位置“ 1”，再与输入模拟量进行比较 ， 以决定 。 寄存器次高位置 寄存 器的次高位应是“ 还是 还是“ 。 这样直到最后一位完成后， 器的次高位应是 “ 1”还是“ 0”。这样直到最后一位完成后 ， SAR寄存器中的数码 寄存器中的数码 就是所求的数字量
微机型继电保护
3.能操作保护出口回路压板、动作信息的复归； 4.管理好打印机和打印报告，防止其卡纸和报告丢失，熟悉打印信息； 5.了解保护装置现有定值； 6.熟悉保护装置的运行环境要求。
检修基本要求
（一）检修时间 在装置无故障的情况下，建议6年检修，每两年可作一次小修。 （二）小修内容
1.检修电源； 2.输入通道检查； 3.检查定值； 4.出口检测； 5.插件完好性检查； 6.校正时钟。 （三）大检修基本内容 1.清洁处理； 2.检查端子； 3.保护静态测试； 4.小修中各项试验 5.保护联动试验。
（五）电源系统 通常这种电源是逆变电源，即将直流逆变为交流，再把交流整定为 微机系统所需的直流电压。 作用：它把水电站的强电系统的直流电源与微机的弱点系统电源完 全隔离开。 微机继电保护装置的抗干扰措施 可靠性是对继电保护的基本要求之一，它包括不误动和不拒动两方面。 除了保护的基本原理应满足可靠性要求，还有两个因素影响保护 的可靠性，这就是干扰和元件损坏，这些都不应该引起误动和拒 动。 为了防止由于干扰使保护的可靠性下降，微机保护通常在硬件及软件 方面采取以下防范：
电流差动保护
差 动 保 护 的 动 作 特 性
各相差动保护判据如下： 1、 当 Iop Icd ，且 Iop 3Icd 时，
Iop 0.6Ires 时满足动作条件； 2、 当 Iop 3Icd ，且 Iop I res 2Icd 时，满足动作条件。 I res 其中，分相差动电流 Iop IM I N ， I M I N 分相制动电 I 流 ；I M 、 N 分别是任一相两侧的电流。
中性点直接接点系统的110KV输电线路一般可以配置三段式相间距 离及接地距离保护、四段式零序电流保护、双回路相继速动保护、 不对称故障相继速动保护、三相一次重合闸等保护。
微机继电保护硬件系统的构成与原理
图4 采样保持电路原理
它由一个电子模拟开关K，电容C以及两个阻抗变换 器组成。开关K受逻辑输入端电平控制。在高电平时 K闭合，此时，电路处于采样状态，C迅速充电或放 电到电容上电压等于该采样时刻的电压值(Ui)。K的 闭合时间应满足使C有足够的充电或放电时间即采样 时间。为了缩短采样时间，这里采用阻抗变换器l， 它在输入端呈现高阻抗，输出端呈现低阻抗，使C上 电压能迅速跟踪等于Ui值。K打开时，电容C上保持 住K打开瞬间的电压，电路处于保持状态。同样为了 提高保持能力，电路中亦采用了另一个阻抗变换器2， 它对C呈现高阻抗。采样保持的过供电1班 第四组
§1.1 微机保护装置硬件系统构成
微机保护装置硬件系统包含以下五个部分： （1）数据采集单元即模拟量输入系统。包括电压形成、模拟滤波、采样保 持、多路转换以及模数转换等功能块，完成将模拟输入量准确地转换为所需 的数字量的功能。 （2）数据处理单元即微机主系统。包括微处理器、只读存储器、随机存取 存储器以及定时器等．微处理器执行存放在只读存储器中的程序，对由数据 采集系统输入至随机存取存储器中的数据进行分析处理，以完成各种继电保 护的功能。 （3）数字量输入/输出接口即开关量输入输出系统。由若干并行接口、光电 隔离器及中间继电器等组成，以完成各种保护的出口跳闸、信号警报、外部 接点输入及人机对话等功能。 （4）通信接口。包括通信接口电路及接口以实现多机通信或联网。 （5） 电源。供给微处理器、数字电路、A/D转换芯片及继电器所需的电源。 保护装置的硬件示意图如下所示 ：
图5 采样保持过程示意图 Tc为采样脉冲宽度，Ts为采样周期（或称采样间隔）。可见， 采样保持输出信号已经是离散化的模拟量，再经A/D转换后就成 为离散化的数字量。
图5所示采样间隔Ts的倒数称为采样频率fs。采 样频率的选择是微机保护硬件设计中的一个关 键问题。采样频率越高，要求微处理器的速度 越高。因为微机保护是一个实时系统，数据采 集系统以采样的频率不断地向微处理器输入数 据，微处理器必须要来得及在两个相邻采样间 隔时间Ts内处理完对每一组采样值所必须作的 各种操作和运算，否则,微处理器将跟不上实时 节拍而无法工作。相反，采样频率过低，将不 能真实反映被采样信号的情况。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
任务被抢占
图4-4 基于μ C/OS-Ⅱ的微机线路保护装置的任 务状态和任务切换示意图
23
I a I b I c 3I 0 I d 1
3I 0
8
第4章 微机继电保护的软件原理
在中低压变压器保护中采用负序电流来判断TA断线的两个判据： 1、TA断线时产生的负序电流仅在断线一侧出现，而在故障时至 少有两侧会出现负序电流。 2、以上判据当在变压器空载时出现故障的情况下，会因为仅有 电源侧出现负序电流，将误判TA断线。因此要求另加条件：降 压变压器低压侧三相都有一定的负荷电流。 在TA断线期间，软件发出运行异常“TA断线”信号，并置 TA断线标志位，而且根据整定的控制字决定是否退出运行。
12
第4章 微机继电保护的软件原理
4.3.1 任务的划分
任务—般是指程序连同它操作的数据在处理器 中动态运行的过程。 在微机继电保护软件中，每项任务都应完成一 项独立的功能或实时数据的处理过程。如保护 判断、数据预处理、电压、电流有效值计算、 驱动输出、故障录波，液晶显示，键盘管理， 通信等都可以看成是独立完成的任务。 为保证实时任务的并行性，必须对所有任务进 行分类、分时管理。
5
第4章 微机继电保护的软件原理
4.2 采样中断服务程序与故障处理程序原理 采样中断服务程序框图如图4-2所示。采样中断服务 程序主要包括采样计算，TV、TA断线自检和保护起动元 件三个部分。同时还可以根据不同的保护特点，增加一 些检测被保护系统状态的程序。 4.2.1采样计算概述 保护的采样计算就是采用某种适当的算法分别计算 各相电压、电流的有效值、相位、频率及阻抗等。还可 以根据需要进一步计算出各序电压、电流及各序功率方 向，并分别存入RAM指定的区域内，供后续的程序（如逻 辑判断等）使用。
19
第4章 微机继电保护的软件原理 4.4.2 任务划分
将装置任务模块分解为以下 3 类任务： 1、保证微机保护基本功能实现的任务。包括保护判断、 数据预处理、驱动输出、故障录波、报警等。本类任务 要求实时性、可靠性最高，因此是优先级最高的任务， 又以保护判断优先级最高。 2、其他主要功能的任务。包括测量、通信、人机交互等。 除了保护基本功能的硬实时任务之外，这些任务要求能 够尽可能快的完成，但是比保护基本功能的性能要求低 一些。 3、最后是自检任务。
13
第4章 微机继电保护的软件原理
按照任务执行的时间界限，可把任务划分三类
第一类任务有严格的时间起点和终点，有执行
周期和任务周期。 执行周期——完成任务所需要的时间。 任务周期——两次执行同一任务的时间间隔。 第一类任务周期的最小公约数作为最小任务周 期，它是任务调度的控制依据，所有这类任务 的调用周期都是最小任务周期的整数倍。 在微机继电保护的任务调度设计中，基本用采 样任务周期为最小任务周期，也叫基本任务周 期。
上电或复位 初始化（一） 调试 工作方式？ 运行 初始化（二） 调试任务
全面自检？ 通过 数据采集初始化
不通过
告警
开中断
延时
N 故障启动？
Y
自检循环程序
故障处理程 序
整组复归
3
第4章 微机继电保护的软件原理
4.1.2 全面自检的内容 在完成初始化（二）之后进入全面自检程序，全面自 检包括对RAM、EPROM、开关量输入、输出等回路的自检。 如果检查出存在错误，则驱动显示器显示故障信号（故 障字符代码）和故障时间及故障类型说明。自检的方式 将在第7章中详细说明。 4.1.3 开放中断与等待中断 初始化之后，进入运行之前应开始模数变换，并进行 一系列采样计算。所以必须开放采样中断。进入运行之 前应开放串行口中断，以保证接口CPU对保护CPU的正常 通信。 在开放中断后必须延时2~3个工频周期（40~60ms）， 以确保采样数据的完整性和正确性。
18
第4章 微机继电保护的软件原理
4.4 基于实时操作系统的继电保护软件设计举例
本节以6-10kV线路微机保护装置为例，介绍采用实时操 作系统的方法。 4.4.1 装置的功能模块划分 1、定时采样模块 2、数据预处理模块 3、保护判断模块 4、开关量输入模块 5、开关量输出模块 6、测量和监视模块 7、人机交互模块 8、通讯模块 9、自检模块
15
第4章 微机继电保护的软件原理
μ
C态是指任务获得 CPU 控制权，正在运行中 。
就绪态指任务进入就绪状态，但其优先级比正在运行的
任务优先级低，暂时还不能运行。等待态是执行条件尚不 满足，暂时不接受任务。
挂起态是指任务发生堵塞，正在等待某一事件的发生而唤
第4章 微机继电保护的软件原理
第4章 微机继电保护的 软件原理
1
第4章 微机继电保护的软件原理 4.1 微机保护主程序框图原理
微机保护装置接通电源（上电）或整组复归时，CPU响应复
位中断，进入主程序入口 。
4.1.1 初始化 “初始化”是指保护装置在上电或整组复归时首先执行的 程序，它主要是对微机系统及其可编程扩展芯片的工作方式初 始化、各种标志设置、参数的设置、整定值加载等，以便在后 面的程序中按预定方案工作。
初始化包括初始化（一）、初始化（二）及数据采集系统 初始化三个部分。
2
第4章 微机继电保护的软件原理
初始化（一）： 主要是对微处理器CPU及其扩 展芯片的初始化，及保护输出的 开关量出口初始化，赋以正常初 值，以保证出口继电器均不动作。 初始化（二）： 包括采样定时器的初始化、对 RAM区中所有运行时要使用的软 件计数器及各种标志位清零等程 序。 数据采集系统的初始化： 主要指采样值存放地址指针初 始化，如果是VFC式采样方式， 则还需对可编程计数器初始化。
20
第4章 微机继电保护的软件原理 4.4.3 优先级分配
21
第4章 微机继电保护的软件原理
上电或复位
初始化
建立用户任务 通信中断 优先级占先 自检任务
Sem3触发 通信任务
延时 键盘中断 测量任务 定时采样中断 Sem1触发 数据预处理 Sem2触发 保护判断 建立任务 人机接口
故障录波
驱动输出
报警
图4-3基于实时多 任务操作系统的 程序设计整体框 架 22
第4章 微机继电保护的软件原理
挂起态 数据预处理,人 机接口 通信,自检 删除任务
休眠态 驱动输出,故障 录波,报警
事件发生 时间到
等待事件 延时
中断态 定时中断 外部中断
删除任务 建立任务 删除任务
中断
退出中断
就绪态 测量
任务切换
运行态 保护判断
4
第4章 微机继电保护的软件原理 4.1.4 自检循环
在开放了中断后，所有准备工作就绪了，主程序就进 入相应的主循环程序。 主循环程序主要包括自检循环程序和故障处理程序。
自检循环程序：在保护装置正常运行且系统无故障时运 行，主要包括查询检测报告，专用及通用自检等内容。 故障处理程序：如果检测到故障启动标志，则进入故障 处理程序。故障处理程序中进行各种保护的算法计算， 跳闸逻辑判断与时序处理，告警与跳闸出口处理，及事 件报告、故障报告的整理等。
分级——是同类任务按其重要性来安排优先级。 分层——把上述三类任务按1，2，3类的优先次序排列。 在调度程序时，一方面要保证优先级；另外还必须让较 低的任务尽快得到响应。
17
第4章 微机继电保护的软件原理 4.3.3 任务的执行过程
微机保护装置的任务通常都以模拟量采样任务周期为基本 任务周期。因为采样任务执行频率最高，实时性要求也高， 所以安排为最高优先级任务。每个基本任务周期定时时间到， 通过中断直接起动采样任务。采样任务结束后，设置下面需 要执行的第一类任务的标志，并触发任务调度程序。 对开关量输出、故障录波等无固定起始时刻，且实时性 要求很高的第二类任务，一般通过中断方式来起动任务调度， 用内部调度模块管理。
10
第4章 微机继电保护的软件原理
4.2.5 故障处理程序原理 故障处理程序包括保护软压板的投切检查、各 种保护的动作判据计算及定值比较、逻辑判断、跳 闸处理和后加速以及事件报告等部分。
11
第4章 微机继电保护的软件原理
4.3 基于实时操作系统的继电保护软件设计思想
在以上第一、二节中所讲的是传统微机保护的软件设计 结构，这种结构采用的是主循环加中断的线性结构，可称之为 前后台系统。 这种程序机制的特点：简单直观，易于控制，但缺乏灵活性。 因此借鉴PC操作系统的进程管理和调度思想，建立一个基于实 时操作系统（Real-Time Operation System，RTOS）的微机保 护软件系统，统一安排微机保护装置所有与硬件和软件资源有 关的管理、调配与控制相关的程序模块，将会大大提高提高软 件的灵活性和可扩充性。
6
第4章 微机继电保护的软件原理
4.2.2 TV断线的自检
在保护判断起动之前，先检查 电压互感器TV二次是否断线。 在小接地电流系统中，可简单 地按以下两个判据检查TV二次 是否断线。 1、正序电压小于30V，而任一 相电流大于0.1A。 2、负序电压大于8V。
采样中断入口 采样计算 调试方式 工作方式？ 运行 KST=1？ N TV断线自检 N TV自检通过？ Y 置TV断线标志 TA断线自检 Y
醒
休眠态是指任务驻留在内存中，但不被内核所调度。 中断态是指发生中断，CPU
进入中断服务，原来正在运行 的任务不能运行，进入了被中断状态。
每种任务必定处于五种状态中的—种。
16
第4章 微机继电保护的软件原理
4.3.2 任务的调度、管理与协调 任务调度实质上就是任务切换。做为多任务系统的核心， 任务调度拥有绝对的权威。 任务调度通常采用分级（或分层）的策略。
N
TA自检通过？ Y
置TA断线标志 Y 修改中断返回地址