2.1 程序設(shè)計(jì)

    本繼電器的軟件設(shè)計(jì)主要包括計(jì)算、保護(hù)、顯示、按鍵、通訊等各種功能子程序。其中計(jì)算子程序主要用于進(jìn)行信號(hào)的采集和運(yùn)算，實(shí)時(shí)測(cè)量保護(hù)對(duì)象的電參量；保護(hù)子程序主要集成有各種保護(hù)算法，將測(cè)量得到的各種參數(shù)與預(yù)先設(shè)定的值來進(jìn)行對(duì)比，來確定是否有故障出現(xiàn)，及時(shí)進(jìn)行保護(hù)；顯示、按鍵子程序用于人機(jī)交互；通訊子程序則用于將各種參量通過通訊接口遠(yuǎn)傳給后臺(tái)控制系統(tǒng)。

    由于程序內(nèi)容較多，現(xiàn)給出主程序流程（圖5）和保護(hù)子程序流程圖（圖6）。

圖5　主程序流程圖

圖6　保護(hù)子程序流程圖

    2.2 過采樣

    在本產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，便定位于既可作為保護(hù)繼電器使用，又可作為低壓電測(cè)儀表使用，因此要求本產(chǎn)品的測(cè)量精度要高，但出于成本上的考慮，采用主控芯片STM32F103R8T6內(nèi)部自帶的12位AD，為實(shí)現(xiàn)高精度的測(cè)量，需要在采樣上使用過采樣的技術(shù)。根據(jù)奈奎斯特定理可得，每增加一位分辨率，信號(hào)必須被以4倍的速率過采樣：fos=4w×fs 。其中，w是希望增加的分辨率位數(shù)，fs是初始采樣頻率要求，fos是過采樣頻率。根據(jù)此公式，在采樣時(shí)將采樣頻率提高256倍，即將分辨率位數(shù)提高4位，達(dá)到了16位的分辨率。采用此方法后，本產(chǎn)品的測(cè)量精度達(dá)到0.5級(jí)，完全可以滿足作為測(cè)量型儀表的要求。由于CPU的速度很快，因此不會(huì)因?yàn)椴捎眠^采樣后，采樣點(diǎn)和運(yùn)算量的增加而導(dǎo)致保護(hù)速度不夠。

    3　 性能測(cè)試

    3.1 測(cè)量精度的測(cè)試（電流型）

圖7

    試驗(yàn)裝置由圖7所示，信號(hào)發(fā)生源采用深圳科陸公司的RTU檢定裝置CL301V2-R，精度等級(jí)0.05。由CL301V2-R輸出三相交流電流來測(cè)試ASJ的測(cè)量精度，測(cè)試結(jié)果見表1。

    表1

    由GB/T22264.1-200《安裝式數(shù)字顯示電測(cè)量?jī)x表》第1部分：定義和通用要求中5.2 基本誤差的計(jì)算方法，結(jié)合表1測(cè)量數(shù)據(jù)可得，精度等級(jí)能夠滿足0.5級(jí)。

    計(jì)算公式如下：

    儀表的基本誤差不應(yīng)超過公式（1）表示的測(cè)量值的絕對(duì)誤差△。

    式中：

    Ux－被測(cè)量的讀數(shù)值；

    Um－被測(cè)量的滿度值；

    a－與讀數(shù)值有關(guān)的誤差系數(shù)；

    b－與滿度值有關(guān)的誤差系數(shù)；

    公式（1）中應(yīng)滿足如下關(guān)系：a≥4b

    3.2 動(dòng)作誤差測(cè)試（電流型）

    繼電器的動(dòng)作誤差是一項(xiàng)重要的指標(biāo)，因此，需要使用專用的繼保測(cè)試儀來對(duì)ASJ的動(dòng)作時(shí)間誤差進(jìn)行測(cè)試。

    這里使用“ZS-740微機(jī)繼電保護(hù)校驗(yàn)儀”來測(cè)試ASJ的動(dòng)作誤差時(shí)間，測(cè)試結(jié)果見表2。

    表2

    其中各項(xiàng)功能的延時(shí)時(shí)間是可任意設(shè)定的，報(bào)警和脫扣是2個(gè)獨(dú)立的繼電器輸出。由上圖可以看出，動(dòng)作時(shí)間的誤差都在±50ms以內(nèi)。

    4　 產(chǎn)品特點(diǎn)

    ASJ系列數(shù)字式量度繼電器在結(jié)構(gòu)上采用DIN35mm導(dǎo)軌安裝式和96mm×48mm外型嵌入安裝式兩種方式。該為數(shù)字式繼電器，實(shí)時(shí)采樣三相交流電量、采用真有效值的計(jì)算方法，在較寬的頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了較高精度的測(cè)量。集成有多種保護(hù)功能，僅需簡(jiǎn)單選擇即可實(shí)現(xiàn)保護(hù)的投入或退出、報(bào)警或跳閘；精度高、功耗小、動(dòng)作快、返回系數(shù)高、無抖動(dòng)。 本產(chǎn)品集低壓電測(cè)儀表功能和量度繼電器功能于一體，是傳統(tǒng)的靜態(tài)繼電器的理想替代方案。產(chǎn)品符合GB/T 14598量度繼電器的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和GB/T 22264安裝式數(shù)字顯示電測(cè)量?jī)x表中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

    按功能可分為電流、電壓、頻率等多種類型，主要技術(shù)指標(biāo)見表3。

    表3

    5　 應(yīng)用案例

    ASJ系列量度繼電器因其具有很寬的頻率測(cè)量范圍(20Hz～70Hz內(nèi)都能準(zhǔn)確測(cè)量)，較高的測(cè)量精度及多種保護(hù)功能集于一體的特點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于多種場(chǎng)合。

    圖8為本產(chǎn)品應(yīng)用于某柴油發(fā)電機(jī)上用于對(duì)柴油發(fā)電機(jī)的欠、過壓進(jìn)行保護(hù)的圖。由于柴油發(fā)電機(jī)的輸出電壓與其轉(zhuǎn)速有關(guān)，因此要求測(cè)量柴油發(fā)電機(jī)輸出電壓的裝置具有較寬的頻率測(cè)量范圍，在本應(yīng)用案例中，柴油發(fā)電機(jī)的欠壓點(diǎn)為230VAC（對(duì)應(yīng)23Hz），額定460VAC（對(duì)應(yīng)50Hz），過壓點(diǎn)530VAC（對(duì)應(yīng)55Hz），而采用的ASJ10-AV3電壓型量度繼電器的測(cè)量頻率范圍為20Hz～70Hz，在此頻率范圍內(nèi)，能夠準(zhǔn)確測(cè)量出電壓值，完全能夠滿足此場(chǎng)合的使用要求。其工作流程為：ASJ10-AV3測(cè)量柴油發(fā)電機(jī)組的輸出電壓，并將此電壓與預(yù)先設(shè)定的欠壓、過壓值進(jìn)行比較，一旦出現(xiàn)測(cè)量值超出限值，則進(jìn)入故障延時(shí)，延時(shí)時(shí)間到但故障狀態(tài)未解除則報(bào)警或脫扣繼電器動(dòng)作，發(fā)出告警信號(hào)或直接停掉柴油發(fā)電機(jī)，從而起到保護(hù)柴油發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的作用。

圖8　電壓型應(yīng)用圖

    圖9為本產(chǎn)品應(yīng)用于電動(dòng)機(jī)上用于對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的各種故障進(jìn)行保護(hù)的圖。在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中，常出現(xiàn)的故障主要有過載和斷相，而對(duì)過載的保護(hù)又分為定時(shí)限、反時(shí)限、速斷等多種。在本應(yīng)用案例中，ASJ10-AI3能夠提供欠載、過載（定時(shí)限、反時(shí)限、速斷）、不平衡、斷相等多種保護(hù)功能。其工作流程為：ASJ10-AI3測(cè)量電動(dòng)機(jī)供電電路中的電流值，并將此電流值與預(yù)先設(shè)定的值進(jìn)行比較，一旦出現(xiàn)測(cè)量值超出限值，則進(jìn)入故障延時(shí)，延時(shí)時(shí)間到但故障狀態(tài)未解除則報(bào)警或脫扣繼電器動(dòng)作，發(fā)出告警信號(hào)或斷開接觸器KM使電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行，從而起到保護(hù)電動(dòng)機(jī)的作用。

圖9　電流型應(yīng)用圖

    6　 結(jié)語(yǔ)

    ASJ系列數(shù)字式量度繼電器采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)方案，能夠針對(duì)不同的使用場(chǎng)合提供多種保護(hù)方式，產(chǎn)品穩(wěn)定可靠，是靜態(tài)模擬繼電器的理想替代產(chǎn)品。

    參考文獻(xiàn)

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    [2] 中國(guó)電力出版社，電工與電子技術(shù)，1999。

    [3] 任志程，周中，電力電測(cè)數(shù)字儀表原理與應(yīng)用指南，中國(guó)電力出版社，2007 <