基于CAN总线的微机继电保护系统

尹海彪，桂 峰

（武汉理工大学 自动化学院，湖北 武汉430070）

0 引 言

电力系统继电保护装置是通过测量线路或电气设备的一些电气参量，判别电力系统的正常、不正常工作及故障运行状态，从而动作于断路器跳闸或发出警示信号［1］。传统模拟式继电保护装置是通过硬件电路测量线路电气参数，与整定值比较来判断线路是否发生故障，可靠性与抗干扰能力差。

CAN总线是一种多主总线系统，采用短帧结构与CRC校验，对通信数据块进行编码，传输时间短，实时性好，可靠性高。本文采用基于CAN现场总线的微机继电保护系统设计，使系统反应更快速可靠。

1 系统结构

实际电力系统是一个庞大而又复杂的网络，主要由发电机、输电线路、变压器等组成。下面以一个简单的电力系统结构模型说明基于CAN现场总线的微机继电保护原理，如图1所示。

由继电保护工作原理，系统测量部分主要通过测量变换元件实现；逻辑部分主要通过通信线路传输获得电气参量，再进行一定的软件判断流程判断系统电路工作状态；执行部分主要通过DSP判断处理后发出是否动作的信号，由保护元件执行动作信号相应的操作［2］，各部分之间的通信通过CAN现场总线来完成。

图1 微机继电保护系统组成图

基于CAN总线的微机继电保护系统由交流变换模块、保护测量模块、微机管理模块、开入开出模块等几大功能模块组成。

交流变换模块完成将电流信号和电压信号转成范围内的电压信号，作为采样值送入保护测量模块；保护测量模块完成信号的采样与计算；微机管理模块用作人机对话接口和通信接口；开入开出模块处理开关量开入开出信号，实时检测处理各开入开出通道的状态［3］。总体结构设计如图2所示。

2 系统硬件设计

根据系统原理与要求，系统硬件由模拟输入变换模块、保护CPU模块、总线模块、输入输出模块组成，各部分电路的设计如下。

图2 继电保护总体结构图

（1）模拟量输入与转换电路

系统测量的电气参量电压、电流信号都为模拟量，且电压电流值都比较大，取值范围也不在系统逻辑判断部分的额定电压电流值范围，另外这些电气参量的传输通信也不在传输的电气范围，需通过电压变换器与电流变换器变换。

（2）保护CPU模块

保护CPU是系统下位机，需要与测量部分、执行部分、通信部分配合工作，另外，保护CPU本身工作需要电源。

（3）总线模块

CAN通信接口电路由DSP与CAN控制器构成。CAN总线通信控制模块选用SJA1000芯片，DSP负责SJA1000的初始化，并通过控制SJA1000实现数据的收发。

（4）输入输出模块

开关信号主要包括：断路器状态的闭合和断开，继电器的吸合和释放、外部闭锁信号和外部输入复位信号等［4］。这些信号经过光电隔离后输入微机系统，其输入输出电路如图3所示。

图3 开关量输入输出电路

3 系统软件设计

系统的软件功能主要是对系统初始化、系统中判断故障以及判断不正常状态后进行中断处理流程等。其中，系统测量部分一直处在测量监测状态，实时监测系统的电气参量。正常、不正常、故障三种工作状态通过信号处理与传输后，保护CPU再进行逻辑分析判断确定系统实际工作状态，进而发出相应执行跳闸、报警或不动作等指令［5］。系统总体软件流程如图4所示。

图4 系统总体流程图

4 结 论

基于CAN总线的微机继电保护系统是一种网络型的微机保护装置，采用CAN总线方式的通信网络，利用CAN总线的可靠性和非破坏性总线仲裁等技术，实时性好，可靠性高，能有效满足电力系统可靠性、选择性、速动性、灵敏性的要求，具有诸多优点，有广阔的应用前景。

［1］ 孙国凯，翟利民，柴玉华.电力系统继电保护原理［M］.北京：中国水利水电出版社，2002.

［2］ 张保会，尹项根.电力系统继电保护［M］.北京：中国电力出版社，1994.

［3］ 谢 东，温阳东.基于CAN总线的电力线路微机保护系统［J］.自动化与仪表，2005，（03）：34－36.

［4］ 王洪涛，何 方.基于CAN总线的网络化微机保护硬件平台的设计［J］.广东输电与变电技术，2009，（01）：60－63.

［5］ 高 亮.电力系统微机继电保护［M］.北京：中国电力出版社，2007.