張 毅，李建偉

（長(zhǎng)治學(xué)院 電子信息與物理系，山西 長(zhǎng)治 046011）

在電力系統(tǒng)故障中，輸電線故障約占電力故障的90%，而瞬時(shí)性故障高達(dá)90%。所謂瞬時(shí)性故障，一般是由外部自然環(huán)境引起的線路短路，使得斷路器斷開(kāi)，此時(shí)線路的絕緣性能恢復(fù)從而使這些短路情況通過(guò)線路重合閘解決。因此自動(dòng)重合閘系統(tǒng)（ARC）可以提高用電系統(tǒng)的分?jǐn)嗪瓦^(guò)流能力，保證對(duì)用戶的供電連續(xù)性和供電質(zhì)量。

如果線路發(fā)生永久性故障，自動(dòng)重合閘裝置發(fā)出重合閘的動(dòng)作后故障并沒(méi)有得到徹底的解決。出于繼電保護(hù)斷路器會(huì)再次斷開(kāi)，一般來(lái)說(shuō)，重合閘時(shí)間越快效果越好，最短間隔時(shí)間為0.15～0.5秒，這時(shí)應(yīng)在查明故障原因并排除故障后繼續(xù)送電。

基于此，本研究設(shè)計(jì)了以C8051F120單片機(jī)為核心的自動(dòng)重合閘系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用了C8051F120硬件設(shè)計(jì)的高效性、便利性，僅由電源模塊、鍵盤/顯示模塊、控制斷路器模塊、信息存儲(chǔ)模塊等構(gòu)成。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、安全性、穩(wěn)定性和可移植性成為設(shè)計(jì)該系統(tǒng)首要考慮的問(wèn)題。通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，證明了本系統(tǒng)具有適應(yīng)性強(qiáng)、開(kāi)放性好、功耗低、傳輸實(shí)時(shí)和穩(wěn)定等一系列優(yōu)點(diǎn)。

1 總體設(shè)計(jì)

該測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，電源部分需給系統(tǒng)供5 V和3.3 V電源。系統(tǒng)在上電之后主控制器先從外部存儲(chǔ)器中讀取參數(shù)，再檢測(cè)總回路開(kāi)關(guān)狀態(tài)和手動(dòng)操作回路狀態(tài)。如果斷路器發(fā)生跳閘現(xiàn)象，當(dāng)合閘的次數(shù)小于允許重合閘次數(shù)設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)向斷路器發(fā)出重合閘信號(hào)；當(dāng)合閘的次數(shù)是否大于允許重合閘次數(shù)設(shè)定值時(shí)，可視為永久性故障。液晶顯示模塊實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前系統(tǒng)的狀態(tài)。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件主要由電源電路、信息存儲(chǔ)電路、鍵盤電路與液晶顯示電路、繼電器控制電路等組成。電源電路設(shè)計(jì)以LM2576和AMS1117為核心，為系統(tǒng)提供5 V和3.3 V電源；信息存儲(chǔ)電路設(shè)計(jì)以AT24C512為核心，用來(lái)存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)定參數(shù)，如重合閘次數(shù)、延時(shí)時(shí)間和閉鎖時(shí)間等；鍵盤電路主要功能是菜單的選擇和參數(shù)的輸入；液晶顯示電路用于顯示當(dāng)前系統(tǒng)的狀態(tài)。

2.1 電源電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)供電電源有3.3 V和5 V兩種，其中3.3 V電源是以AMS1117為核心設(shè)計(jì)的，5 V電源是以LM2576為核心設(shè)計(jì)的，具體的設(shè)計(jì)電路如圖2和3所示。

圖2 直流5V電源電路圖

圖3 直流3.3V電源電路圖

2.2 信息存儲(chǔ)電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的外部存儲(chǔ)器是AT24C512，設(shè)計(jì)電路圖如圖4所示。

圖4 外部存儲(chǔ)器是AT24C512電路圖

2.3 斷路器控制電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的斷路器控制電路的設(shè)計(jì)如圖5所示。

圖5 斷路器控制電路圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總體軟件設(shè)計(jì)主要由五個(gè)模塊組成，主要包括：初始化模塊、延時(shí)函數(shù)模塊、液晶顯示模塊、鍵盤掃描模塊、外部存儲(chǔ)器驅(qū)動(dòng)模塊。原理框圖如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)原理框圖

3.2 主函數(shù)的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主函數(shù)的總體設(shè)計(jì)思路如圖7所示，從流程圖上可知系統(tǒng)功能如下：

（1）系統(tǒng)上電后首先判斷斷路器手動(dòng)合閘狀態(tài)，若為斷開(kāi)狀態(tài)進(jìn)入“線路未投運(yùn)界面”，若為閉合狀態(tài)則進(jìn)入主回路狀態(tài)的判斷；

（2）主回路若為閉合狀態(tài)，則需要進(jìn)一步判斷是否該狀態(tài)是否是合閘操作后的狀態(tài)。主回路若為斷開(kāi)狀態(tài)，則需進(jìn)一步判斷重合閘的次數(shù)；

（3）重合閘的次數(shù)若小于設(shè)定值，則進(jìn)行重合閘動(dòng)作，反之，顯示重合失敗界面。

圖7 主函數(shù)流程圖

3.3 中斷服務(wù)子程序的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的外部中斷服務(wù)子程序主要功能是設(shè)置菜單的參數(shù)，設(shè)計(jì)流程圖如圖8所示，

圖8 中斷服務(wù)子程序流程圖

4 系統(tǒng)調(diào)試

自動(dòng)重合閘系統(tǒng)在初始化完成之后如圖9所示，通過(guò)輸入“菜單”鍵、“UP”鍵、“DOWN”鍵和“菜單”鍵可以操作本系統(tǒng)。通過(guò)“UP”鍵和“DOWN”鍵可以選擇菜單，箭頭移動(dòng)到相應(yīng)位置后按“確認(rèn)”鍵可以進(jìn)入二級(jí)菜單設(shè)置參數(shù)。部分測(cè)試顯示如圖10所示。

圖9 系統(tǒng)正常運(yùn)行

圖10 部分測(cè)試界面

5 結(jié)論

該測(cè)試系統(tǒng)采用具有高速數(shù)據(jù)采集的C8051F120單片機(jī)為主要的硬件平臺(tái)，利用這一平臺(tái)將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并可通過(guò)按鍵設(shè)置相應(yīng)參數(shù)后進(jìn)行重合閘操作。該系統(tǒng)使用12864做顯示、用鍵盤做輸入，提高了系統(tǒng)的可靠性。該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)接斷路器反復(fù)測(cè)試，表明該系統(tǒng)具有測(cè)試準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、穩(wěn)定可靠、人機(jī)界面友好等特點(diǎn)，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。