摘要：介绍一种以80C31 单片机芯片为核心的断路器模拟装置的原理和软硬件设计。这种装置主要用于继电保护装置的整组试验。在整组试验时作为模拟高压断路器的跳/合闸作用，以避免由于重复的整组试验造成断路器反复分/合带来的不便。尤其当断路器没调好时，该装置可缩短调试时间，提高试验工作效率，操作简单可靠。
关键词：单片机；模拟装置；断路器；保护系统
在电力系统中，每隔一定时期要对继电保护装置进行检修，以保证在电力系统发生故障时保护装置可靠动作［1］。所以提出一种应用于保护系统检修的断路器模拟装置。
1 断路器模拟装置的原理
断路器模拟装置采用单片机为核心，由集成电路、光电耦合器和晶闸管及固态元件构成弱电控制回路，与强电部分有可靠的隔离措施，并能承受220kV交直流电压。实现模拟断路器跳/合闸时间设置，输入信号逻辑控制功能，从而模拟断路器跳/合闸动作且提供一组辅助常开、常闭接点。图1，以跳合闸控制电路为例，示出模拟断路器的原理接线图。
断路器相当于一个双位置开关，其合闸延时TH，跳闸延时TT均由单片机实现，通过操作面板上旋钮改变延时长短。而真实的跳闸线圈和辅助合闸线圈的电阻R，分别由2个100Ω（或200Ω）的大容量电阻模拟，在断路器完成跳闸或合闸后，模拟电阻的电流自动切断。断路器的主接点，分别有一个常开和常闭接点，模拟断路器的常开接点闭合，表示已合闸，常闭接点断开，表示已分闸。它能开断45A/220V的容量，可直接用于切断继电保护的实验电流，也可作为反馈信号，控制微机继电保护实验电源，以改变故障电流的大小。面板设置手动、自动跳/合闸按钮、跳合/闸时间选择按钮、各种指示灯。模拟断路器在合闸状态下，合闸指示灯（红灯）亮，此时模拟断路器的常开接点闭合，常闭接点断开；模拟断路器在跳闸状态下，跳闸指示灯（绿灯）亮，此时模拟断路器的常闭接点闭合，常开接点断开。由外部输入的跳合/闸脉冲电源可以是直流110V或220V。
2 断路器模拟装置的硬件设计
图2为模拟断路器装置的硬件结构框图。
a. 信号采集电路是将线路的跳闸、合闸信号经过光电耦合器4N25转换成80C31可以处理的脉冲信号，并起到隔离强弱电信号的作用。信号采集电路同时还完成对面板上立即跳闸、手动合闸、合闸时间等手动信号的检测，并将其转化成脉冲信号。
b. 单片机系统。包含单片机80C31、外部存储器的扩展电路等。单片机80C31是模拟断路器的核心部分，完成对信号的检测、计时、发布命令等功能［2］。
c. 指示灯控制电路，包括触发器74LS06A、光电耦合器4N33、直流继电器、交流接触器。由直流继电器控制接点的闭/合，从而使交流接触器触点闭/合。
d. 显示操作面板上主要设置了立即跳闸、手动合闸、合闸时间、复位等按钮及各种信号指示灯。可人为地选择所需要的按钮进行操作。
e. 其他模块。看门狗电路采用MAX706，在单片机异常时，可对单片机80C31进行复位。时钟晶振频率为6MHz。时间选择电路通过寄存器74HC164与面板上的时间选择按钮相连接。
3 断路器模拟装置的软件设计
3.1 主程序流程图
主程序流程图见图3。
3.2 中断程序流程图
中断程序流程图见图4。
软件设计采用C51语言编程［3］，程序结构具有模块化的优点，同时在程序设计中加了各种故障处理。软件程序分为主程序和中断处理程序及延时程序三大部分。程序流程图如图3，4所示，主程序主要完成对跳闸、合闸、手动跳闸、手动合闸、跳/合闸时间等信号的检测，发命令信号并完成面板指示灯显示等任务。延时程序主要完成对跳/合闸时间的延时和循环检测的功能。中断程序包括外部中断和定时器中断，中断优先级依次为外部中断、定时器中断。外部中断主要是对系统电源故障和机器本身故障的检测，一旦发现故障，立即发出指示灯信号，并进入相应的故障处理子程序。定时器中断提供信号检测周期，对信号进行循环检测并设立信号标志。
参考文献：
［1］贺家李，守从矩. 电力系统继电保护原理［M］. 北京：中国电力出版社，1994.
［2］张毅刚，彭喜源. MCS-51单片机应用设计［M］. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1997.
［3］严殊. 单片微机多任务编程［I］. 微型机与应用，1997，
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