基于HK32MCU南瑞微機繼電保護器，實現電力系統計算機網絡控制管理

01、微機繼電保護的組成

微機繼電保護的硬件是一臺微型計算機，由硬件、軟件組成，各種復雜的功能是由相應的程序來實現。用簡單的操作就可以檢驗微機的硬件是否完好。同時，微機繼電保護裝置具有自診斷功能，對硬件各部分和存放在EPROM中的程序不斷進行自動檢測，一旦發現異常就會報警。通常只要接通電源后沒有報警，就可確認裝置是完好的，從而大大減輕運行維護的工作量。

計算機在程序指揮下，有綜合分析和判斷能力，而微機繼電保護裝置可以實現常規保護很難辦到的自動糾錯，自動識別和排除干擾，防止由于干擾而造成誤動作。另外，微機繼電保護裝置有自診斷能力，能夠自動檢測出計算機本身硬件的異常部分，配合多重化可以有效地防止拒動，因此可靠性很高。

使用微型計算機可以在系統發生故障后提供多種信息。如保護各個部分的動作順序和動作記錄，故障類型和相別及故障前后電壓和電流的波形記錄等，還可以提供故障點到保護安裝處的距離。這樣有助于運行部門對事故的分析處理。

由于微機繼電保護的特性主要由程序決定，所以不同原理的保護可以采用通用的硬件，只要改變程序就可以改變保護的特性和功能，因此可靈活地適應于電力系統運行方式的變化。

02、微機繼電保護的特點

1）用于可根椐實際運行的需要配制相應保護，真正實現用戶“量身定制”。

2）各種保護功能相對獨立，保護定值、實現閉鎖條件和保護投退可獨立整定和配制。

3）可以滿足庫存配制有二十幾種保護，滿足用戶對不同電器設備或線路保護要求。

4）自定義保護功能，可實現標準保護庫中未提供的特殊保護，最大限度滿足用戶要求。

5）保護功能實現不依賴于通訊網絡，滿足電力系統保護的可靠性。

03、微機繼電保護裝置的優點

1）集保護、測量、監視、控制、人機接口、通信等多種功能于一體；代替了各種常規繼電器和測量儀表，節省了大量的安裝空間和控制電纜。

2）采用32位ARM Cortex-M3 MCU，具有先進內核結構、高速運算能力和實時信號處理等優良特性。

3）支持常規的RS485總線及DeviceNet（CAN）現場總線通信，CAN總線具有出錯幀自動重發和故障節點自動脫離等糾錯機制，保證信息傳輸的實時性和可靠性。最高速率1Mbps，最長距離10km，一條總線最多允許掛接110個設備。

4）全封閉金屬機箱，超薄型設計，機箱凈深僅100mm，可適用安裝于任何柜型，特別是環網柜。

5）表面貼工藝，重要器件（如芯片、電源模塊、互感器、繼電器、電容、液晶顯示屏、接線端子等）均采用國外知名企業的成熟產品，平均無故障時間達100,000小時。

6）完善的自檢能力，發現裝置異常能自動告警；具有自保護能力，有效防止接線錯誤或非正常運行引起的裝置永久性損壞；免維護設計，無需在現場調整采樣精度，測量精度不會因為環境改變和長期運行引起誤差增大。

7）國際通用輸入電源模塊，兼容85～264V交流或直流工作電源，更在電源跌落和電壓突變方面有出色表現。

9）斷路器操作回路具有交直流通用的硬件防跳閉鎖模塊，分/合閘操作回路的電流大小不影響模塊正常工作。強化的斷路器操作管理功能，對各種運行方式的變電站、配電站均能適用。

10）開關量輸入支持直接跳閘或告警，用于瓦斯、溫度等重要保護或聯鎖跳閘。采用可設置變位確認時間窗技術， 有效消除開關接點抖動和電磁干擾，保證遙信正確率達100%。

11）人機接口符合人機工程設計要求，帶背光圖形液晶，菜單化設計，全中文顯示，合理化屏幕保護控制。顯示內容包括測量數據、開關量狀態、實時波形、事件記錄、故障錄波、保護定值和系統參數等。

12）具有事件記錄功能，可記錄與電力系統安全運行相關的所有事件，時間分辨率小于1ms，可在線記錄事件100 條，掉電不丟失，便于分析故障原因和診斷設備缺陷。

13）具有故障錄波功能，可真實記錄故障前后的電流、電壓、開關狀態等信息，記錄密度每周波24點，記錄長度為故障前2周波，故障后7周波，掉電不丟失。

14）具有多套保護定值手動切換功能。

南瑞微機繼電保護器實物圖

產品系統框圖

產品主要參數

◆產品名稱：FEJ-810/L線路保護器* MCU 型號：HK32F103VET6

◆工作電壓：85~265V(AC/DC)

◆控制電源：220V(AC/DC)

◆通信接口：RS485

◆測量電流：5A(額定)，過載倍數120%

◆保護電流：5A(額定)，過載倍數2000%

◆零序電流：5A(額定)，過載倍數120%

◆相電壓：57.74V(額定)，過載倍數173.2%

◆零序電壓：100V(額定)，過載倍數200%

HK32F103VET6產品特點

?CPU

●ARM Cortex-M3內核

●最高時鐘頻率：120MHz

●24位System Tick定時器

●支持CPU Event信號輸入至MCU引腳，實現與板級其它SOC CPU的聯動

?工作電壓范圍

●雙電源域：主電源VDD為1.8 V ~ 3.6V、備份電源Vbat為1.8 V ~ 3.6V

?工作溫度范圍：-40℃ ~ +105℃

?VDD典型工作電流

●運行(Run)模式：16 mA/120MHz@3.3V（133.3uA/MHz）

●睡眠(Sleep)模式：7mA/120MHz@3.3V(58.3uA/MHz)

●停機(Stop)模式：30μA@3.3V

●待機（Standby）模式：2μA@3.3V

●關機（Shutdown）模式：100nA@3.3V

?存儲器

●最高527 Kbyte的Flash存儲器

●CPU主頻不高于24 MHz時，支持零等待總線周期

●具有代碼安全保護功能，可分別設置讀保護和寫保護

●支持存儲于Flash的指令和數據加密，以防止Flash內容被物理攻擊

●97 Kbyte SRAM

?時鐘

●外部HSE：4~32 MHz，典型頻率為8 MHz

●外部LSE：32.768 kHz

●片內HSI：8 MHz/56 MHz

●片內LSI：40 kHz

●PLL時鐘

●芯片管腳輸入時鐘

?DMA

●2個獨立DMA控制器：DMA1和DMA2

●DMA1提供7路通道

●DMA2提供5路通道

●支持Timer、ADC、SPI、I2C、USART等多種外設觸發

?安全加密: CRC計算單元

?數據通信接口

●6個USART：支持主同步SPI和調制解調器控制，具有ISO7816接口、LIN、IrDA能力、自動波特率檢測和喚醒特性

●3個高速SPI：支持4至16個可編程比特幀和復用的I2S接口

●2個I2C：支持極速模式（1 Mbit/s）、SMBus和PMBus，可從停機模式喚醒

?定時器

●1個高級控制定時器（TIM1/TIM8）

●5個通用定時器（TIM2/TIM3/TIM4/TIM5/TIM17）

●1個基本定時器（TIM6/TIM7）

?日歷 RTC，具有鬧鐘功能，可從停機 /待機模式周期喚醒

?片內模擬電路

●3個12位的ADC：25個外部模擬信號輸入通道，支持最高1 MSPS采樣頻率的自動連續轉換和掃描轉換

●1個溫度傳感器：模擬輸出在內部連接到A/D轉換器獨立通道

?定點數除法/開方運算單元

●RM Cortex-M4內核支持的絕大部分算術指令

●實現支持32單精度浮點運算

●支持多種自定義的32位及64位算術運算

?可靠性

●通過HBM2000V/CDM500V/MM200V/LU等級測試

來源：航順芯片
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審核編輯 黃宇