第4章 微机继电保护的软件原理.
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KST=1？ N
TV断线自检
N TV自检通过？ Y TA断线自检
调试方式 Y
置TA断线标志 修改中断返回地址
N TA自检通过？ Y
Y 起动元件动作？ N
中断出口
7
第4章 微机继电保护的软件原理
4.2.3 TA断线的自检 在TA二次回路断线或电流通道的中间环节接触不良时，
有的保护（例如变压器差动保护）有可能误动作，因此对TA 二次回路必须监视，在断线时闭锁保护并应报警。
初始化包括初始化（一）、初始化（二）及数据采集系统 初始化三个部分。
2
第4章 微机继电保护的软件原理
初始化（一）：
主要是对微处理器CPU及其扩 展芯片的初始化，及保护输出的 开关量出口初始化，赋以正常初 值，以保证出口继电器均不动作。
初始化（二）：
包括采样定时器的初始化、对 RAM区中所有运行时要使用的软 件计数器及各种标志位清零等程 序。
11
第4章 微机继电保护的软件原理
4.3 基于实时操作系统的继电保护软件设计思想
在以上第一、二节中所讲的是传统微机保护的软件设计 结构，这种结构采用的是主循环加中断的线性结构，可称之为 前后台系统。 这种程序机制的特点：简单直观，易于控制，但缺乏灵活性。
因此借鉴PC操作系统的进程管理和调度思想，建立一个基于实 时操作系统（Real-Time Operation System，RTOS）的微机保 护软件系统，统一安排微机保护装置所有与硬件和软件资源有 关的管理、调配与控制相关的程序模块，将会大大提高提高软 件的灵活性和可扩充性。
4.1.2 全面自检的内容 在完成初始化（二）之后进入全面自检程序，全面自
检包括对RAM、EPROM、开关量输入、输出等回路的自检。 如果检查出存在错误，则驱动显示器显示故障信号（故 障字符代码）和故障时间及故障类型说明。自检的方式 将在第7章中详细说明。 4.1.3 开放中断与等待中断
初始化之后，进入运行之前应开始模数变换，并进行 一系列采样计算。所以必须开放采样中断。进入运行之 前应开放串行口中断，以保证接口CPU对保护CPU的正常 通信。
程序主要包括采样计算，TV、TA断线自检和保护起动元 件三个部分。Baidu Nhomakorabea时还可以根据不同的保护特点，增加一 些检测被保护系统状态的程序。
4.2.1采样计算概述 保护的采样计算就是采用某种适当的算法分别计算
各相电压、电流的有效值、相位、频率及阻抗等。还可 以根据需要进一步计算出各序电压、电流及各序功率方 向，并分别存入RAM指定的区域内，供后续的程序（如逻 辑判断等）使用。
程序设计整体框 架
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第4章 微机继电保护的软件原理
删除任务
挂起态 数据预处理,人
机接口 通信,自检
休眠态 驱动输出,故障
录波,报警
事件发生 时间到
等待事件 延时
中断态 定时中断 外部中断
删除任务
建立任务
删除任务
中断
退出中断
就绪态 测量
任务切换 任务被抢占
运行态 保护判断
图4-4 基于μC/OS-Ⅱ的微机线路保护装置的任 务状态和任务切换示意图
故障处理程序：如果检测到故障启动标志，则进入故障 处理程序。故障处理程序中进行各种保护的算法计算， 跳闸逻辑判断与时序处理，告警与跳闸出口处理，及事 件报告、故障报告的整理等。
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第4章 微机继电保护的软件原理
4.2 采样中断服务程序与故障处理程序原理 采样中断服务程序框图如图4-2所示。采样中断服务
数据采集系统的初始化：
主要指采样值存放地址指针初 始化，如果是VFC式采样方式， 则还需对可编程计数器初始化。
上电或复位
初始化（一）
工作方式？ 运行 初始化（二）
调试 调试任务
全面自检？ 通过 数据采集初始化
不通过
告警
开中断 延时
N 故障启动？
自检循环程序
Y
故障处理程 序
整组复归
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第4章 微机继电保护的软件原理
对大接地电流系统可采用如下两个零序电流的判据： 1、变压器“△”侧出现零序电流则判为该侧断线； 2、“Y”接线侧，比较三相电流量 I&a 、 I&b 、I&c ，与零序电流， 3I&0 如出现差流则判断该侧TA断线。具体判据如下：
I&a I&b I&c 3I&0 Id1
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第4章 微机继电保护的软件原理
任务调度拥有绝对的权威。 任务调度通常采用分级（或分层）的策略。
分级——是同类任务按其重要性来安排优先级。 分层——把上述三类任务按1，2，3类的优先次序排列。
在调度程序时，一方面要保证优先级；另外还必须让较 低的任务尽快得到响应。
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第4章 微机继电保护的软件原理 4.3.3 任务的执行过程
微机保护装置的任务通常都以模拟量采样任务周期为基本 任务周期。因为采样任务执行频率最高，实时性要求也高， 所以安排为最高优先级任务。每个基本任务周期定时时间到， 通过中断直接起动采样任务。采样任务结束后，设置下面需 要执行的第一类任务的标志，并触发任务调度程序。
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第4章 微机继电保护的软件原理
4.4.2 任务划分
将装置任务模块分解为以下 3 类任务： 1、保证微机保护基本功能实现的任务。包括保护判断、 数据预处理、驱动输出、故障录波、报警等。本类任务 要求实时性、可靠性最高，因此是优先级最高的任务， 又以保护判断优先级最高。 2、其他主要功能的任务。包括测量、通信、人机交互等。 除了保护基本功能的硬实时任务之外，这些任务要求能 够尽可能快的完成，但是比保护基本功能的性能要求低 一些。 3、最后是自检任务。
➢ 为保证实时任务的并行性，必须对所有任务进 行分类、分时管理。
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第4章 微机继电保护的软件原理
按照任务执行的时间界限，可把任务划分三类
➢ 第一类任务有严格的时间起点和终点，有执行 周期和任务周期。
➢ 执行周期——完成任务所需要的时间。 ➢ 任务周期——两次执行同一任务的时间间隔。
第一类任务周期的最小公约数作为最小任务周 期，它是任务调度的控制依据，所有这类任务 的调用周期都是最小任务周期的整数倍。 ➢ 在微机继电保护的任务调度设计中，基本用采 样任务周期为最小任务周期，也叫基本任务周 期。
➢挂起态是指任务发生堵塞，正在等待某一事件的发生而唤 醒
➢休眠态是指任务驻留在内存中，但不被内核所调度。 ➢中断态是指发生中断，CPU 进入中断服务，原来正在运行 的任务不能运行，进入了被中断状态。
➢每种任务必定处于五种状态中的—种。
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第4章 微机继电保护的软件原理
4.3.2 任务的调度、管理与协调 任务调度实质上就是任务切换。做为多任务系统的核心，
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第4章 微机继电保护的软件原理 4.4.3 优先级分配
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第4章 微机继电保护的软件原理
上电或复位
初始化
优先级占先 测量任务
故障录波
建立用户任务
自检任务
定时采样中断
Sem1触发
数据预处理
Sem2触发
保护判断
建立任务
通信中断
Sem3触发
键盘中断
延时
通信任务 人机接口
驱动输出
报警
图4-3基于实时多 任务操作系统的
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第4章 微机继电保护的软件原理
4.3.1 任务的划分
➢ 任务—般是指程序连同它操作的数据在处理器 中动态运行的过程。
➢ 在微机继电保护软件中，每项任务都应完成一 项独立的功能或实时数据的处理过程。如保护 判断、数据预处理、电压、电流有效值计算、 驱动输出、故障录波，液晶显示，键盘管理， 通信等都可以看成是独立完成的任务。
在开放中断后必须延时2~3个工频周期（40~60ms）， 以确保采样数据的完整性和正确性。
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第4章 微机继电保护的软件原理
4.1.4 自检循环
在开放了中断后，所有准备工作就绪了，主程序就进 入相应的主循环程序。
主循环程序主要包括自检循环程序和故障处理程序。
自检循环程序：在保护装置正常运行且系统无故障时运 行，主要包括查询检测报告，专用及通用自检等内容。
在中低压变压器保护中采用负序电流来判断TA断线的两个判据： 1、TA断线时产生的负序电流仅在断线一侧出现，而在故障时至 少有两侧会出现负序电流。 2、以上判据当在变压器空载时出现故障的情况下，会因为仅有 电源侧出现负序电流，将误判TA断线。因此要求另加条件：降 压变压器低压侧三相都有一定的负荷电流。
没有严格的终止点。通常把实时性要求不高的任务归入 这类，如人机对话，通用计算和数据处理都是典型的通 用任务。
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第4章 微机继电保护的软件原理
➢μC/OS-Ⅱ系统中每个任务有休眠态、就绪态、运行态、
挂起和中断态。 ➢运行态是指任务获得 CPU 控制权，正在运行中 。 ➢就绪态指任务进入就绪状态，但其优先级比正在运行的 任务优先级低，暂时还不能运行。等待态是执行条件尚不 满足，暂时不接受任务。
第4章 微机继电保护的软件原理
第4章 微机继电保护的
软件原理
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第4章 微机继电保护的软件原理
4.1 微机保护主程序框图原理
微机保护装置接通电源（上电）或整组复归时，CPU响应复 位中断，进入主程序入口 。 4.1.1 初始化
“初始化”是指保护装置在上电或整组复归时首先执行的 程序，它主要是对微机系统及其可编程扩展芯片的工作方式初 始化、各种标志设置、参数的设置、整定值加载等，以便在后 面的程序中按预定方案工作。
不同型号的微机线路或元件保护的起动元件程序各 有不同。
例如：在线路成套保护装置中常采用以相电流突变量 起动方式为主，以零序电流为辅助起动方式的算法。
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第4章 微机继电保护的软件原理
4.2.5 故障处理程序原理 故障处理程序包括保护软压板的投切检查、各 种保护的动作判据计算及定值比较、逻辑判断、跳 闸处理和后加速以及事件报告等部分。
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第4章 微机继电保护的软件原理
4.2.2 TV断线的自检
在保护判断起动之前，先检查 电压互感器TV二次是否断线。 在小接地电流系统中，可简单 地按以下两个判据检查TV二次 是否断线。
1、正序电压小于30V，而任一 相电流大于0.1A。
2、负序电压大于8V。
采样中断入口
置TV断线标志
采样计算
工作方式？ 运行
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第4章 微机继电保护的软件原理
➢ 第二类任务没有严格的起始点，但有严格的终止点。 终止点可以是到达某个规定时刻或出现某种事件。
包括开关量输出、故障录波、通信及各种随机事件的处 理。这类仟务多用中断方式来触发任务的调度。
➢ 第三类任务是除上述两类任务以外其它所有任务。 这类任务称为通用任务，既没有严格的起始点，也
在TA断线期间，软件发出运行异常“TA断线”信号，并置 TA断线标志位，而且根据整定的控制字决定是否退出运行。
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第4章 微机继电保护的软件原理
4.2.4 起动元件原理
为了提高保护动作的可靠性，保护装置的出口均经起动 元件闭锁，只有在保护起动元件起动后，保护装置出口 闭锁才被解除。在微机保护装置里，起动元件是由软件 来完成的。起动元件起动后，启动标志位“KST”置1。
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对开关量输出、故障录波等无固定起始时刻，且实时性 要求很高的第二类任务，一般通过中断方式来起动任务调度， 用内部调度模块管理。
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第4章 微机继电保护的软件原理
4.4 基于实时操作系统的继电保护软件设计举例
本节以6-10kV线路微机保护装置为例，介绍采用实时操 作系统的方法。 4.4.1 装置的功能模块划分 1、定时采样模块 2、数据预处理模块 3、保护判断模块 4、开关量输入模块 5、开关量输出模块 6、测量和监视模块 7、人机交互模块 8、通讯模块 9、自检模块
TV断线自检
N TV自检通过？ Y TA断线自检
调试方式 Y
置TA断线标志 修改中断返回地址
N TA自检通过？ Y
Y 起动元件动作？ N
中断出口
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第4章 微机继电保护的软件原理
4.2.3 TA断线的自检 在TA二次回路断线或电流通道的中间环节接触不良时，
有的保护（例如变压器差动保护）有可能误动作，因此对TA 二次回路必须监视，在断线时闭锁保护并应报警。
初始化包括初始化（一）、初始化（二）及数据采集系统 初始化三个部分。
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第4章 微机继电保护的软件原理
初始化（一）：
主要是对微处理器CPU及其扩 展芯片的初始化，及保护输出的 开关量出口初始化，赋以正常初 值，以保证出口继电器均不动作。
初始化（二）：
包括采样定时器的初始化、对 RAM区中所有运行时要使用的软 件计数器及各种标志位清零等程 序。
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第4章 微机继电保护的软件原理
4.3 基于实时操作系统的继电保护软件设计思想
在以上第一、二节中所讲的是传统微机保护的软件设计 结构，这种结构采用的是主循环加中断的线性结构，可称之为 前后台系统。 这种程序机制的特点：简单直观，易于控制，但缺乏灵活性。
因此借鉴PC操作系统的进程管理和调度思想，建立一个基于实 时操作系统（Real-Time Operation System，RTOS）的微机保 护软件系统，统一安排微机保护装置所有与硬件和软件资源有 关的管理、调配与控制相关的程序模块，将会大大提高提高软 件的灵活性和可扩充性。
4.1.2 全面自检的内容 在完成初始化（二）之后进入全面自检程序，全面自
检包括对RAM、EPROM、开关量输入、输出等回路的自检。 如果检查出存在错误，则驱动显示器显示故障信号（故 障字符代码）和故障时间及故障类型说明。自检的方式 将在第7章中详细说明。 4.1.3 开放中断与等待中断
初始化之后，进入运行之前应开始模数变换，并进行 一系列采样计算。所以必须开放采样中断。进入运行之 前应开放串行口中断，以保证接口CPU对保护CPU的正常 通信。
程序主要包括采样计算，TV、TA断线自检和保护起动元 件三个部分。Baidu Nhomakorabea时还可以根据不同的保护特点，增加一 些检测被保护系统状态的程序。
4.2.1采样计算概述 保护的采样计算就是采用某种适当的算法分别计算
各相电压、电流的有效值、相位、频率及阻抗等。还可 以根据需要进一步计算出各序电压、电流及各序功率方 向，并分别存入RAM指定的区域内，供后续的程序（如逻 辑判断等）使用。
程序设计整体框 架
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第4章 微机继电保护的软件原理
删除任务
挂起态 数据预处理,人
机接口 通信,自检
休眠态 驱动输出,故障
录波,报警
事件发生 时间到
等待事件 延时
中断态 定时中断 外部中断
删除任务
建立任务
删除任务
中断
退出中断
就绪态 测量
任务切换 任务被抢占
运行态 保护判断
图4-4 基于μC/OS-Ⅱ的微机线路保护装置的任 务状态和任务切换示意图
故障处理程序：如果检测到故障启动标志，则进入故障 处理程序。故障处理程序中进行各种保护的算法计算， 跳闸逻辑判断与时序处理，告警与跳闸出口处理，及事 件报告、故障报告的整理等。
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第4章 微机继电保护的软件原理
4.2 采样中断服务程序与故障处理程序原理 采样中断服务程序框图如图4-2所示。采样中断服务
数据采集系统的初始化：
主要指采样值存放地址指针初 始化，如果是VFC式采样方式， 则还需对可编程计数器初始化。
上电或复位
初始化（一）
工作方式？ 运行 初始化（二）
调试 调试任务
全面自检？ 通过 数据采集初始化
不通过
告警
开中断 延时
N 故障启动？
自检循环程序
Y
故障处理程 序
整组复归
3
第4章 微机继电保护的软件原理
对大接地电流系统可采用如下两个零序电流的判据： 1、变压器“△”侧出现零序电流则判为该侧断线； 2、“Y”接线侧，比较三相电流量 I&a 、 I&b 、I&c ，与零序电流， 3I&0 如出现差流则判断该侧TA断线。具体判据如下：
I&a I&b I&c 3I&0 Id1
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第4章 微机继电保护的软件原理
任务调度拥有绝对的权威。 任务调度通常采用分级（或分层）的策略。
分级——是同类任务按其重要性来安排优先级。 分层——把上述三类任务按1，2，3类的优先次序排列。
在调度程序时，一方面要保证优先级；另外还必须让较 低的任务尽快得到响应。
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第4章 微机继电保护的软件原理 4.3.3 任务的执行过程
微机保护装置的任务通常都以模拟量采样任务周期为基本 任务周期。因为采样任务执行频率最高，实时性要求也高， 所以安排为最高优先级任务。每个基本任务周期定时时间到， 通过中断直接起动采样任务。采样任务结束后，设置下面需 要执行的第一类任务的标志，并触发任务调度程序。
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第4章 微机继电保护的软件原理
4.4.2 任务划分
将装置任务模块分解为以下 3 类任务： 1、保证微机保护基本功能实现的任务。包括保护判断、 数据预处理、驱动输出、故障录波、报警等。本类任务 要求实时性、可靠性最高，因此是优先级最高的任务， 又以保护判断优先级最高。 2、其他主要功能的任务。包括测量、通信、人机交互等。 除了保护基本功能的硬实时任务之外，这些任务要求能 够尽可能快的完成，但是比保护基本功能的性能要求低 一些。 3、最后是自检任务。
➢ 为保证实时任务的并行性，必须对所有任务进 行分类、分时管理。
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第4章 微机继电保护的软件原理
按照任务执行的时间界限，可把任务划分三类
➢ 第一类任务有严格的时间起点和终点，有执行 周期和任务周期。
➢ 执行周期——完成任务所需要的时间。 ➢ 任务周期——两次执行同一任务的时间间隔。
第一类任务周期的最小公约数作为最小任务周 期，它是任务调度的控制依据，所有这类任务 的调用周期都是最小任务周期的整数倍。 ➢ 在微机继电保护的任务调度设计中，基本用采 样任务周期为最小任务周期，也叫基本任务周 期。
➢挂起态是指任务发生堵塞，正在等待某一事件的发生而唤 醒
➢休眠态是指任务驻留在内存中，但不被内核所调度。 ➢中断态是指发生中断，CPU 进入中断服务，原来正在运行 的任务不能运行，进入了被中断状态。
➢每种任务必定处于五种状态中的—种。
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第4章 微机继电保护的软件原理
4.3.2 任务的调度、管理与协调 任务调度实质上就是任务切换。做为多任务系统的核心，
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第4章 微机继电保护的软件原理 4.4.3 优先级分配
21
第4章 微机继电保护的软件原理
上电或复位
初始化
优先级占先 测量任务
故障录波
建立用户任务
自检任务
定时采样中断
Sem1触发
数据预处理
Sem2触发
保护判断
建立任务
通信中断
Sem3触发
键盘中断
延时
通信任务 人机接口
驱动输出
报警
图4-3基于实时多 任务操作系统的
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第4章 微机继电保护的软件原理
4.3.1 任务的划分
➢ 任务—般是指程序连同它操作的数据在处理器 中动态运行的过程。
➢ 在微机继电保护软件中，每项任务都应完成一 项独立的功能或实时数据的处理过程。如保护 判断、数据预处理、电压、电流有效值计算、 驱动输出、故障录波，液晶显示，键盘管理， 通信等都可以看成是独立完成的任务。
在开放中断后必须延时2~3个工频周期（40~60ms）， 以确保采样数据的完整性和正确性。
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第4章 微机继电保护的软件原理
4.1.4 自检循环
在开放了中断后，所有准备工作就绪了，主程序就进 入相应的主循环程序。
主循环程序主要包括自检循环程序和故障处理程序。
自检循环程序：在保护装置正常运行且系统无故障时运 行，主要包括查询检测报告，专用及通用自检等内容。
在中低压变压器保护中采用负序电流来判断TA断线的两个判据： 1、TA断线时产生的负序电流仅在断线一侧出现，而在故障时至 少有两侧会出现负序电流。 2、以上判据当在变压器空载时出现故障的情况下，会因为仅有 电源侧出现负序电流，将误判TA断线。因此要求另加条件：降 压变压器低压侧三相都有一定的负荷电流。
没有严格的终止点。通常把实时性要求不高的任务归入 这类，如人机对话，通用计算和数据处理都是典型的通 用任务。
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第4章 微机继电保护的软件原理
➢μC/OS-Ⅱ系统中每个任务有休眠态、就绪态、运行态、
挂起和中断态。 ➢运行态是指任务获得 CPU 控制权，正在运行中 。 ➢就绪态指任务进入就绪状态，但其优先级比正在运行的 任务优先级低，暂时还不能运行。等待态是执行条件尚不 满足，暂时不接受任务。
第4章 微机继电保护的软件原理
第4章 微机继电保护的
软件原理
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第4章 微机继电保护的软件原理
4.1 微机保护主程序框图原理
微机保护装置接通电源（上电）或整组复归时，CPU响应复 位中断，进入主程序入口 。 4.1.1 初始化
“初始化”是指保护装置在上电或整组复归时首先执行的 程序，它主要是对微机系统及其可编程扩展芯片的工作方式初 始化、各种标志设置、参数的设置、整定值加载等，以便在后 面的程序中按预定方案工作。
不同型号的微机线路或元件保护的起动元件程序各 有不同。
例如：在线路成套保护装置中常采用以相电流突变量 起动方式为主，以零序电流为辅助起动方式的算法。
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第4章 微机继电保护的软件原理
4.2.5 故障处理程序原理 故障处理程序包括保护软压板的投切检查、各 种保护的动作判据计算及定值比较、逻辑判断、跳 闸处理和后加速以及事件报告等部分。
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第4章 微机继电保护的软件原理
4.2.2 TV断线的自检
在保护判断起动之前，先检查 电压互感器TV二次是否断线。 在小接地电流系统中，可简单 地按以下两个判据检查TV二次 是否断线。
1、正序电压小于30V，而任一 相电流大于0.1A。
2、负序电压大于8V。
采样中断入口
置TV断线标志
采样计算
工作方式？ 运行
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第4章 微机继电保护的软件原理
➢ 第二类任务没有严格的起始点，但有严格的终止点。 终止点可以是到达某个规定时刻或出现某种事件。
包括开关量输出、故障录波、通信及各种随机事件的处 理。这类仟务多用中断方式来触发任务的调度。
➢ 第三类任务是除上述两类任务以外其它所有任务。 这类任务称为通用任务，既没有严格的起始点，也
在TA断线期间，软件发出运行异常“TA断线”信号，并置 TA断线标志位，而且根据整定的控制字决定是否退出运行。
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4.2.4 起动元件原理
为了提高保护动作的可靠性，保护装置的出口均经起动 元件闭锁，只有在保护起动元件起动后，保护装置出口 闭锁才被解除。在微机保护装置里，起动元件是由软件 来完成的。起动元件起动后，启动标志位“KST”置1。
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对开关量输出、故障录波等无固定起始时刻，且实时性 要求很高的第二类任务，一般通过中断方式来起动任务调度， 用内部调度模块管理。
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第4章 微机继电保护的软件原理
4.4 基于实时操作系统的继电保护软件设计举例
本节以6-10kV线路微机保护装置为例，介绍采用实时操 作系统的方法。 4.4.1 装置的功能模块划分 1、定时采样模块 2、数据预处理模块 3、保护判断模块 4、开关量输入模块 5、开关量输出模块 6、测量和监视模块 7、人机交互模块 8、通讯模块 9、自检模块