基于STM32F103R8T6的数字量度继电器的设计

F103R8T6内部自带的12位AD，为实现高精度的测量，需要在采样上使用过采样的技术。根据奈奎斯特定理可得，每增加一位分辨率，信号必须被以4倍的速率过采样：fos=4w×fs 。其中，w是希望增加的分辨率位数，fs是初始采样频率要求，fos是过采样频率。根据此公式，在采样时将采样频率提高256倍，即将分辨率位数提高4位，达到了16位的分辨率。采用此方法后，本产品的测量精度达到0.5级，完全可以满足作为测量型仪表的要求。由于CPU的速度很快，因此不会因为采用过采样后，采样点和运算量的增加而导致保护速度不够。

3　 性能测试

3.1 测量精度的测试（电流型）

图7
试验装置由图7所示，信号发生源采用深圳科陆公司的RTU检定装置CL301V2-R，精度等级0.05。由CL301V2-R输出三相交流电流来测试ASJ的测量精度，测试结果见表1。
表1

由GB/T22264.1-200《安装式数字显示电测量仪表》第1部分：定义和通用要求中5.2 基本误差的计算方法，结合表1测量数据可得，精度等级能够满足0.5级。
计算公式如下：

仪表的基本误差不应超过公式（1）表示的测量值的绝对误差△。

式中： Ux－被测量的读数值；
Um－被测量的满度值；
a－与读数值有关的误差系数；
b－与满度值有关的误差系数；
公式（1）中应满足如下关系：a≥4b

3.2 动作误差测试（电流型）

继电器的动作误差是一项重要的指标，因此，需要使用专用的继保测试仪来对ASJ的动作时间误差进行测试。
这里使用“ZS-740微机继电保护校验仪”来测试ASJ的动作误差时间，测试结果见表2。
表2

其中各项功能的延时时间是可任意设定的，报警和脱扣是2个独立的继电器输出。由上图可以看出，动作时间的误差都在±50ms以内。

4　 产品特点

ASJ系列数字式量度继电器在结构上采用DIN35mm导轨安装式和96mm×48mm外型嵌入安装式两种方式。该为数字式继电器，实时采样三相交流电量、采用真有效值的计算方法，在较宽的频率范围内实现了较高精度的测量。集成有多种保护功能，仅需简单选择即可实现保护的投入或退出、报警或跳闸；精度高、功耗小、动作快、返回系数高、无抖动。 本产品集低压电测仪表功能和量度继电器功能于一体，是传统的静态继电器的理想替代方案。产品符合GB/T 14598量度继电器的相关标准和GB/T 22264安装式数字显示电测量仪表中的相关标准。
按功能可分为电流、电压、频率等多种类型，主要技术指标见表3。
表3

5　 应用案例

ASJ系列量度继电器因其具有很宽的频率测量范围(20Hz～70Hz内都能准确测量)，较高的测量精度及多种保护功能集于一体的特点，已经广泛应用于多种场合。

图8为本产品应用于某柴油发电机上用于对柴油发电机的欠、过压进行保护的图。由于柴油发电机的输出电压与其转速有关，因此要求测量柴油发电机输出电压的装置具有较宽的频率测量范围，在本应用案例中，柴油发电机的欠压点为230VAC（对应23Hz），额定460VAC（对应50Hz），过压点530VAC（对应55Hz），而采用的ASJ10-AV3电压型量度继电器的测量频率范围为20Hz～70Hz，在此频率范围内，能够准确测量出电压值，完全能够满足此场合的使用要求。其工作流程为：ASJ10-AV3测量柴油发电机组的输出电压，并将此电压与预先设定的欠压、过压值进行比较，一旦出现测量值超出限值，则进入故障延时，延时时间到但故障状态未解除则报警或脱扣继电器动作，发出告警信号或直接停掉柴油发电机，从而起到保护柴油发电机稳定运行的作用。

图8　电压型应用图

图9为本产品应用于电动机上用于对电动机运行过程中出现的各种故障进行保护的图。在电动机运行中，常出现的故障主要有过载和断相，而对过载的保护又分为定时限、反时限、速断等多种。在本应用案例中，ASJ10-AI3能够提供欠载、过载（定时限、反时限、速断）、不平衡、断相等多种保护功能。其工作流程为：ASJ10-AI3测量电动机供电电路中的