3．1　多任务的实现
　　Win98／NT是一个抢先式多任务的32位操作系统，通过多进程和多线程的新机制实现应用程序的并行处理。一个进程是一个运行的程序，它有独立 的内存，文件句柄和其它系统资源。作为唯一执行单位，它是操作系统为程序分配CPU时间的基本实体。每个进程由一个或多个线程组成，由各线程协同完成指定操作。由于各时间片很小（20ms级），使用户看起来是多个线程在同时工作，即多任务。另外，由于不同线程具有不同优先级以及可以处于不同的状态（如挂起），因而可依靠线程的优先级和分配给线程的CPU时间来调度线程，达到抢先多任务的目的。该结构提高了系统响应能力及后台处理的平滑性，使程序员能够完全控制程序片段的执行，从而实现更为高效的程序功能。
　　在微机保护工具软件的设计中，将计算和人机界面放在主线程中用于处理，而将费时的通信模块放在另一线程中，线程之间通过内存映射进行通信，从而实现后台通信与前台界面响应同时进行，提高了CPU利用率，优化了程序结构。其具体实现结构
如图2所示。

3．2　数据通信模块
　　Windows98／NT提供给用户一个模块化的、32位的、保护模式的通信子系统，因此它具有更大的灵活性。通信API实现了设备无关性。API不仅支持串行通信资源上的同步操作，还支持异步操作。异步操作是Windows98／NT特有的，作为重叠操作的函数可以立即返回，即使这时操作还没有完成。这使得费时的I／O操作在后台执行的同时，调用线程可以自由地执行任务，与Win98的多任务多线程配合，使异步操作在辅助线程中完成，而主线程可以继续执行其他任务，即利用并行操作来提高效率。
　　在数据通信模块的具体实现中，只需调用相应的API函数，即可完成对通信设备的硬件操作，进行硬件初始化、数据读取、命令传送，从而实现上位机与下位机之间的通信。
3．3　数据处理模块
　　牵引变电所微机保护装置包括馈线、变压器、并补电容保护测控装置等，这些保护装置采用同一硬件平台，通过软件设置来区分不同的保护装置。变电所中馈线、变压器等的电压或电流量经PT／CT变换传送到保护装置，保护装置采用16位模数转换器完成数据采集，32位浮点型DSP作为数据处理核心，完成数据的初步处理，然后通过数据通信传到上位机，由工具软件包对数据进行二次处理，完成界面显示、数据存储等功能。用户的操作如保护配置与整定、查看报告、试验与仿真等指令通过人机接口传送到软件包，软件包将数据下放到保护装置，完成保护、测量和控制等功能。
3．4　用户界面模块
　　全汉化Windows界面，一方面，采用简捷的步骤帮助用户完成复杂的操作，让用户“点取”和“选择”操作对象而非输入字符，使界面具有直接操作能力，减少用户需要记忆的信息量。另外，具有可配置的开放性，最大可能地允许用户按自己的习惯配置系统，从监测对象、监测的时间间隔等到窗口背景、波形的颜色等，为各类人员提供熟悉的工作方式。

4　TA－21型微机保护工具软件包
　　综上所述，我们成功开发了新一代电铁微机保护工具软件包，以下简介其功能。
4．1　实时监测功能
　　实时监测功能用于实时显示保护、测控装置的运行参数，以了解本装置的运行状态。对不同的保护、测控装置显示不同的电量参数。对于保护装置，还给出该装置保护元件的投／退情况。
　　馈线保护测控装置实时显示母线电压，馈线电流的幅值和相位，故障判别电压和电流的幅值以及保护元件的投／退情况。
　　并补保护测控装置实时显示母线电压、并联电容补偿支路总电流、并联电容补偿支路差电流、差电压、谐波电流等以及保护元件的投／退情况。
　　变压器主变保护测控装置实时显示牵引变压器原副边电流、电压值，三相差动电流、制动电流值以及保护元件的投／退情况。
　　动力变保护测控装置实时显示变压器副边电流、电压以及保护元件的投／退情况。
　　通用测控装置实时显示气温、湿度、风速等参数。
4．2　保护整定与配置功能
　　保护整定功能提供用户整定参数和系统整定参数两部分。经过授权的用户可通过试验与仿真系统软件在线整定保护装置的参数。
　　软件对每个保护装置都提供了全部的保护配置功能，用户可根据实际需求通过试验与仿真系统软件在线对保护项目进行重新配置。
　　馈线保护装置配置了三段式谐波抑制自适应距离保护及Ⅱ、Ⅲ段的后加速保护、电流速断保护、谐波闭锁的过电流保护及其后加速保护、自适应电流增量保护、反时限过负荷保护、接触网发热保护、一次自动重合闸、PT断线检测、检有压元件等；
　　变压器主、后备保护配置了差动速断保护、失压保护、二次谐波闭锁、三相过电流、低压启动元件、瓦斯保护、带二次谐波闭锁的比率差动保护等；
　　并联补偿保护装置配置了电流速断保护、过电流保护、过电压保护、低电压保护、差电流保护、谐波过电流保护、差电压保护等保护配置；
　　动力变保护配置了电流速断、过电流保护、反时限过电流等保护配置。
4．3　查看报告功能
　　故障录波、负荷录波、事件报告以及自检报告所记录的数据为工作人员正确分析故障原因，研究反事故对策，及时处理故障事故、评价继电保护和自动装置动作的正确性，提供了可靠的依据，同时故障录波数据对于分析系统的故障参数、谐波含量、各电气量的变化规律，进行故障定位和系统元件参数测量等具有重要作用。
　　故障报告：故障报告由故障扰动记录表，故障报告和故障波形三部分组成。故障扰动记录表包含用户需要查看的时间范围内的所有故障报告，并提供每一故障报告的故障序号，故障状态和故障发生时间。故障报告提供关于故障发生时的参数状态，包括故障发生的具体时间，故障开关号、保护动作标识、保护启动、出口和返回时间、相关电量参数及该故障时对应的事件报告等。馈线保护的故障报告中还包括故障点距离，有无重合闸。
　　故障录波可查看故障前后不同时刻的实际电压、电流波形以及本次录波中电流或电压出现的最大瞬时值，装置的监测量不一样，录波时的录波通道数也不一样。馈线保护装置记录母线电压和馈线电流两路波形，而变压器主保护装置可记录8个通道的波形，最大录波数据为故障前后40个周波的数据。软件提供对录波数据的谐波分析，谐波分析包括基波含量的最大值，各次谐波的最低至最高含量。变压器测控装置谐波分析可达19次谐波。
　　负荷录波：在系统正常运行时，用户只需通过人机界面输入需要查看的周波长度，软件系统则可显示保护装置的各个相关电量运行中的实际波形图，以及进行谐波分析。负荷录波最大可录波长度为40个周波。
　　自检报告：自检报告用于观察保护装置的自检状况。包括保护装置硬件自检（RAM、A／D、出口驱动等），保护软件自检（整定值校验、程序校验），中间继电器驱动、拒动，通信自检等状况。
　　事件报告：事件报告用于记录保护装置的动作状况。包括保护由于扰动启动但未出口的信息，装置“上电”复位信息，整定值修改等信息。事件报告记录功能对于事后事故分析、杜绝原因不名的事故分析同样具有重要意义。
4．4　试验功能
　　试验功能提供“修改时钟”、“刻度校正”、“传动试验”、“内存查看”和“修改密码”等操作。
　　修改时钟功能用于时钟同步。每次修改时钟，系统会自动收到一条事件报告，告知用户时间同步命令是否成功；刻度校正用于保护装置硬件调试，校正电流或电压的标准值；传动试验用于装置的开入、开出检查。开入状态由红绿色信号灯表示，红灯颜色表示该输入状态为合位，绿灯颜色表示该输入状态为分位。开出试验包括信号继电器驱动试验、选线控制试验和分合闸试验；内存调试功能使得装置对用户完全透明，用户使用该功能可直接查看内存状态并可在线修改内存，然后将修改后的数据下放到保护装置中去；密码是为了保护系统的某重要数据和特殊操作。本系统设有三级密码，即：系统密码；修改整定值密码和传动试验密码。修改密码功能可修改这三级密码。
4．5　仿真试验
　　首先，试验者就像在真实系统上进行现场实验一样，能方便地观察到牵引供电系统各种运行工况下的动态过程，供电系统的各种运行状态以比较形象的方式（如图形、曲线、表格等）表现出来，使试验者能清楚地了解试验结果。如：对不同牵引电力机车的负荷特性进行简易仿真（负荷波形包括每种型号电力机车的起动、调速、再生制动、过电分相等工况预置的若干组典型波形）；对单、复线牵引供电系统（接触网参数、电力系统参数等设置）进行短路计算（不同地点发生故障），并得到短路电压、电流波形 等。仿真软件还可根据试验的结果和设计要求，通过修改某些参数进行寻优，直到达到满意的结果为止。
　　另外还可用数字方法合成试验波形，正弦波或叠加直流分量和高次谐波，用于测试继电器的稳态特性或暂态特性。
　　最后根据仿真结果得出的不同负荷波形与不同短路波形拼接成一完整波形，按照被试验对象（馈线、变压器、电容器保护）进行数据离散化并与被试验对象进行通讯下放试验数据；被保护试验对象试验完成后，将事件记录、波形和电气参数等上送到工具软件，与下放的波形和数据进行比较，以校验下方软件是否正确。
4．6　测试结果
　　馈线保护软件是微机保护软件包的一部分，其所有的功能均可通过该软件解释，现以馈线保护的 两副图片说明微机保护软件包的部分功能。

　　图3是馈线保护实验工具软件的主界面，包括在线实时监控，保护整定与配置、查看报告，试验与仿真等。主界面分为几个区域：最上面是一些功能按钮，用户点击这些按钮可实现相应的功能；中间部分是在线实时监测数据，对于馈线保护，不仅电压电流等参数而且投入的保护元件的状态同时被监控；最下面是状态条，用于显示系统状态，如“链路忙，请等待”等。
　　图4是故障录波界面，对于馈线保护，监测的录波量为母线电压和馈线电流。图中红色曲线代表母线电压波形。绿色代表馈线电流波形。横坐标为采样点，每一周波对应200个采样点。左右纵坐标分别为电压和电流波形的刻度，单位分别为kV和A，

最大值为该次录波中电压或电流出现的最大瞬时值。波形的最下方是一些操作按钮。“上一屏”和“下一屏”按钮可以帮助用户查看故障前后不同时刻的电压、电流波形。“谐波分析”按钮用于查看该次故障波形的谐波分析数据。提供录波时电流及电压的11次及以下各次谐波分量的范围。“退出”按钮退出故障波形显示。

5　结论
　　微机保护装置是保证牵引变电所安全正常运行的重要环节。本软件作为保护装置的工具软件，操作简单，使用方便。本软件已经在成都石板滩变电所成功运行了一年。运行结果表明：系统能实时监测牵引变电所的运行状态，能为微机保护和测控装置提供定值整定、功能调试、报告转存和动态仿真等功能。真正达到了缩短故障时间，提高变电所运行的安全性和可靠性的目的。

参考文献