变电站综合自动化系统与微机保护硬件原理

1、变电站综合自动化系统与微机保护硬件原理简介刘鑫第一部分第一部分变电站综合自动化系统概述变电站综合自动化系统概述第一节 变电站综合自动化系统的概念一.变电站综合自动化系统概念 变电站综合自动化系统就是由基于微电子技术的智能电子装置(IED）和后台控制系统所组成的变电站运行控制系统，包括监控、保护、自动控制等多个子系统。 IED: Intelligent Electronic Device 由一个或多个处理器组成，具有从外部源接收和传送数据或控制外部源的任何设备，即电子多功能仪表、微机保护、控制器，在特定环境下在接口所限定范围内能够执行一个或多个逻辑接点任务的实体。二.变电站综合自动化系统基本特征

2、 1.功能实现综合化 2.系统构成模块化3.结构分布、分层、分散化 4.操作监视屏幕化 5.通信局域网络化、光缆化 6.运行管理智能化 7.测量显示数字化三.变电站综合自动化系统的优越性1.在线运行的可靠性高2.供电质量高3.专业综合，易于发现隐患，处理事故恢复供电快4.变电站运行管理的自动化水平高5.减少控制电缆，缩小占地面积6.维护调试方便7.为变电站实现无人值班提供了可靠的技术条件第二节 变电站综合自动化系统的基本功能综合自动化系统的基本功能主要有以下几个方面：1.测量、监视、控制功能2.继电保护功能3.自动控制智能装置的功能 电压、无功综合控制、低频减负荷控制、备用电源自投控制、小电流

3、接地选线控制4.远动及数据通信功能5.自诊断、自恢复和自动切换功能四遥：遥测、遥信、遥控、遥调第三节 变电站综合自动化系统的结构形式1.集中式结构形式 指采用不同档次的计算机，扩展其外围接口电路，集中采集变电站的模拟量、开关量等信息，集中进行计算和处理，分别完成微机监控、微机保护和其他一些自动化功能。2.分层分布式结构形式 分层式结构： 过程层（0层）、间隔层（1层）、站控层（2层） 分布式结构：3.分层分布式变电站自动化系统的组屏及安装方式 1.集中式的组屏 2.全分散式组屏 3.集中与分散相结合的组屏SELSELABBSEL7500PC网络间隔层变电站综合自动化系统简略图后台监控软件站控层

4、过程层第二部分第二部分微机保护硬件原理微机保护硬件原理一.微机保护定义 微机保护是由微型计算机实现的新型保护，由硬件和软件微机保护是由微型计算机实现的新型保护，由硬件和软件( (即程序即程序) )两大部分构成。硬件的核心是微处理器。微机保护两大部分构成。硬件的核心是微处理器。微机保护的硬件是通用的。保护性能和功能由软件决定，软件具有很的硬件是通用的。保护性能和功能由软件决定，软件具有很强的计算、分析和逻辑判断能力，有记忆功能，因此可实现强的计算、分析和逻辑判断能力，有记忆功能，因此可实现任何功能完善且复杂的保护原理。任何功能完善且复杂的保护原理。二.微机保护装置硬件组成模拟量输入变换模/数变换

5、开关量输入信号处理开关量输出电路光电隔离并行接口数据采集单元开关量输入/输出回路数据处理单元微处理器(CPU)存储器WATCHDOG定时器人机对话回路人机交互接口本地操作人员打印机接口打印机通信接口通用数字通信接口至其他微机系统通信图8-1-6 微机保护硬件示意框图结构图电压变换ALFS/H电压变换ALFS/H多路转换开关A/D1.数据采集单元3.S/H：采样保持器。把输入模拟量信号的瞬时值记录下来，并按所需的要求准确地保持一段时间，供模/数转换器使用4.多路转换开关：微机保护通常需对多个模拟量同时采样，由于 每个模拟量通道用一个A/D转换器成本太高而且实现电路较复杂，所以一般采用通过多路转换

6、器共用一个模拟转换器（A/D），用多路转换开关实现通道切换，轮流由公用的 A/D将模拟量转换成数字量。5.A/D：模拟量转换成数字量各部分作用：1.电压变换：将TA、TV采集到的信号转变成微机保护装置能够接受的电压信号；2.ALF：前置模拟低通滤波器。低通滤波器是一种能使工频信号通过，同时抑制高频信号的电路 。2.开关量输入输出单元PAO- S24V+ K SR1 V并行口+5VR2 P S图8-1-10 开关量输入电路图220VPBOPB1 H K+5V+E图8-1-11 开关量输出电路图-E3.数据处理单元 数据处理系统是微机保护的核心（微机主系统即CPU系统），它主要由中央处理器(CPU

7、)、存储器、定时器/计时器及控制电路等组成，并通过数据总线、地址总线、控制总线连成一个系统，实现数据交换和操作控制。继电保护程序在数字核心部件内运行，完成数字信号处理任务，指挥各种外围接口部件运转，从而实现继电保护的原理和各项功能。4.人机对话单元5.5.通信接口通信接口 微机保护除完成自身的独立功能之外，通过主机向本地或远方传微机保护除完成自身的独立功能之外，通过主机向本地或远方传送保护定值、故障报告等同时远方可通过主机对微机保护实行远方控送保护定值、故障报告等同时远方可通过主机对微机保护实行远方控制，如俢改定值、投切压板等，这些都需由通信接口来实现。制，如俢改定值、投切压板等，这些都需由通

8、信接口来实现。6.电源 主要包括打印、现实、键盘及信号灯、音响等。在微机装置主要包括打印、现实、键盘及信号灯、音响等。在微机装置中一般用装置面板的形式出现。中一般用装置面板的形式出现。 微机保护装置电源采用逆变电源，即直流屏的直流电源送给微机微机保护装置电源采用逆变电源，即直流屏的直流电源送给微机保护装置后，微机保护装置内部电源部分先将其逆变后又整流得保护装置后，微机保护装置内部电源部分先将其逆变后又整流得到不同大小的直流电压，从而将将外部电源转变成各电路板需要到不同大小的直流电压，从而将将外部电源转变成各电路板需要的电源（的电源（5V，15V，12V或或24V）。）。7.微机保护装置的箱体和

9、插件 微机保护装置箱体的正面称为面板，面板上一般设置有显示器、信号灯、键盘等。面板的背面都有一个插件，在装置的内部，是各种用途的插件。每一个插件都有其本身的功能。一般有电源插件、交流插件、继电器插件、保护插件、通信插件等。 三.微机保护的软件原理 由于微机保护的硬件分为人机接口和保护两大部分，因此相应的软件也就分为接口软件和保护软件两大部分。 一、接口软件接口软件是指人机接口部分的软件，其程序可分为监控程序和运行程序。执行哪一部分程序由接口面板的工作方式或显示器上显示的菜单选择来决定。调试方式下执行监控程序，运行方式下执行运行程序。 二、保护软件 各保护CPU插件的保护软件配置为主程序和二个中

10、断服务程序。主程序通常都有三个基本模块：初始化和自检循环模块、保护逻辑判断模块和跳闸处理模块。通常把保护逻辑判断和跳闸处理总称为故障处理模块。一般而言，前后二个模块，在不同的保护装置中基本上是相同的，而保护逻辑判断模块就随不同的保护装置而相差甚远。 中断服务程序中断的作用：暂时停止原程序执行转为外部事件，并在服务完成后自动返回原程序的执行过程。 对保护装置而言，其外部事件主要是指电力系统状态、人机对话、系统机的串行通信要求。中断服务程序有定时采样中断服务程序和串行口通信中断服务程序。在不同的保护装置中，采样算法是不相同的，采样算法有些不同或因保护装置有些特殊要求，使得采样中断服务程序部分也不尽

11、相同。不同保护的通信规约不同，也会造成程序的很大差异。 四、微机继电保护装置对环境及电源的要求1.2.五、微机保护装置的校验（摘自微机继电保护装置运行管理规程）一、 每套微机继电保护装置定检周期和时间原则规定如下： 新安装的保护装置1年内进行1次全部检验，以后每6年进行1次全部检验；每12年进行1次部分检验。二、 检验微机继电保护装置时，为防止损坏芯片，应注意如下问题： 1、 微机继电保护屏(柜)应有良好可靠的接地，接地电阻应符合设计规定。用使用交流电源的电子仪器(如示波器、频率计等)测量电路参数时，电子仪器测量端子与电源侧应绝缘良好，仪器外壳应与保护屏(柜)在同一点接地。 2、 检验中不宜用

12、电烙铁，如必须用电烙铁，应使用专用电烙铁，并将电烙铁与保护屏(柜)在同一点接地。 3、 用手接触芯片的管脚时，应有防止人身静电损坏集成电路芯片的措施。 4、只有断开直流电源后才允许插、拔插件。 5、拔芯片应用专用起拔器，插入芯片应注意芯片插入方向，插入芯片后应经第二人检验无误后，方可通电检验或使用。 6、测量绝缘电阻时，应拔出装有集成电路芯片的插件(光耦及电源插件除外)。三、 微机继电保护装置现场检验应做以下几项内容： 1、测量绝缘； 2、检验逆变电源(拉合直流电流，直流电源缓慢上升、缓慢下降时逆变电源和微机继电保护装置应能正常工作)； 3、检验固化的程序是否正确； 4、检验数据采集系统的精度

13、和平衡度； 5、检验开关量输入和输出回路； 6、检验定值单； 7、整组检验； 8、用一次电流及工作电压检验。1.1.微机继电保护装置应对二次回路异常运行情况（如电流互感器断线、微机继电保护装置应对二次回路异常运行情况（如电流互感器断线、电压互感器断线、相序接反等）进行自动检测，发现异常运行状况时，电压互感器断线、相序接反等）进行自动检测，发现异常运行状况时，告警或告警或/ /和闭锁可能误动的保护；和闭锁可能误动的保护；2.2.微机保护装置必须具有故障记录的功能；微机保护装置必须具有故障记录的功能；3.3.微机继电保护装置室内月最大相对湿度不应超过微机继电保护装置室内月最大相对湿度不应超过75%75%，应防止灰尘，应防止灰尘和不良气体侵入；和不良气体侵入；4.4.微机继电保护装置一般使用寿命为微机继电保护装置一般使用寿命为10-1210-12年；年