微机保护结构.课件

1、微机保护装置主讲内容：1.微机保护装置硬件结构；2.数字信号处理与算法；3.运行软件。主题：微机保护硬件结构 我国微机保护发展概况 1.1984年华北电力学院研制的一套微机距离保护MDP1型经试运行后通过了科研鉴定。于1987年投人批量生产。这是我国第一代微机保护产品。 2.进人90年代后，广泛采用单片机做保护的核心，为继电保护技术的发展提供了极为有利的条件。由此产生了第二代微机保护装置，它就是由华北电力学院北京研究生部首先研制的。1990年5月投入了试运行。 3.我国微机保护装五的第三代产品是北京哈德威四方保护与控制设备公司和华北电力大学联合研制生产的CS系列，如线路保护CSL101系列、变

2、压器保护CST-200系列。 4.电气化铁道供电系统微机保护发展于90年代。 主题：微机保护硬件结构 微机保护的特点 1维护调试方便 过去大量使用的整流型或晶体管型继电保护的调试工作量很大，尤其是一些复杂的保护，调试一套保护往往话要一周时间。其原因是这类保护装置的各种保护元件均是由硬件组成的，每一种逻辑功能都由相应的硬件构成，逻辑上复杂，硬件就越多，试验也越麻烦。而微机保护除了输入量的采集外，所有的计算、逻辑判断都是由软件完成，成熟的软件一次性设计测试完好后，就不必在投产前再专项试验。而且微机保护对硬件和软件都有自检功能，装置上电后硬软件有故障就会立即报警，所以说微机保护装置可以说几乎不用调试

3、，需要调试的主要项目也在厂家完成，投运前做一次静态和动态试验就能试运行了。 主题：微机保护硬件结构 2可靠性高 微机保护的软件设计，考虑到电力系统中各种复杂的故障，具有很强的综合分析和判断能力，几乎就是一个专家智能系统。而常规保护装置，由于是各种器件组成的，不可能做得很复杂，否则硬件越多，越复杂，本身出故障的概率就越大，可靠性当然就降低了。另外微机保护装置的自检与巡检功能也大大提高了其可靠性。 主题：微机保护硬件结构 3动作正确率高 鉴于计算机软件计算的实时性特点，微机保护装置能保证在任何时刻均不断迅速地采样计算，反复准确地核算。在电力系统发生故障的暂态时期内，就能正确判断故障，如果故障发生了

4、变化或进一步发展也能及时做出判断和自纠。如在保护延时动作或重合闸延时的过程中都能监视系统故障的变化，因此微机保护的动作正确率很高，运行实践已证明了这点。 主题：微机保护硬件结构 4易于获得各种附加功能 由于计算机软件的特点，使得微机保护可以做到硬件和软件资源共享，在不增加任何硬件的情况下，只需增加一些软件就可以获得各种附加功能。例如在微机保护装置中，可以很方便地附加了低周减载和自动重合同、故障录波、故障测距等自动装置的功能。 5保护性能容易得到改善 由于计算机软件可方便改写的特点，保护的性能可以通过研究许多新的保护原理来得到改善。而且许多现代新原理的算法，在常规保护中是很难或根本不可能用硬件来

5、实现的。主题：微机保护硬件结构 6使用灵活、方便 目前微机保护装置的人机界面做得越来越好，也越来越简单方便。例如汉化界面、微机保护的查询、整定更改及运行方式变化等等都十分灵活方便，受到现场继电保护工作人员的普遍欢迎。 7具有远方监控特性 微机保护装置都具有自行通信功能，与变电所微机监控系统的通信联络使微机保护具有远方监控的特点并将微机保护纳人变电所综合自动化系统。主题：微机保护硬件结构 微机保护的学习方法 微机保护专业基础是单片微机原理和电力系统继电保护原理，显然要学好微机保护就得掌握一定的单片微机原理和电力系统继电保护原理。对于专业人员的培训学习，目前主要的困难还在于单片微机的基本知识。为了

6、提高培训学习的效率，对于单片微机原理应该抓住单片微机的实质，而不应以单片微机电路的细节为主，要防止钻进去而跳不出来在具体细节上纠缠不清的现象。学习单片微机基本原理就要以方框因为主，对于保护输人和输出的电路则要较具体地搞清楚它们的来龙去脉。 主题：微机保护硬件结构 微机保护的学习方法 对于微机保护的软件、主要是在电力系统继电保护原理基础上掌握微机保护程序逻辑框图的原理，特别是理解各个（元件）模块的保护原理，这对于今后分析系统事故及设备故障、保护动作的正确性均有好处，继电保护的专业人员在学习单片微机基本原理时，可以学些汇编语言基本知识，但没有必要花大气力去提单片微机的汇编语言的编写。可以学些高级语

7、言作为辅助，例如 BASIC语言。这对学习保护程序逻辑框国会很有帮助。当然对于微机保护软件的设什人员，就必须熟练地掌握单片微机汇编语言。在微机保护的软件中，数据采集及其算法原理占有较重要的地位，对继电保护专业人员主要是以正确理解为主，而电力系统运行人员则以基本了解为宜。 主题：微机保护硬件结构 微机保护的学习方法 学习微机保护还必须注意结合具体保护装置，这样可以避免理论脱离实践。通过学习微机保护装置的实例来巩固基础知识的，如变电所馈线保护、变压器保护为主，以电容器保护为辅。目前国内牵引变电所也大量使用微机保护装置，产品有馈线保护、变压器保护等，比如有南自出品的WBZ-61A系列、上继出品的WG

8、T-01系列等，学习中应结合上述各系列保护装置为宜。主题：微机保护硬件结构 微机保护基本结构 从功能上来划分，微机保护装置可以分为6个部分：1.模拟量输人系统（或称数据采集系统）；2.继电功能回路（CPU主系统）；3.开关量输入/输出回路；4.人机接口回路；5.通信回路；6.电源回路。主题：微机保护硬件结构 基于逐次逼近式A/D转换的模拟量输人系统 该系统包括电压形成回路、ALF、SH、MPX及A/D转换等五部分。主题：微机保护硬件结构 基于逐次逼近式A/D转换的模拟量输人系统一.电压形成回路 同传统保护一样，微机保护的输人信号来自被保护线路或设备的电流互感器、电压互感器的二次侧。这些互感器的

9、二次电流或电压一般数值较大，变化范围也较大，不适应模数转换器的工作要求，故需对它进行变换。一般采用各种中间变换器来实现这种变换，例如电流变换器（TA）、电压变换器（TV）和电抗变换器（TX）等。 主题：微机保护硬件结构 基于逐次逼近式A/D转换的模拟量输人系统二.采样保持（S/H）电路 1采样 微机处理的都是数字信号，要用微机实现保护的功能，必须将输入的模拟信号变成数字信号。为达到这一目的，首先要对模拟量进行采样。采样是将一个连续的时间信号x(t)变成离散的时间信号x*(t)。 主题：微机保护硬件结构 基于逐次逼近式A/D转换的模拟量输人系统二.采样保持（S/H）电路 2保持 保护装置往往要反

10、映多个系统参数而工作，例如距离保护必须同时输入各相电流和电压，由于AD芯片的价格较贵，同时也为了简化硬件电路，一般都是多个模拟通道公用一个模数转换器件。每个通道采样是同时的，而各通道的采样信号是依次通过A/D回路进行转换的，每转换一路信号都需要一定的转换时间。这样就必须同时满足各通道采样的同时性和转换的分时性要求。因此，就任一通道而言，必须在等待进行模数转换的过程中，保持住其采样值不变。主题：微机保护硬件结构 基于逐次逼近式A/D转换的模拟量输人系统二.采样保持（S/H）电路 3采样保持电路 采样保持电路由一个电子模拟开关AS、保持电容CH及两个阻抗变换器组成。主题：微机保护硬件结构 基于逐次

11、逼近式A/D转换的模拟量输人系统二.采样保持（S/H）电路 4对采样保持器的要求 从上面的分析不难看出，对于高质量的采样保持电路应满足以下几点要求：（1）截获时间尽量短，对快速变化的输人信号采样更应保证这一点；（2）保持时间要长。（3）模拟开关的动作延时、闭合电阻和开断时的泄露电流要小。 上述（1）和（2）两个指标一方面决定于所用阻抗变换器的质量，另一方面也和电容器CH的容量有关。就截获时间来说，希望CH越小越好；但就保持时间而言，CH越大越好。因此，对CH的大小应权衡之后作出适当的选择。主题：微机保护硬件结构 基于逐次逼近式A/D转换的模拟量输人系统二.采样保持（S/H）电路 5常用采样保持

12、器LF398 原理图 实用接线图主题：微机保护硬件结构 基于逐次逼近式A/D转换的模拟量输人系统三.模拟多路转换开关（MPX） 多路转换开关是电子型的，通道切换受微机控制。多路转换开关包括选择接通路数的二进制译码电路和由它控制的各路电子开关，它们被集成在一片集成电路芯片中。 常用的16路多路转换开关芯片AD7506。 AD7506芯片结构 CMOS开关电路 主题：微机保护硬件结构 基于逐次逼近式A/D转换的模拟量输人系统四.模数转换器（ADC） 计算机只能对数字量进行运算，而电力系统中的电流、电压信号均为模拟量。因此，必须用模数转换器将采样保持回路输出的模拟信号变为离散的数字量。主题：微机保护

13、硬件结构 基于逐次逼近式A/D转换的模拟量输人系统四.模数转换器（ADC） 逐次逼近型模数转换器逐次逼近型A/D转换器 逐次逼近A/D输出主题：微机保护硬件结构 基于逐次逼近式A/D转换的模拟量输人系统四.模数转换器（ADC） 常用A/D转换器芯片AD574参考电压十10V偏置电压十10V模拟量输人UIN 模拟地和数字地数字量输出 控制线和状态线 主题：微机保护硬件结构 基于逐次逼近式A/D转换的模拟量输人系统五.数据采集系统与微机接口主题：微机保护硬件结构 开关量输入及输出回路一.开关量输入回路 开关量输人大多数是触点状态的输入，可以分成两类：1.安装在装置面板上的触点。例如各种工作方式开关

14、，调试装置或运行中定期检查装置用的键盘触点，复位按钮及其他按钮等。 这类触点，与外界电路无联系，可直接接至微机的并行接口，也可以直接与CPU口线相连。 主题：微机保护硬件结构 开关量输入及输出回路一.开关量输入回路 开关量输人大多数是触点状态的输入，可以分成两类：2.从装置外部经过端子排引人装置的触点。例如需要由运行人员不打开装置外盖而在运行中切换的各种压板，转换开关以及其他保护装置和操作继电器的触点等。 这类触点由于与外电路有联系，而需经光耦器件进行隔离，以防触点输人回路引人的干扰。 主题：微机保护硬件结构 开关量输入及输出回路一.开关量输出回路 开关量输出主要包括保护的跳闸出口、合问出口以

15、及本地和中央信号等。一般都采用并行接口的输出口来控制有触点继电器（干簧或密封小中间继电器）的方法。为提高抗于扰能力，也要经过光电隔离。 主题：微机保护硬件结构 人机对话回路一.定值区的选择回路 对于某些保护装置，如果需要整定的项目不多，则可以在装置面板上设置定值插销或拨轮开关，将整定值每一位数码所对应的触点输入。对于比较复杂的保护装置，如需要整定的项目很多，可以将定值由面板上的键盘输入，并存放在专门的存储器中。 主题：微机保护硬件结构 人机对话回路二.键盘、显示及打印回路 键盘作为人机接口的重要部件，它主要用来进行定值整定、装置调试及运行中人对装置状态的于预等。目前大部分微机保护装置都采用44

16、或33矩阵式键盘电路，典型电路如图。 主题：微机保护硬件结构 人机对话回路二.键盘、显示及打印回路 打印机是微机保护装置的输出设备之一，是唯一提供凭据式输出的设备只有通过打印机才能提供诸如定值清单、采样数据、动作行为等情况的报告。 主题：微机保护运行软件WGT-01型软件总框图（主CPU）主题：微机保护运行软件T0中断服务程序框图（主CPU每隔5/3ms中断一次）主题：微机保护运行软件故障处理程序框图主题：微机保护运行软件直供方式测距程序框图主题：微机保护运行软件BT供电方式测距程序框图主题：微机保护运行软件GGP子程序框图主题：WKH-891微机保护装置用途 WKH-891型电铁馈线保护装置

17、（简称装置）是以32位浮点DSP为基本软硬件平台的数字式新一代电铁馈线保护，适用于电气化铁道AT供电方式、BT供电方式以及直供方式，作为牵引变电所、开闭所、分区所的进线、馈线的保护和测距装置，同时具有负荷记录、负荷录波、故障录波、网络通信等自动化功能。装置也可与WBH-891型电铁主变保护装置、WBB-891型电铁并补保护装置及监控系统组成牵引变电所自动化系统。 主题：WKH-891微机保护装置功能1 .四段自适应距离保护； 2 .电流速断保护； 3 .电流增量保护； 4 .过电流保护； 5 .一次自动重合闸； 6 .故障测距； 7 .二次谐波闭锁功能； 8 .低电压启动功能； 9. 高次谐波

18、抑制功能； 10. TV断线闭锁功能； 11.上下行联锁功能； 12.故障录波功能； 13.负荷录波功能； 14.负荷记录功能； 15. 实时测量功能； 16. 当地或网络打印功能； 17. 频率跟踪功能。 主题：WKH-891微机保护装置结构主题：WKH-891微机保护装置结构主题：WKH-891微机保护装置硬件组成 装置由一个交流变换插件(J1)、二个保护CPU插件(J2、J3)、一个信号插件（J4）、一个出口插件（J5）、一个电源插件（J6）和人机接口组成（人机接口由人机接口插件J7和面板组件构成）。如图所示。主题：WKH-891微机保护装置插件作用1.交流变换插件 采用电压、电流变换器

19、,将PT、CT二次侧的交流信号转换成-1010V的弱电信号供A/D转换器采样。其中：电流变换器的饱和电流不小于20倍的额定电流。 2.保护插件 保护插件是实现保护功能的核心。主要完成模拟数据采集、数据处理、定值及程序存储、开关量输入/输出、通信等功能。本插件提供4个模拟信号输入通道。每个通道经二级阻容式低通滤波器分别输出到1片高速多通道A/D转换器件的14通道，其中第4通道接+5V电压用于通道自检，其原理框图如图5（b）主题：WKH-891微机保护装置插件作用主题：WKH-891微机保护装置插件作用3. 出口插件 该插件提供完整的断路器操作回路控制功能，如跳闸功能、合闸功能、防跳功能、位置信号

20、、闪光回路等，并提供相应的触点信号供当地、中央信号、远动及检测车等使用。 4.信号插件 该插件由若干信号继电器组成，能输出告警信号及各种保护元件动作信号，供当地、中央信号、检测车及远动使用。5. 稳压电源 采用逆变开关电源，输入电压可选DC 220V或110V，输出为+5V 、5A，15V 、0.4A和24V(A) 2A,24V(B)、0.5A，具有输出失电告警功能。 主题：WKH-891微机保护装置插件作用6.人机接口插件及面板组件 人机接口插件既可通过串口与保护CPU板通信，实现保护装置的当地人机界面功能，又可通过LonWorks网络接口与监控机通信，实现保护装置的远方功能。人机接口插件与

21、保护CPU通信采用查询方式。 人机接口插件既可通过串口与保护CPU板通信，实现保护装置的当地人机界面功能，又可通过LonWorks网络接口与监控机通信，实现保护装置的远方功能。人机接口插件与保护CPU通信采用查询方式。 人机接口插件及面板组件由32位CPU、存储器、液晶控制器、实时时钟等芯片组成。面板上有320240点阵的大屏幕液晶显示器和6个按键，为当地操作提供人机接口。面板上另有一个串行接口用于外接PC机，可通过调试软件对装置进行调试。 主题：WKH-891微机保护装置插件作用主题：WKH-891微机保护装置保护装置逻辑框图主题：WKH-891微机保护装置保护装置技术参数1.额定交流参数：

22、 额定电压：100V；电流：5A或1A；频率: 50Hz。 2.额定直流电压：220V或110V。 3.功率消耗： 交流电压、电流回路功耗均不大于1VA； 直流回路在正常运行状态时功耗不大于20W，保护动作时不大于40W。 4.交流回路过载能力： 交流电压：1.2Un（长期运行）； 交流电流：2In（长期运行）；20In（1s）。 5.输出触点： a. 出口跳合闸触点：在电压不大于250V，电流不大于0.5A，时间常数L/R为50.75ms的直流有感负荷电路中，触点的断开容量为50W，长期允许通过电流不大于5A。 b. 其余输出触点 ：在电压不大于250V，电流不大于0.5A，时间常数L/R为

23、50.75ms的直流有感负荷电路中，触点的断开容量为30W，长期允许通过电流不大于3A。 主题：WKH-891微机保护装置保护装置技术参数6.电流、电压精确工作范围： 精确工作电流范围：0.120In(有效值) ；电压范围:0.5120V(有效值)。7.保护动作特性指标： 各保护元件的固有动作时间不大于35ms(过量保护在1.2倍的整定值下测试，欠量保护在0.7倍的整定值下测试)。 8.距离保护(Z、Z、Z、Z四段) 线路阻抗整定范围：0.550（In=5A）；0.599.9（In=1A）； 负荷阻抗整定范围：0.550（In=5A）；0.599.9（In=1A）； 在额定电流、线路阻抗角及电

24、压范围0.5120V的条件下，测量阻抗整定值平均误差不超过5%； 在线路阻抗角及电压范围1100V的条件下，精确工作电流范围: 0.110In； 动作延时整定范围: 0.055s； 在额定电流、线路阻抗角及0.7倍整定值下阻抗动作时间整定误差不超过3%。 主题：WKH-891微机保护装置保护装置技术参数9.电流速断保护： 电流速断整定范围:0.210In； 电流速断整定值误差不超过3%； 电流速断动作延时时间整定范围:0.030.5s； 在1.2倍整定值下电流速断动作时间整定误差不超过3%。 10.电流增量保护：电流增量整定范围:0.23In； 电流增量整定值误差不超过7.5%； 电流增量动作

25、延时时间整定范围:0.550s； 在1.2倍整定值下电流增量动作时间整定误差不超过3%。 11.过电流保护(、段)： 过电流保护整定范围:0.210In； 过电流保护整定值误差不超过3%； 过电流保护动作延时时间整定范围:0.550s； 在1.2倍整定值下过电流保护动作时间整定误差不超过3%。 主题：WKH-891微机保护装置保护装置技术参数12.自动重合闸： a. 重合闸动作延时时间整定范围:0.55s； b. 重合闸动作时间整定值误差不超过3%； c. 重合闸充电时间:1525s； d. 闭锁手合时间:1802s； e. 装置具有大电流闭锁重合闸功能。 13.闭锁： a. 低电压启动整定范

26、围:0.850.95Un； b. 低电压启动整定值误差不超过3%； c. 二次谐波闭锁整定范围:10%20%(二次谐波与基波含量的百分比)； d. 二次谐波闭锁整定值误差不超过0.02。 14. 高次谐波抑制 ：a. 高次谐波抑制整定范围:10%50%(高次谐波含量与基波含量的百分比)； b. 高次谐波抑制整定值误差不超过0.02； c. 高次谐波含量（I2+I3+I5含量总和占基波的百分比）大于高次谐波抑制整定值时抑制保护动作, 谐波加权倍数Kh越大，抑制效果越显著。 主题：WKH-891微机保护装置保护装置技术参数15.故障测距 ：对金属性短路故障,测距整定值误差不超过3%。 16. 环境

27、条件： a. 环境温度： 工作温度：-10+40，24h内平均温度不超过35。 贮存温度：-25+70，在极限值下不施加激励量，装置不出现不可逆变化温度恢复后，装置应能正常工作。 b. 相对湿度：最湿月的月平均最大相对湿度为90%，同时该月的月平均最低温度为25且表面无凝露。最高温度为+40时，平均最大相对湿度不超过50%。 c. 大气压力：80 110kPa (相当海拔高度2km及以下)。 17. 机械性能 ：a. 工作条件：能承受严酷等级为级的振动响应，冲击响应检验； b. 运输条件：能承受严酷等级为级的振动耐久，冲击耐久及碰撞检验。 主题：WKH-891微机保护装置整定应用事例单线方式保护配置：应配置电流速断和阻抗段，可选配电流增量和过电流。 电流速断定值计算：动作电流 典型时限0.1s。 灵敏度 阻抗段定值计算： 线路边整定阻抗负荷边整定阻抗主题：WKH-891微机保护装置整定应用事例电流增量保护定值计算： 电流增量定值可按一台机车起动电流整定： 过电流保护定值计算： 过电流保护定值按接触网承受过负荷的能力整定。过电流的判据包含了高次谐波。 典型时限：整定为3段反时限过流。 主题：WKH-891微机保护装置人机对话界面1.面板：a.运行灯:在装置正常运行并且液晶显示页面为主页面时,本灯有规律的闪烁,指示装置运行正常。b.通信灯:当装置通过Lonwor