微机继电保护硬件系统的构成与原理教学课件

第一章微机继电保护硬件原理13供电1班第四组§L1微机保护装置硬件系统构成箕微机保护装置硬件系统包含以下五个部分:箕(1)数据采集单元即模拟量输入系统。包括电压形成、模拟滤波、采样保持、多路转换以及模数转换等功能块,完成将模拟输入量准确地转换为所需的数字量的功能箕(2)数据处理单元即微机主系统。包括微处理器、只读存储器、随机存取存储器以及定时器等.微处理器执行存放在只读存储器中的程序,对由数据采集系统输入至随机存取存储器中的数据进行分析处理,以完成各种继电保护的功能箕(3)数字量输入/输出接口即开关量输入输出系统。由若干并行接口、光电隔离器及中间继电器等组成,以完成各种保护的出口跳闸、信号警报、外部接点输入及人机对话等功能箕(4)通信接口。包括通信接口电路及接口以实现多机通信或联网。算(5)电源。供给微处理器、数字电路、AD转换芯片及继电器所需的电源。保护装置的硬件示意图如下所示通信接口数据采集输入出系统井行接囗开关量输入电士支换打印来行可要电路并行接囗图2微机保护硬件示意框图下面分别介绍各子系统的电路构成原理其数据采集单元(1)电压变换微机保护要从被保护的电力线路或设备的电流互感器、电压互感器或其它变换器上取得信息,但这些互感器的二次数值的输入范围对微机保护装置硬件电路并不适用,故需要降低和变换。在微机保护中通常要求输入信号为±5V或±10ⅴ的电压信号,具体取决于所用的模数转换器。因此,一般采用中间变换器来实现以上的变换。例如电流变换器和电压变换器。交流电流的变换一般采用电流变换器,在其二次侧并联电阻取得所需电压。改变电阻值就可以改变输入电流范围的大小。例如,当图3中R1和R2阻值相等,若R2断开时电流允许输入范围为0~50A,则R2并联接入后,电流的输入范围为0~100A电流变换器最大的优点是,只要铁芯不饱和,其二次电流及并联电阻上电压的波形就可基本与一次电流成比例且同相,即可以做到不失真变换。这一点对微机保护是很重要的。因为只有在这种条件下作精确的运算与定量分析才是有意义的。电流变换器的缺点是在非周期分量的作用下容易饱和,线性度差,动态范围也小。但只要妥善设计是可以克服这个缺点的。图3电流辅助变换电路其电流电压变换回路除了起电量变换作用外,还起到隔离作用。它使微机电路在电气上与电力系统隔离,在初级和次级绕组之间应有接地的屏蔽绕组以防止来自高压系统的电磁干扰。(2)采样保持(S/H)电路及采样频率的选择采样保持电路的作用是在一个极短的时间内测量模拟输入量在该时刻的瞬时值,并在模拟/数字转换器进行转换的期间内保持其输出不变。即把随时间连续变化的电气量离散化采样保持电路的工作原理可用图4说明图4采样保持电路原理其它由一个电子模拟开关K,电容C以及两个阻抗变换器组成。开关K受逻辑输入端电平控制。在高电平时K闭合,此时,电路处于采样状态,C迅速充电或放电到电容上电压等于该采样时刻的电压值(Ui)。K的闭合时间应满足使C有足够的充电或放电时间即采样时间。为了缩短采样时间,这里采用阻抗变换器1,它在输入端呈现高阻抗,输出端呈现低阻抗,使C上电压能迅速跟踪等于Ui值。K打开时,电容C上保持住K打开瞬间的电压,电路处于保持状态。同样为提高保持能力,电路中亦采用了另一个阻抗变换器2,它对C呈现高阻抗。采样保持的过程如图5所示。信号采样采样和保持图5采样保持过程示意图T为采样脉冲宽度,Ts为采样周期(或称采样间隔)。可见,采样保持输出信号已经是离散化的模拟量,再经AD转换后就成为离散化的数字量。其图5所示采样间隔Ts的倒数称为采样频率fs。采样频率的选择是微机保护硬件设计中的一个关键问题。采样频率越高,要求微处理器的速度越高。因为微机保护是一个实时系统,数据采集系统以采样的频率不断地向微处理器输入数据,微处理器必须要来得及在两个相邻采样间隔时间Ts内处理完对每一组采样值所必须作的各种操作和运算,否则,微处理器将跟不上实时节拍而无法