继电10-微机保护概述

第1章继电保护基础

1.5

微机保护概述目标：掌握微机保护的特点。掌握微机保护的硬件组成及作用。掌握实现继电保护原理的方法，即基本算法与软件组成。2024/1/311硬件组成数据采集系统原理基本算法软件结构知识点：2024/1/31掌握硬件、软件的作用，基本原理。用计算机方法实现继电保护，在实践中提高对微机保护的认识。要将保护的基本算法与具体继电保护原理结合，要利用微机来实现基本算法。理论联系实践，要既动脑也动手。学习方法2024/1/31调试简单、维护方便；－－微机保护测试仪的应用，缩短了调试时间。可靠性高；－－有自诊断能力、纠错能力。保护性能更加完善；－－可以实现复杂继电保护原理，如任意形状阻抗继电器。可以提供更多信息；－－可以在系统故障后提供多种信息。灵活性大；－－保护功能由软件决定，硬件通用。1.5.1微机保护装置的特点

2024/1/311.5.2微机保护硬件部分的

构成及作用2024/1/31数据采集系统（或称模拟量输入系统）微型机主系统（或称CPU主系统）开关量输入/输出回路通信回路电源回路1.微机保护硬件部分的构成将交流模拟量转换为CPU能够处理的数字量。基本通用的微机主系统。完成各种保护的出口跳闸、信号指示、外部接点输入等。（接点状态或高低电平的处理。）实现保护之间的通信及远动，便于实现综合自动化。为整个装置提供直流电源。（开关电源，要强调抗干扰。）2024/1/31数据采集系统（或称模拟量输入系统）微型机主系统（或称CPU主系统）开关量输入/输出回路通信回路电源回路2024/1/31

数据采集系统

开关量输入输出系统

人机对话微机保护硬件构成2024/1/31数据采集系统（或称模拟量输入系统）：将交流模拟量转换为CPU能够处理的数字量。微型机主系统（或称CPU主系统）：基本通用的微机主系统。2024/1/31开关量输入/输出回路：完成各种保护的出口

跳闸、信号指示、外部接点输入等。（接点状态或高低电平的处理。）通信回路：实现保护之间的通信及远动，便于实现综合自动化。电源回路：为整个装置提供直流电源。（开关电源）2024/1/31基于逐次逼近型A/D转换的采集系统基于电压/频率变换（VFC）原理进行A/D变换的采集系统2.数据采集系统前者包括：电压形成回路、模拟低通滤波器（ALF）、采样保持回路（S/H）、多路转换开关电路（MPX）及模数转换回路（A/D）后者包括：电压形成、VFC回路、计数器两者各有优点，前者便于满足精度，后者不需要滤波与采样保持电路2024/1/31电压变换、屏蔽和隔离

滤除高频，降低采样频率逐次逼近式A/D转换方式在某一时刻，测量模拟信号的瞬时值，并且在A/D转换期间保持不变。

将各通道的模拟信号分时送入A/D转换器逐次逼近原理2024/1/31电压变换、屏蔽和隔离基于压频变换（VFC）方式电压转化为频率

对脉冲计数，从而完成对电压的测量2024/1/31类型：电流变换器（UA）电压变换器（UV）电抗变换器（UR）（1）电压形成回路作用：TA、TV二次侧电流电压较大，变化范围也较大，为适应模数转换器的转换要求将交流模拟量变换为适当值，以满足精度要求。屏蔽和隔离，防止TA、TV二次侧过电压损坏保护装置。基于逐次逼近式A/D转换的模拟量输入系统2024/1/31有源ALF无源ALF由RC网络加上运算放大器构成，其特性较稳定，不受时间、温度变化的影响，可以避免采用大电容，有好的特性及快的速度。无源滤波器通常是由RLC等元件组成，滤波特性受温度变化发生漂移，而且保护带来延时。无源电路特性（2）模拟低通滤波器ALF2024/1/31模拟低通滤波器（ALF）的作用：滤除输入信号中fs／2以上的频率分量，降低采样频率。2024/1/312024/1/31采样：将一个连续时间信号x(t)变成离散时间信号x*(t)。（3）采样保持（S/H）电路TS－采样周期

fS=1/TS－采样频率工频每周期采样点数N为：T－工频周期，20msf=1/T－工频频率，50HZ2024/1/31保持：为保证各通道采样的同时性，在等待模数转换的过程中，必须保持采样值不变。（3）采样保持（S/H）电路粉红色为理想值，红色为实际值。2024/1/31要求：

1、截获时间尽量短，特别是对快速变化的输入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漏电流要小。（3）采样保持（S/H）电路采样电子开关要求1：CH越小越好要求2：CH越大越好保持电容CH的大小应当如何确定呢？2024/1/31离散信号怎样才能真实反应被采样的连续信号，若要求不丢失信息，应满足什么条件？采样频率问题？被采样信号x(t)的频率为f0，TS为采样周期，fS为采样频率混叠混叠正确4－32024/1/31若要不丢掉信息地对输入信号进行采样，就必须满足fs≥2f0。采样频率结论采样定理若输入信号x(t)含有各种频率成份，其最高频率为fmax，若要对其不失真地采样，或者采样后不产生频率混叠现象，采样频率必须不小于2fmax，即fs≥2fmax。采用模拟低通ALF的原因：降低采样频率。限于CPU运算速度，要限制输入信号的最高频率，只需在采样前用一个模拟低通滤波器（ALF），滤除fs／2以上的频率分量。2024/1/31目前绝大多数微机保护的采样周期Ts为5/6ms或5/3ms，即采样频率为1200Hz或600Hz。采样频率微机保护现状每周期采样N=24点或12点。2024/1/31（4）模拟多路转换开关（MPX）模拟量输入通道公用一个A/D芯片多路转换开关是电子型的，通道切换受微机控制。译码/驱动器ENA1A2A3A0AS1AS15AS015V+15V–ui0ui1ui15uout2024/1/31ADC的基本原理（5）模数转换器（ADC回路）将输入的离散模拟量u*(t)与基准电压UR进行比较，按照四舍五入的原则，编成二进制代码的数字信号。将数字量D转换成模拟量。数模转换器2024/1/31二分法举例ADC的基本原理已知某物品价格在0-64元间（31元），猜一猜该物品价格（精确到1元）。第1次第2次第3次第4次第6次第5次321624283130高低低低结束低64是基准值；最多6次，26＝64；精度64/26

＝1元。2024/1/31逐次逼近ADC原理ADC的基本原理参考电压UR，ADC位数N位，输入电压Ui，则最多需要比较N次，精度为UR/2N

。第1次第2次…第N次100…00010…00…011…01高，1改0低，1保持…结束第3次011…00低模数转换器的位数越多即N值越大，则模数转换器分辨率与转换的精度越高。2024/1/31用于将上述ADC过程中数字量转化为模拟量与输入电压进行比较。DAC数模转换原理可见，输出模拟电压正比于输入的数字量D。2024/1/31模数转换器回路逻辑较快的二分逼近方法，N位转换器只要比较N次，比较的次数与输入模拟量的值无关。2024/1/31查询方式数据采集系统与微机接口靠CPU查询AD转换是否结束AD转换结束向CPU发出中断请求AD转换结果直接存入内存中断方式DMA2024/1/31微处理器CPU存储器并行口串行口定时/计数器等3.微型机主系统存储器包括：EPROM－用于存放保护程序，即软件RAM－用于存放运算的中间结果。EEPROM－用于存放保护定值，也可采用FLASH来存放。

微型机主系统：CPU执行存放在EPROM中的程序，对由数据采集系统输入至RAM区的数据进行分析处理，并与存放于EEPROM中的定值进行比较，以完成各种保护功能。2024/1/31开关量输入回路4.开关量输入输出回路电平接点直接接入并行口外部接点要采取抗干扰措施，如光耦的隔离2024/1/31开关量输出回路电平接点并行口直接输出外部接点要采取抗干扰措施，如光耦隔离、防止误输出2024/1/315.通信接口通信回路：实现保护之间的通信及远动，便于实现综合自动化。2024/1/316.电源电源回路：为整个装置提供直流电源。2024/1/311.5.3微机保护软件部分的构成构成：监控程序、运行程序。监控程序包括对人机接口键盘命令处理程序及为插件调试、整定设置显示等配置的程序。运行程序就是指保护装置在运行状态下所需执行的程序。2024/1/31

a）主程序。包括初始化，全面自检、开放及等待中断等；b）中断服务程序。通常有采样中断、串行口中断等。前者包括数据采集与处理、保护起动判定等，后者完成保护CPU与保护管理CPU之间的数据传送。例如，保护的远方整定、复归、校对时间或保护动作信息的上传等。c）故障处理程序。在保护起动后才投入，用以进行保护特性计算、判定故障性质等。微机保护运行程序一般可分为三部分。2024/1/31（1）主程序

给保护装置上电或按复归按钮后，进入程序入口，首先进行必要的初始化（初始化一）。如堆栈寄存器赋值、控制口的初始化、查询面板上开关的位置（如在调试位置进入监控程序，否则进入运行状态）。然后，CPU开始运行状态所需的各种准备工作（初始化二）。首先是往并行控制口写数，让所有继电器处于正常位置。然后，询问面板上定值切换开关的位置，按照定值套号从EEPROM中取出定值，放至规定的定值RAM区。准备好定值后，CPU将对装置各部分进行全面自检，在确认一切良好后才允许数据采集系统开始工作．完成采样系统初始化后，开放采样定时器中断和串行口中断，等待中断发生后转入中断服务程序。若中断时刻未到，就进入循环状态（故障处理程序结束后也经整组复归后进入此循环状态）。它不断进行循环自检及专用自检项目。如果保护有动作或自检报告，则向管理CPU送报告。全面自检包括有：RAM区读写检查，EPROM中程序和EEPROM中定值求和检查，开出量回路检查等。通用自检包括有：定值选择拨轮的监视和开入量的监视等。专用自检项目依不同的被保护元件或不同保护原理而设置。例如，超高压线路保护的静稳判定、高频通道检查等。2024/1/31主程序框图

2024/1/31（2）采样中断服务程序

采样中断服务程序示于图，主要内容有：l）数据采样及存储；2）电流差突变量起动元件；3）电压、电流求和自检。

采样中断服务程序

2024/1/312024/1/31在进入中断服务程序后，首先关闭其他中断是为了在采样期间不被其他中断打断。在中断返回前则应开中断。电压、电流求和自检用下式实现。若：

如果延时60ms后上式一直满足，则置起动标志QDB=1，程序中断返回时转至故障处理程序。2024/1/31（3）故障处理程序保护装置起动进入故障处理程序后，先查电压求和电流求和自检标志，以确定采样中断服务程序是由于求和自检不通过，还是相电流差突变量起动元件动作而进入故障处理程序。若是起动元件动作则需进行故障性质判定以确定保护是否动作。若是求和自检不通过，则需进一步判定自检不通过的原因。若是一次系统故障所致，那么此时应满足： 这里3U0和3I0由零序电压和电流互感器得到。故障处理程序继续进行故障性质的判定。若：

则表明电压或电流采集通道故障，需闭锁保护并报警；下图为一距离保护故障处理程序的简单框图。2024/1/31故障处理程序（部分）2024/1/311.5.4微机保护的算法2024