微机继电保护精品课件
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《微机继电保护》课件
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03 微机继电保护的算法与实 现
微机继电保护的算法分类
01
02
03
04
差分算法
通过比较线路两侧的电流或电 压差值来检测故障，具有简单
、可靠的特点。
傅里叶算法
利用傅里叶变换分析信号频率 特性，用于检测谐波电流或电
压。
波形比较算法
通过比较正常与异常时的电流 或电压波形来检测故障。
人工神经网络算法
模拟人脑神经元网络，通过训 练学习识别故障特征。
微机继电保护的历史与发展
总结词
微机继电保护经历了从模拟式到数字式、从集中式到 分布式的发展历程。
详细描述
微机继电保护最早出现于20世纪70年代，当时采用的 是模拟式元件和电路，功能较为简单。随着计算机技 术和数字信号处理技术的发展，数字式微机继电保护 逐渐取代了模拟式保护。同时，随着分布式系统和网 络通信技术的发展，分布式微机继电保护系统也逐渐 成为主流。未来，随着人工智能和大数据技术的应用 ，微机继电保护将更加智能化和自适应化。
人工智能应用
人工智能和机器学习技术在微机继电 保护领域的应用正在逐步深化。这些 技术可以帮助系统自动识别和应对各 种复杂的电力故障情况。
网络化
网络技术的广泛应用为微机继电保护 带来了新的可能性。通过网络化控制 ，可以实现更快速、更准确的故障定 位和隔离。
集成化和模块化
为了提高系统的可靠性和可维护性， 微机继电保护系统正在朝着集成化和 模块化的方向发展。
《微机继电保护》PPT课件
目 录
• 微机继电保护概述 • 微机继电保护的基本原理 • 微机继电保护的算法与实现 • 微机继电保护的应用与案例分析 • 微机继电保护的发展趋势与展望
01 微机继电保护概述
03 微机继电保护的算法与实 现
微机继电保护的算法分类
01
02
03
04
差分算法
通过比较线路两侧的电流或电 压差值来检测故障，具有简单
、可靠的特点。
傅里叶算法
利用傅里叶变换分析信号频率 特性，用于检测谐波电流或电
压。
波形比较算法
通过比较正常与异常时的电流 或电压波形来检测故障。
人工神经网络算法
模拟人脑神经元网络，通过训 练学习识别故障特征。
微机继电保护的历史与发展
总结词
微机继电保护经历了从模拟式到数字式、从集中式到 分布式的发展历程。
详细描述
微机继电保护最早出现于20世纪70年代，当时采用的 是模拟式元件和电路，功能较为简单。随着计算机技 术和数字信号处理技术的发展，数字式微机继电保护 逐渐取代了模拟式保护。同时，随着分布式系统和网 络通信技术的发展，分布式微机继电保护系统也逐渐 成为主流。未来，随着人工智能和大数据技术的应用 ，微机继电保护将更加智能化和自适应化。
人工智能应用
人工智能和机器学习技术在微机继电 保护领域的应用正在逐步深化。这些 技术可以帮助系统自动识别和应对各 种复杂的电力故障情况。
网络化
网络技术的广泛应用为微机继电保护 带来了新的可能性。通过网络化控制 ，可以实现更快速、更准确的故障定 位和隔离。
集成化和模块化
为了提高系统的可靠性和可维护性， 微机继电保护系统正在朝着集成化和 模块化的方向发展。
《微机继电保护》PPT课件
目 录
• 微机继电保护概述 • 微机继电保护的基本原理 • 微机继电保护的算法与实现 • 微机继电保护的应用与案例分析 • 微机继电保护的发展趋势与展望
01 微机继电保护概述
微机继电保护 第一章
三、开关量输出 (DO)回路 实际的微机保护 装置输出跳闸回路中, 需要对跳闸出口继电 器的电源回路采取控 制措施, 同时对光电 隔离回路采用异或逻 辑控制。
图1-23 具有电源控制的跳闸出口继电器输出回路
第一章 微机继电保护装置硬件原理
第五节 微机继电保护的发展趋势 一、微机保护装置的发展 计算机化, 网络化, 保护、控制、测量、数据 通信一体化和人工智能化。 二、微机保护算法和原理的发展 基于故障分量原理的保护(暂态故障分量保护 和工频故障分量保护) 算法 , 小波分析在保护中 的应用, 利用通信技术构成的“广域保护”, 以及模 糊理论、人工神经网络、自适应理论、专家系统 等智能技术在继电保护装置的应用等。
第一章 微机继电保护装置硬件原理
第六节 微机继电保护装置的功能编号 将继电保护装置通过对功能进行详细描述、 定义 。采用ANSI/IEEE Standard C37.2 标准的继 电保护功能编号见表1－1。 表中给出了标准的功能号 , 广泛应用于工程图 例、流程图、操作过程及其他应用书籍中。采用 标准功能编号 , 每个继电器或继电保护装置可细 分为一系列功能 , 方便设计、制造、运行维护等 各个环节 , 简洁易懂。
第一章 微机继电保护装置硬件原理
第四节 开关量输入及输出回路 一、光电隔离 实现两侧电路之间的电气隔离，解决不同逻 辑电平之间的信号传递和控制。 二、开关量输入(DI)回路 用于识别运行方式、运行条件等。开关量状态正 好对应二进制数字的“1” 或 “0”, 开关量可作为数 字量读入。DI接口作用是为开关量提供输入通道, 并在数字保护装置内外部之间实现电气隔离, 一类是装在保护装置面板上的接点，另一类 是从装置外部经过端子排引入装置的接点。
第一章 微机继电保护装置硬件原理
《微机保护》PPT课件
由电力系统输入到继电保护装置的模拟 信 号分类： • 来自TV(或TA)的交流电压(或电流)信号； • 来自分压器(或分流器)的直流电压(或电流)信 号； • 自断路器、隔离刀闸等设备辅助接点以及其它 继电器接点的开关量信号，或者来自别的微机 保护或数字设备的数字量信号。
输入信号预处理过程的具体步骤为： 1. 将电力系统输入到继电保护装置的模拟信号
2. 数据处理单元对已转变为数字量电量信号进 行数字滤波，从而获得微机保护算法所需要 的数字信号序列；
3. 数据处理单元对已滤波的数字信号序列采用 合适的算法并结合开关量输入信号综合判断， 然后根据判断结果控制开关量输出系统和人 机对话和外部通信系统的输出，实现闸、信 号告警、数据记录等功能。
一、输入信号预处理
二、模拟量输入系统
微机保护装置模拟量输入接口部件的作用 是 将电力传感器输入的模拟电量正确地变换成离散 化的数字量，提供给数字核心部件进行处理。
交流模拟量输入接口部件内部按信号传 递顺 序为：电压输入变换器和电流输入变换器及其电 压形成回路 、前置模拟低通滤波器 、采样保持 器 、多路转换器、模数变换器。
采样 多路
A/D 数据更
保持 转换器 转换器 新排队
输入信号的预处理
图2—2 输入信号预处理流程框图
二、数字滤波
数字滤波器的优点： • 滤波精度高。加长字长可以很容易提高精度。 • 可靠性高。模拟元器件很容易受环境和温度 的
影响，而数字系统受这种影响要小得多。 • 灵活性高。数字滤波器改变性能只要改变算 法
• 按照不同的滤波理论又可分为常规滤波器和最 佳滤波器。
• 按频率特性分为低通、带通、高通和带阻四类 基本滤波器，其中前两类滤波器在微机保护中 用得较多。
输入信号预处理过程的具体步骤为： 1. 将电力系统输入到继电保护装置的模拟信号
2. 数据处理单元对已转变为数字量电量信号进 行数字滤波，从而获得微机保护算法所需要 的数字信号序列；
3. 数据处理单元对已滤波的数字信号序列采用 合适的算法并结合开关量输入信号综合判断， 然后根据判断结果控制开关量输出系统和人 机对话和外部通信系统的输出，实现闸、信 号告警、数据记录等功能。
一、输入信号预处理
二、模拟量输入系统
微机保护装置模拟量输入接口部件的作用 是 将电力传感器输入的模拟电量正确地变换成离散 化的数字量，提供给数字核心部件进行处理。
交流模拟量输入接口部件内部按信号传 递顺 序为：电压输入变换器和电流输入变换器及其电 压形成回路 、前置模拟低通滤波器 、采样保持 器 、多路转换器、模数变换器。
采样 多路
A/D 数据更
保持 转换器 转换器 新排队
输入信号的预处理
图2—2 输入信号预处理流程框图
二、数字滤波
数字滤波器的优点： • 滤波精度高。加长字长可以很容易提高精度。 • 可靠性高。模拟元器件很容易受环境和温度 的
影响，而数字系统受这种影响要小得多。 • 灵活性高。数字滤波器改变性能只要改变算 法
• 按照不同的滤波理论又可分为常规滤波器和最 佳滤波器。
• 按频率特性分为低通、带通、高通和带阻四类 基本滤波器，其中前两类滤波器在微机保护中 用得较多。
第十四章_03 微机继电保护PPT课件
You Know, The More Powerful You Will Be
结束语
感谢聆听
不足之处请大家批评指导
Please Criticize And Guide The Shortcomings
讲师：XXXXXX XX年XX月XX日
（14-19）
H
z
Y z X z
1
zk
（14-20）
H
z
Y X
z z
1
zk
（14-20）
取 z e jTs 代入式（14-20）得：
H e jTs 1 e jkTs
1 cos kTs j sin kTs （14-21）
其幅频特性：
A H e jTS 1 cos kTS 2 (sin kTS )2
第十四章 微机继电保护原理
第一节 概述 第二节 微机继电保护装置硬件的构成原理 第三节 数字滤波器 第四节 微机继电保护的算法 第五节 微机保护的软件 第六节 提高危机继电保护装置可靠性的措施
第三节 数字滤波器
一、数字滤波器的基本概念 二、几种基本数字滤波器
（一）减法滤波器 （二）加法滤波器 （三）积分滤波器 （四）级联滤波器
此外，由于滤波器的数据窗明确，便于确定他的时延。 易于在滤波特性与滤波时延之间进行协调。
递归型（IIR）
（14-10）
如果式中系数不全为零，表明滤波器输出不仅与现行输 入、前行输入有关，还与前行输出有关，相当于系统有反馈 回路。前行输出又作为输入影响当前输出，称为递归型。
IIR滤波器利用了反馈信号，易于获得较理想的滤波特 性，但存在滤波系统稳定性问题。在设计中需要特别注意。
电力系统发生故障瞬间，由于电流和电压信号含 有衰减的直流分量和各次谐波，而大多数保护装置的 原理是建立在反映正弦基波或整数次谐波基础之上， 所以对输入信号要作滤波处理。
结束语
感谢聆听
不足之处请大家批评指导
Please Criticize And Guide The Shortcomings
讲师：XXXXXX XX年XX月XX日
（14-19）
H
z
Y z X z
1
zk
（14-20）
H
z
Y X
z z
1
zk
（14-20）
取 z e jTs 代入式（14-20）得：
H e jTs 1 e jkTs
1 cos kTs j sin kTs （14-21）
其幅频特性：
A H e jTS 1 cos kTS 2 (sin kTS )2
第十四章 微机继电保护原理
第一节 概述 第二节 微机继电保护装置硬件的构成原理 第三节 数字滤波器 第四节 微机继电保护的算法 第五节 微机保护的软件 第六节 提高危机继电保护装置可靠性的措施
第三节 数字滤波器
一、数字滤波器的基本概念 二、几种基本数字滤波器
（一）减法滤波器 （二）加法滤波器 （三）积分滤波器 （四）级联滤波器
此外，由于滤波器的数据窗明确，便于确定他的时延。 易于在滤波特性与滤波时延之间进行协调。
递归型（IIR）
（14-10）
如果式中系数不全为零，表明滤波器输出不仅与现行输 入、前行输入有关，还与前行输出有关，相当于系统有反馈 回路。前行输出又作为输入影响当前输出，称为递归型。
IIR滤波器利用了反馈信号，易于获得较理想的滤波特 性，但存在滤波系统稳定性问题。在设计中需要特别注意。
电力系统发生故障瞬间，由于电流和电压信号含 有衰减的直流分量和各次谐波，而大多数保护装置的 原理是建立在反映正弦基波或整数次谐波基础之上， 所以对输入信号要作滤波处理。
微机继电保护精品PPT课件
目前，国内外已研制出以32位数字信号处理器为硬件基础的保护、 控制、测量及数据通信一体化的微机保护综合控制装置。
中国电力出版社
二、微机保护的特点
（1）调试维护方便 • 在微机保护应用之前，整流型或晶体管型继电保护装置的
调试工作量很大，原因是这类保护装置都是布线逻辑的， 保护的功能完全依赖硬件来实现。微机保护则不同，除了 硬件外，各种复杂的功能均由相应的软件(程序)来实现。 • （2）高可靠性 • 微机保护可对其硬件和软件连续自检，有极强的综合分析 和判断能力。它能够自动检测出其自身硬件的异常，并配 合多重化措施，可以有效地防止拒动；同时，软件也具有 自检功能，对输入的数据进行校错和纠错，即自动地识别 和排除干扰，因此可靠性很高。目前，国内设计与制造的 微机保护均按照国际标准的电磁兼容试验(EMC，Electro magnetic Compatibility)来考核，进一步保证了装置的 可靠性。
• 第二阶段：为以多个单片机构成的多CPU硬件结构为主， 数据采 集系统为 VFC 电压一频率转换原理的计数式数据采集系统，硬 件及软件的设计方面吸取了 WXB－01 型微机保护装置的成功运 行经验，针对 01型保护存在的问题进行了改进，同时，利用多C PU的特点，强化了自检和互检功能，使硬件故障可定位到插件， 对保护的跳闸出口回路，具有完善的抗干扰措施及防止拒动和误 动的措施。其代表产品为 WXB－11， WXH－11X 型微机高压 线路保护装置和 LFP 900 超高压线路成套快速保护装置。
中国电力出版社
• 第三阶段：为以高性能的 16 位单片机构成的硬件结构为主，具 有总线不引出芯片、电路简单的特点 ，抗干扰能力进一步加强 ， 完善了通信功能，为变电站综合自动化系统的实现提供了强有力 的环境。其代表产品为四方公司研制的 CSL 及 CST 系列保护装 置。
中国电力出版社
二、微机保护的特点
（1）调试维护方便 • 在微机保护应用之前，整流型或晶体管型继电保护装置的
调试工作量很大，原因是这类保护装置都是布线逻辑的， 保护的功能完全依赖硬件来实现。微机保护则不同，除了 硬件外，各种复杂的功能均由相应的软件(程序)来实现。 • （2）高可靠性 • 微机保护可对其硬件和软件连续自检，有极强的综合分析 和判断能力。它能够自动检测出其自身硬件的异常，并配 合多重化措施，可以有效地防止拒动；同时，软件也具有 自检功能，对输入的数据进行校错和纠错，即自动地识别 和排除干扰，因此可靠性很高。目前，国内设计与制造的 微机保护均按照国际标准的电磁兼容试验(EMC，Electro magnetic Compatibility)来考核，进一步保证了装置的 可靠性。
• 第二阶段：为以多个单片机构成的多CPU硬件结构为主， 数据采 集系统为 VFC 电压一频率转换原理的计数式数据采集系统，硬 件及软件的设计方面吸取了 WXB－01 型微机保护装置的成功运 行经验，针对 01型保护存在的问题进行了改进，同时，利用多C PU的特点，强化了自检和互检功能，使硬件故障可定位到插件， 对保护的跳闸出口回路，具有完善的抗干扰措施及防止拒动和误 动的措施。其代表产品为 WXB－11， WXH－11X 型微机高压 线路保护装置和 LFP 900 超高压线路成套快速保护装置。
中国电力出版社
• 第三阶段：为以高性能的 16 位单片机构成的硬件结构为主，具 有总线不引出芯片、电路简单的特点 ，抗干扰能力进一步加强 ， 完善了通信功能，为变电站综合自动化系统的实现提供了强有力 的环境。其代表产品为四方公司研制的 CSL 及 CST 系列保护装 置。
电力系统继电保护原理-微型机继电保护基础 PPT精品课件
EPROM、 EEPROM、 F并L行AS接H口、:RAM
输 入
并行接口 连接开入开出系
统。
数据采集系统
微机主系统
10.1 微机继电保护的硬件构成
一、概述
2.单CPU微机保护硬件结构示意图★★
来
CPU
自
TA
电压形成 LF S/H
EPROM
TV
二 次 侧
.
M
EEPROM
.
P AD
FLASH
的 模
.
X
10.1 微机继电保护的硬件构成
二、数据采集系统
1.电压形成★ (2)输出电气量
一般都是电压信号。
根据模数转换器的不同，范围有0~5V,0~10V,2.5V~+2.5V,-5V~+5V,-10V~+10V等。
2.单CPU微机保护硬件结构示意图★★
CPU:
来
CPU 中央处理单元。
自
TA
电压形成 LF S/H
TV
EPROM 存储器:
二 次 侧 的 模 拟 量
.
M
.
P AD
.
X
电压形成 LF S/H
EEPROM FLASH RAM 定时器
EPROM、 EEPROM、 F定L时AS器H:、RAM
输 入
完成计时、采样
RAM
拟 量
电压形成 LF S/H
定时器 光
输 入
并行接口
电出
隔 离
口 电 路
人机对话 打印机 开关量输入
开关量输出
数据采集系统
微机主系统
开入/开出系统
10.1 微机继电保护的硬件构成
一、概述
微机继电保护PPT课件
继电保护概述 • 微机继电保护的基本原理 • 微机继电保护的分类与应用 • 微机继电保护的优缺点与展望 • 微机继电保护的实际应用案例
01 微机继电保护概述
CHAPTER
定义与特点
定义
微机继电保护是指利用微型计算 机技术来实现电力系统继电保护 功能的系统。
微机继电保护装置具有灵活的配置和编程 能力，可以根据需要进行定制和扩展，适 应不同系统的需求。
微机继电保护装置具有自我诊断和修复功 能，能够检测和修复潜在的故障，提高系 统的可靠性和稳定性。
微机继电保护的缺点
对硬件和软件要求高
01
微机继电保护装置需要高性能的硬件和软件支持，增加了系统
的复杂性和成本。
对数据传输和处理能力要求高
02
微机继电保护装置需要实时传输和处理大量数据，对数据传输
和处理能力要求较高。
对外部环境因素敏感
03
微机继电保护装置对外部环境因素较为敏感，如温度、湿度、
电磁干扰等，需要采取相应的防护措施。
微机继电保护的展望
智能化发展
随着人工智能技术的发展，微机继电保护装置将更加智能化，能 够自适应地学习和优化保护策略。
应用效果
该系统的应用显著提高了发电厂的安全性和可靠性，减少了设备 损坏和事故发生。
技术特点
该系统采用了基于数字信号处理技术的继电保护算法，具有高灵 敏度和快速响应的特点。
某变电站的微机继电保护系统
案例概述
某变电站的微机继电保护系统采用了先进的微机继电保护装置，实 现了对变电站的全面保护。
应用效果
该系统的应用显著提高了变电站的安全性和可靠性，减少了设备损 坏和事故发生。
04 微机继电保护的优缺点与展望
CHAPTER
01 微机继电保护概述
CHAPTER
定义与特点
定义
微机继电保护是指利用微型计算 机技术来实现电力系统继电保护 功能的系统。
微机继电保护装置具有灵活的配置和编程 能力，可以根据需要进行定制和扩展，适 应不同系统的需求。
微机继电保护装置具有自我诊断和修复功 能，能够检测和修复潜在的故障，提高系 统的可靠性和稳定性。
微机继电保护的缺点
对硬件和软件要求高
01
微机继电保护装置需要高性能的硬件和软件支持，增加了系统
的复杂性和成本。
对数据传输和处理能力要求高
02
微机继电保护装置需要实时传输和处理大量数据，对数据传输
和处理能力要求较高。
对外部环境因素敏感
03
微机继电保护装置对外部环境因素较为敏感，如温度、湿度、
电磁干扰等，需要采取相应的防护措施。
微机继电保护的展望
智能化发展
随着人工智能技术的发展，微机继电保护装置将更加智能化，能 够自适应地学习和优化保护策略。
应用效果
该系统的应用显著提高了发电厂的安全性和可靠性，减少了设备 损坏和事故发生。
技术特点
该系统采用了基于数字信号处理技术的继电保护算法，具有高灵 敏度和快速响应的特点。
某变电站的微机继电保护系统
案例概述
某变电站的微机继电保护系统采用了先进的微机继电保护装置，实 现了对变电站的全面保护。
应用效果
该系统的应用显著提高了变电站的安全性和可靠性，减少了设备损 坏和事故发生。
04 微机继电保护的优缺点与展望
CHAPTER
微机继电保护精品课件教材课程
大数据技术在微机继电保护中的应用
大数据技术可以对大量的电力系统运 行数据进行分析和处理，提取出有用 的信息，用于优化保护装置的配置和 整定值。
大数据技术还可以用于对历史故障数 据进行挖掘和分析，找出故障发生的 规律和原因，为预防和解决故障提供 科学依据。
大数据技术还可以用于对电力系统的 运行状态进行实时监测和预警，及时 发现潜在的故障风险，提高电力系统 的安全性和稳定性。
详细描述
通信故障通常表现为通信指示灯不亮、通信数据异常等。这 可能是由于通信接口接触不良、通信线缆损坏或通信协议不 匹配等原因造成的。处理通信故障需要检查通信接口和线缆 是否正常，同时确保通信协议的一致性。
通信故障
总结词
通信故障是指微机继电保护装置与其他设备或系统之间的通 信出现问题，导致信息传输受阻或数据错误。
物联网技术在微机继电保护中的应用
物联网技术可以实现电力设备和 保护装置之间的信息交互和远程 控制，提高保护装置的自动化和
智能化水平。
物联网技术还可以用于对电力设 备的运行状态进行实时监测和预 警，及时发现设备的异常情况，
提高设备的可靠性和安全性。
物联网技术还可以用于实现电力 系统的远程管理和控制，提高电 力系统的运行效率和可靠性。
靠性。
距离保护
距离保护通过测量故障点到保护装 置的距离，判断故障位置，实现选 择性保护。
方向保护
方向保护通过比较故障电流的方向， 判断故障是否发生在被保护线路的 内部，实现选择性保护。
微机继电保护的软件算法
电流差动保护
电流差动保护通过比较线路两侧 电流的大小和相位来判断故障是 否发生，具有较高的灵敏度和可
大数据技术在微机继电保护中的应用
大数据技术可以对大量的电力系统运 行数据进行分析和处理，提取出有用 的信息，用于优化保护装置的配置和 整定值。
微机继电保护硬件教学讲义
总结词
电流保护具有简单、可靠、动 作迅速等优点，但也有灵敏度 不高、不能区分故障类型等缺 点。
详细描述
电流保护通常作为主保护使用 ，但在复杂电网中，可能需要 与其他保护配合使用，以提高 保护的可靠性和选择性。
电压保护
总结词
电压保护是通过检测线路上的电压来动作的保护 装置，主要用于切除电压异常或失压故障。
开关量输入/输出模块的作用
03
实现开关量信号的采集和输出，保证装置与外部设备的通信和
控制，提高装置的可靠性和稳定性。
开关量输入/输出模块
开关量输入/输出模块
01
用于采集和输出开关量信号，实现装置与外部设备的通信和控
制。
开关量输入/输出模块的组成
02
包括光电隔离电路、驱动电路等部分，用于实现开关量信号的
人机接口模块
人机接口模块
用于实现装置的人机交互功能，提供操作界面和显示界面。
人机接口模块的组成
包括键盘、显示屏、指示灯等部分，用于实现人机交互功能。
人机接口模块的作用
实现装置的人机交互功能，提供操作界面和显示界面，方便用户对 装置进行操作和监视。
03
微机继电保护基本原理
03
微机继电保护基本原理
CPU模块的组成
包括中央处理器、存储器、定 时器等部分，用于实现数据处 理和控制功能。
CPU模块的作用
实现微机继电保护装置的数据 处理和控制功能，保证装置的 准确性和可靠性。
模拟量输入模块
模拟量输入模块
模拟量输入模块的作用
用于采集和转换模拟信号，将模拟信 号转换为数字信号，供CPU模块处理。
实现模拟信号的采集和转换，为CPU 模块提供数字信号，保证装置的准确 性和可靠性。
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中国电力出版社
一、数据采集系统
• 微机保护模数变换方式主要有两种，一种是ADC方 式，另一种是VFC方式。对于中低压电力系统，这 两种方式都在使用，而高压或超过高压的保护装 臵，我国目前采用VFC变换方式。ADC方式是将模 拟量直接转换为数字量的方法，而VFC是将模拟量 先转变为频变脉冲量，再通过脉冲计数变换为数 字量的一种变换方式。 • ADC式数据采集系统如图14-1(a)所示。
中国电力出版社
• 自从 1984 年 4月 12日由杨奇逊教授主研的第一套微机线路保 护装臵在河北马头电厂投入运行以来,微机继电保护的发展已经 历了近20多年的历史。我国微机继电保护的发展大体上经历了三 个阶段： • 第一阶段：为以单 CPU的硬件结构为主，数据采集系统由逐次逼 近式的 AD574芯片构成，其代表产品为 WXB－01， WXH－1A 型 微机高压输电线路保护装臵 • 第二阶段：为以多个单片机构成的多CPU硬件结构为主， 数据采 集系统为 VFC 电压一频率转换原理的计数式数据采集系统，硬 件及软件的设计方面吸取了 WXB－01 型微机保护装臵的成功运 行经验，针对 01型保护存在的问题进行了改进，同时，利用多C PU的特点，强化了自检和互检功能，使硬件故障可定位到插件， 对保护的跳闸出口回路，具有完善的抗干扰措施及防止拒动和误 动的措施。其代表产品为 WXB－11， WXH－11X 型微机高压线路 保护装臵和 LFP 900 超高压线路成套快速保护装臵。
中国电力出版社
（3）开关量输入输出通道。微机继电保护装臵 通过数字量输出实现对断路器等控制。由若干 并行接口、光电耦合器件及中间继电器等组成， 完成各种保护出口跳闸、信号报警、外部触点 输入及人机对话等功能； （4）通信接口。包括通信接口电路和接口，以 实现多机通信或联网； （5）电源。电源的作用是将220V或110V直流电 源变换成供给微处理器、数字电路、模数转换 芯片及继电器所需要的弱电电压，有±12V、 ±24V、±5V等。
(c)
中国电力出版社
1、电压形成回路
交流电流变换一般采用电流变换器（UA），并 在其二次侧并联电阻以取得微机保护装臵硬件 电路所需要的电压信号，只要铁心不饱和，其 二次电流及并联电阻上电压波形就可保持与一 次电流波形相同且同相，可以做到不失真变换。 电流变换器在非周期分量的作用下容易饱和。 其线性度变差，动态范围也变小。 电压形成回路除了起电量变换外，还起到隔离 作用，它使微机保护装臵在电路上与电力系统 二次回路隔离，在变换器初级与次级绕组之间 通常有接地的屏蔽绕组以防止来自高压系统的 电磁干扰。
中国电力出版社
3）新型互感器 4) CPLD 自从跨入 17 世纪 90年代以来#可编程逻辑器件得到了 飞速发展。向高集成度、高速度和低价位方向不断迈进。其应用 领域不断扩大，将CPLD应用在微机继电保护装臵中，很好地实现 了系统的简化! 采用 CPLD器件设计电路板，在控制PCB板尺寸及 安排布线等方面都有着无法比拟的优越性,为实现电路的集成化、 高可靠性提供了保证! 软件方面： 一些人工智能技术引入继电保护中，如用人工神经网络、模糊理 论实现故障类型判别、故障测距、方向保护、主设备保护等新方 法。用小波理论的数字手段分析故障产生信号的整个频带信息并 用于实现故障检测。这些人工智能技术不仅为提高故障判别精确 度提供了手段，而且使某些基于单一工频信号的传统算法难以识 别的问题得到解决。目前，微机继电保护正沿着微机保护网络化、 智能化、自适应和保护、控制、测量、信号、数据通信一体化的 方向发展。
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1、电压形成回路
电抗变换器（UX）的优点是：线性范围大，铁芯不易 饱和。有移相作用，它能抑制低频分量，放大高频分 量，因此，二次侧电压波形在暂态时会发生畸变。 电流变换器、电压变换器和电抗变换器的工作原理在 第二章第三节已详细分析过，这里不再介绍。
UA UV UX
. .
I1
R
第十四章 微机继电保护原理
中国电力出版社
第十四章 微机继电保护原理
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 概述 微机继电保护装置硬件的构成原理 数字滤波器 微机继电保护的算法 微机保护的软件 提高危机继电保护装置可靠性的措施
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本章学习要求
1、了解微机保护装置硬件构成原理。重点掌握 数据采集系统。 2、掌握数字滤波器的基本概念和几种基本数字 滤波器。 3、掌握微机保护的几种基本算法，并比较各种 算法的优缺点。 4、了解微机保护软件构成原理。掌握流程图的 设计方法。 5、了解微机抗干扰的基本措施和具体实施方法。
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第二节 微机保护装臵的硬件构成原理
一、数据采集系统 二、计算机系统 三、开关量输入输出单元 四、通讯单元 五、电源
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微机保护装置的结构如图14-0所示：
多 路 模 拟 量 输 入
通道1
通道n
电量 变换器 . . . 电量 变换器
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• （5）改善保护性能 • 由于微机的应用，可以采用一些新原理，解决一些传 统保护难以解决的问题。例如，利用模糊识别原理判 断振荡过程中的短路故障，对接地距离保护的允许过 渡电阻的能力，大型变压器差动保护如何识别励磁涌 流和内部故障，采用自适应原理改善保护的性能等。 • （6）简便化、网络化 • 微机保护装臵本身消耗功率低，降低了对电流、电压 互感器的要求，而正在研究的数字式电流、电压互感 器更易于实现与微机保护的接口。同时，微机保护具 有完善的网络通信能力，可适应无人或少人值守的自 动化变电站。
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新技术和新理论在继电保护中的应用
硬件方面 1）ＤＳＰ（数字信号处理器） 目前运行的微机保护装臵大多数为 16位单片机，可满足常规的保护性能的基本要求! 但 16位单 片机往往受到运算速度等因素的影响，不易实现更复杂的算 法和更高采样速率，不易于继保装臵功能的扩展!数字信号处 理器，由于其的强大数字信号处理能力，越来越受到开发人 员的青睐。 2）网络化硬件电路 CAN Controller Area Network 即控制器区域 网，主要用于各种设备检测及控制的一种网络 。CAN 最初是 由德国 Bosch公司为汽车的监测、控制系统而设计的，CAN 具有独特的设计思想、良好的功能特性、极高的可靠性和很 强的现场抗干扰能力。为了适应现代变电站调度自动化的要 求 ，以便调度人员能够在远方了解系统运行情况并实现遥信、 遥控、遥测功能、目前广泛采用的串行通信接口标准是 RS-2 32C和 RS-485 前者采用单端电气接口方式 双极性电源供电 电路 传输距离限于 12m 后者是半双工 采用一对平衡差分信 号线 对于多站互联十分方便 传输距离限于 1200m。
计数器 计数器
CPU 模 块 N
图14-1 （ b） VFC型数据采集系统示意图 图 14-5
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压频转换式（VFC）数据采集系 统
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(一)ADC式数据采集系统
1、电压形成回路
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(a)
(b) 14-2 输入变换及电压形成回路原理图
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• 第三阶段：为以高性能的 16 位单片机构成的硬件结构为主，具 有总线不引出芯片、电路简单的特点 ，抗干扰能力进一步加强 ， 完善了通信功能，为变电站综合自动化系统的实现提供了强有力 的环境。其代表产品为四方公司研制的 CSL 及 CST 系列保护装 臵。 • 上述三代产品主要是从硬件的角度来划分的，微机保护的发展也 同样离不开软件的发展，因此，在保护的原理上有所突破，开发 出新型保护原理的软件，其意义将十分重大。我国的许多保护研 究所和专业厂家都投入了极大的力量研究和开发新型保护原理。 尤其是近十年来发展很快的对电力系统影响最大的、反映故障分 量的高速继电保护软件原理，从本质上突破了我国保护的现状。 其代表产品是国家电力公司电力自动化研究院的ＬＦＰ－９００ 系列保护装臵。 目前，国内外已研制出以32位数字信号处理器为硬件基础的保护、 控制、测量及数据通信一体化的微机保护综合控制装臵。
U2
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.I1R源自U2.(a)
(b) 14-2 输入变换及电压形成回路原理图
(c)
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电流、电压变换器
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2、采样保持（S/H）电路和模拟 滤波器
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第十四章 微机继电保护原理
第一节 概述 一、微机继电保护发展概述 二、微机保护的特点
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一、微机继电保护发展概况
微机计算机继电保护，简称微机保护，是数字 式继电保护，是基于可编程数字电路技术和实 时数字信号处理技术实现的电力系统继电保护。 电力系统是一个复杂的、非线性的大系统，具 有许多其它系统所没有的特殊性，随着电力系 统不断向高电压、远距离、大容量的方向发展， 系统的网架结构和运行方式日益复杂，这就对 系统中继电保护装臵提出了更高的要求。微机 继电保护的出现，使原有继电保护装臵的工作 性能有了显著的改善，大大提高了电力系统运 行的安全性和稳定性。
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二、微机保护的特点
（1）调试维护方便 • 在微机保护应用之前，整流型或晶体管型继电保护装臵的 调试工作量很大，原因是这类保护装臵都是布线逻辑的， 保护的功能完全依赖硬件来实现。微机保护则不同，除了 硬件外，各种复杂的功能均由相应的软件(程序)来实现。 • （2）高可靠性 • 微机保护可对其硬件和软件连续自检，有极强的综合分析 和判断能力。它能够自动检测出其自身硬件的异常，并配 合多重化措施，可以有效地防止拒动；同时，软件也具有 自检功能，对输入的数据进行校错和纠错，即自动地识别 和排除干扰，因此可靠性很高。目前，国内设计与制造的 微机保护均按照国际标准的电磁兼容试验(EMC，Electroma gnetic Compatibility)来考核，进一步保证了装臵的可靠 性。
一、数据采集系统
• 微机保护模数变换方式主要有两种，一种是ADC方 式，另一种是VFC方式。对于中低压电力系统，这 两种方式都在使用，而高压或超过高压的保护装 臵，我国目前采用VFC变换方式。ADC方式是将模 拟量直接转换为数字量的方法，而VFC是将模拟量 先转变为频变脉冲量，再通过脉冲计数变换为数 字量的一种变换方式。 • ADC式数据采集系统如图14-1(a)所示。
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• 自从 1984 年 4月 12日由杨奇逊教授主研的第一套微机线路保 护装臵在河北马头电厂投入运行以来,微机继电保护的发展已经 历了近20多年的历史。我国微机继电保护的发展大体上经历了三 个阶段： • 第一阶段：为以单 CPU的硬件结构为主，数据采集系统由逐次逼 近式的 AD574芯片构成，其代表产品为 WXB－01， WXH－1A 型 微机高压输电线路保护装臵 • 第二阶段：为以多个单片机构成的多CPU硬件结构为主， 数据采 集系统为 VFC 电压一频率转换原理的计数式数据采集系统，硬 件及软件的设计方面吸取了 WXB－01 型微机保护装臵的成功运 行经验，针对 01型保护存在的问题进行了改进，同时，利用多C PU的特点，强化了自检和互检功能，使硬件故障可定位到插件， 对保护的跳闸出口回路，具有完善的抗干扰措施及防止拒动和误 动的措施。其代表产品为 WXB－11， WXH－11X 型微机高压线路 保护装臵和 LFP 900 超高压线路成套快速保护装臵。
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（3）开关量输入输出通道。微机继电保护装臵 通过数字量输出实现对断路器等控制。由若干 并行接口、光电耦合器件及中间继电器等组成， 完成各种保护出口跳闸、信号报警、外部触点 输入及人机对话等功能； （4）通信接口。包括通信接口电路和接口，以 实现多机通信或联网； （5）电源。电源的作用是将220V或110V直流电 源变换成供给微处理器、数字电路、模数转换 芯片及继电器所需要的弱电电压，有±12V、 ±24V、±5V等。
(c)
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1、电压形成回路
交流电流变换一般采用电流变换器（UA），并 在其二次侧并联电阻以取得微机保护装臵硬件 电路所需要的电压信号，只要铁心不饱和，其 二次电流及并联电阻上电压波形就可保持与一 次电流波形相同且同相，可以做到不失真变换。 电流变换器在非周期分量的作用下容易饱和。 其线性度变差，动态范围也变小。 电压形成回路除了起电量变换外，还起到隔离 作用，它使微机保护装臵在电路上与电力系统 二次回路隔离，在变换器初级与次级绕组之间 通常有接地的屏蔽绕组以防止来自高压系统的 电磁干扰。
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3）新型互感器 4) CPLD 自从跨入 17 世纪 90年代以来#可编程逻辑器件得到了 飞速发展。向高集成度、高速度和低价位方向不断迈进。其应用 领域不断扩大，将CPLD应用在微机继电保护装臵中，很好地实现 了系统的简化! 采用 CPLD器件设计电路板，在控制PCB板尺寸及 安排布线等方面都有着无法比拟的优越性,为实现电路的集成化、 高可靠性提供了保证! 软件方面： 一些人工智能技术引入继电保护中，如用人工神经网络、模糊理 论实现故障类型判别、故障测距、方向保护、主设备保护等新方 法。用小波理论的数字手段分析故障产生信号的整个频带信息并 用于实现故障检测。这些人工智能技术不仅为提高故障判别精确 度提供了手段，而且使某些基于单一工频信号的传统算法难以识 别的问题得到解决。目前，微机继电保护正沿着微机保护网络化、 智能化、自适应和保护、控制、测量、信号、数据通信一体化的 方向发展。
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1、电压形成回路
电抗变换器（UX）的优点是：线性范围大，铁芯不易 饱和。有移相作用，它能抑制低频分量，放大高频分 量，因此，二次侧电压波形在暂态时会发生畸变。 电流变换器、电压变换器和电抗变换器的工作原理在 第二章第三节已详细分析过，这里不再介绍。
UA UV UX
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第十四章 微机继电保护原理
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第十四章 微机继电保护原理
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 概述 微机继电保护装置硬件的构成原理 数字滤波器 微机继电保护的算法 微机保护的软件 提高危机继电保护装置可靠性的措施
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本章学习要求
1、了解微机保护装置硬件构成原理。重点掌握 数据采集系统。 2、掌握数字滤波器的基本概念和几种基本数字 滤波器。 3、掌握微机保护的几种基本算法，并比较各种 算法的优缺点。 4、了解微机保护软件构成原理。掌握流程图的 设计方法。 5、了解微机抗干扰的基本措施和具体实施方法。
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第二节 微机保护装臵的硬件构成原理
一、数据采集系统 二、计算机系统 三、开关量输入输出单元 四、通讯单元 五、电源
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微机保护装置的结构如图14-0所示：
多 路 模 拟 量 输 入
通道1
通道n
电量 变换器 . . . 电量 变换器
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• （5）改善保护性能 • 由于微机的应用，可以采用一些新原理，解决一些传 统保护难以解决的问题。例如，利用模糊识别原理判 断振荡过程中的短路故障，对接地距离保护的允许过 渡电阻的能力，大型变压器差动保护如何识别励磁涌 流和内部故障，采用自适应原理改善保护的性能等。 • （6）简便化、网络化 • 微机保护装臵本身消耗功率低，降低了对电流、电压 互感器的要求，而正在研究的数字式电流、电压互感 器更易于实现与微机保护的接口。同时，微机保护具 有完善的网络通信能力，可适应无人或少人值守的自 动化变电站。
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新技术和新理论在继电保护中的应用
硬件方面 1）ＤＳＰ（数字信号处理器） 目前运行的微机保护装臵大多数为 16位单片机，可满足常规的保护性能的基本要求! 但 16位单 片机往往受到运算速度等因素的影响，不易实现更复杂的算 法和更高采样速率，不易于继保装臵功能的扩展!数字信号处 理器，由于其的强大数字信号处理能力，越来越受到开发人 员的青睐。 2）网络化硬件电路 CAN Controller Area Network 即控制器区域 网，主要用于各种设备检测及控制的一种网络 。CAN 最初是 由德国 Bosch公司为汽车的监测、控制系统而设计的，CAN 具有独特的设计思想、良好的功能特性、极高的可靠性和很 强的现场抗干扰能力。为了适应现代变电站调度自动化的要 求 ，以便调度人员能够在远方了解系统运行情况并实现遥信、 遥控、遥测功能、目前广泛采用的串行通信接口标准是 RS-2 32C和 RS-485 前者采用单端电气接口方式 双极性电源供电 电路 传输距离限于 12m 后者是半双工 采用一对平衡差分信 号线 对于多站互联十分方便 传输距离限于 1200m。
计数器 计数器
CPU 模 块 N
图14-1 （ b） VFC型数据采集系统示意图 图 14-5
中国电力出版社
压频转换式（VFC）数据采集系 统
中国电力出版社
(一)ADC式数据采集系统
1、电压形成回路
UA UV UX
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• 第三阶段：为以高性能的 16 位单片机构成的硬件结构为主，具 有总线不引出芯片、电路简单的特点 ，抗干扰能力进一步加强 ， 完善了通信功能，为变电站综合自动化系统的实现提供了强有力 的环境。其代表产品为四方公司研制的 CSL 及 CST 系列保护装 臵。 • 上述三代产品主要是从硬件的角度来划分的，微机保护的发展也 同样离不开软件的发展，因此，在保护的原理上有所突破，开发 出新型保护原理的软件，其意义将十分重大。我国的许多保护研 究所和专业厂家都投入了极大的力量研究和开发新型保护原理。 尤其是近十年来发展很快的对电力系统影响最大的、反映故障分 量的高速继电保护软件原理，从本质上突破了我国保护的现状。 其代表产品是国家电力公司电力自动化研究院的ＬＦＰ－９００ 系列保护装臵。 目前，国内外已研制出以32位数字信号处理器为硬件基础的保护、 控制、测量及数据通信一体化的微机保护综合控制装臵。
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(b) 14-2 输入变换及电压形成回路原理图
(c)
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第十四章 微机继电保护原理
第一节 概述 一、微机继电保护发展概述 二、微机保护的特点
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一、微机继电保护发展概况
微机计算机继电保护，简称微机保护，是数字 式继电保护，是基于可编程数字电路技术和实 时数字信号处理技术实现的电力系统继电保护。 电力系统是一个复杂的、非线性的大系统，具 有许多其它系统所没有的特殊性，随着电力系 统不断向高电压、远距离、大容量的方向发展， 系统的网架结构和运行方式日益复杂，这就对 系统中继电保护装臵提出了更高的要求。微机 继电保护的出现，使原有继电保护装臵的工作 性能有了显著的改善，大大提高了电力系统运 行的安全性和稳定性。
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二、微机保护的特点
（1）调试维护方便 • 在微机保护应用之前，整流型或晶体管型继电保护装臵的 调试工作量很大，原因是这类保护装臵都是布线逻辑的， 保护的功能完全依赖硬件来实现。微机保护则不同，除了 硬件外，各种复杂的功能均由相应的软件(程序)来实现。 • （2）高可靠性 • 微机保护可对其硬件和软件连续自检，有极强的综合分析 和判断能力。它能够自动检测出其自身硬件的异常，并配 合多重化措施，可以有效地防止拒动；同时，软件也具有 自检功能，对输入的数据进行校错和纠错，即自动地识别 和排除干扰，因此可靠性很高。目前，国内设计与制造的 微机保护均按照国际标准的电磁兼容试验(EMC，Electroma gnetic Compatibility)来考核，进一步保证了装臵的可靠 性。