《电力系统继电保护(第2版)》教学课件—11.微机保护基础知识

电力系统

继电保护

第11章

微机保护基

础知识

第11章

微机保护的优点

11.1

电网的距离保护

微机保护的硬件系统

11.2

微机保护的基本算法与数字滤波

11.3

微机保护的软件系统配置

11.4

微机保护的抗干扰措施

11.5

第11章微机保护基础知识

➢本章介绍微机型继电保护装置的组成、特点和工作原理。

➢要特别注意微机保护硬件的组成及保护软件的基本算法；模数转换原理、保护算法的推导及特点。

（1）改善和提高了继电保护的动作特性和性能。

①用数学方程的数字方法构成保护的测量元件，其动作特性可以得到很大改进，或得到常规保护（模拟式）不易获得的特性。②微机保护的记忆功很强，能更好地实现故障分量保护。③可引进自动控制、新的数学理论和技术。

（2）可以方便地扩充其他辅助功能。

①能打印故障前后电量波形：故障录波、波形分析。②能打印故障报告：日期、时间、保护动作元件、时间先后、故障类型。③能随时打印运行中的保护定值。④能利用线路故障记录数据进行测距（故障定位）。⑤能通过计算机网络、通信系统实现与厂站监控交换信

息。⑥能远方改变定值或工作模式。

（3）工艺结构条件优越。

①硬件比较通用，制造容易统一标准。②装置体积小，可减少盘位数量。③功耗低。

（4）可靠性高。

①数字元件的特性不易受温度变化、电源波动、使用年限的影响，不易受元件更换的影响。②自检能力强，可用软件方法检测主要元件、部件工况以及功能软件本身。

（5）调试维护方便。

微机保护采用了数字逻辑，其自身有完善的自检功能，装置上有故障就会立即报警，因

此，检验和调试非常方便，大大减轻了运行维护的工作量。

11.2.1 微机保护装置硬件系统的基本构成

微机保护装置是以微处理器为核心，根据数据采集系统所采集到的电力系统的实时状态数据，按照给定算法来检测电力系统是否发生故障以及故障性质、范围等，并由此做出是否需要跳闸或报警等判别的一种安全装置，如图所示。

模拟量输入系统的主要功能是采集由

被保护设备的TA 、TV 输入的模拟信号

（电流、电压）；而微机系统只能识别数

字量。因此，需将模拟信号转换为微机系

统能接受的数字信号，完成模拟量到数字

量的变换就称为模数转换。

1. 模拟量输入系统

11.2.1 微机保护装置硬件系统的基本构成

微机系统用于分析计算电力系统有关电量，判定系统是否发生故障。微机系统指挥中心是CPU ，CPU 执行存放在E2PROM 中的程序，对由数据采集系统输入到RAM 区的原始数据进行分析处理，并与存放在E2PROM 中的定值比较，来完成各种保护功能。

2. 微机系统

开关量输入/输出系统由并行接口、光电耦合电路及有接点的中间继电器等组成，用于完成各种保护的出口跳闸、信号指示及外部接点输入等工作。

3. 开关量输入/输出系统

11.2.1 微机保护装置硬件系统的基本构成

人机接口主要包括打印、显示、键盘、各种面板开关等，其主要功能用于人机对话。

4. 人机接口

电源部分的作用是将220 V 或110 V 交/直流工作电压变换成微机系统各部分要求的直流弱电压（5 V ，±12 V ，24 V 等），通常采用开关电源来实现。

5. 电源部分

通信接口是为了保护系统之间的通信及远动的要求而设置。

6.通信接口

11.2.2 数据采集系统根据模数转换（亦称A/D 转换）的原理和特点不同，微机保护装置中模拟量输入有两种方式：直接式A/D 转换和间接式A/D 转换方式。直接式A/D 转换是将模拟信号直接转换为数字量。常见的有逐次逼近式、计数式、并行转换式等。间接式A/D 转换是将模拟信号先变成中间变量（如脉冲周期、脉冲频率），再将中间变量变成数字量。

逐次逼近型A/D 转换方式的数据采集系统如图（a ）所示。1. 逐次逼近型A/D 转换方式的数据采集系统

11.2.2 数据采集系统需对TA 、TV 的二次输出电量进行变换（即变得更小），并将电流量转化为电压量。一般采用各种中间变换器来实现这种变换。电压形成回路除了电量变换作用外，还起着屏蔽和隔离的作用，以减少高压系统对微机系统的电磁干扰。

1. 逐次逼近型A/D 转换方式的数据采集系统

1）电压形成回路

采样保持电路用于在一个极短的时间内测量模拟量在该时刻的瞬时值，并在A/D 进行转换期间保持其输出不变。

2）采样保持电路（S/H ）

1. 逐次逼近型A/D 转换方式的数据采集系统

2）采样保持电路（S/H）

（1）采样。

采样，就是将一个时间上连续变化的模拟信号x t转换为在时间上离散的模拟量x∗t的过程，又称为离散化。理想采样是提取模拟信号的瞬时值，抽取的时间间隔由采样控制脉冲s t

来控制，右图表明了理想采样过程。理想采样，是指输入信号x t经过采样器变成x∗t后在采样点上无损耗，同时采样控制脉冲宽度很窄

（已趋于零）的采样。

1. 逐次逼近型A/D 转换方式的数据采集系统

2）采样保持电路（S/H）

（2）保持。

每个通道的采样是同时进行的，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。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。

理想保持器的保持信号如图所示。

11.2.2 数据采集系统

1. 逐次逼近型A/D 转换方式的数据采集系统

2）采样保持电路（S/H）

（3）采样保持电路。

采样保持电路原理图见右上图，它由1 个电子模拟开关AS、保持电容Ch 及2 个阻抗变

换器（一般由运算放大器构成）组成。

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，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露电流要小。