微机保护构成及数据采集系统.
微机保护装置的基本概念
微机保护装置的基本概念微机保护装置实际上就是1个具有继电保护功能的微机系统,因此，它具有一般微机系统的基本结构，为了实现继电保护功能也有自己的独特之处。
微机保护装置的硬件系统一般包含以下部分:模拟量输入、开入量输入、数据处理单元、开出量输出、人机界面、装置电源及通信接口。
对国内装置来说，大部分还包括断路器的操作回路。
模拟量输入：采集保护对象的电流、电压值，并通过变换，使用微机系统可采集。
采用小型互感器。
开入量输入又称数字量输入、遥信输入。
主要是信号量的输入，用于保护装置的投退及现场信号（0、1）的采集。
采用光耦采集的办法。
数据处理单元：即CPU板。
对采样的模拟量、数字量进行逻辑运算，并得出最终的开出值。
开出量输出：主要指跳闸接点、重合闸接点、信号接点等。
人机界面：用于用户的操作，一般微机保护装置均自带小键盘与液晶。
装置电源：用于提供整个装置的电源系统。
通信接口：微机保护装置与总控单元或后台系统的接口，上传详细的装置信息。
通讯接口主要是为了满足变电站综合自动化的接口。
1.1.1.微机保护的基本结构微机保护装置实际上就是1个具有继电保护功能的微机系统,因此，它具有一般微机系统的基本结构，为了实现继电保护功能也有自己的独特之处。
图1-1示出微机保护装置的硬件系统方框图。
它包含以下四部分：1）数据处理单元，即微机主系统；2）数据采集单元，即模拟量输入系统；3 ）数字量输入/输出接口，即开关量输入/输出系统；4 ）通信接口。
1.1.2.数据处理单元数据处理单元即微机主系统是微机保护装置的核心部分。
图1・2是1个典型的微机保护装置中数据处理单元的方框图。
其中各方框内容简单介绍如下。
存贮器（EPROM、RAM和E2PROM）在微机保护装置中存贮器用来存放程序、采样数据、中间运算结果和定值。
目前是,微机保护尚未完全定型,一般都采用EPROM而用掩膜ROM存放程序。
EPRoM的编程需要12~24V的高电压下进行。
微机保护的硬件构成
微机保护的硬件构成
各部分结构及功能如下：
1模拟量输入系统（数据采集系统）
微机系统只能识别数字量，保护所反应的电流、电压等模拟信号需转换为相应的微机系统能接受的数字信号。
2数据处理单元(CPU系统 )
CPU主系统——包括微处理器CPU，只读存储器（EPROM）、随机存取存储器（RAM）及定时器（TIMER）等。
CPU执行存放在EPROM中的程序，对由数据采集系统输入至RAM区的原始数据进行分析处理，并与存放于E2PROM 中的定值比较，以完成各种保护功能用来分析计算电力系统的有关电量和判定系统是否发生故障，然后按照既定的程序动作。
这是微机保护装置的核心，一般包括：微处理器(CPU)、存储器、定时器等。
CPU是微机系统自动工作的指挥中枢；存储器是用于保存程序和数据；定时器用于触发采样信号，在V/F变换中，是频率信号转换为数字信号的关键部件。
3开关量输入/输出系统
由并行口、光电耦合电路及有接点的中间继电器等组成，以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。
输入系统用于采集有接点的量（如瓦斯保护、温度信号等）作为开关量输入；执行通过开关量输出，起动信号、跳闸继电器等，完成保护各种功能。
4人机对话接口
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，如调试、定值调整等。
用于调试、定值整定、工作方式设定、动作行为记录、与系统通信等。
包括：打印、显示、键盘及信号灯、音响或语言告警等。
5通讯接口
用于保护之间通讯及远动。
6电源
电源是微机保护装置重要组成部分，通常采用逆变稳压电源。
微机保护装置构成..
模拟量输入/输出回路 模/ 数 变换 模拟量 输入变换 放大驱动
来 自 TA 、 TV 的电流、电 压
数/模 变换
开关量输入/输出回路 光 电 隔 离 开关量输入 信号处理 开关量 输 出 电 路 开关量输入 去执行元件
变 电 站 测 控 对 象
打印机接口
并行 接口
二、保护与测控装置的箱体
保护与测控装置：均采用机箱式结构， 且每套装置由一个或几个箱体组成。
开入量：断路器、隔离开关的状态 （合、断）；变压器分接头的位置； 开出量：保护出口及告警信息等。
作用：
开关量输入回路完成外部 接 点的输入； 开关量输出回路完成各种保 护出口跳闸输出、告警信号输出。
开关量输入、输出回路主要元件
并行口芯片、光电耦合芯片、 中间继电器等。
(四)人机对话电路 作用： 用于人机对话.
作用：完成算术及逻辑运算，以 实现继电保护、测控、管理等功能。
构成：通常由微处理器CPU、存 储器、定时器/计数器、Watchdog及 接口芯片等组成。
DSP和一般的CPU不同：
体系结构 标准化和通用性 流水线结构： 快速乘法器： DSP可以在一个时钟周期内可以完成的 工作量。 低功耗：
2.存储器
组成：主要包括打印、显示、键 盘及信号灯、音响或语言告警等。 内部仍为计算机系统。
(五)通信接口
作用：主要是完成自动化装置间通信 及信息远传.
(六)电源
作用：提供整个装置所需的直流稳压 电源。
微型机系统 微处理器（ CPU ） 存储器 WATCHDOG 定时器 人机对话回路 本地操作人员 打印机 通信接口 至其他微机 系统通信 信息远传 通用数 字接口 调制解调器 人机交 互接口
一、微机保护测控装置的典型 硬件结构
1-2数据采集系统
(4)数/模转换器DAC的工作原理
数/模转换器的作用是将数字量D经过解码电 路变换成模拟电压输出。
－UR
R a R bR
c
I1 2R
I2 2R
I3
2R
2R
I4 2R
S1
S2
S3
S4
Rf
B1
B2
B3
－
B4
I∑
Usc
＋
四位数/模转换器原理图 （T形解码网络）
四个电子开关S1~S4，分别受输入的四位数字量B1~B4控 制。当该位为0时，电子开关与地接通；当该位为1时，对应的 电子开关与运算放大器的负端接通。流向运算放大器的总电流 反应了四位数字量的大小，它经过带负反馈电阻Rf运算放大器 变换成模拟电压Usc输出。
（1）ADC变换方式－－直接将模拟 量转换为数字量。
（2）VFC变换方式－－将模拟量变 换为等幅脉冲。通过脉冲记数变换为数 字量。
作业：
1、什么叫采样？ 什么是采样周期？什 么是采样频率？如何计算采样频率和 采样周期？
2、什么叫采样定理？ 3、模数变换有哪两种方式？
二、ADC式数据采集系统 图1-5 P10
（4）光电隔离器：用以完成电信号的耦合和传递， 并达到两侧电信号在电气上的隔离、绝缘目的。
（5）计数器（为或88225453计数器）对脉冲进行计数
2、VFC转换的基本原理（电荷平衡式V/F转换电路）
（1）V/F电路的结构 运算放大器A1和R、C组成积分器，A2为零电压比较
器，开关S受单稳定时器控制。单稳定时器的输出经三极管T 放大后，变为脉冲信号输出。
A/D芯片的转换速度 ：
即模数转换器完成一次将模拟量转换为数字
量所用的时间要短
第五讲微机保护的数据采集系统
usc
2、对采样保持电路的要求 a）截获时间（Tc）尽量短，以便采用很短采样脉冲。 b）保持时间长，在保持期间输出电压变化小。 c）模拟开关的动作延时、闭合电阻和开断时的漏电流要小。 采样保持电路的典型芯片
usr
usc
usr
uHale Waihona Puke cS/H3、模拟低通滤波器
电力系统故障初期，电流、电压中可能含有相当高的频率分 量（如2 kHZ以上）。而目前大多数微机保护原理都是反映 50HZ工频分量的。因此，在采样保持前用一个模拟低通滤波器 把高频分量过滤掉，防止高频分量混叠到工频来。 最简单的模拟低通滤波器是RC低通滤波器。 其中 R = 4.3kΩ
当采样时间 Ts 很小时，且输入模拟信号中没有高频分量时， u也不变。则有： 可以认为在采样时间内输入模拟电压 sr (t )
D = KV ⋅ usr (t) ⋅ ∫
t
′ dτ = KV ⋅ usr (t) ⋅Ts = KV ⋅ usr (t)
所以最终输出的数字量D也正比于输入的模拟信号 usr (t)。
微机保护的硬件构成
数据采集系统（ 二、 数据采集系统（模拟量输入系统）
（一）电压形成回路
微机保护要从被保护电力线路的电流互感器、电压互感器取 得电流、电压信息，必须把这些电流互感器、电压互感器的 二次电流、电压（5A或1A、100V）进一步变换降低为±5V或 ±10V范围内的电压信号，供微机保护的模数转换芯片使用。
第五讲 微机保护数据采集系统
微机继电保护举例
微机保护 的结构
CPU板 板
一、 概述
微机保护的硬件构成由三部分组成
1、模拟量输入系统（数据采集系统）：电压形成、模拟 滤波、采样保持(S/H)、多路转换(MPX)以及模数转换(A/D)， 完成将模拟输入量准确地转换为所需的数字量 2、CPU主系统：微处理器(MPU)、只读存储器(ROM)或闪存 内存单元(FLASH)、随机存取存储器(RAM)、定时器、并行以 及串行接口等。MPU执行编制好的程序，以完成各种继电保 护测量、逻辑和控制功能 3、开关量（数字量）输入/输出系统：并行接口(PIA或 PIO)、光电隔离器件及有触点的中间继电器等组成，完成保 护的出口跳闸、信号、外部接点输入及人机对话等功能
微机保护
1护装置的特点（1）计算速度快、精度高（2）维护调试方便（3）可靠性高（4）易于获得附加功能（网络接口）（5）灵活性大（6）保护性能得到很好改善（便于采用新原理）2、微机保护硬件构成：（1）数据采集系统；作用：将电流、电压的模拟信号转换为数字信号，以便保护分析计算，进而确定保护的动作行为。
（2）微机主系统；作用：执行编制好的程序，对由数据采集系统输入至RAM区的原始数据进行分析、处理，完成各种继电保护的测量逻辑控制功能。
（3）开关量输入/输出系统；作用：完成各种保护的出口跳闸、信号外部触点的输入、人机对话及通信功能。
3、数据采集系统构成的两种方式：1）采用逐次逼近原理的A/D芯片构成的数据采集系统；2）采用VFC芯片构成的积分式数据采集系统。
4、电压（流）变换器作用：1）将电压互感器二次的电压（流）变换为适合A/D芯片量程的信号。
2）电磁隔离。
5、逐次逼近式各部分构成：（1）模拟低通率滤波电路（2）采样保持器（3）多路转换开关MPX（4）A/D模数转换器6、VFC芯片构成的积分式数据采集系统：（1）各部分构成：电压变换、浪涌吸收、vfc、光电隔离、计数器、微机系统（2）各部分作用：浪涌吸收器：由RC网络构成，可吸收高频干扰信号。
/电压频率变换器：由VFC芯片实现电压到频率的转换。
将模拟信号变为数字信号。
/光电隔离器：由光电隔离芯片实现模拟系统与数字系统的隔离，具有抗干扰的作用。
/计数器：由可编程的计数器芯片构成，通常为16位计数器。
在单片机的干预下，在每次采样中断中，读取计数器的计数值。
（3）特点：利用VFC可以实现对模拟量的数字转换，通过记录一定时间间隔内产生的脉冲数，对应输入信号的大小。
VFC具有低通滤波的作用。
7、A/D型模数转换（逐次逼近型）优缺点：由于逐次逼近型模数转换器在1个时钟周期内只能完成1位转换。
n位转换需要n个时钟周期，故这种模数转换器采样速率不高,输入带宽也较低。
它的优点是原理简单，便于实现-不存在延迟问题，适用于中速率而分辨率要求较高的场合。
微机保护总结
（第一部分是考试要点的总结，第二部分是各章考试重点的总结。
）第一部分：1、微机保护的特点：维护调试方便，可靠性高，易于获得附加功能，灵活性高，保护性能得到了很好的改善。
2、采样定理及其要求：采用低通滤波器，可以消除频率混叠问题，从而降低采样频率；次奥出频率混叠后，采样频率的选择基本取决于保护的原理和算法。
f S 》 2 f max3、 模数转换器逐次逼近法原理：并行接口的PB15~PB0用作输出，有微型机通过该口往16为A/D 转换器试探性地送数。
每送一次数，微型机通过读取并行口的PA0（作为输入）的状态（0或1）来观察试送的16位数位相对于模拟输入量是偏大还是偏小。
如果偏大，即D/A 转换器的输出Usc 大于待转换的模拟输入电压，则比较器输出0，否则为1.通过软件的方法如此不断地修正送往D/A 转换器的16位二进制数，直到找到最近的二进制数值，这个二进制数就是A/D 转换器的转换结果。
4、 两点乘积算法：假定原始数据为纯正弦量的理想采样值()()I s s nT I nT i 0sin 2αω+= ()212πω=-s s T n T n ()()II s s I T n I T n i i 10111sin 2sin 2ααω=+==()I I I s s I I T n I T n i i 110122cos 22sin 22sin 2απαπαω=⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎭⎫ ⎝⎛++==222122i i I +=211i i tg I =α21122212 2u u tg u u U u =+=α22212221i i u u I U Z ++==⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=-=--21121111i i tg u u tg I U z αααsr（导数法差不多，看书）5、 零极点法设计数字滤波器例：设Ts=5/3ms(即N=12)，用零点设计法设计出能同时滤除3次和5次谐波分量的数字滤波器传递函数解: (1)滤3次的因子H3(Z)=1+Z-2(2)滤5次的因子H5(Z)=1+ Z-1+Z-2（这个通过书上（2-54）可以推出来，考试不给直接H （z ）的） ()()()4321533231----++++==Z Z Z Z Z H Z H Z H()()()()()()42332213-+-+-+-+=n x n x n x n x n x n y6、 软件上提高保护可靠性的措施1> 抗干扰措施 （1）对输入采样的抗干扰纠错，利用默写输入量之间错在的规律（2）运算过程的校核纠偏：复算，或数据窗移位或复算（3）出口的闭锁：不允许一条指令就出口；中间加入核对程序（4）程序出格的自恢复。
第三章 微机继电保护基础
跟随器的输入阻抗很高（达 1010 ）， 输出阻抗很低（最大 ），因而A1对输入 6 u sr 来说是高阻抗；而在采样状态时，对 信号 C h 为低阻抗充电，故可快速采样。又 电容器 由于A2的缓冲和隔离作用，使电路有较好的 保持性能。
SA为场效应晶体管模拟开关，由运算放大器A3 驱动。A3的逻辑输入端 S / H 由外部电路（通常可 C h 处于 由定时器）按一定时序控制，进而控制着 采样或保持状态。符号 表示该端子有双重功 S/H 能，即 S/H S / H ＝“1”电平为采样（Sample）功能, ＝“0”电平为保持（Hold）功能。某个符号 上面带一横，表示该功能为低电平有效，这是数字 电路的习惯表示法。
A1和A2的接法实质相同，在采样状态（SA接通时），A1 的反相输入端从A2输出端经电阻器R获得负反馈，使输出跟 踪输入电压。在SA断开后的保持阶段，虽然模拟量输入仍 在变化，但A2的输出电压却不再变化，这样A1不再从A2的 输出端获得负反馈,为此在A1的输出端和反相输入端之间跨 接了两个反向并联的二极管，直接从A1的输出端经过二极 管获得负反馈，以防止A1进入饱和区，同时配合电阻器R起 到隔离第二级输出与第一级 fmax
目前大多数的微机保护原理都是反映工频量的，在这种 情况下，可以在采样前用一个低通模拟滤波器（Low Pass Fliter， LPF）将高频分量滤掉，这样就可以降低 f S 。实际 上，由于数字滤波器有许多优点，因而通常并不要求图3-1中 的模拟低通滤波器滤掉所有的高频分量，而仅用它滤掉 f S / 2 以上的分量，以消除频率混叠，防止高频分量混叠到工频附 近来。低于 f S / 2 的其他暂态频率分量，可以通过数字滤波 来滤除。
由于Z g 很小，所以共模干扰信号对变 换器二次侧的影响得到了极大的抑制。这 样中间变换器还起到屏蔽和隔离共模干扰 信号的作用，可提高交流回路的可靠性。
微机继电保护
微机继电保护填空1 微机继电保护装置硬件主要包括：数据采集部分、数据处理、逻辑判断及保护算法的核心部分。
2 微机继电保护从功能上分为六个组成部分：数据采集系统、数据处理系统、开关量输入/输出系统、人机接口、通信接口、电源回路。
3 微机保护装置中模拟量输入回路有两种方式：组词逼近原理的A/D转换、电压频率变换原理的A/D转换。
4 在要求真实反映输入信号中的高频分量的场合下，应首选主次逼近原理的A/D转换。
5 采样频率过低将造成频率混叠现象。
6 采样前用一个模拟低通滤波器可将频率高于采样频率一般的信号滤掉。
7 采样保持电路的作用是在一个极短时间内测量一个模拟输入量在该时刻的瞬时值，并在A/D转换器进行转换的时间内保持其输出不变。
8 A/D转换器的性能指标有：分辨率和转换速度。
9 微机保护装置的模拟转换系统一般采用：逐次逼近式或压-频转换式。
10 VFC不需要加低通滤波器是因为VFC本身含有滤波功能的积分算法。
11 VFC转换器的基本原理：将模拟变压量变换为脉冲信号，该输出脉冲频率与输入电压大小成正比。
12 分析和评价不同算法优劣的标准是精度和速度。
13 数据窗一个算法采用故障点后的多少采样点才能计算出正确结果。
14 全周傅式算法需要的数据窗为一个周波（20ms），半周傅式算法需要的数据窗为半个周波（10ms）。
15 为了减小量化误差，在保护中通常采用的A/D芯片至少是12位的，而减小的舍入误差则要增加字长。
16 微机保护算法往往和数字滤波器联系在一起。
17 正弦函数的半周绝对值积分算法的原理是：一个正弦波信号任意半周期内，其绝对值积分为一常数S。
18 全周波傅式算法可有效滤除恒定直流分量和各整次谐波分量。
19 输入线路R-L模拟算法用于距离保护。
20 目前微机继电保护常用的选相元件有突变量电流选相和对称分量选相。
21 短路初期效果明显的选相元件是突变量电流选相。
22 10/35kv线路一般为小电流接地电网中线路，主要为馈电线路。
微机保护结构
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 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 基于逐次逼近式A/D转换的模拟量输人系统 A/D
四.模数转换器(ADC) 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 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,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 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.
微机保护构成及数据采集系统
§2.1 微机保护系统构成²微机保护是以电压、电流的采样值为输入量，以微机为控制器，以电气设备的断路器为被控对象的一个开环离散控制系统。
²微机保护是将被保护设备输入的模拟量经模数转换器后变为数字量，再送入计算机进行分析和处理的保护装置。
²微机保护由硬件和软件两部分构成。
微机保护整套硬件通常是用单独的专用机箱组装，包括数据采集系统、微型机主系统、开关量输出、输入系统及外围设备等。
²微机保护的软件由初始化模块、数据采集管理模块、故障检出模块、故障计算模块与自检模块等组成。
²微机保护的硬件系统包括以下五部分：³1.数据采集系统（或称模拟量输入系统）：包括电压形成、采样保持、多路开关及数模转换。
³2.微型机（或微处理器）主系统：包括微处理器、程序存储器（ROM）、数据存储器（RAM）、定时器、并串接口等。
³3.开关量输入输出系统：由微型机的并行接口、光电隔离器件及有触点的中间继电器等组成。
完成保护需要的外部触点接入、出口跳闸、人机对话等功能。
³4.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³5.逆变稳压电源（5V ±15V、±24V）²微机保护硬件构成框图（书）2. 微机保护用硬件特点³集成微处理器（MPU ）、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、定时器、模数转换器(AD)、并行接口(PIO)、闪存单元(FLASH)、数字信号处理器(DSP)、通信接口等多种功能集成在一个芯片内的单片机系统。
³把所有总线连同单片机都集成在一个芯片内的总线不出片技术。
³不区分微机、单片机、微处理器²微机保护的软件包括1.数字滤波器，如减法滤波器、加法滤波器等。
像有些不便于采用模拟滤波器的场合，如傅立叶滤波、小波变换等;2.微机保护算法，像幅值和相位计算、选相算法、滤序算法等;3.保护动作判据，保护基本原理的具体体现;4.逻辑输出，执行跳闸、告警等数字信号输出。
微机综合继电保护原理及操作
WXB---11键盘命令 WXB---11键盘命令
WXB---11运行方式下键盘命令试验 WXB---11运行方式下键盘命令试验
WXB-11 进入运行方式: 进入运行方式: 人机对话----运行 人机对话----运行 保护CPU---运行 保护CPU---运行 巡检开关---投入 巡检开关---投入 复位”按纽. 按”复位”按纽. “运行”灯亮. 运行”灯亮.
微机型继电保护装置 原理与运行
微机保护基本原理
一、微机型继电保护的构成： 微机型继电保护的构成 微机型继电保护的构成： 传统保护——布线逻辑 传统保护——布线逻辑 微机保护——数字逻辑 微机保护——数字逻辑 硬件系统 软件系统 二、微机型继电保护的基本系统： 微机型继电保护的基本系统：
微机保护——硬件系统 微机保护——硬件系统
数据采集系统 数据处理系统 输入、 输入、输出接口 电源部分
数据采集系统
数据采集系统的作用——将模拟信 数据采集系统的作用——将模拟信 号变成数字信号。它包括： 号变成数字信号。它包括： 辅助变换器 低通滤波器（ALF） 低通滤波器（ALF） 采样保持器（ H） 采样保持器（S / H） MPX） 多路开关 （MPX） 数变换器（ D） 模/数变换器（A / D）
光、电隔离器（光耦） 电隔离器（光耦）
电源部分
电源部分的作用—提供装置正常工作所 电源部分的作用 提供装置正常工作所 需要的各等级电压： 需要的各等级电压： +5V—微机系统用； 微机系统用； 微机系统用 +15V、+12V—数据采集系统用； 数据采集系统用； 、 数据采集系统用 +24V—继电器回路用。 继电器回路用。 继电器回路用 各级电压不共地。 注：各级电压不共地。
微机保护复习资料
微机保护复习资料A卷一、填空题（每空格1分，共13分）1.微机保护的硬件一般包括数据采集系统、 CPU主系统、开关量输入/输出系统三部分。
2.评价算法优劣的主要标准是速度和精度。
3.微机保护的算法分为基本算法和继电器算法两大类。
4.微机保护中的阻抗元件多采用多边形特性，其优点是抗过渡电阻能力强。
5.微机保护中输入信号的电平变换作用是使输入信号与微机模入通道电平相匹配，同时实现装置内部的电隔离。
二、判断题（每小题1分，共9分）7.微机保护的调试周期比常规保护的调试周期长。
（×）8.微机保护只是实现方式与常规保护不同，不能从根本上改善保护的性能。
（×）9.微机保护中采样频率越高越好。
（×）10.微机保护中采样保持器的保持电容越大越好。
（×）11.在微机保护中，过渡电阻对不同安装地点的保护，其影响是不同的。
（√）12.微机保护的基本算法是构成保护的数学模型。
（√）三、选择题（每小题1分，共14分）16.负序电流整定往往用模拟单相接地短路的方法，因为单相接地短路时负序电流分量为短路电流的（ C ）。
A. 3倍B. 2倍C. 1/3倍D. √3倍17.微机保护一般都记忆故障前的电压，其主要目的是（ B ）.A.事故后分析故障前潮流B.保证方向元件的方向性C.录波功能的需要D.微机保护录波功能的需要18.微机保护中，每周波采样20点，则（ A ）。
A.采样间隔为1ms，采样率为1000HzB.采样间隔为5/3ms，采样率为1000HzC.采样间隔为1ms，采样率为1200HzD.采样间隔为1ms，采样率为2000Hz19.当系统的频率高于额定频率时，方向阻抗继电器最大灵敏角（ A ）。
A. 变大B. 变小C. 不变D. 不确定20.三段式电流保护中，灵敏度最高的是（ A ）。
A. Ⅲ段B. Ⅱ段C. Ⅰ段D. 都一样21.系统频率降低时，可以通过（ CD ）的办法使频率上升。
微机继电保护简介
(2)从装置外部经端子排引入装置的触点 如需要运行人员不打开装置外盖而在 运行中进行切换的各种连接片、转换开关、其他保护装置和控制继电器的触点等。 对这些触点，应经过光电隔离器V再引入微机，如图6-58所示，以免给微机保护引 入外部回路的干扰。
图6-58 保护装置外部引入触点与微机的连接 图
● (二)它是微机保护主机系统的中枢。它根据预定的软件
程序，执行存放在可擦只读存储器（EPROM）和可擦可写只读存储器（E2PROM）中
的程序，运用其算术和逻辑运算的能力，对由数据采集系统输入至随机存储器
（RAM）的原始数据分析处理，从而完成各种保护功能。
微机继电保护简介
一、 概 述 微机继电保护简称微机保护，是以微处理器为核心组成的继电保护装置。 微机保护与传统的机电型继电保护相比，具有下列特点： (1)可靠性高 在应用软件的配合下，它具有极强的综合分析和判断能力，能对各种故障进行自动识别和排 除干扰，有效地防止保护装置的误动和拒动。 (2)功能齐全 微机保护可以实现各种复杂的保护功能，并可自动打印记录系统故障前后的各种电气参数 数值、波形及各种保护的动作情况，供故障分析之用。 (3)调试维护方便 传统的继电保护装置，测试工作量一般都相当大，花费的时间通常都比较长。例如 调试一套高压输电线路的保护装置，通常需两三周或更长时间，而微机保护几乎不用调试。
(4)经济性好 经济性包括装置的投资费和运行维护费两部分。随着大规模集成电路技术的发展和微机 的广泛应用，微机硬件的价格不断下降，相反地，传统的机电型继电器的价格却不断上升。
由此可见，微机保护已成为电力系统保护的更新换代产品，具有广阔的发展前景。
二、微机保护的硬件 微机保护的硬件系统包括数据采集系统、主机系统和开关量输入/输出系统 等三部分，其框图如图6-56所示。
微机继电保护硬件系统的构成与原理-2022年学习资料
#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， 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U。K的-闭合时间应满足使C有足 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 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。
采样定理：-如果被采样信号中的最高频率分量为fmax,则-采样率应大于fmax的二倍，否则信号失真-d-即 s>2fmax
xt-fs-fo-并微机保护所反应的电力-系统参数是经过采样离-b-散化之后的数字量。那-f=1.56-么 连续时间信号经采-样离散化成为离散时间-信号后是否会丢失一些-f=2f6-信息，也就是说这离散-信号能否真 地反映被-采样的连续信号呢？为-a-此可分析图6所示的采样-图6采样频率选择示意图-频率选择的示意图。-a 采样信号；b采样频率fs=foc-采样频率fs=1.5fo:-d采样频率fs=2fo
第一章-微机继电保护硬件原理-13供电1班第四组
§1.1微机保护装置硬件系统构成-其-微机保护装置硬件系统包含以下五个部分：-1数据采集单元即模拟量输入系 。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 量的功能。-#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 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，以完成各种继电保的功能。-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 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。-4通信接口。包括通信接口电路及接口以实现多 通信或联网。-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
微机保护
半波富氏算法
4 a1 N 4 b1 N
N / 2 1
k 0
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
ik sin(k0Ts )
N / 2 1
k 0
ik cos(k0Ts )
算法的频率特性
Y ( ) 滤波器的频率特性：H ( ) I ( ) 设输入量为 i I ( ) sin(t ) 算法的计算结果为 I ( , ) 。 算法的最大频率特性为:H max ( ) 算法的平均频率特性为:H max[ I ( , ) ]
c s c s
= 设 则
(U c I c U s I s ) j (U s I c U c I s ) Ic2 I s2 Z R jX R Uc Ic U s I s U s Ic Uc I s , X Ic2 I s2 Ic2 I s2
方向继电器
U 动作方程： －90 arg( jlm ) 90 Ie 其中 lm为灵敏角。 －jlm UIe 变换为 －90 arg( ) 90 II －jlm ) 90 －90 arg(UIe
结论：数据窗长度越长滤波效果越好 但动作时间越长
导数算法与半波富氏算法比较
Hv3 导 数 算 法 Hv2 半 波 富 氏 算 法
6 Hv3( ) Hv2( ) 4 2 0
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
输电线路保护
高压输电线路保护(110kV及以上电压等 级) 中电压输电线路保护的特点
em
I
U
或 其中
－jlm ] 0 Re[UIe ) sin( ) Im(UI )0 cos(lm ) Re(UI lm )、 )分别为UI 的实部和虚部。 Re(UI Im(UI
简述微机保护的基本构成和主要部分的功能
简述微机保护的基本构成和主要部分的功能1、简述微机保护的基本构成和主要部分的功能答:微机保护是由一台计算机和相应的软件(程序)来实现各种复杂功能的继电保护装置。
微机保护的特性主要是由软件决定的,具有较大的灵活性,不同原理的保护可以采用通用的硬件。
微机保护包括硬件和软件两大部分。
硬件一般包括以下三大部分。
(1) 模拟量输入系统(或称数据采集系统) 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,完成将模拟输入量准确地转换为所需的数字量。
(2) CPU主系统包括微处理器(MPU)、只读存储器(EPROM)、随机存取存储器(RAM)以及定时器等。
MPU执行存放在EPROM中的程序,对由数据采集系统输入至RAM区的原始数据进行分析处理,以完成各种继电保护的功能。
(3) 开关量(或数字量)输入/输出系统由若干并行接口适配器、光电隔离器件及有接点的中间继电器等组成,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。
微机保护软件是根据继电保护的需要而编制的计算机程序。
72、电力变压器的不正常工作状态和可能发生的故障有哪些?一般应装设哪些保护?答:变压器的故障可分为内部故障和外部故障两种。
变压器内部故障系指变压器油箱里面发生的各种故障,其主要类型有:各相绕组之间发生的相间短路,单相绕组部分线匝之间发生的匝间短路,单相绕组或引出线通过外壳发生的单相接地故障等。
变压器外部故障系变压器油箱外部绝缘套管及其引出线上发生的各种故障,其主要类型有:绝缘套管闪络或破碎而发生的单相接(通过外壳)短路,引出线之间发生的相间故障等。
变压器的不正常工作状态主要包括:由于外部短路或过负荷引起的过电流、油箱漏油造成的油面降低、变压器中性点电压升高、由于外加电压过高或频率降低引起的过励磁等。
为了防止变压器在发生各种类型故障和不正常运行时造成不应有的损失,保证电力系统安全连续运行,变压器一般应装设以下继电保护装置: (1)防御变压器油箱内部各种短路故障和油面降低的瓦斯保护。
微机保护原理
近三十年来，计算机技术发展很快，计算机的应用已广泛而深入的影响着科学技术、生产、和生活的各个领域。
它给各部门的面貌带来了巨大的并且往往是质的变化。
计算机技术同样影响到继电保护技术的发展。
传统的继电保护基本上已被新型的微机保护所替换。
下面简单介绍一下微机保护。
一、微机保护装置的构成微机保护与传统继电保护的最大区别就在于前者不仅有实现继电保护功能的硬件电路，而且还必须有保护和管理功能的软件———程序；而后者则只有硬件电路。
微机保护装置的硬件构成可分为四部分：数据采集、微型计算机模块、开出开入、人机接口、其它(通讯，电源等)。
（一）数据采集传统保护是把电压互感器（TV）二次侧电压信号及电流互感器（TA）二次电流信号直接引入继电保护装置，或者把二次电压、电流经过变换（信号幅值变化或相位变化）组合后再引入继电保护装置。
因此，无论是电磁型、感应型继电器还是整流型、晶体管型继电保护装置都属于反应模拟信号的保护。
尽管在集成电路保护装置中采用数字逻辑电路，但从保护装置测量元件原理来看，它仍属于反应模拟量的保护。
而微机保护中的微机则是处理数字信号的，即送入微型计算机的信号必须是数字信号。
这就要求必须有一个将模拟信号变换成数字信号的系统，这就是数据采集系统的任务。
（二）微型计算机模块微型计算机是微机保护装置的核心。
数字信号采集进来后对其进行数字虑波，然后通过各种不同的算法对其进行计算处理，逻辑判断，动作出口，事故纪录等等处理。
目前计算机保护的计算机部分都是由微型计算或单片微型计算机构成的，这也是微机保护名称的由来。
由一片微处理器配以程序存贮器、数据存贮器、接口芯片（包括并行接口芯片、串行接口芯片）、定时器、计数器芯片等构成的微机系统称为单微机系统。
而在一套微机型保护装置中有两片或两片以上的微处理器构成的微机系统则称为多微机系统。
由单片微型计算机配以部分接口芯片也可以构成微机系统。
同样地，在一套微机保护装置中仅有一个微处理器称为单微机系统，而在一套保护装置中有两片或两片以上微处理器则称为多微机系统。
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³不区分微机、单片机、微处理器
²微机保护的软件包括
1.数字滤波器,如减法滤波器、加法滤波器等。像有些不便于采用模拟滤波器的场合,如傅立叶滤波、小波变换等;
2.微机保护算法,像幅值和相位计算、选相算法、滤序算法等;
3.保护动作判据,保护基本原理的具体体现;
滤波器是一种能使有用频率信号通过,同时拟制无
用频率信号的电路。低通滤波器是只让低于截至频率通过的滤波器。
前置低通滤波器又称为抗混叠滤波器,广泛应用于
采样电路前,滤除高于采样频率一半的信号,因此截至频率被设置为1/2fs。
低通滤波器可以采用有源的、也可以采用无源的。无源滤波器由RLC元件构成;有源的由运放ter
²无源特点:无源滤波器构成简单,频率特性单调衰减的,不能做到通带平坦和过渡带陡峭,可用于反映基波分量的保护;且电阻和电容回路对信号有衰减作用,并会带来时间延迟,仅适用于对速度和性能要求不高的微机保护。
²有源特点:滤波性能好且阶数越高,它的频率响应越具有十分平坦的通带和陡峭的过渡带,但会增加装置的复杂性和时延,故阶数不宜过高。但抗冲击干扰能力差。
²目前微机保护普遍采用600Hz(1.667毫秒、1kHz(1毫秒、1.8kHz(0.55毫秒的采样频率,它们都能够满足工频故障信息和3次、5次谐波的采样和分辨要求。但是高于300Hz、500Hz、900Hz的故障信号怎么办呢?
²
采用等间隔采样方式。
²跟踪采样和定位采样。跟踪采样是不等间隔采样方式,需要测频方法。
§2.1微机保护系统构成
²微机保护是以电压、电流的采样值为输入量,以微机为控制器,以电气设备的断路器为被控对象的一个开环离散控制系统。
²微机保护是将被保护设备输入的模拟量经模数转换器后变为数字量,再送入计算机进行分析和处理的保护装置。²微机保护由硬件和软件两部分构成。微机保护整套硬件通常是用单独的专用机箱组装,包括数据采集系统、微型机主系统、开关量输出、输入系统及外围设备等。
模拟量设置应满足继电保护功能要求为准则°典型的高压线路保护需要:三相电流、零序电流;三相电压、线路侧线间电压;
°典型的三绕组变压器差动保护需要:每一绕组侧的三相电流
因此,微机保护是一个多模拟量输入系统
包括电压形成电路、模拟低通滤波器、采样保持、多路开关、A/D
转换等部分
采集量的选择
高压线路保护一般具备全线速动保护(如高频保护或光纤电流纵差保护、距离保护、零序保护和重合闸功能。所以模拟量一般设置为以下8个量
°一是采用逐次逼近原理的A/D芯片构成的数据采集系统;
°另一种是采用VFC芯片构成的压频变换式数据采集系统
²
高压或超高压的保护装置我国大都采用VFC换方式。
²ADC方式是将模拟量直接转变为数字量的方法;
²VFC方式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法。
n
适应继电保护特点要求°
²3.采样频率还与模拟量的数量,数据传送方式有关
²工程中一般取f s =(2.5~3 fmax
²采样周期Ts :相邻两个采样时刻的时间间隔称为采样周期.采样周期的倒数称为采样频率,记为fs。
采样频率的选择
²高采样频率要求CPU的处理和运算速度快;低采样频率可能会造成频率混叠,因为电力系统故障后的电压电流是一个宽频谱信号。²目前的继电保护主要是基于工频故障信息构成的,那么,高频故障信息应该可以滤除,这样将降低对CPU和采样速率的要求。
³3.开关量输入输出系统:由微型机的并行接口、光电隔离器件及有触点的中间继电器等组成。完成保护需要的外部触点接入、出口跳闸、人机对话等功能。
³4.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
³5.逆变稳压电源(5V ±15V、±24V
²微机保护硬件构成框图(书
微机保护用硬件特点
³集成微处理器(MPU、只读存储器(ROM随机存取存储器(RAM、定时器、模数转换器(AD、并行接口(PIO、闪存单元(FLASH、数字信号处理器(DSP、通信接口等多种功能集成在一个芯片内的单片机系统。
4.逻辑输出,执行跳闸、告警等数字信号输出。
n为模数转换(AD做准备、转换模拟量为数字量n适应电力系统故障信号特点
°频谱分布宽广:从直流、衰减直流、工频基波分量到各次谐波(最高到数百千赫兹在内的暂态信号
°动态范围宽广:从正常运行的几十安培到短路状态下的几万安培甚至几十万安培
°微机保护常用的数据采集系统有两种:
0, , , 3, , , , a b c a b c X
I I I I U U U U 7个量用于构成保护功能,最后的量为断路器的另一侧电压,用于实现重合闸功能;
三绕组变压器的的差动保护,至少应该接入三侧的三相电流,共9个模拟量。
³
器(100V、线间电压和电流互感器(额定电流5安或1A ,短路电流100A
²多通道同时采样、顺序采样、分组顺序采样。²输电线路保护通常需引入9个模拟量:²微机保护中广泛采用多通道同时采样方式。
²
(最高二阶的有源或无源RC阻容滤波器来限制接近工频分量的谐波信号混进来!
²模拟滤波器的幅频特性的最大截止频率,必须根据采样频率的取值来确定,当fs =1000Hz时,即交流工频50Hz每个周期采样20个点,则要求滤除模拟输入信号中大于500Hz的高频分量。
²
1.原始信号中最高频率的二倍。
²2.采样频率的选择与保护原理和采样的算法有关;
³电流(电压变换器再将TA(TV二次侧电流(电压均变换为适合AD转换需要的±2.5V、±5V电压;
1.电压形成回路
电流变换器特点
²优点:只要铁芯不饱和,其二次电流及并联电阻上的二次电压波形基本保持与一次电流波形相同且同相。
²缺点:在非周期分量的作用下容易饱和,线性度较差,动态范围较小。
²电流变换器二次测的并联电阻数值为几欧到十几欧姆。
²微机保护的软件由初始化模块、数据采集管理模块、故障检出模块、故障计算模块与自检模块等组成。
²微机保护的硬件系统包括以下五部分:
³1.数据采集系统(或称模拟量输入系统:包括电压形成、采样保持、多路开关及数模转换。³2.微型机(或微处理器主系统:包括微处理器、程序存储器(ROM、数据存储器(RAM、定时器、并串接口等。