微型机继电保护基础1微机保护的硬件原理及设计选择原则
电气系统继电保护微机保护基础讲义
10.2.2 微机保护装置硬件系统构成
微机保护装置硬件系统按功能可分为如下五个部分 (l）数据采集单元。包括电压形成和模数转换等模块，完 成将模拟输入量准确地转换为数字量的功能； (2）数据处理单元。包括微处理器、只读存储器、随机存 取存储器、定时器以及并行口等。微处理器执行存放在程序存 储器中的保护程序，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； (3）开关量输入／输出接口。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； (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； (5）电源。供给微处理器、数字电路、模数转换芯片及继 电器所需的电源。一种典型的保护装置的硬件结构示意图如图 10.2所示。
(2）模拟低通滤波器（ALF) 电力系统在发生故障时，其电流、电压中一般均含有较高 的频率成分。而口前微机保护原理大都是反映工频分量的，同 时，任何实际的A/D 变换器所能达到的最高采样频率总是有限 的。因此，需要在采样之前将信号频率限制在一定频率之下。 即限制输入信号的最高频率。 要限制输入信号的最高频率，只需要在采样前用一个模拟 低通滤波器，将1/2采样频率以上的信号频率分址滤掉。模拟低 通滤波器可以采用无源或有源的。图10.6为模拟低通虚波器。
第二步由控制电路置Z2=“l”，这时，R—2R网络的输 出V0=V01+V02（这是对应Z1=“l”的情况。如果Z1=“O”，则 V0=V02）。比较器第二次比较V0与VA的大小，并同第一次一样， 根据比较结果，决定Z2保留“1”还是清“0”。如此进行十 一次比较后，可在一定误差范围内达到VA=V0，这时，寄存在 Z1～Z11中的11位二进制数与VA成比例，它就是A/D转换后得 到的数字量。
微机继电保护
1.1.1 继电保护及微机继电保护 电力系统继电保护是指继电保护技术和由继电保护装置组成的继电保护系统。继 电保护装置在电力系统中承担重要的保护任务，在系统发生故障时，自动、迅速、有 选择地将故障设备从电力系统中切除，保证非故障部分正常运行；在系统出现不正常 工作状态时，可动作于发出信号、减负荷或跳闸。继电保护在技术上一般应满足选择 性、速动性、灵敏性和可靠性的基本要求。 继电保护装置发展的初期， 主要是由电磁型、 感应型继电器构成的继电保护装置； 20 世纪 60 年代由于半导体二极管的问世，出现了整流型继电保护装置；70 年代，由 于半导体技术的进一步发展，出现了晶体管继电保护装置；80 年代，由于大规模集成 电路的出现，又出现了集成电路型继电保护装置；20 世纪 80 年代中期，由于计算机 技术和微型计算机的快速发展，出现了微机型继电保护装置；电力系统的飞速发展对 继电保护不断提出新的要求，电子技术、计算机技术与信息技术的飞速发展又为继电 保护技术的发展不断地注入了新的活力。电力系统微机继电保护是指以微型计算机和 微型控制器作为核心部件，基于数字信号处理技术的继电保护，简称微机保护。 1.1.2 微机保护的发展现状 微机保护是基于微处理器的继电保护，它的出现和发展过程与计算机技术迅猛发 展和应用息息相关。电子计算机技术特别是微型计算机技术的飞速发展，广泛深入地 影响着科学技术、生产和生活等各个领域，使各行业的面貌发生了很大的变化。数字 电力系统的概念形象的说明了电力系统各方面受计算机技术发展的影响的深度和广 度。 计算机及相关技术在电力系统继电保护方面的应用使得继电保护技术有了新发展， 即电力系统微机继电保护，出现了微机继电保护装置的研发和应用。 1.国外微机保护发展简况 20 世纪 60 年代末期国外提出用计算机构成继电保护装置的倡议。在 1965 年，英 国剑桥大学的 P. G. Mcalaran 及其同事就提出用计算机构成电力系统继电保护的设想， 并发表了《Sampling Techniques applied to derivation Letter》的文章。1967 年澳大利亚 新南威尔士大学的 I. F. Morrison 预测了输电线路的计算机控制的前景。1969 年美国 西屋公司的 G. D. Rockefeller 发表了 《Fault Protection with A Digital Computer》 的文章。
微型机继电保护基础1 微机保护的硬件原理及设计选择原则
第一章微机保护的硬件原理及设计选择原则1-1概述微机保护出现20年来，得到了快速的发展，现有多个专业厂家生产微机保护装置，其硬件系统各有特点。
华北电力大学、杨奇逊院士：第一代（84-90年）MPD-1、单CPU结构、硬件示意图如下：可靠性差。
第二代：WXH-11（90年代以后）、多CPU结构系统机PRINTER整个系统有五个CPU（8031）。
四个CPU分别用来构成高频、距离、零序保护和综合重合闸，另一个CPU用来构成人机接口，A/D 转换采用VFC型。
每一个CPU系统都是一个独立的微机系统，任何一个损坏，系统仍然工作。
数据总线、控制总线和地址总线均不引出印刷电路板，可靠性较高。
交流输入及跳闸出口部分可靠性较高。
第三代：CSL101A（1994年鉴定，96年推广）多CPU结构，与第二代不同之处在于：（1）C PU采用不扩展的单片机，即构成微机系统所需的微处理器、RAM、EPROM等全部集中在一个芯片内部，总线不出芯片，具有很高的抗干扰能力。
（2）V FC采用第三代VFC芯片VFC110最高震荡频率为4M，相当于A/D精度的14位。
（3）设有高频、距离、零序和录波CPU插件，重合闸不包括在保护之中。
南京电力自动化研究院、南瑞公司 LFP-900系列（沈国荣院士）LFP-900系列包括从35KV~66KV 中低压线路保护220KV~500KV 线路高压超高压线路保护，用于不同电压等级时，保护的配置情况有所不同。
以LFP-901为例，说明配置情况。
采用多CPU 结构，含有三个CPU ，两个用于构成保护，一个用于人机接口CPU 均为Intel 80196KC1CPU ：纵联保护（工频变化量方向、零序功率方向、复合式距离元件）1Z 、零序后备保护2CPU ：距离保护、综合重合闸3CPU ：人机对话、起动、为出口提供？电压1CPU 、2CPU 采用VFC 型A/D 转换，3CPU 采用逐次逼近式A/D转换最近又推出RCS-9000系列保护（单片机加DSP 结构）此外，还有许继电器股份有限公司生产的WXH-800系列微机保护、国家电力公司南京电力自动化设备总厂生产的PSL601（602）数字式高压线路保护的等，都各有特点，不再一一论述。
继电保护基础知识和微机保护原理
继电保护基础知识和微机保护原理继电保护是电力系统中重要的安全措施之一，它的作用是在电力系统发生故障时，迅速切除或隔离故障点，保护电力设备和人身安全。
而微机保护利用先进的微机技术，结合各种传感器和控制装置，实现电力系统的准确、灵敏和可靠的保护，提高系统的稳定性和可靠性。
本文将介绍继电保护基础知识和微机保护原理。
一、继电保护基础知识1.继电保护原理继电保护根据电力系统的运行状态和故障特征，通过各种传感器和设备，对电力系统的电压、电流、功率等进行监测和测量，从而判断系统是否发生故障以及故障的位置和类型。
根据保护原理的不同，可以将继电保护分为差动保护、过流保护、间隙保护、距离保护等。
2.继电保护的类型继电保护按照保护范围的不同，可以分为发电机保护、变压器保护、线路保护、母线保护、馈线保护等。
不同的保护对象有着不同的保护特点和保护要求。
3.继电保护的组成继电保护由监测传感器、比较装置、判据装置和动作执行装置等组成。
监测传感器负责将电能转化为可测量的电信号，如电压互感器、电流互感器等；比较装置根据测量信号和设定值进行比较，判断系统的状态；判据装置根据比较装置的输出结果，生成动作指令，控制动作执行装置对保护范围内的设备进行保护动作。
1.微机保护系统结构微机保护系统由数据采集模块、微机主控装置、数据处理模块、监测和操作界面等组成。
数据采集模块负责采集保护对象的电压、电流等信号，并将其转化为数字信号；微机主控装置进行数据的处理和分析，并根据设定条件生成保护动作指令；数据处理模块进行数据的存储和管理，提供故障记录和统计报表等。
2.微机保护的特点微机保护具有以下特点：（1）准确性高：微机保护采用先进的数字信号处理技术，可以实时监测和测量电力系统的各种参数，提高保护的准确性和可靠性。
（2）速度快：微机保护系统的处理速度很快，可以在几十毫秒内完成对电力系统的故障判断和动作指令的生成。
（3）功能强大：微机保护具有丰富的功能，可以实现过流保护、差动保护、距离保护、频率保护等多种保护方式。
微型机继电保护原理 第一章
微型机继电保护原理第一章 绪论一. 计算机继电保护的发展概况用计算机构成继电保护装置的设想始于60年代中期，70年代，计算机保护的研究工作主要是作理论探索（特别是算法研究、数据适配、数字滤波）及在实验室作样机试验。
限于当时计算机硬件的制造水平以及昂贵的价格，早期的研究工作是以小型计算机为基础的。
人们企图用一台小型计算机实现多种保护功能或保护多个电气设备，这就使得计算机保护的可靠性难以保证，一旦该计算机出现了故障，所有的被保护设备都将失去保护。
到了70年代末期，出现了一批功能强足够强的微型计算机，价格也大幅度降低，这时无论在技术上，还是在经济上，已具备一台微型计算机来完成一个电气设备保护功能的条件。
有时为了提高可靠性，还设置多重化的硬件，用几台微机互为备用地构成一个电气设备的保护装置。
到70年代后期，国外已有少数样机在电力系统中试运行，微机保护逐渐进入实用阶段。
国内计算机保护方面的研究工作起步较晚（始于70年代后半期），但进展很快，1984年上半年，华北电力学院研制的第一套距离保护样机投入试运行，年底在华中理工大学召开了我国第一次计算机继电保护学术会议，推动了我国微机保护的开发运用进入一个新的阶段。
经过20多年的研究、应用、推广与实践，现在新投入使用的高中压等级继电保护设备几乎均为微机保护产品，继电保护领域的研究部门和制造部门和制造厂家已经完全转向进行微机保护的研究与制造。
将微机保护和网络通信技术结合后，变电站自动化系统、配网自动化系统也已经在全国电力系统中得到了广泛的应用，将保护、测量、控制、录波、监视、通信、调节、报表和防误操作等多种功能融为一体，进一步提高了电力系统的安全性和经济运行水平，也为变电站实现无人或少人值班创造了条件。
预计在未来的几年内，微机保护将朝着更可靠、更简便、更灵活和网络化、智能化、动作过程透明化的方向展开，并可以方便地与电子式互感器、光学互感器实现连接。
要跳出传统“继电器”的概念，充分利用计算机的计算速度、数据处理能力、通信能力以及硬件集成度不断提高等各方面的优势，结合模糊理论、自适应原理、行波原理、小波变化等方法，设计出性能更优良、维护工作量更少的微机保护装置。
微机继电保护基本原理教材课程
用于数据采集、计算、逻辑判断和输出控制。
输入输出接口
实现与外部电路的信号传输和控制。
存储器
用于存储程序、数据和故障信息。
电源
为微机继电保护提供稳定的电源。
微机继电保护的硬件选型
01
02
03
04
根据系统要求选择合适的中央 处理单元（CPU）型号，确保
数据处理能力和实时性。
根据需要选择适当的存储器容 量，确保能够存储足够的程序
硬件部分
包括中央处理器（CPU）、存储器、 输入/输出（I/O）接口、电源等，负 责数据采集、处理和执行。
软件部分
包括系统软件和应用软件，系统软件 负责管理硬件资源和应用软件，应用 软件根据继电保护要求实现特定的功 能。
微机继电保护的算法
傅里叶变换算法
用于检测电气量的频率 特性变化，常用于变压 器和发电机的匝间短路
20世纪80年代末至90年代初，集成电路保 护的推出进一步推动了微机继电保护技术 的发展。
成熟阶段
未来展望
自20世纪90年代中期以来，随着计算机技 术的飞速发展，微机继电保护技术逐渐成 熟并广泛应用于电力系统。
随着人工智能、大数据等新技术的应用， 微机继电保护将朝着更加智能化、自动化 的方向发展。
02 微机继电保护的基本原理
案例二：低压配电系统的微机继电保护
总结词
低压配电系统是电力系统的末端环节，其运行状况直接关 系到电力用户的用电安全和稳定。
详细描述
01 微机继电保护概述
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。
分享微机继电保护装置基础知识
分享微机继电保护装置基础知识1. 继电保护基本概念1.1 继电保护在电力系统中的作用地理分散的发电厂通过输电线路、变压器和变电所等相互连接形成电力系统，它包括发电、输电、配电、用电等4个环节。
电力系统输配电网络分几个电压等级，在传输距离和传输容量一定的条件下，选用的电压等级越高，则线路电流越小，相应线路的功率损耗和电压损耗也越小，但相应的绝缘要求也越高，造价也越高。
一般来说，传输功率越大、传输距离越远，所选用的电压等级也越高。
现阶段我国电力系统主要电压等级有750KV、500KV、330KV、220KV、110KV、35KV等。
电力系统输电是三相制的，分别称为A相、B相和C相，相与相、相与地之间是绝缘的。
正常运行时电力系统A相、B相和C相的电流、电压是50HZ正序交流量，即三相幅值相等，相位是A相超前B相120度，B相超前C相120度，C相超前A相120度。
电力系统出现最多的故障形式就是短路，所谓短路就是一相或多相载流导体接地或相接触，是绝缘损坏造成的。
短路对电力系统的影响主要有以下几个方面：u 短路电流可能达到该回路额定电流的几倍到几十倍甚至上百倍。
当巨大的短路电流流经导体时，将使导体严重发热，造成导体溶化和绝缘损坏。
同时巨大短路电流还将产生很大的电动力作用于导体，使导体变形或损坏。
u 短路时往往同时有电弧产生，高温电弧不仅可能烧毁故障元件本身，也可能烧毁周围设备。
u 短路造成网络电压降低，巨大的短路电流流经电力系统网络造成电压损失增大，越靠近短路点电压降低越多。
当供电地区电压降至额定电压的60％时，如不能快速切除故障就可能造成电压崩溃，引起大面积停电。
u 短路还可能会引起并列运行的发电机稳定性破坏，即使短路切除后，系统也可能振荡。
导致大量甩负荷。
u 不对称短路还将产生负序电流、电压，可能损伤发电机或电动机。
电力系统在运行中，可能发生各种类型的故障运行状态。
最常见同时也是最危险的故障是各种形式的短路，它严重危及设备安全和系统可靠运行。
微机继电保护装置的硬件原理
在非周期分量的作用下容易饱和，线性度较差，动态 范围也较小。
一般采用电流变换器将电流信号变换为电压信号
第一章 微型机保护的硬件原理
1－2 模拟量输入系统（数据采集系统）
Z 为模拟低通滤波器及A/D 输入端等回路构成的综合 阻抗，在工频信号条件下，该综合阻抗的数值可达 80KΩ 以上
在逻辑输入为高电平时 AS 闭合，此时，电路处于采样 状态。Ch 迅速充电或放电到usr(t)在采样时刻的电压值。 AS 的闭合时间应满足使Ch 有足够的充电或放电时间 即采样时间，显然希望采样时间越短越好。这里，应 用阻抗变换器I 的目的是，它在输入端呈现高阻抗，对 输入回路的影响很小；而输出阻抗很低，使充放电回 路的时间常数很小，保证Ch 上的电压能迅速跟踪到 usr(t)在采样时刻的瞬时值。
跟随器的输入阻抗很高（达1010Ω），输出阻抗很低 （最大6Ω），因而A1对输入信号usr来说是高阻，而在 采样状态时，对电容Ch 为低阻充放电，故可快速采样。 又由于A2 的缓冲和隔离作用，使电路有较好的保持性 能。
第一章 微型机保护的硬件原理
二、采样保持电路和模拟低通滤波器
（二）对采样保持电路的要求
阻抗变换器I 和Ⅱ可由运算放大器构成。
TC 称为采样脉冲宽度，TS 称为采样间隔（或称采样 周期）。
等间隔的采样脉冲由微型机控制内部的定时器产生。
第一章 微型机保护的硬件原理
二、采样保持电路和模拟低通滤波器
（二）对采样保持电路的要求
1）Ch 上电压按一定的精度（如误差小于0.1％）跟踪上 Usr 所需要的最小采样宽度Tc（或称为截获时间），对 快速变化的信号采样时，要求Tc 尽量短，以便可用很 窄的采样脉冲，这样才能更准确地反映某一时刻的Usr 值。
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
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。
微型机继电保护基础_课本
第一章1、微机保护的硬件：①数据采集系统②微型机主系统③开关量输入/输出系统④电源系统2、采样保护电路的作用：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时间内保持其输出不变3、采样频率的选择原则：采样定理fs>2fmax，如果被采样信号中所含最高频率成分的频率为fmax，则采样频率fs必须大于fmax的2倍4、模拟低通滤波器的应用：将高频分量滤掉，这样就可以降低fs，从而降低对硬件的要求5、模数转换器的评价指标：①转换时间②数字输出的位数6、开关量输出类型：①保护的跳闸出口②本地和中央信号③通信接口④打印机接口7、光电耦合器的作用：可以实现两侧电路之间的电气隔离，可以用来传递模拟信号，也可以作为开关器件使用第二章1、数字滤波器：将输入模拟信号X（t）经过采样和模数转换变成数字量后，进行某种数字处理以去掉信号中的无用成分，然后再经过数模转换得到模拟量输出Y（t）2、时不变系统：满足T[x(t-t1)]=y(t-t1)即如果输入信号推迟一个时间t1，则输出也将推迟同一个时间t1，但波形不变3、因果系统：是指输出变化不会发生在输入变化之前的系统4、P505、频率特性是冲激响应的傅氏变换6、滤波器的响应时间：一个滤波器的输入从一个稳态变到另一个稳态时，其输出要经过一个过渡过程的延时才能达到新的稳态输出，这种延时称为滤波器的响应时间7、离散时间信号的傅氏变换定义式：P568、Z变换定义式：P599、非递归型数字滤波器是将输入信号和滤波器的单位冲激响应作卷积而实现的一类滤波器。
是无限冲激响应滤波器（FIR）：对单位冲激的输入信号的响应为无限长序列的数字滤波器递归型滤波器是用前几次的输出值作为输入来求下一次的输出。
是有限冲激响应滤波器：对单位冲激的输入信号的响应为有限长序列的数字滤波器10、计算：P69第三章1、评价算法的标准：精度、速度速度包括：①数据窗的长度Dw②运算工作量（乘除法的次数）2、导数法的优缺点：优①需要的数据窗短②算式和乘积法相似，不复杂缺①要求数字滤波器有良好的滤去高频分量的能力②要求有较高的采样率3、半周积分算法的依据：一个正弦量在任意半个周期内绝对值的积分为一常数S，即S= 半周积分算法需要的数据窗长度为10ms4、突变电流算法计算公式P805、为什么要进行故障选相：①可以用于选相跳闸②可以在阻抗继电器中做到仅投入故障特征最明显的阻抗测量元件6、傅里叶级数算法：P877、傅氏算法的滤波特性：它假定被采样信号是周期性的，符合这一假定时，它可以准确地求出基频分量，不仅能完全滤掉各种整次谐波和纯直流分量，对非整次高频分量和按指数衰减的非周期分量包含的低频分量也有一定的抑制能力8、R-L模型算法仅用于计算线路阻抗9、傅氏算法和两点乘积算法的比较：两点乘积法要求用一个50Hz带通滤波器获得基波正弦量，然后利用滤波器相隔5ms的两点输出，计算有效值及相位，因此它的总延时是滤波器的延时再加5ms。
微机继电保护装置硬件原理
第1章 微机继电保护装置的硬件原理
采样电路的工作原理
组成：它由电子模拟开关AS、保持电容器Ch及两个 阻抗变换器组成。
Ch的作用是记忆AS闭合时刻的电压，并在AS打开后 保持该电压。
阻抗变换器I在Ch端提供低阻抗，使得Ch电压建立 迅速，而在输入端呈现高阻抗，以尽量减少对输入回路 的影响；
第1章 微机继电保护装置的硬件原理
微机继电保护装置硬件原理
第1章 微机继电保护装置的硬件原理
1.1 微机继电保护装置硬件的基本结构
微机继电保护装置的硬件包括以下五个部分：
– 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、多路开关及模数转换。
– CPU（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。
如果考虑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。目 前微机保护普遍采用600毫秒）、1kHz（1毫 秒）、1.8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。
微机继电保护装置硬件原理
第1章 微机继电保护装置的硬件原理
阻抗变换器Ⅱ在Ch端提供高阻抗，使得Ch衰减缓慢， 而在后边呈现低阻抗以提高带负载的能力。
阻
阻
uin
抗 变
AS
抗 变
uout
换
换
器
Ch
器
逻辑输入 微机继电保护装置硬件原理
第1章 微机继电保护装置的硬件原理
微机继电保护装置硬件原理
图1－6 采样保持过程
第1章 微机继电保护装置的硬件原理
继电保护基础知识和微机保护原理
故障切除时间： t tPRtQF
t PR 保护动作时间；
一般为0.06～0.12s，最快0.01～0.04s。
t QF
断路器动作时间；
一般为0.06～0.15s，最快0.02～0.06s。
灵敏性
灵敏性是指在规定的保护范围内， 对故障情况的反应能力。满足灵敏性要 求的保护装置应在区内故障时，不论短 路点的位置与短路的类型如何，都能灵 敏地正确地反应出来。
发电机或其他电源设备发出的有功和无功功率
1. 正常工作状态
电力系统正常运行的约束条件
等式约束条件：
P G i P L j P S 0 Q G i Q L j Q S 0
负荷使用的有功功率和无功功率
1. 正常工作状态
电力系统正常运行的约束条件
等式约束条件：
P G i P L j P S 0 Q G i Q L j Q S 0
继电保护 基础知识 和微机保 护
主要内容
继电保护基础 继电保护的基本原理、构成和分类 微机保护基础 微机保护装置的硬件原理 微机保护装置的软件结构 惠炼继电保护系统
继电保护基础
用
输
电
变 发电
电
电
一次设备：生产、输送、分配、消耗电能的设 备。包括发电机、变压器、断路器、母线、输 电线路、电动机等。
＊主保护： 反映被保护元件本身的故障，并以尽 可能短的时限切除故障的保护；
2 继电保护的分类
按保护所起的作用分类： 主保护、后备保护、辅助保护等。
＊后备保护： 主保护或断路器拒动时用来切除故 障的保护。又分为近后备保护和远 后备保护。
2 继电保护的分类
按保护所起的作用分类：
主保护、后备保护、辅助保护等。
微机继电保护原理
微机继电保护原理这是本⼈上⼤学《微机继电保护原理》总结的资料，学习《微机继电保护》的同学可以参考。
1.微机保护实验绪论及第⼀章微机保护硬件原理：1.微机保护的优点（6个）p2-3计算速度快、精度⾼；维护调试⽅便；可靠性⾼；易于获得附加功能（⽹络接⼝）；灵活性⼤；保护性能得到很好的改善，便于采⽤新原理；2.微机保护功能构成，各部分（主系统、输⼊输出系统、数据采集系统）作⽤p4微机保护由数据采集系统；微型机主系统；开关量输⼊输出系统构成。
数据采集系统作⽤：将模拟输⼊量准确转换为微型机能够识别的数字量；微型机主系统作⽤：执⾏编制好的程序，对原始数据进⾏分析、处理，完成各种继电保护装置的测量、逻辑和控制功能。
（进⾏数字运算、逻辑处理、I/O控制）开关量输⼊输出系统作⽤：开⼊：识别运⾏⽅式、运⾏条件；开出：完成各种保护的出⼝跳闸、信号、⼈机对话、通信功能；3.A/D的构成，作⽤；VFC的构成，基本⼯作原理及各部分作⽤；⽐较这两者的优点缺点（从性能指标上⽐较分辨率精度时延）A/D的构成：（逐次逼近原理数据采集系统）电压形成回路-LF-S/H-（MPX）多路转换开关-（A/D）模数转换器电压形成回路-LF-S/H（对于每⼀个模拟输⼊量都需要这三部分）：电压形成回路-LF-S/H对于纵联差动，需要输⼊三相电压，三相电流，断路器另⼀侧电压、零序电流作⽤：1电压形成回路：将电压互感器⼆次的电压、电流互感器⼆次电流变换为适合A/D芯⽚量程的电压信号（⼀般为5V10V以内）2低通滤波器：滤除⾼频分量，抗混叠，降低对于采样频率的要求，从⽽降低对硬件的要求。
3采样保持电路：从启动转换到转换结束，需要⼀定的转换时间，采样保持电路在A/D 转换开始时保持输⼊信号，在A/D转换结束后跟踪输⼊信号变化。
4模拟量多路转换开关：各模拟输⼊量共⽤⼀个A/D，由多路转换开关切换，轮流将各通道采样值输⼊公⽤A/D。
5A/D模数转换器：将连续的模拟量转变为离散的数字量，可以认为是⼀种编码电路。
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。
微机保护基础知识
当装置运行在运行状态时，运行监控程序可对装置进 行自检，各种在线监视，打印机的管理等。
(3) 继电保护功能程序 实现各种保护的原理框图。包括数据采集，数字滤波， 电气参数的计算，各保护判据的实现以及出口信号输出 等。
主程序 采样程序 N 起动？ Y
正常运行程序
故障计算程序
四、数字滤波
所谓滤波器就广义来说是一个装置或系统，用于对 输入信号进行某种加工处理，以达到取得信号中的有用 信息而去掉无用成分的目的。有模拟滤波器和数字滤波 器之分。 模拟滤波器是由物理器件构成的。而数字滤波器不 需要任何物理器件，它实质上只是一段计算程序，按着 数字信号处理技术，设计一段程序，微机通过执行这一 段程序以达到滤波的目的。因此数字滤波器不受物理条 件的限制。实现起来比模拟滤波器要灵活得多。 数字滤波器就是程序滤波，即通过编制程序滤掉小 于采样频率一半的某些谐波（大于采样频率一半的谐波 由模拟低通滤波器滤掉）。
3.2 开关量输入输出回路 3.2.1 开关量输入 第一类接点： 接点安装在装置面板上，例如各种工作方式开关，调试 装置或运行中定期检查装置用的键盘接点，复位按钮及其 它按钮等。第一类接点，与外界电路无联系，可直接接至 微机的并行接口 第二类接点：是从装置外部经过端子排引入装置的触点， 如在运行中切换的各种压板、转换开关、隔离刀闸的辅助 触点、以及其它保护装置和操作继电器的触点等。 该类接点 要外部开入电源，并经光隔接入微机保护。 3.3.2 开关量输出 （1）跳闸出口以及本地和中央信号等。 （2）开关量输出回路抗干扰的措施： 1）要经过光电隔离。 2）由软件使并行口的PB0输出“0”，PB1输出“1”，经 与非门Y2输出低电平控制光隔。 3）开出自检。
R1 ui C1
R2 C2 uo
清华大学继电保护讲义第二讲微机保护硬件原理
第二节 数据采集系统
组成：它由电子模拟开关AS、保持电容器及两个 阻抗变换器组成。Ch的作用是记忆AS闭合时刻的 电压，并在AS打开后保持该电压。阻抗变换器I在 Ch端提供低阻抗，使得Ch电压建立迅速，而在输 入端呈现高阻抗，以尽量减少对输入回路的影响； 阻抗变换器11在Ch端提供高阻抗，使得Ch衰减缓 慢，而在后边呈现低阻抗以提高带负载的能力。
清华大学继电保护讲义第二讲微机 保护硬件原理
第二节 数据采集系统
2－2 采样保持电路和模拟低通滤波 器
采样保持电路的作用及原理
定义：采样保持电路（S/H,Sampling and Holding）是在极短时间内测量模拟量在该时刻的 瞬时值，并在模拟－数字转换器进行转换的期间 保持输出不变的一个电路
第二节 数据采集系统
因此电抗变能够将一次电流的基波分量成比例地转 换成二次侧电压。但放大了谐波分量，阻止了直流和 低频分量。严格讲是失真变换。 电流变换器和电抗变压器的比较
电流变换器能够不失真地变换电流成为电压，但是在出 现非周期分量、衰减直流分量时，容易饱和，线性度差， 动态范围小
电抗变压器具有阻止直流、放大谐波的作用，因此当一 次波形为非正弦时，二次将发生严重畸变。但是它的动 态范围宽广、铁心不易饱和、具有移相作用。在某些场 合下还是有用的。
存在气隙，励磁电抗数值很小，相对而言很大的二次
负载阻抗可忽略不及，故一次电流全部作为励磁电
流。此时有以下关系：
.
.
U ocI1(R mjX)//(Z'3R')
Z b r (R m jX )//(Z '3 R ')
总体效果相当于
.
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第一章微机保护的硬件原理及设计选择原则1-1概述微机保护出现20年来，得到了快速的发展，现有多个专业厂家生产微机保护装置，其硬件系统各有特点。
华北电力大学、杨奇逊院士：第一代（84-90年）MPD-1、单CPU结构、硬件示意图如下：可靠性差。
第二代：WXH-11（90年代以后）、多CPU结构系统机PRINTER整个系统有五个CPU（8031）。
四个CPU分别用来构成高频、距离、零序保护和综合重合闸，另一个CPU用来构成人机接口，A/D 转换采用VFC型。
每一个CPU系统都是一个独立的微机系统，任何一个损坏，系统仍然工作。
数据总线、控制总线和地址总线均不引出印刷电路板，可靠性较高。
交流输入及跳闸出口部分可靠性较高。
第三代：CSL101A（1994年鉴定，96年推广）多CPU结构，与第二代不同之处在于：（1）C PU采用不扩展的单片机，即构成微机系统所需的微处理器、RAM、EPROM等全部集中在一个芯片内部，总线不出芯片，具有很高的抗干扰能力。
（2）V FC采用第三代VFC芯片VFC110最高震荡频率为4M，相当于A/D精度的14位。
（3）设有高频、距离、零序和录波CPU插件，重合闸不包括在保护之中。
南京电力自动化研究院、南瑞公司 LFP-900系列（沈国荣院士）LFP-900系列包括从35KV~66KV 中低压线路保护220KV~500KV 线路高压超高压线路保护，用于不同电压等级时，保护的配置情况有所不同。
以LFP-901为例，说明配置情况。
采用多CPU 结构，含有三个CPU ，两个用于构成保护，一个用于人机接口CPU 均为Intel 80196KC1CPU ：纵联保护（工频变化量方向、零序功率方向、复合式距离元件）1Z 、零序后备保护2CPU ：距离保护、综合重合闸3CPU ：人机对话、起动、为出口提供？电压1CPU 、2CPU 采用VFC 型A/D 转换，3CPU 采用逐次逼近式A/D转换最近又推出RCS-9000系列保护（单片机加DSP 结构） 此外，还有许继电器股份有限公司生产的WXH-800系列微机保护、国家电力公司南京电力自动化设备总厂生产的PSL601（602）数字式高压线路保护的等，都各有特点，不再一一论述。
各种微机保护硬件虽各不相同但一般均包括以下三大部分：（1）.模拟量输入系统（数据采集系统）作用：TA输出电流（计算机能辨识TV输出电压处理的数字量）构成：型：电压形成、ALF、S/H、MPX、A/D型：电压形成、VFC、光隔、计数器（2）.CPU主系统作用：对采集系统采集到的数据分析计算、完成各种继电保护功能。
构成：CPU、EPROM、RAM、PROME2目前的保护都有多个CPU（3）.开关量输入输出系统开关量输入：断路器位置等作用：开关量输出：继电器输出（4）人机接口（5）通讯接口1-2 模拟量输入系统（数据采集系统）1-2-1 A/D型模拟量输入系统一﹑基本框图：总线二﹑电压形成回路TV ：二次额定电压为100V 。
正常运行时输出100V 左右，系统故障时，输出在0—100V 之间变化TA ：输出正比于一次电流。
额定输出1A 或5A。
正常一般小于额定值。
系统故障时其二次电流可在1—20倍额定范围内变化。
ALF ﹑S/H ﹑MPX 及A/D 等电子回路允许的输入信号的范围一般为-5V —+5V 或-10V — +10V （也有0—5V ，0—10V 者）因而需要变换。
电压：100V25V 或210V实现 ： （1）电压变换器25或210V（2）电流变换器或210V电流（10—20）I n 25A 或210A实现： （1 ）电流变换器25或210V（2）电抗变换器25或210V各变换器除具有电平变换作用外，还具有隔离的作用，使TA ﹑TV 二次回路与微电子电路之间没有电的联系。
三﹑采样保持电路（S/H ）和模拟低通滤波器ALF（一）S/H 电路的作用和原理。
作用：在一个极短的时间内测量模拟输入量在该时刻的瞬时值，并在模数转换器转换期间保持其输出不变。
原理：U sc U阻抗变换器：实际是电压跟随器（运放型），有很大的输入阻抗和很小的输出阻抗。
AS ：受控电子开关，逻辑输入高电平，AS 接通。
逻辑输入低电平，AS 断开。
c h：保持电容，AS 接通时，c h 快速充放电，使u u u sr ch sc == 称为采样或跟踪。
AS 断开时，c h 放电回路电阻很大，短时间内可认为不变。
u u usr cn sc≠=AS 在处于接通和断开交替的状态，则整个电路不断工作在采样﹑保持状态。
采样过程的示意图如下：书上P4页图1-3为理想化情况，实际情况下，采样脉冲必须有一定的宽度，使c h 有足够的时间跟踪u sr 的变化。
信号u sr逻辑输入（采样脉冲）T c u sc T s（二）对采样保持电路的要求1） 采样时间t c 应尽量小 2） 保持时间尽量长3） 模拟开关动作时间延时小，R on 小，R off 大。
（三）采样频率的选择和ALF 的应用单位时间内采样的点数，称为采样频率，它等于采样间隔（周期）T s 的倒数，既Tfss1=优：可以准确的还原波形采样频率的选择：T T fs s s↓↑)1(时间内完成所有计算困难。
（2）同样的输入，采样得数据量多，运算复杂，占内存多。
↑↓T f s s数据量减小，运算时间充裕。
f s太低，将无法由采样数据还原出原波形。
要求：fs必须大于被采样信号中存含最高频率成分fmax的两倍，既ffsmax2>否则会产生叠影现象。
见P7,图1-6 （a ）.被采信号（b ）.max f f s =,还原为直流信号 （c ）.书上图c 对应s f <m ax fm ax f <s f <2m ax f ,还原为一个低频信号。
只有s f >2m ax f 时，才能换远处被采信号系统短路，u,I 中既包含工频量，还含有高频信号，即m ax f 较大，而这些高频信号为无用信号，为防叠频 增大s f ，使s f >2m ax f ,往往导致s f 太大ALF ，将高频信号滤掉，即减小m ax f ，使s f >2m ax f目前一般均采用方法（2），即ALF 法，当前A/D 快，DSP 快，也可增大s f 法，ALF 的具体电路一般可以为无源RC 或有源滤波，此处不在细论。
四、模拟多路开关许多继电保护装置，需要输入多个电气量可有三种方式： （1）.同时采样，同时A/D 转换优点：控制简单，同时性好，对A/D 速度要求不高 价格高 功耗大 缺点：需多片A/D 体积大 接口复杂（2）.同时采样，依次A/D 转换同时采样，由MPX 依次切换至A/D 分别转换 优点：只用一片A/D缺点：控制复杂，要求A/D 速度高（3）顺序采样总线缺点：不能同时采样，各通道出现相位差 在（2）（3）两种方式下，均需使用MPX MPX ：受控多转1的电子开关 2转1 4转18转1 16转1 16转1多路开关芯片AD7506的逻辑框图如下： E n Ao A1 A2 A3 +15V-15V⎩⎨⎧=决定由—所有开关均断—30~10A A EN 要求：时间快、Ron 小、Roff 大 五﹑A/D 转换器作用：将S/H 离散化的模拟信号变换为离散化的数字信号，既对模拟信号大小编码。
两者之间的关系为：UU RA D =UR参考电压，一般U U A R <所以D 〈1，既为小数，可表示为2222211n n B B B D ---+⋅⋅⋅++=n 为数据编码位数，也就是A/D 转换位数，它是A/D 的一个重要指标。
n 有限，D 必须为舍去比LSB 更小的数，带来误差，成为量化误差，n 增加量化误差减小。
一般n=8﹑10﹑12﹑14﹑16等。
常用的A/D 转换器有逐次比较式和并联比较式两种，此处只讨论逐次比较式：（设n=8）（1） A /D 转换启动后，数码设定为10000000由D/A 输出一个对应的模拟电压U 0（2） 比较U A 与U 0 U A 〉U 0：保留最高位1，下一位设为1U A 〈U 0：最高位变零，下一位设为1D/A 输出一个与新编码对应的模拟量U 1 （3）比较U A 与U 1U A 〉U 1：保留次高位1，设第三位为1 U A 〈U 1：次高位取0，设第三位为1。
经n 次比较后，最终可以确定出与U 对应的数字编码。
AD574简介 （1） 基本指标：精度：12位 转换时间：25微秒 （2） 电源电压：AGND v15± AGNDv 5± 模拟地 数字地 （3） 模拟输入：+20V ： 0—20V-10V—+10V+10V 0—+10V-5V—+5V（4）数据量输出：12位8位机，分两次读16位机，一次读。
（5）控制状态线控制：CE—控制时钟CS_____—片选输入，来自译码器R/C__—1，读转换结果0，启动转换CE=0 CE=1启动转换：CS_____=0 读结果：CS_____=0R/C__=0 R/C__=1 CS_____来自译码电路，反映了A/D在微机系统中的地址。
8__/128__/12=116位CPU时一次读取12位结果A0A0=08__/12=08位CPU 0，高8位读A0= 1，读低4位状态输出端：STS= 0，不忙1，忙六：数据采集系统与微机的接口（1）程序查询方式硬件接口图见P16图1—18硬件包括：电压形成，ALF﹑S/H﹑MPX﹑A/D﹑并行口﹑数据线﹑定时器。
软件包括：并行口初始化。
采样数据寄存器地址指针初始化。
定时器初始化。
开放中断。
定时器中断时，执行中断服务程序。
中断服务程序包括以下内容：1）清中断请求，准备下一次中断。
2）命令AD574开始转换，读STS 状态STS=0，已换完，读结果，存入RAMSTS=1，未转换完，等待。
3）更新地址指针的指向。
每读一个结果，地址加2，判是否到达存储区末端，如果不到，顺序下存，如果到，则将地址指针指向初地址，循环存取，初地址末地址4）控制MPX，指向下一个通道，A/D转换……共16个通道（最多），最好一个通道转换完后，重新切回0通道5）执行中断服务程序中的其他内容。
6）中断返回要求：整个中断服务程序必须在两个采样时间间隔内完成。
特点：每次启动A/D后，CPU就开始不断查询STS的状态，耗时较多，要求A/D快。
T sT i确保T i〈T s，对硬件要求较高。
（二）中断方式启动A/D后，CPU无须等待，转去处理其它事件，A/D转换结束后，发出中断，读取转换结果，更新地址指针，更新通道，启动下通道A/D转换，从A/D转换中断返回，再去处理其它程序。
A/D转换结束中断嵌套在定时器中断之中，要求其优先级高于定时器中断。