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 80196KC

1CPU ：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、PROM

E2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：100V

2

5V 或

2

10V

实现 ： （1）电压变换器

25或2

10

V

（2）电流变换器

或2

10

V

电流（10—20）

I n 2

5A 或

2

10A

实现： （1 ）电流变换器

25或2

10

V

（2）电抗变换器

25或2

10

V

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 u

sr 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。