第二章 微机保护.ppt
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《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2章 微机保护基础(1)
1、电压变换器（UV）
电压变换器原理接线如图2-11所示，UV原方与电压互感器相 联，TV二次侧有工作接地，UV副方的“直流地”为保护电源 的0V，电容C容量很小，起抗干扰作用。
图2-11 电压变换器应用
2、电流变换器（UA）
电流变换器与电压变换器不同，从UA原方看进去，输入阻抗 很小，对于负载而言UA可以看成一个电流源。电流变换器应 用接线如图2-12所示。
图2-4 采样保持过程示意图
2) 采样频率的选择
采样间隔Ts 的倒数称为采样频率fs。
采样频率越高，要求CPU 的运行速度越高。 因为微机保护是一个实时系统，数据采集系 统以采样频率不断地向微型机输入数据，微 型机必须要来得及在两个相邻采样间隔时间 Ts内处理完对每一组采样值所必须做的各种 操作和运算，否则CPU 跟不上实时节拍而无 法工作。相反，采样频率过低，将不能真实 地反映采样信号的情况。 采样函数为一周期信号,采样间隔Ts太大，就 会有一部分相互交迭，新合成的X(f)*G(f)图 形与X(f)/Ts不一致，这种现象称为迭混。 为了避免迭混以便采样后仍能准确地恢复原 信号，采样频率fS必须大于信号最高频率fC 的两倍，即fS＞2fC，这就是采样定理。
<1>采样频率的方式选择
<2>.对多个模拟输入信号的采样方式
微机继电保护绝大多数的算法都是基于多个 模拟输入信号（如三相电压、三相电流等） 采样值进行计算的。如何对多个信号进行采 样，根据多个模拟输入信号在采样时刻上的 对应关系，可分别采用以下三种采样方式： 1、同时采样 2、顺序采样 3、分组同时采样
例
图
MAX125内部结构图
2.1.1
模拟数据采集系统
发电机微机继电保护原理
N
ΔP2
二、 纵向零序电压式定子绕组匝间短路保护 2. 专用电压互感器接线 设A相匝间短α%，相差仍1200 纵向零序电压
负序功率方向闭锁 用于区外短路时，防止匝间短路保护误动。 不同故障情况下，机端的负序功率方向 区内故障； 区外故障； (图内I2为正方向，实际相反） 匝间短路
第三节 发电机定子绕组单相接地保护 发电机定子绕组单相接地时的基波零序电压和电流
.反时限负序过流保护
发热量与负序电流平方和持续时间的乘积成正比为反时限特性,定时限保护不能正确反应热积累过程,因此采用负序反时限过流保护作为转子过热的主保护. 上限定时限：I2>I2up(2.0) tup=1.0s时限与高压侧出线快速保护配合; 下限定时限：I2>I2m负序反时限过流保护启动值。长延时t1跳闸解列。 反时限： I2m<I2<I2up 范围内。 负序过负荷发信号:I2>I2ms延时ts发信号
．发电机定子绕组单相接地时的基波零序电压和电流
第三节 发电机定绕组单相接地保护
定子绕组单相接地时电容电流
当中性点不接地时，故障点的接地电流为 当中性点经消弧线圈接地时，故障点的接地电流为 总电容为定值，一般采用欠补偿运行方式
利用零序电压构成定子绕组单相接地保护
定子绕组单相接地故障时出现3U0(对地)随接地故障点的位置不同而变化，取动作电压为10V时,保护区为90% 。 为提高灵敏度应滤掉三次谐波； 动作延时应大于系统中接地的后备保护动作延时。
利用机端三次谐波电压US3作为动作量，用中性点侧三次谐波电压UN3作为制动量，当US3≥ UN3为保护动作条件，在正常运行时不会动作；当接地发生在近中性点侧，有较高灵敏性。保护范围中性点侧50%。
利用机端电压互感器开口三角形上引出的基波零序电压，构成反映α>15%以上范围的单相接地故障。接地故障越接近机端，灵敏性越高。 利用两者的组合，构成100%定子接地保护 。
ΔP2
二、 纵向零序电压式定子绕组匝间短路保护 2. 专用电压互感器接线 设A相匝间短α%，相差仍1200 纵向零序电压
负序功率方向闭锁 用于区外短路时，防止匝间短路保护误动。 不同故障情况下，机端的负序功率方向 区内故障； 区外故障； (图内I2为正方向，实际相反） 匝间短路
第三节 发电机定子绕组单相接地保护 发电机定子绕组单相接地时的基波零序电压和电流
.反时限负序过流保护
发热量与负序电流平方和持续时间的乘积成正比为反时限特性,定时限保护不能正确反应热积累过程,因此采用负序反时限过流保护作为转子过热的主保护. 上限定时限：I2>I2up(2.0) tup=1.0s时限与高压侧出线快速保护配合; 下限定时限：I2>I2m负序反时限过流保护启动值。长延时t1跳闸解列。 反时限： I2m<I2<I2up 范围内。 负序过负荷发信号:I2>I2ms延时ts发信号
．发电机定子绕组单相接地时的基波零序电压和电流
第三节 发电机定绕组单相接地保护
定子绕组单相接地时电容电流
当中性点不接地时，故障点的接地电流为 当中性点经消弧线圈接地时，故障点的接地电流为 总电容为定值，一般采用欠补偿运行方式
利用零序电压构成定子绕组单相接地保护
定子绕组单相接地故障时出现3U0(对地)随接地故障点的位置不同而变化，取动作电压为10V时,保护区为90% 。 为提高灵敏度应滤掉三次谐波； 动作延时应大于系统中接地的后备保护动作延时。
利用机端三次谐波电压US3作为动作量，用中性点侧三次谐波电压UN3作为制动量，当US3≥ UN3为保护动作条件，在正常运行时不会动作；当接地发生在近中性点侧，有较高灵敏性。保护范围中性点侧50%。
利用机端电压互感器开口三角形上引出的基波零序电压，构成反映α>15%以上范围的单相接地故障。接地故障越接近机端，灵敏性越高。 利用两者的组合，构成100%定子接地保护 。
微机保护.ppt
1 微机保护装置的硬件构成
微机保护的硬件组成部分
数据采集系统
CPU主系统
输入、输出系统
人机接口与通讯系统
电源系统
电 力 系 统
信号处理
采样及 A/D转换
跳闸信号
CPU
运 行 人 员
打印机
主 系 统
键盘、鼠标
微机保护硬件构成示意图
1 微机保护装置的硬件构成
数据采集系统
以A/D转换器为核心的数据采集系统
6 模数转换器
逐次逼近式A/D 的原理
U s r
D / A
U R
U i
+
控 制 器
比 较 器
数 字 设 定 器
数 字 量 输 出
6 模数转换器
4位A/D的逐次逼近法
第一次设定数字量 1000
第二次设定数字量
UA>Usr 1100
UA<Usr 0100
第三次设定数字量
UA>Usr 1110
UA<Usr 1010
数 据 采 集 系 统 1
高频保护 单片机
综合重合闸 单片机 跳闸
模拟量输入
数 据 采 集 系 统 2 零序电流保护 距离保护 单片机
逻 辑
信号
零序电流保护 单片机
多CPU微机保护硬件逻辑图
1 微机保护装置的硬件构成
开关量输入、输出系统
主要完成外部接点输入计算机，各种保护的 出口跳闸、信号报警和人机对话等功能。 微机保护的人机接口由键盘、液晶显示器、 打印机等构成。 通信系统使得微机保护与综合自动化系统通 信，实现远程监控。
模 拟 量 输 入
电力系统继电保护应用技术02微机保护基础-文档资料
中性点电压传感器输出二次变换 母线电压传感器输出二次变换
合并单元
数字输出
电时 源钟
图 2.27 合并器的基本输入规模
22.2.2 GOOSE 报文的传送执行 当保护装置发现并判断故障出现在保护
区内时就应立即动作，与传统保护不同，将 跳闸GOOSE命令以数字帧的形式发送到通信网 络上，对应的智能一次设备接收到该GOOSE报 文命令后执2.行2.相2 应G的OO跳SE闸报操文作的。传送
第二章微机、数字化继电保护基础
2.1 微机继电保护的硬件构成原理 1）微型机系统 2）模拟数据采集系统 3）开关量输入和输出系统 4）人机对话微型机系统 5）电源系统：它是装置可靠工作的基础，
应满足精度，谐波系数、可靠性等指标要求。 常用3V, 5V，15V，24V多个电压等级。
硬件构成原理如下图所示。
数字化继电保护现场信息输入由电子式互 感器和合并器完成，为适应老站改造的需要， 目前大多数产品都保留了由传统电磁互感器引 入的模拟量通道模块。
图2.22 数字化继电保护现场信息采集输入系统 组成原理图
（1）电子式互感器 主要有高、低压耦合隔离，传感头，A/D 转换及数字量标准化输出等环节。
电子式是互感器、传感头的主要类型：
的构架。
工作站1
工作站2
远动站
站控层
间隔层 过程层
装置1
合并器单元
ECVT电子式互感器智接口以太网 IEC61850-8-1
装置n
光纤以太网 GOOSE +SMV
智能一次设备
图2.31 智能变电站通信网络
图2.32 线路保护中的SV网和GOOSE网
监控1
监控2
远动1
远动2
...
合并单元
数字输出
电时 源钟
图 2.27 合并器的基本输入规模
22.2.2 GOOSE 报文的传送执行 当保护装置发现并判断故障出现在保护
区内时就应立即动作，与传统保护不同，将 跳闸GOOSE命令以数字帧的形式发送到通信网 络上，对应的智能一次设备接收到该GOOSE报 文命令后执2.行2.相2 应G的OO跳SE闸报操文作的。传送
第二章微机、数字化继电保护基础
2.1 微机继电保护的硬件构成原理 1）微型机系统 2）模拟数据采集系统 3）开关量输入和输出系统 4）人机对话微型机系统 5）电源系统：它是装置可靠工作的基础，
应满足精度，谐波系数、可靠性等指标要求。 常用3V, 5V，15V，24V多个电压等级。
硬件构成原理如下图所示。
数字化继电保护现场信息输入由电子式互 感器和合并器完成，为适应老站改造的需要， 目前大多数产品都保留了由传统电磁互感器引 入的模拟量通道模块。
图2.22 数字化继电保护现场信息采集输入系统 组成原理图
（1）电子式互感器 主要有高、低压耦合隔离，传感头，A/D 转换及数字量标准化输出等环节。
电子式是互感器、传感头的主要类型：
的构架。
工作站1
工作站2
远动站
站控层
间隔层 过程层
装置1
合并器单元
ECVT电子式互感器智接口以太网 IEC61850-8-1
装置n
光纤以太网 GOOSE +SMV
智能一次设备
图2.31 智能变电站通信网络
图2.32 线路保护中的SV网和GOOSE网
监控1
监控2
远动1
远动2
...
《变电站微机保护》课件
保护动作
一旦检测到故障或异常，微机保护系 统将根据预设的保护策略和算法，迅 速作出相应的保护动作，如跳闸、告 警等。
对采集的数据进行快速分析，判断是 否存在故障或异常情况。
主要功能
01
02
03
04
故障检测与定位
能够快速准确地检测和定位变 电站内的故障点。
保护控制
根据故障类型和严重程度，实 施相应的保护控制成
01
02
03
硬件部分
包括微机保护装置、输入/ 输出接口、人机交互界面 等。
软件部分
包括系统软件、应用软件 和中间件等。
网络部分
用于连接各个保护装置和 上级控制系统的通信网络 。
工作原理
实时监测
微机保护系统实时监测变电站内各电 气设备的运行状态，采集相关数据。
数据分析
辅助保护配置
配置用于特定场合的辅助保护，如方向保护 、零序保护等。
后备保护配置
配置选择性强的后备保护，如过流保护、低 阻抗保护等。
自动装置配置
配置自动重合闸、备用电源自投等自动装置 ，提高系统稳定性。
06
微机保护的调试与维护
调试方法
硬件调试
检查保护装置的硬件连接是否正确， 确保各模块之间的通信正常。
它主要完成系统初始化、数据采集、 数据处理、控制输出等功能。
中断服务程序
中断服务程序是微机保护装置中处理突发事件的重要部分。
当发生突发事件（如故障）时，中断服务程序会被触发，立即执行相应 的处理逻辑。
中断服务程序主要完成故障检测、数据采集、数据处理等功能，并将结 果反馈给主程序进行后续处理。
算法程序
软件调试
对保护装置的软件进行测试，确保其 功能正常，无逻辑错误。
微机保护的基本原理与构成课件
③ 开关量输入/输出系统 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 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 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。
3
2、微机保护数据采集系统 A/D式数据采集系统如图所示：
① 电压形成回路 微机继电保护要从被保护对象的电流、电压互感器处取得相应信息。但
这些二次数值、输入范围对典型的微机继电保护电路却不适用，需要降低 和变换。一般采用变换器来实现变换。（微机保护参数的输入范围：0～5V 或4～20mA）
4
② 采样保持与低通滤波 由于微机保护只能对数字量进行运算和判断，所以应将连续模拟量变
为离散量。采样保持电路作用就是在一个极短的时间测出模拟量在该时 刻的瞬时值；并要求在A／D转换期间保持不变。
同时采样：继电保护大多数原理是基于多个输入信号，如三相电流、 三相电压等。在每一个采样周期对通道的量全部同时采样。
5
采样频率：采样间隔 的倒数称为采样频率 。采样频率的选 择是微机保护中的一个关键问题。频率高，采样精确，但对A/D转换器 的转换速度要求也高，投资也就越高。
监控程序主要是键盘命令处理程序，为接口插件及各CPU保护插件进 行调节和整定而设置的程序；接口的运行程序由主程序和定时中断服务程 序构成。主程序完成巡检、键盘扫描和处理、故障信息的排列和打印。
2、保护软件的配置 保护软件含主程序和中断服务程序。 主程序：初始化、自检；保护逻辑判断和跳闸处理。 中断程序：定时采样中断和串行口通信中断服务程序。
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 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 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。
3
2、微机保护数据采集系统 A/D式数据采集系统如图所示：
① 电压形成回路 微机继电保护要从被保护对象的电流、电压互感器处取得相应信息。但
这些二次数值、输入范围对典型的微机继电保护电路却不适用，需要降低 和变换。一般采用变换器来实现变换。（微机保护参数的输入范围：0～5V 或4～20mA）
4
② 采样保持与低通滤波 由于微机保护只能对数字量进行运算和判断，所以应将连续模拟量变
为离散量。采样保持电路作用就是在一个极短的时间测出模拟量在该时 刻的瞬时值；并要求在A／D转换期间保持不变。
同时采样：继电保护大多数原理是基于多个输入信号，如三相电流、 三相电压等。在每一个采样周期对通道的量全部同时采样。
5
采样频率：采样间隔 的倒数称为采样频率 。采样频率的选 择是微机保护中的一个关键问题。频率高，采样精确，但对A/D转换器 的转换速度要求也高，投资也就越高。
监控程序主要是键盘命令处理程序，为接口插件及各CPU保护插件进 行调节和整定而设置的程序；接口的运行程序由主程序和定时中断服务程 序构成。主程序完成巡检、键盘扫描和处理、故障信息的排列和打印。
2、保护软件的配置 保护软件含主程序和中断服务程序。 主程序：初始化、自检；保护逻辑判断和跳闸处理。 中断程序：定时采样中断和串行口通信中断服务程序。
第二章微机保护装置硬件原理
第二章微机保护装置硬件原理微机保护装置是一种常见的电力系统保护装置，用于对电力系统进行监控、测量和保护。
它通常由硬件和软件两部分组成，其中硬件部分是保护装置的核心部分。
本章将介绍微机保护装置的硬件原理。
一、微机保护装置的硬件构成微机保护装置的硬件构成包括中央处理器、存储器、输入输出接口、时钟和定时器、外围电路等。
1. 中央处理器（Central Processing Unit, CPU）：中央处理器是微机保护装置的核心部件，它负责执行各种保护算法和逻辑控制，对电力系统进行监测和保护。
中央处理器中通常包含ALU（算术逻辑单元）、控制单元和寄存器等。
2. 存储器（Memory）：存储器用于存储程序、数据和中间结果等信息。
微机保护装置中的存储器通常包括主存储器和辅助存储器。
主存储器用于存储运行时的程序和数据，而辅助存储器用于存储长期保存的程序和数据。
3. 输入输出接口（Input/Output Interface）：输入输出接口用于与外部设备进行数据交换。
微机保护装置的输入输出接口通常包括模拟输入输出接口和数字输入输出接口。
模拟输入输出接口用于处理模拟量数据，如电流、电压等；而数字输入输出接口用于处理数字量数据，如开关状态、报警信号等。
4. 时钟和定时器（Clock and Timer）：时钟和定时器用于对微机保护装置进行时序控制。
时钟用于提供基本的时钟周期，定时器用于进行定时操作，如定时测量、关闭保护装置等。
5. 外围电路（Peripheral Circuit）：外围电路包括电源电路、输入电路和输出电路等。
电源电路用于为微机保护装置提供稳定的供电，输入电路用于对输入信号进行处理和转换，输出电路用于向外部设备输出信号。
二、微机保护装置的工作原理微机保护装置的工作原理主要包括数据采集、信号处理、判决逻辑和输出动作等。
1.数据采集：微机保护装置通过输入接口从电力系统中采集各种信号，如电流、电压、功率、频率等，并将它们转换为数字信号进行处理。
电力系统微机保护 ppt课件
ppt课件
20
电力系统微机保护＿＿绪论
1）采样数字化 保护装置直接接收电子式互感器输出数字信号，不依赖外部对时信号实现 保护功能。 2）保护就地化 保护装置采用小型化、高防护、低功耗设计，实现就地化安装，缩短信号 传输距离，保障主保护的独立性和速动性。 3）元件保护专网化 元件保护分散采集各间隔数据，装置间通过光纤直连，形成高可靠无缝冗 余的内部专用网络，保护功能不受变电站SCD文件变动影响。 4）信息共享化 智能管理单元集中管理全站保护设备，作为保护与变电站监控的接口，采 用标准通信协议，实现保护与变电站监控之间的信息共享。
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电力系统微机保护＿＿绪论
继电保护是保证系统安全、稳定运行的第一道防线，是 系统安全稳定运行的“哨兵”！ 继电保护学科方向—电力系统及其自动化二级学科 电力系统继电保护 内容：
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电力系统微机保护＿＿绪论
• 一、计算机在继电保护领域中的应用和发展概况 • （1）世界微机保护的发展历史
1、绪论 2、基本原理学习 3、学习讨论 4、微机保护硬件学习 5、微机保护常规算法的学习
本课程成绩评定：
1、出勤（10%） 2、学习讨论（20%） 3、考试（70%）
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1
电力系统微机保护＿＿绪论
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2
电力系统微机保护＿＿绪论
• 继电保护装置是一种能反应电力系统故障和不正常状 态，并及时动作于断路器跳闸或发出信号的自动化设 备。
ppt课件
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电力系统微机保护＿＿绪论
3、智能化运检体系
1）加强智能站文件管控，提升变电站建设运行水平 构建智能站配置文件管控平台，确保配置文件的正确性及一致性；研究基于系统 描述的继电保护虚端子关联的自动化生成方法，简化智能站配置流程；建立基于标准 工程文件的继电保护数据、模型、图形的一体化展示平台，对二次设备实现自动精益 化评估。 2）实施智能化高效检修，实现智能站可观、可控、可维护 通过“装置智能诊断、远程终端支持、安措自动执行、二次回路可视、检修综合 决策”等技术，实现变电站可观、可控、可维护，提升现场工作效率和防误水平。 3）研发信息化单兵装备，提高现场智能感知和作业能力 研究、推广手持终端、智能穿戴设备等基于物联网技术的信息化单兵装备，提高 现场智能感知和作业能力，实现继电保护设备和人员的双向互动、现场和远程的双向 互动，提升现场工作的质量、效率和应急抢修能力。 4）开展自动化无人巡视，提升巡视质量和效率 利用人工智能技术，建立二次设备机器人巡视和远方巡视相结合的自动化巡视模 式，有效提高巡视效率，减轻现场人员压力。
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
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• 按运算结构不同可分为递归型和非递归型数字 滤波器；
• 按单位脉冲响应不同可分为无限长单位脉冲响 应滤波器和有限长单位脉冲响应滤波器
• 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。
三、算法
• 基于电压、电流为纯正弦变化的算法有半周 内找最大值、半周内采样值累积、MannMorrjson的导数算法、Prodar-70的二阶导数 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
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
• 存储器用来保存程序和数据，它的存储容量 和访问时间也会影响整个微机保护系统的性 能。
• 定时器/计数器除了为延时动作的保护提供精 确计时外，还可以用来提供定时采样触发信号、 形成中断控制等作用。
• 数字核心部件的控制电路包括地址译码器、地 址锁存器、数据缓冲器、中断控制器等等，它 的作用是保证微机数字电路协调工作。
• 假设电压、电流量由非周期分量、基频和倍频 分量组成的算法除解方程组外，最常见的是傅 氏算法和沃尔希函数算法．
• 在超高压电力系统中，为克服随机噪音的影响， 还提出了一些减少误差的算法。例如对计算结 果采取平滑措施，采用最小二乘曲线拟合算法 等。
• 模数变换器实现模拟量到数字量的变换。
三、开关量输入输出系统
开关量是指反映“是”或“非”两种状态 的 逻辑变量，如断路器的“合闸”或“分闸” 状态、 控制信号的“有”或“无”状态等
• 开关量输入接口部件的作用是为正确地反 映开关量提供输入通道，并在微机保护装 置内外部之间实现电气隔离，以保证内部 弱电电子电路的安全和减少外部干扰。
• 外部通信接口部件的作用是提供与计算机 通信网络以及远程通信网的信息通道。
第二节 微机保护工作原理简介
常规微机保护实现继电保护功能主要有三
个步骤：
1. 模拟量输入系统将从电力系统获得的模拟电 量信号进行预处理转化为数字量，开关量输 入系统将开关量输入信号也转变为数字量；
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；
• 前置模拟低通滤波器是一种简单的低通滤波器， 其作用是为了在对输入模拟信号进行采样的过 程中满足采样定理的要求。
• 采样保持器完成对输入模拟信号的采样。
• 多路转换器是一种多信号输入、单信号输出的 电子切换开关，可通过编码控制将多通道输入 信号依次与其输出端连通，而其输出端与模数 变换器的输入端相连。
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。
• 开关量输出接口部件的作用是为正确地发 出开关量操作命令提供输出通道，并在微 机保护装置内外部之间实现电气隔离，以 保证内部弱电电子电路的安全和减少外部 干扰。
四、人机对话和外部通信系统
• 微机保护人机对话接口部件通常包括以下几个 部分：简易键盘、小型显示屏、指示灯、打印机 接口、调试通信接口。
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
或者某些系数，而模拟滤波器却十分麻烦。 • 便于时分复用。一套硬件系统可以完成各个通
道的滤波任务，模拟滤波器则必须每个通道装 一个滤波器。
数字滤波器的分类
• 按算法实现方式不同可分为专用硬件组成的数 字滤波器和软件组成的数字滤波器；
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
转换到与微型计算机相匹配的电平； 2. 由前置模拟低通滤波削去其中的高频成分； 3. 由采样环节将连续信号离散化； 4. 由A／D转换器变为数字量。
第二章
微机继电保护基础
第一节 微机保护基本结构
微机保护的基本结构包括数据处理单元、模 拟量输入系统、开关量输入输出系统、人机对 话和外部通信系统四个部分,图2-1是微机保护 系统方框图。
电
模拟量输入系统
数
力
系
据
统
开关量输入输 出系统
处
理
运行人员
单
人机接口与
外部通信系统
元
电力系统通 用计算机网 络
具体步骤如图2-2所示。
信号预处理中，还包括隔离和抑制随有用信 号窜入的干扰，这对于提高保护装置的可靠性非 常重要。
信号 输入 电平转 前置模
换隔离 拟滤波
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
图2-1 微机保护系统方框图
一、数据处理单元
一般由中央处理器（CPU）、存储器、定 时器/计数器及控制电路等部分组成，并通过数 据总线、地址总线、控制总线连成一个系统。继 电保护程序在数字核心部件内运行，指挥各种外 围接口部件运转、完成数字信号处理，实现保护 原理。
• CPU是数字核心部件以及整个微机保护的指 挥中枢，计算机程序的运行依赖于CPU来实 现。
• 外部通信接口可分为两大类：第一类通信接口为 实现特殊保护功能的专用通信接口，输电线路纵 联保护；另一类通信接口为通用计算机网络接口， 可与电站计算机局域网以及电力系统计算机远程 通信网相连，实现更高一级的管理、控制功能， 如数据共享、远方操作及远方维护等。
• 人机对话接口部件的作用是建立起微机保 护装置与使用者之间的信息联系，以便对 装置进行人工操作、调试和得到反馈信息。
• 按单位脉冲响应不同可分为无限长单位脉冲响 应滤波器和有限长单位脉冲响应滤波器
• 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。
三、算法
• 基于电压、电流为纯正弦变化的算法有半周 内找最大值、半周内采样值累积、MannMorrjson的导数算法、Prodar-70的二阶导数 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
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
• 存储器用来保存程序和数据，它的存储容量 和访问时间也会影响整个微机保护系统的性 能。
• 定时器/计数器除了为延时动作的保护提供精 确计时外，还可以用来提供定时采样触发信号、 形成中断控制等作用。
• 数字核心部件的控制电路包括地址译码器、地 址锁存器、数据缓冲器、中断控制器等等，它 的作用是保证微机数字电路协调工作。
• 假设电压、电流量由非周期分量、基频和倍频 分量组成的算法除解方程组外，最常见的是傅 氏算法和沃尔希函数算法．
• 在超高压电力系统中，为克服随机噪音的影响， 还提出了一些减少误差的算法。例如对计算结 果采取平滑措施，采用最小二乘曲线拟合算法 等。
• 模数变换器实现模拟量到数字量的变换。
三、开关量输入输出系统
开关量是指反映“是”或“非”两种状态 的 逻辑变量，如断路器的“合闸”或“分闸” 状态、 控制信号的“有”或“无”状态等
• 开关量输入接口部件的作用是为正确地反 映开关量提供输入通道，并在微机保护装 置内外部之间实现电气隔离，以保证内部 弱电电子电路的安全和减少外部干扰。
• 外部通信接口部件的作用是提供与计算机 通信网络以及远程通信网的信息通道。
第二节 微机保护工作原理简介
常规微机保护实现继电保护功能主要有三
个步骤：
1. 模拟量输入系统将从电力系统获得的模拟电 量信号进行预处理转化为数字量，开关量输 入系统将开关量输入信号也转变为数字量；
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；
• 前置模拟低通滤波器是一种简单的低通滤波器， 其作用是为了在对输入模拟信号进行采样的过 程中满足采样定理的要求。
• 采样保持器完成对输入模拟信号的采样。
• 多路转换器是一种多信号输入、单信号输出的 电子切换开关，可通过编码控制将多通道输入 信号依次与其输出端连通，而其输出端与模数 变换器的输入端相连。
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。
• 开关量输出接口部件的作用是为正确地发 出开关量操作命令提供输出通道，并在微 机保护装置内外部之间实现电气隔离，以 保证内部弱电电子电路的安全和减少外部 干扰。
四、人机对话和外部通信系统
• 微机保护人机对话接口部件通常包括以下几个 部分：简易键盘、小型显示屏、指示灯、打印机 接口、调试通信接口。
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
或者某些系数，而模拟滤波器却十分麻烦。 • 便于时分复用。一套硬件系统可以完成各个通
道的滤波任务，模拟滤波器则必须每个通道装 一个滤波器。
数字滤波器的分类
• 按算法实现方式不同可分为专用硬件组成的数 字滤波器和软件组成的数字滤波器；
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
转换到与微型计算机相匹配的电平； 2. 由前置模拟低通滤波削去其中的高频成分； 3. 由采样环节将连续信号离散化； 4. 由A／D转换器变为数字量。
第二章
微机继电保护基础
第一节 微机保护基本结构
微机保护的基本结构包括数据处理单元、模 拟量输入系统、开关量输入输出系统、人机对 话和外部通信系统四个部分,图2-1是微机保护 系统方框图。
电
模拟量输入系统
数
力
系
据
统
开关量输入输 出系统
处
理
运行人员
单
人机接口与
外部通信系统
元
电力系统通 用计算机网 络
具体步骤如图2-2所示。
信号预处理中，还包括隔离和抑制随有用信 号窜入的干扰，这对于提高保护装置的可靠性非 常重要。
信号 输入 电平转 前置模
换隔离 拟滤波
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
图2-1 微机保护系统方框图
一、数据处理单元
一般由中央处理器（CPU）、存储器、定 时器/计数器及控制电路等部分组成，并通过数 据总线、地址总线、控制总线连成一个系统。继 电保护程序在数字核心部件内运行，指挥各种外 围接口部件运转、完成数字信号处理，实现保护 原理。
• CPU是数字核心部件以及整个微机保护的指 挥中枢，计算机程序的运行依赖于CPU来实 现。
• 外部通信接口可分为两大类：第一类通信接口为 实现特殊保护功能的专用通信接口，输电线路纵 联保护；另一类通信接口为通用计算机网络接口， 可与电站计算机局域网以及电力系统计算机远程 通信网相连，实现更高一级的管理、控制功能， 如数据共享、远方操作及远方维护等。
• 人机对话接口部件的作用是建立起微机保 护装置与使用者之间的信息联系，以便对 装置进行人工操作、调试和得到反馈信息。