微机保护基础知识课件.ppt

1、 微机保护基础知识微机保护基础知识一、微机保护的特点一、微机保护的特点 传统的继电保护都是反应模拟量的保护，保护的功能完全依赖于硬件。微传统的继电保护都是反应模拟量的保护，保护的功能完全依赖于硬件。微型机继电保护装置则是反应数字量的。型机继电保护装置则是反应数字量的。它具有传统继电保护如整流型、晶体管它具有传统继电保护如整流型、晶体管型甚至集成电路型保护所无法比拟的优越性。微机保护的优点和特点可概括如型甚至集成电路型保护所无法比拟的优越性。微机保护的优点和特点可概括如下。下。 保护功能由软件实现采用数字信号处理技术数字存储技术(过程记忆录波等)自动测试和监视功能硬软件标准化公共数据重复使用实现

2、不同功能容易实现远方通信接口简单数字存储技术(过程记忆录波等)灵活性高性能运行维护方便高可靠性硬件尺寸小型化硬件负担轻特点优点二、微机保护硬件组成原理二、微机保护硬件组成原理微机保护硬件主要由以下几大部分组成：微机保护硬件主要由以下几大部分组成：1 1、模拟量输入系统（数据采集系统）（测量元件）、模拟量输入系统（数据采集系统）（测量元件）：完成将模拟：完成将模拟量输入信号准确地转换成所需的数字信号。量输入信号准确地转换成所需的数字信号。 2 2、CPUCPU主系统（逻辑判断元件）主系统（逻辑判断元件）：对由数据采集系统输入至：对由数据采集系统输入至RAMRAM区区的原始数据进行分析处理，以完成

3、各种继电保护的功能。的原始数据进行分析处理，以完成各种继电保护的功能。 3 3、开关量输入、开关量输入/ /输出系统（执行元件）输出系统（执行元件）：完成各种保护的出口跳：完成各种保护的出口跳闸、信号报警、外部接点输入及人机对话等功能。闸、信号报警、外部接点输入及人机对话等功能。 4 4、人机接口：、人机接口：人机接口部分主要包括打印、显示、键盘、各种面人机接口部分主要包括打印、显示、键盘、各种面板开关等，其主要功能用于人机对话，如调试、定值调整等。板开关等，其主要功能用于人机对话，如调试、定值调整等。 5 5、电源部分：、电源部分：通常采用逆变稳压电源。一般地，集成电路芯片的通常采用逆变稳压

4、电源。一般地，集成电路芯片的工作电压为工作电压为5V5V，而数据采集系统的芯片通常需要双极性的，而数据采集系统的芯片通常需要双极性的15V15V或或12V12V的工作电压，继电器回路则需要的工作电压，继电器回路则需要24V24V电压。因此，微机保护电压。因此，微机保护装置的电源至少要提供装置的电源至少要提供5V5V、15V15V（12V12V）、）、24V24V几个电压等级，几个电压等级，而且各级电压之间应不共地，以避免相互干扰甚至损坏芯片。而且各级电压之间应不共地，以避免相互干扰甚至损坏芯片。6 6、通讯回路：通讯回路：完成保护之间通讯及远动的要求。完成保护之间通讯及远动的要求。三、模拟量输

5、入系统的方式：三、模拟量输入系统的方式：（1）逐次逼近式）逐次逼近式A/D转换转换（2）电压）电压/频率变换（频率变换（VFC）3.2.1基于逐次逼近式基于逐次逼近式A/D转换的模拟量输入系统转换的模拟量输入系统1、电压形成回路、电压形成回路（1）微机保护的交流输入来自被保护设备的电流互感）微机保护的交流输入来自被保护设备的电流互感器、电压互感器的二次侧经电流变换器（器、电压互感器的二次侧经电流变换器（UA）、电压）、电压变换器（变换器（UV）变为适应模数转换器的转换要求的电平。）变为适应模数转换器的转换要求的电平。（2）起着屏蔽和隔离的作用。）起着屏蔽和隔离的作用。模拟量输入(由YH和LH二

6、次侧来)电压形成电压形成ALFS/HALFS/H多路转换开关(MPX)A/DMPUEPROMRAM定时器并行接口并行接口并行接口光电隔离电路出口电路开关量输出开关量输入打印机总线CPU 主系统数据采集系统输入/输出系统2、采样（取样）保持（、采样（取样）保持（S/H）电路）电路（1）采样（取样）：）采样（取样）：将连续的模拟信号变为离散的模拟信号将连续的模拟信号变为离散的模拟信号 1）采样周期：采样间隔）采样周期：采样间隔TS称为采样周期。称为采样周期。 2）采样频率：）采样频率：fs=1/Ts 为采样频率。为采样频率。 （2）保持：）保持： 为保证各通道采样的同时性，在等待模数转换的过为保证

7、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。程中，必须保持采样值不变。（3）采样保持电路）采样保持电路要求：要求： 1） 截获时间尽量短，特别是对快速变化的输入信截获时间尽量短，特别是对快速变化的输入信号采样更应保证这一点；号采样更应保证这一点； 2）保持时间要长；）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模拟开关的动作延时、闭合电阻和开断时的泄露电流要小露电流要小阻抗变换器阻抗变换器逻辑输入usruscChAS阻抗变换阻抗变换1的输出阻抗小；的输出阻抗小；阻抗变换阻抗变换2的输入阻抗大；的输入阻抗大；3、ALF和采样频率和采样频率 （1）采样定理：）

8、采样定理： （乃奎斯特采样定理）（乃奎斯特采样定理）为了使信号被采样后能够不失真还原，采样频率必须不小于两为了使信号被采样后能够不失真还原，采样频率必须不小于两倍的输入信号的最高频率。倍的输入信号的最高频率。（2）ALF（低通滤过器）的作用：（低通滤过器）的作用：由于微机保护主要反应基波分量（或由于微机保护主要反应基波分量（或2次、次、5次谐波）故可以在次谐波）故可以在采样之前使输入信号限制在一定的频带之内，即降低输入信号采样之前使输入信号限制在一定的频带之内，即降低输入信号的最高频率，这样一方面可以降低对硬件的速度要求，另一方的最高频率，这样一方面可以降低对硬件的速度要求，另一方面也不至于产

9、生频率混叠现象。面也不至于产生频率混叠现象。 如目前采样频率有如目前采样频率有600HZ、1200HZ）4、模拟多路转换开关（、模拟多路转换开关（MPX）作用：采用多路转换开关将各通道保持的模拟信号作用：采用多路转换开关将各通道保持的模拟信号分时接通分时接通A/D变换器。变换器。 5、模数转换器（、模数转换器（ADC回路）回路）模数转换器将采样保持回路输出的模拟量变为离散的数字量。模数转换器将采样保持回路输出的模拟量变为离散的数字量。（1）ADC的基本原理的基本原理基准电压基准电压UR根据根据A/D转换的位数转换的位数N，分成，分成2N层基准电压，将输入层基准电压，将输入的离散模拟量的离散模拟

10、量u*(t)与各层基准电压进行比较，层间按照四舍五入与各层基准电压进行比较，层间按照四舍五入的原则，编成二进制代码的数字信号。的原则，编成二进制代码的数字信号。（2）基本概念：）基本概念：1）分辨率：相邻两层间模拟量的）分辨率：相邻两层间模拟量的1/2。2）基本量化单元；相邻两层间的数字量相差为）基本量化单元；相邻两层间的数字量相差为LSB，称为基本量，称为基本量化单位，这里化单位，这里LSB=0013）量化误差：在量化过程中由于要进行舍入处理而产生的误差。）量化误差：在量化过程中由于要进行舍入处理而产生的误差。（3）数模转换）数模转换D/A（DAC）原理）原理作用：是将数字量作用：是将数字量

11、D转换成模拟量。（模拟参考量）转换成模拟量。（模拟参考量）6、数据采集系统与微机接口、数据采集系统与微机接口 为保证定时采样，数据采集系统与微机接口一般为保证定时采样，数据采集系统与微机接口一般采用中断采用中断方式。方式。实时时钟到达一方面向采样保持器发出采样保持信实时时钟到达一方面向采样保持器发出采样保持信号，另一方面向号，另一方面向CPU发出外部中断请求信号。发出外部中断请求信号。CPU收到中收到中断请求后，转入采样中断服务程序，并通过总线发出让多断请求后，转入采样中断服务程序，并通过总线发出让多路转换开关路转换开关MPX接通第一路采样通道的信号，同时起动接通第一路采样通道的信号，同时起动

12、AD转换。转换。AD转换器完成模数转换后向转换器完成模数转换后向CPU发出转换结束信号，发出转换结束信号，CPU查询到转换结束信号后通过数据总线读取转换数据，查询到转换结束信号后通过数据总线读取转换数据，并起动第二路的并起动第二路的AD转换，直到所有通道的转换，直到所有通道的AD转换完成。转换完成。3.2.1 开关量输入开关量输入第一类接点：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

13、接接至微按钮等。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机的并行接口 第二类接点第二类接点：是从装置外部经过端子排引入装置的触点，：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。触点、以及其它保护装置和操作继电器的触点等。 该类接点该类接点 要外部开入电源，并经光隔接入微机保护。要外部开入电源，并经光隔接入微机保护。3.3.2 开关量输出开关量输出（1）跳闸出口以及本地和中央信号等。）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

14、：）开关量输出回路抗干扰的措施： 1）要经过光电隔离。）要经过光电隔离。 2）由软件使并行口的）由软件使并行口的PB0输出输出“0”，PB1输出输出“1”，经，经与非门与非门Y2输出低电平控制光隔。输出低电平控制光隔。 3）开出自检。）开出自检。（1）开关量输出经与非门）开关量输出经与非门Y1（用作反相器）及与非门（用作反相器）及与非门Y2输出的原因：输出的原因：一方面是为了增强并行口的带负荷能力，另一方面是在一方面是为了增强并行口的带负荷能力，另一方面是在采用了与非门后，要满足两个条件才能使采用了与非门后，要满足两个条件才能使K动作，从而动作，从而增加了抗干扰能力。增加了抗干扰能力。 （2）

15、 PB0经一反相器，而经一反相器，而PB1却不经反相器，这样接却不经反相器，这样接可防止在拉合直流电源的过程中继电器可防止在拉合直流电源的过程中继电器K的短时误动。的短时误动。 开关量输入回路原理图(a)装置内接点输入回路(b)装置外接点输入回路+5V+EPB0PB1B1H1 EJ 小结小结 1、微机保护硬件的组成及作用、微机保护硬件的组成及作用 2、逐次逼近式、逐次逼近式A/D转换的原理转换的原理 3、采样定理；、采样定理； 三、微机保护软件组成原理三、微机保护软件组成原理 微机保护的软件主要是以硬件模件为基础，完成各种保护算法及方案，并提微机保护的软件主要是以硬件模件为基础，完成各种保护算

16、法及方案，并提供丰富灵活的手段对保护装置进行整定监视维护。保护装置中各供丰富灵活的手段对保护装置进行整定监视维护。保护装置中各CPU系统软件采系统软件采用模块化结构，根据机组容量及保护配置种类而定。但主要由三大模块组成，除用模块化结构，根据机组容量及保护配置种类而定。但主要由三大模块组成，除继电保护功能程序各继电保护功能程序各CPU不相同以外，其它程序模块是通用的。不相同以外，其它程序模块是通用的。微机保护软件主要由以下三大部分组成：微机保护软件主要由以下三大部分组成：调试监控程序：调试监控程序：运行监控程序运行监控程序继电保护功能程序继电保护功能程序继电保护功能程序调试监控程序运行监控程序调

17、试/运行键状态？初始化程序 1上电或复位调试运行中断入口中断返回(1) 调试监控程序调试监控程序 当装置运行在调试状态时，调试监控程序调试和检查当装置运行在调试状态时，调试监控程序调试和检查微机保护装置的硬件电路，输入、修改、固化保护装置微机保护装置的硬件电路，输入、修改、固化保护装置的定值；即提供丰富的测试手段，对装置进行全面的检的定值；即提供丰富的测试手段，对装置进行全面的检查、测试、整定等。查、测试、整定等。(2) 运行监控程序运行监控程序 当装置运行在运行状态时，运行监控程序可对装置进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。行自检，各种在线监

18、视，打印机的管理等。 (3) 继电保护功能程序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，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电气参数的计算，各保护判据的实现以及出口信号输出等。等。 主程序采样程序起动？正常运行程序故障计算程序NY四、数字滤波四、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信息而去掉无用成分的目的。有模

19、拟滤波器和数字滤波器之分。器之分。 模拟滤波器是由物理器件构成的。而数字滤波器不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。件的限制。实现起来比模拟滤波器要灵活得多。 数字滤波器就是数字滤波器就是程序滤波，即通过编制程序滤掉小程序滤波，即通过编制程序滤掉小于采样频率一半

20、的某些谐波（大于采样频率一半的谐波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）。由模拟低通滤波器滤掉）。五、微机保护的基本操作五、微机保护的基本操作1、保护的投、退操作、保护的投、退操作 有压板者操作压板；无压板者操作直流电源。有压板者操作压板；无压板者操作直流电源。2、定值修改、定值修改 运行人员主要是切换定值区（运行人员主要是切换定值区（09）。定值修改则由）。定值修改则由继电保护人员在调试状态下完成。继电保护人员在调试状态下完成。3、故障处理、故障处理 故障发生故障发生观察现象（解除音响、闪光变平光等）观察现象（解除音响、闪光变平光等）记记录现象（汇报）录现象（

21、汇报）恢复信号恢复信号试运行试运行-。1、EDCS-6000II型装置正视图键盘操作区人机显示界面状态指示区2、 EDCS-6000II型装置后视图工作电源指示区工作电源开关工作电源接线端子Xa状态量接线端子Xb控制输出接线端子Xc通信接线端子位电流接线端子Xd电流/电压接线端子Xe报警/控制接线端子Xh控制输出接线端子Xf母线电压接线端子位4、 EDCS-6000I型装置正视图键盘操作区状态指示区人机显示界面5、 EDCS-6000I型装置后视图工作电源接线端子Xa工作电源开关工作电源指示区状态量接线端子Xb控制输出接线端子Xc电流接线端子Xd电流/电压接线端子Xe报警/控制接线端子Xh控制输出接线端子Xf