微机保护第1章-概述.ppt

1、微机保护第1章-概述2/292022-11-10主要内容1.1 1.1 微机继电保护及其发展微机继电保护及其发展1.2 1.2 微机保护系统的组成微机保护系统的组成1.3 1.3 微机继电保护装置的特点微机继电保护装置的特点 3/292022-11-101.1 1.1 微机继电保护及其发展微机继电保护及其发展1.1.11.1.1继电保护及微机继电保护继电保护及微机继电保护1.1.继电保护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。护系统。2.2.继电保护装置继电保护装置在系统发生故障时，自动、迅速、有选择地将在系统发生故障时，自动、迅

2、速、有选择地将故障设备切除，保证其它部分正常运行；在不正常工作状故障设备切除，保证其它部分正常运行；在不正常工作状态时，可动作于发出信号、减负荷或跳闸。态时，可动作于发出信号、减负荷或跳闸。3.3.微机继电保护微机继电保护是以微型计算机和微型控制器作为核心部件，是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基于数字信号处理技术的继电保护。4/292022-11-101.1 1.1 微机继电保护及其发展微机继电保护及其发展5/292022-11-101.1 1.1 微机继电保护及其发展微机继电保护及其发展6/292022-11-101.1 1.1 微机继电保护及其发展微机

3、继电保护及其发展7/292022-11-101.1 1.1 微机继电保护及其发展微机继电保护及其发展8/292022-11-101.1 1.1 微机继电保护及其发展微机继电保护及其发展9/292022-11-101.1 1.1 微机继电保护及其发展微机继电保护及其发展10/292022-11-101.1 1.1 微机继电保护及其发展微机继电保护及其发展11/292022-11-101.1 1.1 微机继电保护及其发展微机继电保护及其发展12/292022-11-101.1 1.1 微机继电保护及其发展微机继电保护及其发展13/292022-11-101.1 1.1 微机继电保护及其发展微机继电

4、保护及其发展14/292022-11-101.1 1.1 微机继电保护及其发展微机继电保护及其发展15/292022-11-101.1 1.1 微机继电保护及其发展微机继电保护及其发展16/292022-11-101.1 1.1 微机继电保护及其发展微机继电保护及其发展17/292022-11-101.1 1.1 微机继电保护及其发展微机继电保护及其发展18/292022-11-101.1 1.1 微机继电保护及其发展微机继电保护及其发展1.1.21.1.2微机继电保护的发展现状微机继电保护的发展现状1.1.国外微机保护发展简况国外微机保护发展简况:a.a.2020世纪世纪7070年代年代输输

5、电线路的计算机保护装置电线路的计算机保护装置问世问世，是是世界上世界上第一套第一套较完整的计算机保护装置较完整的计算机保护装置。b.b.2020世纪世纪8080年代中期，微机保护在硬件结构和软件技术方面年代中期，微机保护在硬件结构和软件技术方面趋于成熟，在电力系统中广泛应用。趋于成熟，在电力系统中广泛应用。c.c.2020世纪世纪9090年代中期，微机保护采用多年代中期，微机保护采用多CPUCPU结构和数字信号处结构和数字信号处理器，可完成复杂的信号处理功能及独立的继电保护功能。理器，可完成复杂的信号处理功能及独立的继电保护功能。保护性能与装置可靠性提高。保护性能与装置可靠性提高。19/292

6、022-11-101.1 1.1 微机继电保护及其发展微机继电保护及其发展英国剑桥大学的英国剑桥大学的P.G.Mclaran及其同事就提出用计算机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。的文章。澳大利亚新南威尔士大学的澳大利亚新南威尔士大学的I.F.Morrison预测预测了输电线路计算机控制的前景。了输电线路计算机控制的前景。美国西屋公司的美国西屋公司的G.D.Rockefeller发表年了发表年了利用数字计算机实现的故障保护利用数字

7、计算机实现的故障保护的文章。的文章。1965年：年：1967年：年：1969年：年：20/291.1 1.1 微机继电保护及其发展微机继电保护及其发展美国西屋公司与美国西屋公司与GE公司合作研制成功一套输电公司合作研制成功一套输电线路的计算机保护装置。线路的计算机保护装置。日本投入了一套以微处理机为硬件的控制与继电日本投入了一套以微处理机为硬件的控制与继电保护装置，全部代替了原有保护，大大减少了控保护装置，全部代替了原有保护，大大减少了控制室的占地面积，并于制室的占地面积，并于1980年发表了试运行的结年发表了试运行的结果。果。国际电子电气工程师学会教育委员会组织了一次世界性的国际电子电气工程

8、师学会教育委员会组织了一次世界性的计算机继电保护研究班，对计算机继电保护研究班，对70年代以来的计算机保护的年代以来的计算机保护的研究成果进行了总结和交流。到研究成果进行了总结和交流。到80年代中期计算机保护年代中期计算机保护在电力系统中获得广泛应用。在电力系统中获得广泛应用。1972年：年：1977年：年：1979年：年：21/292022-11-101.1 1.1 微机继电保护及其发展微机继电保护及其发展2 2.国内微机保护发展简况国内微机保护发展简况:1984年年4月，华北电力大学研究的以月，华北电力大学研究的以MC6809CPU构成的构成的MDP1型微机线路保护装置。并在河北马型微机线

9、路保护装置。并在河北马头电厂投入试运行。这是我国研究成功的第一套微头电厂投入试运行。这是我国研究成功的第一套微机线路保护装置。机线路保护装置。1986年，全国第一台微机高压线路保护装置研制成年，全国第一台微机高压线路保护装置研制成功，并在辽宁省辽阳供电局投入运行。功，并在辽宁省辽阳供电局投入运行。22/292022-11-101.1 1.1 微机继电保护及其发展微机继电保护及其发展2 2.国内微机保护发展简况国内微机保护发展简况:我国微机我国微机保护保护的发展从硬件上看，分为的发展从硬件上看，分为三个阶段三个阶段：a.a.以单以单CPUCPU的的8 8位微处理器构成的微机保护装置，其主要特点为

10、：位微处理器构成的微机保护装置，其主要特点为：1 1）采用）采用8 8位微处理器位微处理器MC6909CPUMC6909CPU构成硬件系统。构成硬件系统。2 2）数据、地址、控制总线数据、地址、控制总线须引出插件外部。须引出插件外部。3 3）数据采集系统采用逐次）数据采集系统采用逐次逼近式逼近式A/DA/D芯片构成。芯片构成。4 4）存储器的容量较小。）存储器的容量较小。5 5）保护的程序和定值都存在）保护的程序和定值都存在EPROMEPROM中，定值的修改十分不便。中，定值的修改十分不便。6 6）仅有软件时钟，当直流电源消失后，时钟停止运行，直流电源）仅有软件时钟，当直流电源消失后，时钟停止

11、运行，直流电源恢复后须重新校时。无接受恢复后须重新校时。无接受GPSGPS的接口。的接口。7 7）不具备数据远传功能。）不具备数据远传功能。8 8）所有保护功能均由一个）所有保护功能均由一个CPUCPU处理，可靠性低。处理，可靠性低。9 9）代表产品为）代表产品为WXB01WXB01型微机保护装置。型微机保护装置。23/292022-11-101.1 1.1 微机继电保护及其发展微机继电保护及其发展 通用微机体系结构：通用微机体系结构：硬件系统的五大部分加上电源，通过系统总线有机地连硬件系统的五大部分加上电源，通过系统总线有机地连在一起。系统总线是各个部件之间传输信息的公共通道。一在一起。系统

12、总线是各个部件之间传输信息的公共通道。一般有三组总线：地址总线、数据总线和控制总线。典型的微般有三组总线：地址总线、数据总线和控制总线。典型的微机系统总线结构如下图所示。机系统总线结构如下图所示。典型的微机系统总线结构典型的微机系统总线结构24/292022-11-101.1 1.1 微机继电保护及其发展微机继电保护及其发展25/292022-11-101.1 1.1 微机继电保护及其发展微机继电保护及其发展2 2.国内微机保护发展简况国内微机保护发展简况:我国微机我国微机保护保护的发展从硬件上看，分为的发展从硬件上看，分为三个阶段三个阶段：c.c.以多个以多个16位单片机组成的多微机系统位单

13、片机组成的多微机系统，其主要特点为：，其主要特点为：1 1）硬件是以）硬件是以1616位单片机构成的多微机系统。（位单片机构成的多微机系统。（80C196KB80C196KB、M77M77）。）。2 2）以日本三菱公司的）以日本三菱公司的M77M77芯片构成的微机系统，可以做到总线不引芯片构成的微机系统，可以做到总线不引出芯片。出芯片。3 3）保护装置的硬件设计除了有硬件时钟外，装置还具备接受）保护装置的硬件设计除了有硬件时钟外，装置还具备接受GPSGPS全球定位系统的秒脉冲的接口全球定位系统的秒脉冲的接口。4 4）数据采集系统为）数据采集系统为VFCVFC方式，最高转换频率为方式，最高转换频

14、率为4MHZ4MHZ。（。（VFC110VFC110）5 5）时钟芯片和）时钟芯片和EEPROMEEPROM芯片均为串行方式。芯片均为串行方式。6 6）具备较完善的通信网络，可应用于变电站综合自动化系统中。）具备较完善的通信网络，可应用于变电站综合自动化系统中。7 7）具有友好的人机接口界面。）具有友好的人机接口界面。8 8）采用多层印刷电路板和表贴技术，增强了抗干扰能力）采用多层印刷电路板和表贴技术，增强了抗干扰能力。9 9）保护装置具备录波功能。）保护装置具备录波功能。26/292022-11-101.1 1.1 微机继电保护及其发展微机继电保护及其发展1.1.1.1.3 3微机继电保护的

15、发展动态微机继电保护的发展动态1.1.高速数据处理芯片的更新应用高速数据处理芯片的更新应用 我国微机保护装置硬件设计经历了从我国微机保护装置硬件设计经历了从8 8位、位、1616位、位、3232位微处位微处理器的发展阶段。研制出以理器的发展阶段。研制出以3232位数字信号处理器为硬件基位数字信号处理器为硬件基础的保护、控制、测量、一体化的微机保护综合控制装置。础的保护、控制、测量、一体化的微机保护综合控制装置。高性能高性能3232位单片机片内集成了各种通用硬件，无需使用片位单片机片内集成了各种通用硬件，无需使用片外总线扩展存储器，外总线扩展存储器，I/OI/O端口等。端口等。专用数字信号处理器

16、专用数字信号处理器DSPDSP的应用，极大缩短了数字滤波、滤的应用，极大缩短了数字滤波、滤序和傅里叶算法的计算时间。序和傅里叶算法的计算时间。27/292022-11-101.1 1.1 微机继电保护及其发展微机继电保护及其发展 冯诺依曼结构采用单存储空间，即程序指令和数据共用一个存储空间，使用单一的地址和数据总线，取指令和取操作数都是通过一条总线分时进行。微处理器的哈佛结构采用双存储空间，程微处理器的哈佛结构采用双存储空间，程序存储器和数据存储器分开，有各自独立的程序存储器和数据存储器分开，有各自独立的程序总线和数据总线，可独立编址和独立访问，序总线和数据总线，可独立编址和独立访问，可对程序

17、和数据进行独立传输，使取指令操作、可对程序和数据进行独立传输，使取指令操作、指令执行操作、数据吞吐并行完成，大大地提指令执行操作、数据吞吐并行完成，大大地提高了数据处理能力和指令的执行速度，非常适高了数据处理能力和指令的执行速度，非常适合于实时的数字信号处理。合于实时的数字信号处理。28/292022-11-101.1 1.1 微机继电保护及其发展微机继电保护及其发展29/292022-11-101.1 1.1 微机继电保护及其发展微机继电保护及其发展外部管理数据总线外部管理数据总线外部管理地址总线外部管理地址总线数据总线数据总线数据地址总线数据地址总线程序数据总线程序数据总线程序地址总线程序

18、地址总线并行接口并行接口30/292022-11-101.1 1.1 微机继电保护及其发展微机继电保护及其发展2.2.微机保护的网络化微机保护的网络化 全系统主要设备的保护装置与计算机网络连接，即微机保全系统主要设备的保护装置与计算机网络连接，即微机保护装置的护装置的网络化网络化。全球卫星定位系统和光纤通信技术对网。全球卫星定位系统和光纤通信技术对网络化的微机保护装置实现同步矢量测量提供了条件。络化的微机保护装置实现同步矢量测量提供了条件。3.3.继电保护的智能化继电保护的智能化 出现了人工神经网络、模糊理论来实现故障类型的判别、出现了人工神经网络、模糊理论来实现故障类型的判别、故障距离的确定

19、、方向保护、主设备保护等新方法，可提故障距离的确定、方向保护、主设备保护等新方法，可提高故障判断精确度，使传统算法难以识别的问题得到解决。高故障判断精确度，使传统算法难以识别的问题得到解决。4 4.广域继电保护的研究广域继电保护的研究 广域保护利用广域信息改进和提高传统继电保护的性能。广域保护利用广域信息改进和提高传统继电保护的性能。31/292022-11-101.2 1.2 微机保护系统的组成微机保护系统的组成微机继电保护系统由微机继电保护系统由硬件系统和软件系统硬件系统和软件系统组成。组成。1.1.硬件系统：硬件系统：图1.1 硬件原理框图2.2.软件系统：软件系统：实现继电保护的程序软

20、件，以继电保护的原理和微机保护的算法为实现继电保护的程序软件，以继电保护的原理和微机保护的算法为依据。依据。前向输入检测回路CPU主系统后向输出执行显示回路被测电气参数电力网图1-1 微机保护的原理图32/292022-11-101.2 1.2 微机保护系统的组成微机保护系统的组成微机保护的硬件构成：微机保护的硬件构成：33/292022-11-101.3 1.3 微机继电保护装置的特点微机继电保护装置的特点1.3.11.3.1微机继电保护装置的结构微机继电保护装置的结构目前微机继电保护装置是由电流电压互感器、中间继电器、微型机、目前微机继电保护装置是由电流电压互感器、中间继电器、微型机、开关

21、电源模块等部件组成。其装置结构如下图所示：开关电源模块等部件组成。其装置结构如下图所示：图1-2微机继电保护装置面板及整体图 图1-3微机继电保护装置背面及接线端子34/292022-11-101.3 1.3 微机继电保护装置的特点微机继电保护装置的特点图1-4微机继电保护装置多个插件 图1-5微机继电保护装置插件电路板微机继电保护装置实际上就是一台高性能、多功能的计算机，是电微机继电保护装置实际上就是一台高性能、多功能的计算机，是电力系统计算机网络上的智能终端。因此每个微机保护装置可以实现力系统计算机网络上的智能终端。因此每个微机保护装置可以实现保护、控制、测量、数据通信一体化。保护、控制、

22、测量、数据通信一体化。35/292022-11-101.3 1.3 微机继电保护装置的特点微机继电保护装置的特点36/382022-11-101.3 1.3 微机继电保护装置的特点微机继电保护装置的特点CPU板板37/382022-11-101.3 1.3 微机继电保护装置的特点微机继电保护装置的特点1.3.21.3.2微机继电保护装置的应用特点微机继电保护装置的应用特点 1.1.优点优点：（1 1）多种功能于一体，节省安装空间和控制电缆；）多种功能于一体，节省安装空间和控制电缆；（2 2）维护调试方便；）维护调试方便；（3 3）可靠性容易提高；）可靠性容易提高；（4 4）可以方便的扩充其他辅

23、助功能；）可以方便的扩充其他辅助功能；（5 5）灵活性大；）灵活性大；（6 6）改善和提高保护的动作特性和性能。）改善和提高保护的动作特性和性能。38/382022-11-101.3 1.3 微机继电保护装置的特点微机继电保护装置的特点2.2.缺点缺点：（1 1）与传统的保护有根本性的差别。传统继电保护装置全部由）与传统的保护有根本性的差别。传统继电保护装置全部由硬件构成，动作原理直观，易掌握；而构成微机保护的软件只有硬件构成，动作原理直观，易掌握；而构成微机保护的软件只有专门的设计人员才能改写或调试。专门的设计人员才能改写或调试。（2 2）使用者较难掌握它的操作和维护过程。）使用者较难掌握它的操作和维护过程。（3 3）要求硬件和软件有较高的可靠性。）要求硬件和软件有较高的可靠性。（4 4）硬件容易过时。）硬件容易过时。（5 5）由于微机保护装置中使用了大量集成芯片，以及软硬件的）由于微机保护装置中使用了大量集成芯片，以及软硬件的不断升级，增加了用户掌握其原理的难度。不断升级，增加了用户掌握其原理的难度。