畢業(yè)論文《電力變壓器的微機(jī)保護(hù)》.doc

湖南科技大學(xué) 瀟湘學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目電力變壓器的微機(jī)保護(hù)作 者張建華學(xué) 院信息學(xué)院專 業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化學(xué) 號(hào)0754010423指導(dǎo)教師張敏 二一 一 年 六 月 五 日湖 南 科 技 大 學(xué)瀟湘學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 系 教研室教研室主任: （簽名） 年 月 日學(xué)生姓名: 張建華 學(xué)號(hào): 0754010423 專業(yè): 電氣工程及其自動(dòng)化 1 設(shè)計(jì)（論文）題目及專題： 電力變壓器的微機(jī)保護(hù) 2 學(xué)生設(shè)計(jì)（論文）時(shí)間：自 2011 年 2 月 11 日開始至 2011 年 6 月 5 日止3 設(shè)計(jì)（論文）所用資源和參考資料：電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理工廠供電系統(tǒng)繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置電力系統(tǒng)保護(hù)與控制微機(jī)原理與接口技術(shù)微型計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)基礎(chǔ)4 設(shè)計(jì)（論文）應(yīng)完成的主要內(nèi)容：繼電保護(hù)的基本概述電力變壓器微機(jī)保護(hù)中各保護(hù)的基本原理微機(jī)保護(hù)的基本組成微機(jī)保護(hù)的硬件設(shè)計(jì)微機(jī)保護(hù)的軟件設(shè)計(jì)5 提交設(shè)計(jì)（論文）形式（設(shè)計(jì)說(shuō)明與圖紙或論文等）及要求：論文，嚴(yán)格按照湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作規(guī)范的有關(guān)要求打印訂硬件電路原理圖，用Protel格式輸出打印軟件結(jié)構(gòu)流程圖6 發(fā)題時(shí)間： 2011 年 2 月 20 日指導(dǎo)教師： （簽名）學(xué) 生： 張建華 （簽名） 湖 南 科 技 大 學(xué)瀟湘學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)人評(píng)語(yǔ)指導(dǎo)人： （簽名）年 月 日 指導(dǎo)人評(píng)定成績(jī)： 湖 南 科 技 大 學(xué)瀟湘學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)閱人評(píng)語(yǔ)日期： 學(xué)生： 學(xué)號(hào)： 班級(jí)： 題目： 提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)下列材料：1 設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書共頁(yè)2 設(shè)計(jì)（論文）圖 紙共頁(yè)3 指導(dǎo)人、評(píng)閱人評(píng)語(yǔ)共頁(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)評(píng)語(yǔ)：答辯委員會(huì)主任： （簽名）委員： （簽名）（簽名）（簽名）（簽名） 答辯成績(jī)： 總評(píng)成績(jī)： 湖 南 科 技 大 學(xué)瀟湘學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯記錄日期： 學(xué)生： 學(xué)號(hào)： 班級(jí)： 題目： 提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)下列材料：1 設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書共頁(yè)2 設(shè)計(jì)（論文）圖 紙共頁(yè)3 指導(dǎo)人、評(píng)閱人評(píng)語(yǔ)共頁(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)評(píng)語(yǔ)：答辯委員會(huì)主任： （簽名）委員： （簽名）（簽名）（簽名）（簽名） 答辯成績(jī)： 總評(píng)成績(jī)： 摘 要目前，隨著超高壓、特高壓輸變電技術(shù)在全國(guó)范圍的廣泛應(yīng)用，對(duì)于確保電網(wǎng)安全運(yùn)行的繼電保護(hù)裝置也由傳統(tǒng)的電磁型向微機(jī)型發(fā)展。而電力變壓器作為電業(yè)系統(tǒng)中重要的變換電壓、聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)、傳送功率的設(shè)備之一，作為保護(hù)它的裝置，要求更加的可靠和快速。本文在全面介紹和評(píng)述電力系統(tǒng)的微機(jī)保護(hù)原理及其發(fā)展的趨勢(shì)的基礎(chǔ)上，對(duì)電力系變壓器的微機(jī)保護(hù)進(jìn)行了專門研究。以所制定的保護(hù)方案為依據(jù)，提出了以中間模擬轉(zhuǎn)換器和電抗轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器等各種微機(jī)變壓器保護(hù)裝置的具體實(shí)現(xiàn)方法。并對(duì)保護(hù)裝置的硬件系統(tǒng)和軟件模塊設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的研究，滿足了變壓器微機(jī)保護(hù)裝置的要求。本裝置將變壓器運(yùn)行工況監(jiān)測(cè)與繼電保護(hù)結(jié)合，體現(xiàn)了新一代微機(jī)保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)思想。關(guān)鍵詞：變壓器,微機(jī)保護(hù),繼電保護(hù)ABSTRACTIt is widely used that transferring electric power in China.In order to make zhe electrified wrie netting running normally that zhe protective relaying equipment advancing with zhe time.In this paper are introduced comprehensively and electrical system of microcomputer protection principle and development trend of electric power, on the basis of the microcomputer protection of the transformer specially research. With the protection plan formulated for basis, put forward by the middle analog switches and circuit reactance converter, A/D converter transformer protection device of microcomputer as the concrete realization method. For protection device and the hardware and software module design makes a detailed research, satisfy the requirements of transformer microcomputer protection device. This device will transformer running condition monitoring and relay protection union, reflected the new generation of microcomputer protection device design thought. Keywords: Transformer,Microprocessor-based Protection, Reply protection - 43 -湖南科技大學(xué)瀟湘學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）目 錄第一章 緒 論- 1 -第二章 繼電保護(hù)的基本概述- 2 -2.1 電力系統(tǒng)的故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)- 2 -2.2 繼電保護(hù)的基本原理、保護(hù)裝置的組成和基本要求- 2 -2.2.1 繼電保護(hù)的基本原理- 2 -2.2.2 繼電保護(hù)裝置- 3 -2.2.3 繼電保護(hù)的基本要求- 3 -2.3 微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)簡(jiǎn)介- 4 -2.3.1微機(jī)保護(hù)的應(yīng)用與發(fā)展概況- 4 -2.3.2 微機(jī)保護(hù)的基本構(gòu)成- 5 -2.3.3 微機(jī)保護(hù)的特點(diǎn)與發(fā)展前景- 6 -第三章 電力變壓器微機(jī)保護(hù)中各保護(hù)的基本原理- 8 -3.1 瓦斯保護(hù)- 8 -3.2 縱差動(dòng)保護(hù)- 9 -3.3 過(guò)電流保護(hù)- 10 -3.4 溫度信號(hào)- 10 -第四章 微機(jī)保護(hù)的基本組成- 11 -4.1 概述- 11 -4.1.1 模擬量輸入系統(tǒng)- 11 -4.1.2 開關(guān)量輸入/輸出系統(tǒng)- 12 -4.1.3 CPU主系統(tǒng)- 12 -4.2 微機(jī)保護(hù)的抗干擾措施- 13 -第五章 微機(jī)保護(hù)的硬件設(shè)計(jì)- 14 -5.1 微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)- 14 -5.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)- 14 -5.2.1 模擬量輸入變換- 14 -5.2.2 前置模擬低通濾波器- 15 -5.2.3 采樣保持電路- 16 -5.2.4 多路轉(zhuǎn)換電路- 19 -5.2.5 A/D轉(zhuǎn)換電路- 21 -5.3 CPU主系統(tǒng)設(shè)計(jì)- 23 -5.3.1 CPU8086- 23 -5.3.2 時(shí)鐘發(fā)生器8284電路- 24 -5.3.3內(nèi)存儲(chǔ)器及有關(guān)電路- 24 -5.3.4 外圍輸入輸出器件譯碼電路- 25 -5.3.5 計(jì)數(shù)計(jì)時(shí)電路- 25 -5.3.6 中斷管理電路- 25 -5.4 開關(guān)量輸入/輸出系統(tǒng)- 25 -5.4.1 可編程并行I/O接口芯片8255A- 26 -5.4.2 開關(guān)量輸入電路- 27 -5.4.3開關(guān)量輸出電路- 28 -5.4.4 光電隔離電路- 29 -5.4.5 人機(jī)接口回路- 29 -第六章 微機(jī)保護(hù)的軟件設(shè)計(jì)- 32 -6.1 微機(jī)保護(hù)軟件的基本結(jié)構(gòu)- 32 -6.2 數(shù)字濾波- 32 -6.3 微機(jī)保護(hù)的基本算法- 34 -6.4 微機(jī)保護(hù)軟件流程- 36 -6.4.1 軟件框圖及軟件流程圖- 36 -6.4.2 數(shù)據(jù)采集- 36 -6.4.3 8255并行接口輸出- 37 -6.4.4 數(shù)字濾波- 37 -6.4.5 輸出部分- 38 -6.4.6鍵盤部分- 38 -第七章 結(jié)論- 40 -參考文獻(xiàn)- 41 -致 謝- 42 -附錄A: 元件清單- 43 -附錄B: 程 序 清 單- 44 -附錄C：電力變壓器微機(jī)保護(hù)硬件原理圖- 58 -湖南科技大學(xué)瀟湘學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第一章 緒 論在電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)研究領(lǐng)域中，變壓器保護(hù)的研究和開發(fā)一直受到人們的廣泛關(guān)注。一方面，將傳統(tǒng)的保護(hù)原理比如率制動(dòng)和二次諧波制動(dòng)原理應(yīng)用于微機(jī)保護(hù)，并借助計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)所具有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，重點(diǎn)針對(duì)保護(hù)原理的具體實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)和完善，以提高變壓器的保護(hù)的總體性能。另一方面，充分利用計(jì)算機(jī)的數(shù)字運(yùn)算，邏輯處理以及長(zhǎng)記憶能力，不斷的探索新的保護(hù)原理，如采用故障電流實(shí)現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)、采樣值差動(dòng)保護(hù)、波形對(duì)稱性原理、以及根據(jù)變壓器磁通變化特性來(lái)判斷勵(lì)磁涌流等。但這些原理的實(shí)際應(yīng)用無(wú)不對(duì)微機(jī)保護(hù)的指揮中心CPU的內(nèi)核結(jié)構(gòu)、高速運(yùn)算能力以及與實(shí)時(shí)信號(hào)處理相適應(yīng)的尋址方式等許多方面的特性提出了更高的性能。在研制開發(fā)礦井35KV主變微機(jī)保護(hù)的調(diào)研時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前應(yīng)用于電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)的中所采用的CPU多為8位或16位CPU。如INTEL公司的8086、MCS51系列及其兼容產(chǎn)品、8098、8086以及80C196等.本文主要在全面介紹和評(píng)述電力系統(tǒng)的微機(jī)保護(hù)原理及其發(fā)展的趨勢(shì)的基礎(chǔ)上，對(duì)電力系變壓器的微機(jī)保護(hù)進(jìn)行了專門研究。以所制定的保護(hù)方案為依據(jù)，提出了以中間模擬轉(zhuǎn)換器和電抗轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器等各種微機(jī)變壓器保護(hù)裝置的具體實(shí)現(xiàn)方法。并對(duì)保護(hù)裝置的硬件系統(tǒng)和軟件模塊設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的研究，滿足了變壓器微機(jī)保護(hù)裝置的要求。本裝置將變壓器運(yùn)行工況監(jiān)測(cè)與繼電保護(hù)結(jié)合，體現(xiàn)了新一代微機(jī)保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)思想。第二章 繼電保護(hù)的基本概述2.1 電力系統(tǒng)的故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)變壓器是電力系統(tǒng)中大量使用的重要的電氣設(shè)備。它的安全運(yùn)行直接關(guān)系到電力系統(tǒng)供電的可靠性及運(yùn)行的穩(wěn)定性。變壓器在電力系統(tǒng)的使用數(shù)量較多，且變壓器一旦發(fā)生故障，其影響范圍較大。因此，為了保證電力系統(tǒng)及變壓器的安全，并把故障和異常運(yùn)行狀態(tài)限制在最小，在變壓器中必須裝設(shè)動(dòng)作可靠的，性能良好的繼電保護(hù)裝置。電力變壓器廣泛采用油浸式結(jié)構(gòu)，其故障可分為變壓器油箱內(nèi)部故障和油箱外部故障兩大類。 內(nèi)部故障由于變壓器置身油箱內(nèi)部，因而變壓器油箱內(nèi)部故障應(yīng)包括有繞組的相間短路、匝間短路和中性點(diǎn)接地系統(tǒng)側(cè)的接地短路。當(dāng)變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生這些故障時(shí)，短路電流在故障點(diǎn)產(chǎn)生的高溫電弧不僅可能燒壞繞組絕緣材料和鐵心，而且由于絕緣材料和變壓器油劇烈氣化產(chǎn)生大量氣體，可能使變壓器油箱局部變形，嚴(yán)重時(shí)甚至引起油箱爆炸。因此，變壓器油箱內(nèi)部故障是電力系統(tǒng)最危險(xiǎn)的故障之一，在配置變壓器保護(hù)時(shí)應(yīng)該注意。 外部故障變壓器油箱外部故障主要是在電力系統(tǒng)絕緣套管和引出線上發(fā)生的相間短路和中性點(diǎn)接地系統(tǒng)側(cè)的接地短路。變壓器的異常運(yùn)行狀態(tài)有多種，常見的有外部短路引起的過(guò)電流、過(guò)負(fù)荷、油箱漏油造成的油面降低或冷卻系統(tǒng)，系統(tǒng)故障引起的油溫升高。外部接地短路引起的中性點(diǎn)過(guò)電壓及系統(tǒng)過(guò)電壓或頻率降低引起的過(guò)勵(lì)磁等。2.2 繼電保護(hù)的基本原理、保護(hù)裝置的組成和基本要求2.2.1 繼電保護(hù)的基本原理繼電保護(hù)裝置要能正確工作，首先必須具備有區(qū)分被保護(hù)設(shè)備正常運(yùn)行與發(fā)生故障和異常運(yùn)行狀態(tài)的能力。電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，電流電壓的大小和相位發(fā)生變化，還會(huì)產(chǎn)生負(fù)序、零序電流電壓分量。當(dāng)突變量達(dá)到一定值時(shí)，起動(dòng)邏輯控制環(huán)節(jié)，發(fā)出相應(yīng)的跳閘脈沖或信號(hào)。利用故障中電氣量的特征，可以構(gòu)成不同原理的繼電保護(hù)裝置。如：反應(yīng)電流增大的過(guò)電流保護(hù)，反應(yīng)電壓降低的低電壓保護(hù)，反應(yīng)電壓和電流的比值，即阻抗變化的距離保護(hù)等。2.2.2 繼電保護(hù)裝置供電系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，會(huì)引起電流的增加和電壓的降低，以及電流、電壓間相位角的變化。因此，利用故障時(shí)參數(shù)與正常運(yùn)行時(shí)的差別，就可以構(gòu)成不同原理和類型的繼電保護(hù)。繼電保護(hù)的種類很多，一般由三大部分組成：即測(cè)量部分、邏輯部分和執(zhí)行部分，其原理結(jié)構(gòu)圖如圖2.1所示。測(cè)量部分邏輯部分執(zhí)行部分故障參數(shù)量整定值輸出信號(hào)圖2.1 繼電保護(hù)裝置的原理結(jié)構(gòu)圖 測(cè)量部分：測(cè)量被保護(hù)元器件分量，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換和構(gòu)成后，將其與整定值比較，據(jù)比較結(jié)果給出“是”、“非”、“大于”、“不大于”、等于“0”或“1”等邏輯信號(hào)，從而判斷保護(hù)是否應(yīng)該起動(dòng)。 邏輯部分：根據(jù)測(cè)量部分各輸出量的大小、性質(zhì)、輸出的邏輯狀態(tài)，出現(xiàn)次序或組合方式，確定保護(hù)裝置是否動(dòng)作。 執(zhí)行部分：根據(jù)邏輯部分所做出的判斷，執(zhí)行保護(hù)裝置的任務(wù)。如發(fā)出信號(hào)、跳閘或不動(dòng)作等。2.2.3 繼電保護(hù)的基本要求電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本性能有可靠性、選擇性、快速性、靈敏性，這些要求之間，有的相輔相承，有的相互制約，針對(duì)不同的使用條件，側(cè)重點(diǎn)也有所不同。 繼電保護(hù)的可靠性繼電保護(hù)的可靠性是對(duì)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的最基本性能要求，它又分為兩個(gè)方面，即可信賴性與安全性。 可信賴性要求繼電保護(hù)在設(shè)計(jì)要求它動(dòng)作的異?；蚬收蠣顟B(tài)下，能夠準(zhǔn)確地完成動(dòng)作；安全性要求繼電保護(hù)在非設(shè)計(jì)要求它動(dòng)作的其他所有情況下，能夠可靠地不動(dòng)作?？尚刨囆耘c安全性，都是繼電保護(hù)必備的性能，但兩者相互矛盾。在設(shè)計(jì)與選用繼電保護(hù)時(shí)，需要依據(jù)被保護(hù)對(duì)象的具體情況，對(duì)這兩方面的性能要求適當(dāng)?shù)赜枰哉{(diào)解。 選擇性繼電保護(hù)的選擇性是指在對(duì)系統(tǒng)影響可能最小的處所，實(shí)現(xiàn)短路器的控制操作，以終止故障或系統(tǒng)事故的發(fā)展。電力元件繼電保護(hù)的選擇性，除了決定于繼電保護(hù)裝置本身的性能外，還要求滿足：a、由電源算起，愈靠近故障點(diǎn)的繼電保護(hù)的故障起動(dòng)值相對(duì)愈小，動(dòng)作時(shí)間愈短，并在上下級(jí)之間留有適當(dāng)?shù)脑６?；b、要具有后備保護(hù)作用，如果最靠近故障點(diǎn)的繼電保護(hù)裝置或斷路器因故拒絕動(dòng)作而不能斷開故障時(shí)，能由緊鄰的電源側(cè)繼電保護(hù)動(dòng)作將故障斷開。 快速性繼電保護(hù)的快速性是指繼電保護(hù)應(yīng)以允許的可能最快速度動(dòng)作于斷路器跳閘，以斷開故障或中止異常狀態(tài)發(fā)展。繼電保護(hù)快速動(dòng)作可以減輕故障元件的損壞程度，減小對(duì)用戶工作的影響，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，在發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)力求保護(hù)裝置能迅速動(dòng)作切除故障。由于快速性與選擇性在一般情況下是矛盾的，為兼顧兩者，一般允許帶有一定的延時(shí)切除故障。故障切除的總時(shí)間等于保護(hù)裝置和斷路器動(dòng)作時(shí)間之和。 靈敏性繼電保護(hù)的靈敏性是指保護(hù)裝置對(duì)于其保護(hù)范圍內(nèi)所發(fā)生的各種金屬性短路故障，應(yīng)具有足夠的反應(yīng)能力。保護(hù)裝置的靈敏性要求與選擇性要求關(guān)系密切，在電力系統(tǒng)故障時(shí)，故障設(shè)備的保護(hù)必須先能夠靈敏地反應(yīng)故障，才可能有選擇性的切除故障。因此能有選擇切除故障的保護(hù)，必須同時(shí)具備有靈敏性。 保護(hù)裝置的靈敏性通常用靈敏系數(shù)Ksen（又稱靈敏度）的大小來(lái)衡量。靈敏系數(shù)越高，表示保護(hù)裝置對(duì)故障的反應(yīng)能力越強(qiáng)，反之，則越弱。因此，過(guò)量保護(hù)和欠量保護(hù)對(duì)于靈敏系數(shù)的定義是不同。在最不利情況下保護(hù)裝置的靈敏系數(shù)應(yīng)大于1，一般為1.22.0。2.3 微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)簡(jiǎn)介2.3.1微機(jī)保護(hù)的應(yīng)用與發(fā)展概況計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)是20世紀(jì)最令人矚目的事件。自從世界上公認(rèn)的第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)ENLAC 于1946年在美國(guó)誕生以來(lái)，計(jì)算機(jī)的發(fā)展速度很快，特別是微處理器的出現(xiàn)，給工業(yè)自動(dòng)化控制帶來(lái)了深刻的變革。廣泛而深入地影響著科學(xué)技術(shù)、生產(chǎn)和生活等各個(gè)領(lǐng)域。以近十年來(lái)國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)的迅速發(fā)展為例：電力系統(tǒng)的現(xiàn)代化運(yùn)行程度相當(dāng)高，發(fā)電廠及電網(wǎng)的控制中心普遍采用了以計(jì)算機(jī)為核心的自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集與安全監(jiān)控、自動(dòng)發(fā)電控制與經(jīng)濟(jì)調(diào)度及安全分析。就電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要領(lǐng)域繼電保護(hù)而言，計(jì)算機(jī)保護(hù)的出現(xiàn)與廣泛應(yīng)用反映了這一技術(shù)發(fā)展潮流的一個(gè)方面。事實(shí)上，計(jì)算機(jī)保護(hù)裝置目前主要是以微處理器為基礎(chǔ)的數(shù)字電路構(gòu)成的，通常又稱為微機(jī)保護(hù)。目前我國(guó)無(wú)論是輸電線路的保護(hù)還是電力主設(shè)備保護(hù)都有一系列成套實(shí)用的微機(jī)保護(hù)裝置。在220500KV變電所內(nèi)，已形成了基于不同原理的雙套微機(jī)主保護(hù)系列裝置，在110KV35KV變電所內(nèi)微機(jī)保護(hù)裝置也得到廣泛應(yīng)用，在綜合自動(dòng)化的變電所和電站里，微機(jī)型繼電保護(hù)裝置與監(jiān)控系統(tǒng)已綜合形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。保護(hù)裝置通過(guò)微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)，將保護(hù)的狀態(tài)、動(dòng)作、信號(hào)傳送給集控站或調(diào)度所，值班人員可以在遠(yuǎn)方投切保護(hù)裝置、查看保護(hù)狀態(tài)修改保護(hù)定值等。微機(jī)保護(hù)的生產(chǎn)廠家眾多，產(chǎn)品眾多，在國(guó)內(nèi)，目前較為成熟和用量較大的微機(jī)保護(hù)產(chǎn)品有： 南瑞繼電保護(hù)公司生產(chǎn)的LFP-900系列微機(jī)保護(hù)裝置，含各種電壓等級(jí)的線路保護(hù)、變壓器成套保護(hù)、12.5MVA以下的發(fā)電機(jī)成套保護(hù)、母線保護(hù)、變電端綜合自動(dòng)化微機(jī)保護(hù)裝置及各種輔助設(shè)備。 北京哈德威四方保護(hù)與控制設(shè)備有限公司生產(chǎn)的CS系列微機(jī)保護(hù)裝置，含CSL系列線路保護(hù)、CSP系列電容器保護(hù)、CST系列變壓器保護(hù)、CSI斷路器保護(hù)等，另外該公司還生產(chǎn)CSD系列集中式遙測(cè)、遙信和遙控裝置、CSM網(wǎng)絡(luò)主站、CSN系列網(wǎng)絡(luò)輔助器件及其他微機(jī)自動(dòng)裝置。 許昌繼電器集團(tuán)和南京自動(dòng)化設(shè)備總廠等國(guó)內(nèi)其他生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的WXH(B)、WBE型微機(jī)保護(hù)裝置等。 國(guó)外產(chǎn)品有：美國(guó)GE公司生產(chǎn)的DLP型微機(jī)距離線路保護(hù)、美國(guó)SET公司生產(chǎn)的SEL-301型微機(jī)線路保護(hù)、ABB公司生產(chǎn)的REL-531微機(jī)距離保護(hù)、德國(guó)西門子公司生產(chǎn)的TSA-531型距離保護(hù)等。2.3.2 微機(jī)保護(hù)的基本構(gòu)成原有的保護(hù)裝置是使輸入的電流、電壓信號(hào)直接在模擬量之間進(jìn)行比較和運(yùn)算處理，使模擬量與裝置中給定的電氣量進(jìn)行比較和運(yùn)算處理，而計(jì)算機(jī)保護(hù)則由于計(jì)算機(jī)只能作數(shù)字運(yùn)算或邏輯運(yùn)算，因此，首先要求以模擬量輸入的電流電壓的瞬時(shí)值變換為離散的數(shù)字量，然后才送入計(jì)算機(jī)的中央處理器，按規(guī)定的算法程序進(jìn)行運(yùn)算，且將運(yùn)算結(jié)果隨時(shí)與給定的數(shù)字進(jìn)行比較，最后做出是否跳閘的判斷。微機(jī)保護(hù)的基本構(gòu)成可看成由硬件和軟件兩部分構(gòu)成。其整套硬件通常是用單獨(dú)的專用機(jī)箱組裝，包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、CPU主系統(tǒng)、開關(guān)量輸入、輸出系統(tǒng)及外圍設(shè)備等。微機(jī)保護(hù)的軟件由初始化模塊、數(shù)據(jù)采集管理模塊、故障檢出模塊、故障計(jì)算模塊與自檢模塊等組成。2.3.3 微機(jī)保護(hù)的特點(diǎn)與發(fā)展前景 運(yùn)行靈活 保護(hù)定值可保存于具有電可擦性質(zhì)的EEPROM中。由于微機(jī)保護(hù)的可編程及通信能力，該定值可根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化靈活地進(jìn)行修改，修改時(shí)間短且步驟簡(jiǎn)單。 可靠性高 微機(jī)保護(hù)可以對(duì)硬件和軟件進(jìn)行連續(xù)的自檢，有很強(qiáng)的綜合分析和判斷能力。它能自動(dòng)檢測(cè)出硬件故障同時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)并閉鎖其跳閘出口回路。同時(shí)軟件也具有自檢功能，可以對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行校錯(cuò)和糾錯(cuò)，即自動(dòng)的識(shí)別和排除干擾。 易于獲得附加功能由于計(jì)算機(jī)軟件的特點(diǎn)，使得微機(jī)保護(hù)可以做到硬件和軟件資源共享，在不增加任何硬件的情況下，只需增加一些軟件即可獲得各種附加功能。例如在微機(jī)保護(hù)裝置中，可以很方便地附加低周減載和自動(dòng)重合閘、故障濾波、故障測(cè)距等自動(dòng)裝置的功能。微機(jī)保護(hù)裝置可以配有打印機(jī)、顯示器等外部設(shè)備，在系統(tǒng)發(fā)生故障后提供多種信息，如動(dòng)作時(shí)間記錄、故障類型和相別、電流電壓波形記錄等。這些信息將有助于運(yùn)行部門對(duì)事故的分析和處理。微機(jī)保護(hù)所具有的對(duì)外通信功能，使之成為該數(shù)字化環(huán)境不可缺少的一環(huán)。 動(dòng)作正確率高微機(jī)保護(hù)裝置能保證在任何時(shí)刻均不斷迅速地采樣計(jì)算，反復(fù)準(zhǔn)確地校核。在電力系統(tǒng)發(fā)生故障的暫態(tài)期內(nèi)，就能正確判斷故障，如果故障發(fā)生了變化或進(jìn)一步發(fā)展也能及時(shí)做出判斷和自糾。 調(diào)試維護(hù)方便微機(jī)保護(hù)的硬件是一片單片微型計(jì)算機(jī)及外圍設(shè)備，而各種復(fù)雜的功能是由相應(yīng)的程序?qū)崿F(xiàn)的。微機(jī)保護(hù)裝置本身又具有自診斷功能，可以對(duì)硬件各部分和存放在EPROM中的程序進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)異常就會(huì)發(fā)出報(bào)警。通常只要給上電源后沒有警報(bào)，就可以確認(rèn)裝置是完好的。故對(duì)微機(jī)保護(hù)裝置可以說(shuō)幾乎不用調(diào)試，大大減輕了調(diào)試和運(yùn)行維護(hù)的工作量。隨著電力系統(tǒng)的高速發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)的不斷進(jìn)步，繼電保護(hù)技術(shù)面臨著進(jìn)一步發(fā)展的趨勢(shì)。國(guó)內(nèi)外微機(jī)繼電保護(hù)技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)為：計(jì)算機(jī)化，網(wǎng)絡(luò)化，保護(hù)、控制、測(cè)量、數(shù)據(jù)通信一體化，人工智能化。隨著計(jì)算機(jī)硬件的迅猛發(fā)展，微機(jī)保護(hù)硬件也在不斷的發(fā)展。電力系統(tǒng)對(duì)微機(jī)保護(hù)的要求也總是在不斷提高，除了具有保護(hù)的基本功能外，微機(jī)保護(hù)還具有大量故障信息和數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期存放空間、快速的數(shù)據(jù)處理功能、強(qiáng)大的通信能力，與其它保護(hù)控制裝置和調(diào)度聯(lián)網(wǎng)，以共享全系統(tǒng)數(shù)據(jù)、信息和網(wǎng)絡(luò)資源的能力、高級(jí)語(yǔ)言編程等。第三章 電力變壓器微機(jī)保護(hù)中各保護(hù)的基本原理電力變壓器高低壓側(cè)的電壓為110KV、38.5KV，且變壓器的容量為50000KVA，為了保證電力系統(tǒng)和變壓器的安全運(yùn)行，應(yīng)裝設(shè)以下動(dòng)作可靠、性能良好的保護(hù)裝置。3.1 瓦斯保護(hù)瓦斯保護(hù)是反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)部氣體的數(shù)量和流動(dòng)的速度而動(dòng)作的保護(hù)，保護(hù)變壓器油箱內(nèi)部各種短路故障，特別是對(duì)繞組的相間短路和匝間短路。由于短路點(diǎn)電弧的作用，將使變壓器油和其它絕緣材料分解，產(chǎn)生氣體。氣體從油箱經(jīng)連通管流向油枕，利用氣體的數(shù)量及流速構(gòu)成瓦斯保護(hù)。瓦斯保護(hù)的原理接線如圖3.1所示，上面的觸點(diǎn)表示“輕瓦斯保護(hù)”，動(dòng)作后經(jīng)延時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。下面的觸點(diǎn)表示“重瓦斯保護(hù)”，動(dòng)作后起動(dòng)變壓器保護(hù)的總出口繼電器，使斷路器跳閘。當(dāng)油箱內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，由于油流的不穩(wěn)定可能造成干簧觸點(diǎn)的抖動(dòng)，此時(shí)為使斷路器能可靠跳閘，應(yīng)選用電流具有自保持線圈的出口中間繼電器KM，動(dòng)作后由斷路器的輔助觸點(diǎn)來(lái)解除出口回路的自保持。此外，為防止變壓器換油或進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)引起重 瓦斯保護(hù)誤動(dòng)作跳閘，可利用切換片KB將跳閘回路切換到信號(hào)回路。圖3.1 瓦斯保護(hù)原理接線圖瓦斯保護(hù)的主要優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)作迅速、靈敏度高，安裝接線簡(jiǎn)單、能反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生的各種故障包括輕微的匝間短路故障（這時(shí)其它變壓器保護(hù)無(wú)法做到的）。近年來(lái)，大型變壓器為了改善防護(hù)沖擊過(guò)電壓的性能，廣泛采用了新型結(jié)構(gòu)和工藝，這導(dǎo)致了匝間短路故障可能性的增加，而縱差動(dòng)保護(hù)卻往往不能動(dòng)作，只能依靠瓦斯保護(hù)來(lái)反應(yīng)；此外，瓦斯保護(hù)還能反應(yīng)變壓器的鐵心局部燒損、繞組內(nèi)部斷線。絕緣逐漸劣化及油面降低等故障。瓦斯保護(hù)的主要缺點(diǎn)是：不能反應(yīng)變壓器套管和引出線的故障，因此，還需要引入其它主保護(hù)；在變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，由于瓦斯保護(hù)要有一定的油流速度才能動(dòng)作，因而動(dòng)作速度不夠快。3.2 縱差動(dòng)保護(hù)縱差動(dòng)保護(hù)是反應(yīng)被保護(hù)變壓器各端流入和流出電流的相量差，通過(guò)比較變壓器各側(cè)電流大小及相位構(gòu)成保護(hù)原理。變壓器實(shí)現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)的原理接線如圖3.2所示。圖3.2 變壓器實(shí)現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)的原理由于電力變壓器高低壓側(cè)的額定電流不同，因此為了保證縱差動(dòng)保護(hù)的正確工作，就必須適當(dāng)選擇兩側(cè)電流互感器的變比n，這時(shí)與送電線路的縱差動(dòng)保護(hù)不同的。使得在正常運(yùn)行和外部故障時(shí)，兩個(gè)二次電流相等。在保護(hù)范圍內(nèi)故障時(shí)，流入差回路的電流的為短路電流二次值，保護(hù)動(dòng)作?？v差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作后，跳開變壓器兩側(cè)的斷路器。在正常運(yùn)行及保護(hù)范圍外部短路穩(wěn)態(tài)情況下有穩(wěn)態(tài)不平衡電流流入縱差動(dòng)保護(hù)回路中，差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流應(yīng)大于最大不平衡電流，以保證保護(hù)范圍外部短路時(shí)差動(dòng)保護(hù)不動(dòng)作。不平衡電流增大，將使保護(hù)的靈敏度降低。由于變壓器兩側(cè)電流相位不同而產(chǎn)生不平衡電流變壓器常常采用Y,d11的接線方式，其兩側(cè)電流的相位差為30。如果兩側(cè)的電流互感器仍采用通常的接線方式，則二次電流由于相位不同也會(huì)有一個(gè)差電流流入繼電器。為了清除這種不平衡電流的影響，通常將變壓器星形側(cè)的三個(gè)電流互感器接成三角形，而將變壓器三角形側(cè)的三個(gè)電流互感器接成星形，并適當(dāng)考慮連接方式即可整定。由于兩側(cè)電流互感器的誤差引起的不平衡電流當(dāng)變壓器兩側(cè)電流互感器變比的比值等于變壓器的變比時(shí)，由于電流互感器有電流誤差I(lǐng)，在正常運(yùn)行及保護(hù)范圍外部故障時(shí)流入差回路中的電流不為零。在正常運(yùn)行時(shí)，電流互感器的鐵心不飽和，勵(lì)磁電流很小，不平衡電流也很小。當(dāng)外部故障時(shí)，短路電流很大，使兩側(cè)電流互感器迅速飽和，勵(lì)磁阻抗下降，勵(lì)磁電流的差值也增大，不平衡電流增大。所以在選擇互感器時(shí)，應(yīng)選帶有氣隙的D級(jí)鐵心互感器，使之在短路時(shí)也不飽和，另外選大變比的電流互感器，可以降低短路電流的倍數(shù)。產(chǎn)生不平衡電流的原因很多，應(yīng)選擇合適的方法消除或減小不平衡電流對(duì)變壓器的影響。3.3 過(guò)電流保護(hù)為了防止外部短路引起變壓器線圈的過(guò)電流，并作為差動(dòng)保護(hù)和瓦斯保護(hù)的后備保護(hù)，變壓器還必須裝設(shè)過(guò)電流保護(hù)。由于變壓器的過(guò)負(fù)荷能力強(qiáng)，流過(guò)變壓器的最大負(fù)荷電流大。因此變壓器過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作電流大、靈敏度低，一般只用在容量較小或者只作為變壓器相鄰元件的后備保護(hù)。為實(shí)現(xiàn)過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作選擇性，各保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間一般按階梯原則進(jìn)行整定，相鄰保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間，自負(fù)荷向電源方向逐漸增大，且每套保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間是恒定不變的，與短路電流的大小無(wú)關(guān)。另外過(guò)電流保護(hù)的整定值還要考慮繼電器的返回系數(shù)，因?yàn)樵谕獠慷搪窌r(shí)，電流繼電器可能起動(dòng)，但在外部故障切除后（此時(shí)電流降到最大負(fù)荷電流），必須可靠返回，否則會(huì)出現(xiàn)誤跳閘。過(guò)電流保護(hù)應(yīng)按躲過(guò)最大工作電流整定，起動(dòng)值比較大，往往不能滿足靈敏度的要求。為此，可以采用低電壓閉鎖的過(guò)電流保護(hù)，以提高保護(hù)的靈敏度。3.4 溫度信號(hào)變壓器油的溫度越高，劣化速度就越快，使用壽命就越短，因此，變壓器運(yùn)行規(guī)程規(guī)定，變壓器正常運(yùn)行上層油溫應(yīng)控制在6080C范圍內(nèi)，不宜超過(guò)85C，不得超過(guò)95 C。為此，必須對(duì)運(yùn)行中的變壓器上層油溫進(jìn)行監(jiān)視。在變壓器正常運(yùn)行時(shí)，可動(dòng)指示指針處在兩個(gè)定位指針之間。當(dāng)變壓器上層油溫升高時(shí)，受熱器中液體膨脹，溫度指示表中流體壓力計(jì)的感應(yīng)部分所受壓力增大，指示表指針的位置相應(yīng)改變，當(dāng)指示表指針到達(dá)預(yù)先放置的紅色限定位指針位置時(shí)，定位指針的一對(duì)觸點(diǎn)閉合，發(fā)出變壓器油溫高信號(hào)并啟動(dòng)相應(yīng)的冷卻系統(tǒng)；反之，在變壓器上層油溫下降時(shí)，指示表指針的位置也作相應(yīng)的改變，當(dāng)指示表指針到達(dá)預(yù)先放置的黃色下限定位指針位置時(shí)，定位指針的觸點(diǎn)由閉合變?yōu)閿嚅_，切斷相應(yīng)冷卻系統(tǒng)的啟動(dòng)回路。可見，變壓器溫度信號(hào)裝置不僅可實(shí)時(shí)顯示變壓器的上層油溫，還起到了自動(dòng)控制變壓器冷卻系統(tǒng)的作用。第四章 微機(jī)保護(hù)的基本組成4.1 概述微機(jī)保護(hù)是采用數(shù)字邏輯保護(hù)的，保護(hù)的每一種功能主要通過(guò)微機(jī)系統(tǒng)中程序運(yùn)行來(lái)完成。微機(jī)保護(hù)裝置實(shí)際上就是一臺(tái)具有繼電保護(hù)功能的微機(jī)系統(tǒng)，是一種依靠微機(jī)實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能的工業(yè)控制裝置。因此，微機(jī)保護(hù)的基本構(gòu)成又可看成由硬件和軟件兩部分構(gòu)成，其整套硬件通常是用單獨(dú)的專用機(jī)箱組裝，包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、CPU主系統(tǒng)、開關(guān)量輸出、輸入系統(tǒng)及外圍設(shè)備等。微機(jī)保護(hù)的軟件系統(tǒng)由初始化模塊、數(shù)據(jù)采集管理模塊、故障檢出模塊、故障計(jì)算模塊與自檢模塊等組成。 4.1.1 模擬量輸入系統(tǒng)模擬量輸入系統(tǒng)又稱數(shù)據(jù)采集單元，主要包括電壓形成、模擬濾波（ALF）、采樣保持（S/H）、多路轉(zhuǎn)換（MPX）以及模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）等功能塊，它的作用是隔離、規(guī)范輸入電壓，并將模擬輸入量準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換為所需的數(shù)字量，以便與CPU接口。模擬量輸入系統(tǒng)是微機(jī)保護(hù)裝置中很重要的電路，保護(hù)裝置的動(dòng)作速度和測(cè)量精確度等性能都與該電路密切相關(guān)。目前微機(jī)保護(hù)產(chǎn)品中數(shù)據(jù)采集單元一般采用模數(shù)變換(ADC)。 微機(jī)保護(hù)用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器絕大多數(shù)是應(yīng)用逐次逼近法的原理實(shí)現(xiàn)的。其基本原理是，轉(zhuǎn)換開始時(shí)，控制器首先在數(shù)碼設(shè)定器中設(shè)置一個(gè)最高位數(shù)碼“1”（例如：10000），該數(shù)碼經(jīng)D/A數(shù)模變換為模擬電壓U0，反饋到輸入側(cè)的比較器一端，與輸入電壓Ui進(jìn)行比較。如果設(shè)定值U0Ui，則保留該位原設(shè)置的數(shù)碼“1”，然后由控制器在數(shù)碼設(shè)定器中附加次高位設(shè)置數(shù)碼“1”形成新的數(shù)碼（如：11000），經(jīng)D/A數(shù)模變換，再反饋到輸入側(cè)比較器與Ui進(jìn)行比較。如果設(shè)定值U0Ui，則原設(shè)定次高位數(shù)碼“1”改為“0”，然后附加下一高位設(shè)置數(shù)碼“1”（如：10100）。重復(fù)上述的比較與設(shè)置，直到所設(shè)定的數(shù)碼總值轉(zhuǎn)換成反饋電壓U0盡可能地接近Ui的值。若其誤差小于所設(shè)定數(shù)碼中可改變的最小值（最小量化單位），則此時(shí)數(shù)碼設(shè)定器中的數(shù)碼總值即為轉(zhuǎn)換結(jié)果。逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換的一個(gè)重要指標(biāo)是轉(zhuǎn)換精度，即A/D轉(zhuǎn)換分辨率，它主要取決于設(shè)定數(shù)碼的最小量化單位，A/D轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)字量位數(shù)越多，最小量化單位越小，分辨率越高轉(zhuǎn)換出的數(shù)字量舍入誤差越小，A/D轉(zhuǎn)換的精度就越高。逐次比較式的另一個(gè)重要指標(biāo)是A/D轉(zhuǎn)換速度，它與A/D轉(zhuǎn)換分辨率是有關(guān)的，通常分辨率越高，其轉(zhuǎn)換速度就相對(duì)降低。 模數(shù)變換還可以采用VFC型的變換方式。VFC型的模數(shù)轉(zhuǎn)換是將電壓模擬量Ui線性地變換為數(shù)字脈沖式的頻率fs，然后由計(jì)算器對(duì)數(shù)字脈沖計(jì)數(shù)，供CPU讀入。 ADC和VFC兩種模數(shù)轉(zhuǎn)換方式各有其優(yōu)缺點(diǎn)，ADC轉(zhuǎn)換方式的優(yōu)點(diǎn)是容易實(shí)現(xiàn)高速高精度采樣，但由于難以實(shí)現(xiàn)多CPU之間的數(shù)據(jù)共享，抗干擾能力交差，成本亦較高，一般用于元件保護(hù)中；VFC轉(zhuǎn)換方式的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)、工作穩(wěn)定、與CPU的接口極其簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)多CPU的數(shù)據(jù)共享，但由于受VFC器的限制，難以實(shí)現(xiàn)較高采樣速率下的高精度數(shù)據(jù)采集，一般用于線路保護(hù)中。4.1.2 開關(guān)量輸入/輸出系統(tǒng)開關(guān)量輸入/輸出系統(tǒng)，主要用于完成各種保護(hù)的出口跳閘、信號(hào)顯示、打印、信號(hào)報(bào)警、外部觸點(diǎn)輸入及人機(jī)對(duì)話等功能。它由多種輸入/輸出（I/O）接口芯片、光電隔離器件及有觸點(diǎn)的中間繼電器組成。開關(guān)量輸入即接點(diǎn)狀態(tài)（接通或斷開）的輸入可分兩類：一類是低電平（+5v）開關(guān)量輸入，如微機(jī)保護(hù)運(yùn)行調(diào)試狀態(tài)輸入；一類是高電平（220v）開關(guān)量輸入（如斷路器的狀態(tài)信號(hào)），高電平開關(guān)量輸入必須裝有光電隔離，以防止外部干擾入侵微機(jī)保護(hù)裝置。開關(guān)量輸出主要包括保護(hù)的跳閘出口以及本地和中央信號(hào)輸出等，由并行口經(jīng)光電隔離電路將開關(guān)量輸出的電路，只要由軟件使并行口的PB輸出低電平“0”，PB輸出高電平“1”，便可使與非門H1輸出低電平，光敏三極管導(dǎo)通，繼電器J被吸合。4.1.3 CPU主系統(tǒng)CPU主系統(tǒng)，它是由微機(jī)和擴(kuò)展芯片構(gòu)成的一臺(tái)小型工業(yè)擴(kuò)展微機(jī)系統(tǒng)，除了這些硬件之外，還有存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器里的軟件系統(tǒng)。這些硬件和軟件構(gòu)成的整個(gè)微機(jī)系統(tǒng)主要任務(wù)是將數(shù)據(jù)采集單元輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并完成邏輯運(yùn)算、擴(kuò)展和記錄等任務(wù)，以實(shí)現(xiàn)各種繼電保護(hù)功能。除此之外，現(xiàn)代的微機(jī)保護(hù)還應(yīng)具有各種遠(yuǎn)方功能，它包括發(fā)送保護(hù)信息并上傳給變電所微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，接收集控站、調(diào)度所的擴(kuò)展和管理信息。這種微機(jī)系統(tǒng)可以是單CPU或多CPU系統(tǒng)。一般為了提高保護(hù)裝置的容錯(cuò)水平，目前大多數(shù)保護(hù)裝置已采用多CPU系統(tǒng)。尤其較為復(fù)雜的保護(hù)裝置，其主保護(hù)和后備保護(hù)都是相互獨(dú)立的微機(jī)系統(tǒng)。它們的CPU是相互獨(dú)立的，任何一個(gè)保護(hù)CPU或芯片損壞均不影響其它保護(hù)。除此之外，各保護(hù)的CPU總線均不引出，輸入及輸出的回路均經(jīng)光電隔離處理，各保護(hù)具有自檢與互檢功能，能將故障定位到插件或芯片，從而大大地提高了保護(hù)裝置運(yùn)行的可靠性。但對(duì)于比較簡(jiǎn)單的微機(jī)保護(hù)，由于保護(hù)功能較少，多數(shù)還是采用單CPU主要包括微機(jī)處理器（CPU）、只讀存儲(chǔ)器（一般用EPROM）、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）以及定時(shí)器等。CPU執(zhí)行存放在EPROM中的程序，對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輸入到RAM中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，以完成繼電保護(hù)的功能。4.2 微機(jī)保護(hù)的抗干擾措施 干擾對(duì)微機(jī)保護(hù)的影響比較大，主要有以下幾個(gè)方面：a、計(jì)算或邏輯錯(cuò)誤。微機(jī)保護(hù)中的輸出數(shù)據(jù)、計(jì)算中間結(jié)果和控制標(biāo)志字都放在RAM中，強(qiáng)干擾引起RAM數(shù)據(jù)發(fā)生改變是可能的。另外，當(dāng)CPU正在讀（或?qū)懀┮粋€(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)線或地址線受干擾發(fā)生改變，就會(huì)造成讀（或?qū)懀┮粋€(gè)壞數(shù)據(jù)或者對(duì)一個(gè)錯(cuò)誤的地址讀（或?qū)懀?。如果這是一個(gè)中間結(jié)果或者采樣數(shù)據(jù)，就會(huì)造成計(jì)算錯(cuò)誤；如果這是一個(gè)標(biāo)志字就會(huì)造成邏輯紊亂，這都有可能引起裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)。b、程序運(yùn)行出軌。這是由于隨機(jī)干擾破壞了程序執(zhí)行的正常順序而造成程序執(zhí)行卡死的現(xiàn)象。如當(dāng)CPU正通過(guò)地址總線送出一相地址以便從EPROM獲取指令操作碼。如果由于干擾使傳送地址出錯(cuò)，它將從下一個(gè)錯(cuò)誤的地址取得一個(gè)錯(cuò)誤的操作碼。如果這個(gè)誤碼CPU不認(rèn)識(shí)，程序運(yùn)行將發(fā)生中斷；如果這個(gè)誤碼是可執(zhí)行碼，那么在執(zhí)行了一系列非預(yù)期的指令后往往最終碰到一個(gè)CPU不認(rèn)識(shí)的指令操作碼而停止工作。由此看出，在程序運(yùn)行出軌后引起誤動(dòng)作的機(jī)會(huì)是很小的，但會(huì)造成CPU停止執(zhí)行繼電保護(hù)任務(wù)的規(guī)定任務(wù)，在發(fā)生系統(tǒng)故障時(shí)，保護(hù)裝置將拒動(dòng)。c、元件損壞。嚴(yán)重的干擾還可能造成元件損壞。 硬件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使微機(jī)保護(hù)和外接端子同微機(jī)弱電系統(tǒng)之間沒有電的聯(lián)系，系統(tǒng)的正確運(yùn)行，應(yīng)采取以下抗干擾措施。如：a、交流輸入端子：采用電壓形成回路中的小變壓器隔離，一次和二次繞組間有屏蔽層。b、開關(guān)量輸入端子：采用光電耦合器隔離。c、開關(guān)量輸出端子：采用光電隔離和繼電器繞組與接地之間隔離。d、直流電源端子：逆變電源中的高頻變壓器隔離，線圈間有屏蔽層。e、交直流來(lái)線（交流電壓、交流電流、直流電源）先經(jīng)抗干擾電容再進(jìn)裝置。f、將弱電系統(tǒng)的插件遠(yuǎn)離同外接端子有直接電聯(lián)系的各插件（如：電壓形成回路、開關(guān)量輸入和開關(guān)量輸出回路等）.g、裝置后底板的配線也應(yīng)使強(qiáng)電和弱電嚴(yán)格分開h、各弱電電源不共地等第五章 微機(jī)保護(hù)的硬件設(shè)計(jì)5.1 微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)微機(jī)保護(hù)裝置主要是以微處理器為基礎(chǔ)的數(shù)字電路構(gòu)成的。它的核心是中央處理單元CPU及其數(shù)字邏輯電路和實(shí)時(shí)處理程序。在微機(jī)保護(hù)中廣泛采用插件式結(jié)構(gòu)，微機(jī)保護(hù)裝置包括以下印制板插件：模擬量輸入變換插件；前置模擬低通濾波插件；采樣及A/D轉(zhuǎn)換插件；CPU及人機(jī)對(duì)話插件；開關(guān)量輸入/輸出插件。微機(jī)保護(hù)裝置硬件示意框圖如圖5.1所示，這種硬件模塊化體現(xiàn)了微機(jī)保護(hù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。模 擬量 輸變 換模 擬低 通濾 波采 樣A / D轉(zhuǎn) 換CPU 及 人 機(jī)對(duì)話I / O接 口開關(guān)量輸入數(shù)據(jù)線控制線開關(guān)量輸出地址線圖5.1 微機(jī)保護(hù)裝置硬件示意框圖5.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)5.2.1 模擬量輸入變換微機(jī)保護(hù)要從被保護(hù)的電力設(shè)備的電流互感器和電壓互感器上獲得信息，但這些互感器的二次側(cè)電流或電壓不能適應(yīng)模數(shù)變換器的輸入范圍要求，故需要對(duì)它們降低和變換，在微機(jī)保護(hù)中通常要求輸入信號(hào)為5V和10V的電壓信號(hào)，具體決定于所用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，因此一般采用中間變換器來(lái)實(shí)現(xiàn)以上的變換，交流電流的變換一般采用電流中間變換器并在其二次側(cè)并電阻以取得所需變電壓的方式。此外，也有采用電抗變換器的。二者各有其優(yōu)缺點(diǎn)，電抗變換器的優(yōu)點(diǎn)是線性范圍較大，鐵芯不容易飽和，有移相作用，另外其抑制非周期分量的作用在某些應(yīng)用中也可能成為優(yōu)點(diǎn)。電流中間變換器的最大優(yōu)點(diǎn)是只要鐵芯不飽和，則其二次電流及并聯(lián)電阻上的二次電壓的波形可基本保持與一次電流波形相同且同相，即它的傳變可使原信息不失真，這對(duì)微機(jī)保護(hù)是很重要的，因?yàn)橹挥性谶@種條件下作精確的運(yùn)算或定量分析才是有意義的。至于移相，提取某些分量或抑制某些分量等，在微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)中，根據(jù)需要可以容易地通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。電流中間變換器的缺點(diǎn)是在非周期分量的作用下容易飽和，線性度較差，動(dòng)態(tài)范圍也較小。該變換除了起電量變換的作用外，還起到隔離的作用。它使微機(jī)電路在電氣上與強(qiáng)電系統(tǒng)相隔離，從而在較大程度上減弱了來(lái)自高壓系統(tǒng)的電磁干擾。5.2.2 前置模擬低通濾波器模擬低通濾波器的作用是濾掉電壓和電流中的高頻分量以降低采樣頻率fs。濾波器有有源濾波和無(wú)源濾波兩種，對(duì)要求快速動(dòng)作的保護(hù)及控制裝置而言，為防止無(wú)源模擬低通濾波中電阻和電容對(duì)信號(hào)造成衰減和時(shí)間延遲，可以采用有源模擬低通濾波器；一般情況下采用無(wú)源模擬低通濾波器 即可。如圖5.2為RC無(wú)源低通濾波器，只要調(diào)整R、C的數(shù)值就可以改變低通濾波器的截 止頻率取f=50工頻，任取R=2.27K,那么電容的容量為：C0.27F CR 圖5.2 模擬低通濾波器 （5.1） （5.2） （5.3） （5.4） （5.5） （5.6） （5.7）5.2.3 采樣保持電路1.采樣保持原理采樣保持電路的工作原理如圖5.3所示。阻抗變換器IUiAS阻抗變換器IIChU0邏輯輸入圖5.3 采樣保持電路原理圖它由一個(gè)電子模擬開關(guān)AS ,電容Ch及兩個(gè)阻抗變換器組成。阻抗變換器由運(yùn)算放大器構(gòu)成的電壓跟隨器實(shí)現(xiàn)的，具有輸入阻抗高，輸出阻抗低的特點(diǎn)。開關(guān)AS受邏輯輸入端采樣脈沖的電平控制，高電平時(shí)AS閉合。此時(shí)，電路處于采樣狀態(tài)，Ch迅速充電到Ui在采樣時(shí)刻的電壓值。As的閉合時(shí)間應(yīng)滿足使Ch有足夠的充電時(shí)間即采樣時(shí)間。為了正確采到Ui在采樣時(shí)刻的值，顯然希望采樣時(shí)間越短越好，因而，應(yīng)用阻抗變換器I，它在輸入端呈現(xiàn)高阻抗，而輸出阻抗低，使Ch上的電壓能迅速跟蹤到Ui的值。AS打開時(shí)，電容Ch 上保持住AS打開瞬間的電壓，電路處于保持狀態(tài)。同樣，為了提高保持能力，電路中應(yīng)用了另一個(gè)阻抗變換器II，它對(duì)Ch呈現(xiàn)高阻抗，而輸出阻抗（側(cè)U0）很低，以增強(qiáng)帶負(fù)載能力。2.采樣保持電路采樣/保持電路（S/H）有兩方面的作用：首先是在一個(gè)極短的時(shí)間內(nèi)測(cè)量模擬輸入量在該時(shí)刻的瞬時(shí)值，并在模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換的期間內(nèi)保持其輸出不變；其次是由于微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)中要保證各模擬量的相位關(guān)系經(jīng)過(guò)采樣后保持不變，各通道必須同步采樣。在本系統(tǒng)中采用的是LF398采樣保持器來(lái)實(shí)現(xiàn)采樣的。圖5.4（a）、（b） LF398典型連線圖和結(jié)構(gòu)框圖。LF398有8個(gè)引腳，結(jié)構(gòu)框圖和典型連線圖如圖5.4（a）、（b）所示。第2腳接1k電阻，用于調(diào)節(jié)漂移電壓，7腳和8腳是兩個(gè)控制端，控制開關(guān)的關(guān)斷。7腳接參考電壓，8腳接控制信號(hào)。參考電壓應(yīng)根據(jù)控制信號(hào)的電平來(lái)選擇。如7腳接地，則8腳接控制信號(hào)大于14V時(shí)，LF398處于采樣狀態(tài)；如8腳為低電平， 則LF398處于保持狀態(tài)。6腳外接保持電容，即可構(gòu)成完整的采樣保持電路，它是一種具備放大功能的采樣保持電路,具有較低的捕捉時(shí)間：當(dāng)Ch=1000pF，采集時(shí)間為25s，可滿足12位AD要求。它的選取對(duì)采樣保持電路的技術(shù)性能指標(biāo)至關(guān)重要，大電容可使系統(tǒng)得到較高精度，但采樣時(shí)間加長(zhǎng)。小電容可提高采樣頻率，但精度較低。同時(shí)，電容的選擇應(yīng)綜合考慮精度要求和采樣頻率等因素。 （a）LF398典型