繼電10-微機(jī)保護(hù)概述

第1章繼電保護(hù)基礎(chǔ)

1.5

微機(jī)保護(hù)概述目標(biāo)：掌握微機(jī)保護(hù)的特點(diǎn)。掌握微機(jī)保護(hù)的硬件組成及作用。掌握實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)原理的方法，即基本算法與軟件組成。2024/1/311硬件組成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)原理基本算法軟件結(jié)構(gòu)知識點(diǎn)：2024/1/31掌握硬件、軟件的作用，基本原理。用計(jì)算機(jī)方法實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)，在實(shí)踐中提高對微機(jī)保護(hù)的認(rèn)識。要將保護(hù)的基本算法與具體繼電保護(hù)原理結(jié)合，要利用微機(jī)來實(shí)現(xiàn)基本算法。理論聯(lián)系實(shí)踐，要既動腦也動手。學(xué)習(xí)方法2024/1/31調(diào)試簡單、維護(hù)方便；－－微機(jī)保護(hù)測試儀的應(yīng)用，縮短了調(diào)試時(shí)間?？煽啃愿撸唬凶栽\斷能力、糾錯(cuò)能力。保護(hù)性能更加完善；－－可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜繼電保護(hù)原理，如任意形狀阻抗繼電器。可以提供更多信息；－－可以在系統(tǒng)故障后提供多種信息。靈活性大；－－保護(hù)功能由軟件決定，硬件通用。1.5.1微機(jī)保護(hù)裝置的特點(diǎn)

2024/1/311.5.2微機(jī)保護(hù)硬件部分的

構(gòu)成及作用2024/1/31數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（或稱模擬量輸入系統(tǒng)）微型機(jī)主系統(tǒng)（或稱CPU主系統(tǒng)）開關(guān)量輸入/輸出回路通信回路電源回路1.微機(jī)保護(hù)硬件部分的構(gòu)成將交流模擬量轉(zhuǎn)換為CPU能夠處理的數(shù)字量?；就ㄓ玫奈C(jī)主系統(tǒng)。完成各種保護(hù)的出口跳閘、信號指示、外部接點(diǎn)輸入等。（接點(diǎn)狀態(tài)或高低電平的處理。）實(shí)現(xiàn)保護(hù)之間的通信及遠(yuǎn)動，便于實(shí)現(xiàn)綜合自動化。為整個(gè)裝置提供直流電源。（開關(guān)電源，要強(qiáng)調(diào)抗干擾。）2024/1/31數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（或稱模擬量輸入系統(tǒng)）微型機(jī)主系統(tǒng)（或稱CPU主系統(tǒng)）開關(guān)量輸入/輸出回路通信回路電源回路2024/1/31

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

開關(guān)量輸入輸出系統(tǒng)

人機(jī)對話微機(jī)保護(hù)硬件構(gòu)成2024/1/31數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（或稱模擬量輸入系統(tǒng)）：將交流模擬量轉(zhuǎn)換為CPU能夠處理的數(shù)字量。微型機(jī)主系統(tǒng)（或稱CPU主系統(tǒng)）：基本通用的微機(jī)主系統(tǒng)。2024/1/31開關(guān)量輸入/輸出回路：完成各種保護(hù)的出口

跳閘、信號指示、外部接點(diǎn)輸入等。（接點(diǎn)狀態(tài)或高低電平的處理。）通信回路：實(shí)現(xiàn)保護(hù)之間的通信及遠(yuǎn)動，便于實(shí)現(xiàn)綜合自動化。電源回路：為整個(gè)裝置提供直流電源。（開關(guān)電源）2024/1/31基于逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換的采集系統(tǒng)基于電壓/頻率變換（VFC）原理進(jìn)行A/D變換的采集系統(tǒng)2.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前者包括：電壓形成回路、模擬低通濾波器（ALF）、采樣保持回路（S/H）、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)電路（MPX）及模數(shù)轉(zhuǎn)換回路（A/D）后者包括：電壓形成、VFC回路、計(jì)數(shù)器兩者各有優(yōu)點(diǎn)，前者便于滿足精度，后者不需要濾波與采樣保持電路2024/1/31電壓變換、屏蔽和隔離

濾除高頻，降低采樣頻率逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換方式在某一時(shí)刻，測量模擬信號的瞬時(shí)值，并且在A/D轉(zhuǎn)換期間保持不變。

將各通道的模擬信號分時(shí)送入A/D轉(zhuǎn)換器逐次逼近原理2024/1/31電壓變換、屏蔽和隔離基于壓頻變換（VFC）方式電壓轉(zhuǎn)化為頻率

對脈沖計(jì)數(shù)，從而完成對電壓的測量2024/1/31類型：電流變換器（UA）電壓變換器（UV）電抗變換器（UR）（1）電壓形成回路作用：TA、TV二次側(cè)電流電壓較大，變化范圍也較大，為適應(yīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換要求將交流模擬量變換為適當(dāng)值，以滿足精度要求。屏蔽和隔離，防止TA、TV二次側(cè)過電壓損壞保護(hù)裝置?；谥鸫伪平紸/D轉(zhuǎn)換的模擬量輸入系統(tǒng)2024/1/31有源ALF無源ALF由RC網(wǎng)絡(luò)加上運(yùn)算放大器構(gòu)成，其特性較穩(wěn)定，不受時(shí)間、溫度變化的影響，可以避免采用大電容，有好的特性及快的速度。無源濾波器通常是由RLC等元件組成，濾波特性受溫度變化發(fā)生漂移，而且保護(hù)帶來延時(shí)。無源電路特性（2）模擬低通濾波器ALF2024/1/31模擬低通濾波器（ALF）的作用：濾除輸入信號中fs／2以上的頻率分量，降低采樣頻率。2024/1/312024/1/31采樣：將一個(gè)連續(xù)時(shí)間信號x(t)變成離散時(shí)間信號x*(t)。（3）采樣保持（S/H）電路TS－采樣周期

fS=1/TS－采樣頻率工頻每周期采樣點(diǎn)數(shù)N為：T－工頻周期，20msf=1/T－工頻頻率，50HZ2024/1/31保持：為保證各通道采樣的同時(shí)性，在等待模數(shù)轉(zhuǎn)換的過程中，必須保持采樣值不變。（3）采樣保持（S/H）電路粉紅色為理想值，紅色為實(shí)際值。2024/1/31要求：

1、截獲時(shí)間盡量短，特別是對快速變化的輸入信號采樣更應(yīng)保證這一點(diǎn)；

2、保持時(shí)間要長；

3、模擬開關(guān)的動作延時(shí)、閉合電阻和開斷時(shí)的泄漏電流要小。（3）采樣保持（S/H）電路采樣電子開關(guān)要求1：CH越小越好要求2：CH越大越好保持電容CH的大小應(yīng)當(dāng)如何確定呢？2024/1/31離散信號怎樣才能真實(shí)反應(yīng)被采樣的連續(xù)信號，若要求不丟失信息，應(yīng)滿足什么條件？采樣頻率問題？被采樣信號x(t)的頻率為f0，TS為采樣周期，fS為采樣頻率混疊混疊正確4－32024/1/31若要不丟掉信息地對輸入信號進(jìn)行采樣，就必須滿足fs≥2f0。采樣頻率結(jié)論采樣定理若輸入信號x(t)含有各種頻率成份，其最高頻率為fmax，若要對其不失真地采樣，或者采樣后不產(chǎn)生頻率混疊現(xiàn)象，采樣頻率必須不小于2fmax，即fs≥2fmax。采用模擬低通ALF的原因：降低采樣頻率。限于CPU運(yùn)算速度，要限制輸入信號的最高頻率，只需在采樣前用一個(gè)模擬低通濾波器（ALF），濾除fs／2以上的頻率分量。2024/1/31目前絕大多數(shù)微機(jī)保護(hù)的采樣周期Ts為5/6ms或5/3ms，即采樣頻率為1200Hz或600Hz。采樣頻率微機(jī)保護(hù)現(xiàn)狀每周期采樣N=24點(diǎn)或12點(diǎn)。2024/1/31（4）模擬多路轉(zhuǎn)換開關(guān)（MPX）模擬量輸入通道公用一個(gè)A/D芯片多路轉(zhuǎn)換開關(guān)是電子型的，通道切換受微機(jī)控制。譯碼/驅(qū)動器ENA1A2A3A0AS1AS15AS015V+15V–ui0ui1ui15uout2024/1/31ADC的基本原理（5）模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC回路）將輸入的離散模擬量u*(t)與基準(zhǔn)電壓UR進(jìn)行比較，按照四舍五入的原則，編成二進(jìn)制代碼的數(shù)字信號。將數(shù)字量D轉(zhuǎn)換成模擬量。數(shù)模轉(zhuǎn)換器2024/1/31二分法舉例ADC的基本原理已知某物品價(jià)格在0-64元間（31元），猜一猜該物品價(jià)格（精確到1元）。第1次第2次第3次第4次第6次第5次321624283130高低低低結(jié)束低64是基準(zhǔn)值；最多6次，26＝64；精度64/26

＝1元。2024/1/31逐次逼近ADC原理ADC的基本原理參考電壓UR，ADC位數(shù)N位，輸入電壓Ui，則最多需要比較N次，精度為UR/2N

。第1次第2次…第N次100…00010…00…011…01高，1改0低，1保持…結(jié)束第3次011…00低模數(shù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù)越多即N值越大，則模數(shù)轉(zhuǎn)換器分辨率與轉(zhuǎn)換的精度越高。2024/1/31用于將上述ADC過程中數(shù)字量轉(zhuǎn)化為模擬量與輸入電壓進(jìn)行比較。DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換原理可見，輸出模擬電壓正比于輸入的數(shù)字量D。2024/1/31模數(shù)轉(zhuǎn)換器回路邏輯較快的二分逼近方法，N位轉(zhuǎn)換器只要比較N次，比較的次數(shù)與輸入模擬量的值無關(guān)。2024/1/31查詢方式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與微機(jī)接口靠CPU查詢AD轉(zhuǎn)換是否結(jié)束AD轉(zhuǎn)換結(jié)束向CPU發(fā)出中斷請求AD轉(zhuǎn)換結(jié)果直接存入內(nèi)存中斷方式DMA2024/1/31微處理器CPU存儲器并行口串行口定時(shí)/計(jì)數(shù)器等3.微型機(jī)主系統(tǒng)存儲器包括：EPROM－用于存放保護(hù)程序，即軟件RAM－用于存放運(yùn)算的中間結(jié)果。EEPROM－用于存放保護(hù)定值，也可采用FLASH來存放。

微型機(jī)主系統(tǒng)：CPU執(zhí)行存放在EPROM中的程序，對由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輸入至RAM區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并與存放于EEPROM中的定值進(jìn)行比較，以完成各種保護(hù)功能。2024/1/31開關(guān)量輸入回路4.開關(guān)量輸入輸出回路電平接點(diǎn)直接接入并行口外部接點(diǎn)要采取抗干擾措施，如光耦的隔離2024/1/31開關(guān)量輸出回路電平接點(diǎn)并行口直接輸出外部接點(diǎn)要采取抗干擾措施，如光耦隔離、防止誤輸出2024/1/315.通信接口通信回路：實(shí)現(xiàn)保護(hù)之間的通信及遠(yuǎn)動，便于實(shí)現(xiàn)綜合自動化。2024/1/316.電源電源回路：為整個(gè)裝置提供直流電源。2024/1/311.5.3微機(jī)保護(hù)軟件部分的構(gòu)成構(gòu)成：監(jiān)控程序、運(yùn)行程序。監(jiān)控程序包括對人機(jī)接口鍵盤命令處理程序及為插件調(diào)試、整定設(shè)置顯示等配置的程序。運(yùn)行程序就是指保護(hù)裝置在運(yùn)行狀態(tài)下所需執(zhí)行的程序。2024/1/31

a）主程序。包括初始化，全面自檢、開放及等待中斷等；b）中斷服務(wù)程序。通常有采樣中斷、串行口中斷等。前者包括數(shù)據(jù)采集與處理、保護(hù)起動判定等，后者完成保護(hù)CPU與保護(hù)管理CPU之間的數(shù)據(jù)傳送。例如，保護(hù)的遠(yuǎn)方整定、復(fù)歸、校對時(shí)間或保護(hù)動作信息的上傳等。c）故障處理程序。在保護(hù)起動后才投入，用以進(jìn)行保護(hù)特性計(jì)算、判定故障性質(zhì)等。微機(jī)保護(hù)運(yùn)行程序一般可分為三部分。2024/1/31（1）主程序

給保護(hù)裝置上電或按復(fù)歸按鈕后，進(jìn)入程序入口，首先進(jìn)行必要的初始化（初始化一）。如堆棧寄存器賦值、控制口的初始化、查詢面板上開關(guān)的位置（如在調(diào)試位置進(jìn)入監(jiān)控程序，否則進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)）。然后，CPU開始運(yùn)行狀態(tài)所需的各種準(zhǔn)備工作（初始化二）。首先是往并行控制口寫數(shù)，讓所有繼電器處于正常位置。然后，詢問面板上定值切換開關(guān)的位置，按照定值套號從EEPROM中取出定值，放至規(guī)定的定值RAM區(qū)。準(zhǔn)備好定值后，CPU將對裝置各部分進(jìn)行全面自檢，在確認(rèn)一切良好后才允許數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)開始工作．完成采樣系統(tǒng)初始化后，開放采樣定時(shí)器中斷和串行口中斷，等待中斷發(fā)生后轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序。若中斷時(shí)刻未到，就進(jìn)入循環(huán)狀態(tài)（故障處理程序結(jié)束后也經(jīng)整組復(fù)歸后進(jìn)入此循環(huán)狀態(tài)）。它不斷進(jìn)行循環(huán)自檢及專用自檢項(xiàng)目。如果保護(hù)有動作或自檢報(bào)告，則向管理CPU送報(bào)告。全面自檢包括有：RAM區(qū)讀寫檢查，EPROM中程序和EEPROM中定值求和檢查，開出量回路檢查等。通用自檢包括有：定值選擇撥輪的監(jiān)視和開入量的監(jiān)視等。專用自檢項(xiàng)目依不同的被保護(hù)元件或不同保護(hù)原理而設(shè)置。例如，超高壓線路保護(hù)的靜穩(wěn)判定、高頻通道檢查等。2024/1/31主程序框圖

2024/1/31（2）采樣中斷服務(wù)程序

采樣中斷服務(wù)程序示于圖，主要內(nèi)容有：l）數(shù)據(jù)采樣及存儲；2）電流差突變量起動元件；3）電壓、電流求和自檢。

采樣中斷服務(wù)程序

2024/1/312024/1/31在進(jìn)入中斷服務(wù)程序后，首先關(guān)閉其他中斷是為了在采樣期間不被其他中斷打斷。在中斷返回前則應(yīng)開中斷。電壓、電流求和自檢用下式實(shí)現(xiàn)。若：

如果延時(shí)60ms后上式一直滿足，則置起動標(biāo)志QDB=1，程序中斷返回時(shí)轉(zhuǎn)至故障處理程序。2024/1/31（3）故障處理程序保護(hù)裝置起動進(jìn)入故障處理程序后，先查電壓求和電流求和自檢標(biāo)志，以確定采樣中斷服務(wù)程序是由于求和自檢不通過，還是相電流差突變量起動元件動作而進(jìn)入故障處理程序。若是起動元件動作則需進(jìn)行故障性質(zhì)判定以確定保護(hù)是否動作。若是求和自檢不通過，則需進(jìn)一步判定自檢不通過的原因。若是一次系統(tǒng)故障所致，那么此時(shí)應(yīng)滿足： 這里3U0和3I0由零序電壓和電流互感器得到。故障處理程序繼續(xù)進(jìn)行故障性質(zhì)的判定。若：

則表明電壓或電流采集通道故障，需閉鎖保護(hù)并報(bào)警；下圖為一距離保護(hù)故障處理程序的簡單框圖。2024/1/31故障處理程序（部分）2024/1/311.5.4微機(jī)保護(hù)的算法2024