微机保护的硬件构成
微机保护的硬件构成
各部分结构及功能如下：
1模拟量输入系统（数据采集系统）
微机系统只能识别数字量，保护所反应的电流、电压等模拟信号需转换为相应的微机系统能接受的数字信号。
2数据处理单元(CPU系统 )
CPU主系统——包括微处理器CPU，只读存储器（EPROM）、随机存取存储器（RAM）及定时器（TIMER）等。CPU执行存放在EPROM中的程序，对由数据采集系统输入至RAM区的原始数据进行分析处理，并与存放于E2PROM 中的定值比较，以完成各种保护功能用来分析计算电力系统的有关电量和判定系统是否发生故障，然后按照既定的程序动作。
这是微机保护装置的核心，一般包括：微处理器(CPU)、存储器、定时器等。CPU是微机系统自动工作的指挥中枢；存储器是用于保存程序和数据；定时器用于触发采样信号，在V/F变换中，是频率信号转换为数字信号的关键部件。
3开关量输入/输出系统
由并行口、光电耦合电路及有接点的中间继电器等组成，以完成各种保护的出口跳闸、信号指示及外部接点输入等工作。
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
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。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通讯接口
用于保护之间通讯及远动。
6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。
微机保护装置的基本概念
微机保护装置的基本概念 微机保护装置实际上就是1个具有继电保护功能的微机系统,因此，它具有一般微机系统的基本结构，为了实现继电保护功能也有自己的独特之处。微机保护装置的硬件系统一般包含以下部分:模拟量输入、开入量输入、数据处理单元、开出量输出、人机界面、装置电源及通信接口。对国内装置来说，大部分还包括断路器的操作回路。 模拟量输入：采集保护对象的电流、电压值，并通过变换，使用微机系统可采集。采用小型互感器。 开入量输入又称数字量输入、遥信输入。主要是信号量的输入，用于保护装置的投退及现场信号（0、1）的采集。采用光耦采集的办法。 数据处理单元：即CPU板。对采样的模拟量、数字量进行逻辑运算，并得出最终的开出值。 开出量输出：主要指跳闸接点、重合闸接点、信号接点等。 人机界面：用于用户的操作，一般微机保护装置均自带小键盘与液晶。装置电源：用于提供整个装置的电源系统。 通信接口：微机保护装置与总控单元或后台系统的接口，上传详细的装置信息。通讯接口主要是为了满足变电站综合自动化的接口。
1.1.1.微机保护的基本结构 微机保护装置实际上就是1个具有继电保护功能的微机系统,因此，它具有一般微机系统的基本结构，为了实现继电保护功能也有自己的独特之处。图1-1示出微机保护装置的硬件系统方框图。它包含以下四部分： 1）数据处理单元，即微机主系统； 2）数据采集单元，即模拟量输入系统； 3 ）数字量输入/输出接口，即开关量输入/输出系统； 4 ）通信接口。 1.1. 2.数据处理单元 数据处理单元即微机主系统是微机保护装置的核心部分。图1・2是1个典型的微机保护装置中数据处理单元的方框图。其中各方框内容简单介绍如下。 存贮器（EPROM、RAM和E2PROM）在微机保护装置中存贮器用来存放程序、采样数据、中间运算结果和定值。目前是,微机保护尚未完全定型,一般都采用EPROM而用掩膜ROM存放程序。EPRoM的编程需要12~24V的高电压下进行。在编程前需将芯片放在紫外线灯下照射擦洗干净。
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目录 1. 继电保护基本概念 (1) 1.1继电保护在电力系统中的作用 (1) 1.2对电力系统继电保护的基本要求 (2) 1.3输电线路继电保护 (3) 2. 微机保护的硬件和软件系统 (5) 2.1微机保护的硬件系统 (5) 2.1.1 模拟量数据采集系统 (6) 2.1.2 开关量的输入输出系统 (8) 2.2微机保护的软件系统 (10) 2.2.1 软件主程序结构 (10) 2.2.2 保护继电器算法 (11) 2.2.3 对称分量法简介 (16) 2.3RCS-900线路保护装置的硬件说明 (17) 2.3.1 电源插件(DC) (17) 2.3.2 交流输入插件（AC） (19) 2.3.3 操作回路插件SWI（以RCS-941为例） (20) 2.3.4 显示面板（LCD） (21) 2.3.5 其它插件 (21) 3．RCS-900系列线路保护装置继电器的工作原理 (22) 3.1动作继电器 (22) 3.1.1 阻抗继电器 (22) 3.1.2 工频变化量距离继电器 (31) 3.1.3 工频变化量方向继电器(ΔF+，ΔF-) (37) 3.1.4 零序方向继电器 (40) 3.1.5 电流差动继电器 (42) 3.2协同动作继电器工作的辅助继电器 (47)
3.2.1 装置总起动元件 (47) 3.2.2 电压断线闭锁元件 (49) 3.2.3 交流电流断线判断元件 (50) 3.3线路自动重合闸 (50) 3.3.1 自动重合闸的作用及应用 (50) 3.3.2 自动重合闸的工作方式及动作过程 (51) 3.3.3 自动重合闸的起动方式 (52) 3.3.4 重合闸的前加速和后加速 (53) 3.3.5 重合闸的充电与闭锁 (54) 4. RCS-900纵联保护 (58) 4.1绪论 (58) 4.1.1 通道类型 (58) 4.1.2 信号的种类 (60) 4.2闭锁式纵联保护 (61) 4.2.1 闭锁式纵联保护基本原理 (61) 4.2.2 闭锁式纵联保护的逻辑关系 (62) 4.2.3 闭锁式纵联保护的重点问题 (62) 4.3允许式纵联保护 (67) 4.3.1 允许式纵联方向、距离保护 (67) 4.3.2 允许式纵联保护的重点问题 (69) 4.4纵联保护通道 (72) 4.4.1 高频通道 (72) 4.4.2 专用收发讯机 (73) 4.4.3 光纤通信接口装置 (76) 4.4.4 光电转换接口装置 (76) 4.4.5 MUX-31通道切换装置 (77) 4.4.6 光纤通信接口装置的使用连接图 (77)
2021年电力系统微机继电保护自考试题及答案
电力系统微机继电保护 1.微机保护硬件系统由哪几某些构成?并就各某些功能、构成进行描述？（10分） 答案：微机保护是由一台计算机和相应软件（程序）来实现各种复杂功能继电保护装置。微机保护特性重要是由软件决定，具备较大灵活性，不同原理保护可以采用通用硬件。微机保护涉及硬件和软件两大某些。硬件普通涉及如下三大某些： (1)模仿量输入系统(或称数据采集系统)，涉及电压形成、模仿滤波、采样保持、多路转换以及模数转换等功能，完毕将模仿输入显精确地转换为所需数字量。 (2)CPU主系统，涉及微解决器(MPU)、只读存储器(EPROM)、随机存取存储器(RAM)以及定期器等。MPU执行存储在EPROM中程序，对由数据采集系统输入至RAM 区原始数据进行分析解决，以完毕各种继电保护功能。(3)开关量(或数字量)输入/输出系统，由若干并行接口适配器、光电隔离器件及有触点中间继电器等构成，以完毕各种保护出口跳闸、信号警报、外部触点输入及人机对话等功能。微机保护软件是依照继电保护需要而编制计算机程序 2.解释逐次逼近型A/D转换器工作原理，参照逐次逼近中二分搜索法原理，设计一种16位无符号数开平方算法？（10分）
答案：逐次逼近ADC涉及n位逐次比较型A/D转换器如下图所示。它由控制逻辑电路、时序产生器、移位寄存器、D/A转换器及电压比较器构成。 其转换过程中逐次逼近就是按照对分比较或者对分搜索原理进行。其信号转换工作原理如下：在启动信号控制下，一方面置数控制逻辑给逐次逼近寄存器最高位Dn-1置1，其他位都清0。寄存器这个内容，通过DAC转换成模仿量Vc，约为满量程电压一半，与输入模仿量Vx进行比较，由电压比较器输出成果。如果Vx≥Vc，则电压比较器输出0，同步阐明寄存器中数字量偏小，应当保存Dn- 1=1；相反，如果Vx 第一章微机保护的硬件和软件系统 第一节微机保护的硬件系统 一套微机保护由硬件系统和软件系统两大部分组成。硬件系统是构成微机保护的基础，软件系统是微机保护的核心。图1-1表示出了微机保护的硬件系统构成，它由下述几部分构成：⑴微机主系统。它是由中央处理器（CPU）为核心，专门设计的一套微型计算机，完成数字信号的处理工作。⑵数据采集系统。完成对模拟信号进行测量并转换成数字量的工作。⑶开关量的输入输出系统。完成对输入开关量的采集和驱动小型继电器发跳闸命令和信号工作。⑷外部通信接口。⑸人机对话接口。完成人机对话工作。⑹电源。把变电站的直流电压转换成微机保护需要的稳定的直流电压。 一中央处理器CPU 它是微机主系统的大脑，是微机保护的神经中枢。软件程序需要在CPU的控制下才能遂条执行。当前，在微机保护中应用的CPU主要有以下一些类型： 1.单片微处理器 例如Intel公司的80X86系列，Motorola公司的MC683XX系列。其中32位的CPU 例如MC68332具有极高的性能，在RCS900系列的主设备保护装置中得到了应用。16位的如Intel公司的80296，在RCS900型的线路、主设备保护中用到了该芯片。 2.数字信号处理器（DSP） 它将很多器件，包括一定容量的存储器都集成在一个芯片中，所以外围电路很少。因而这种数字信号处理器的突出特点是运算速度快、可靠性高、功耗低。它执行一条指令只需数十纳秒（ns），而且在指令中能直接提供数字信号处理的相关算法。因此特别适宜用于构成工作量较大、性能要求高的微机保护。在RCS900型的线路、主设备保护中，保护的计算工作都是由DSP来完成的，使用的芯片是AD公司的DSP-2181。 二存储器 用以保存程序、定值、采样值和运算中的中间数据。存储器的存储容量和访问时间将影响保护的性能。在微机保护中根据任务的不同采用的存储器有下述三种类型的存储器。 ⒈随机存储器（RAM）。 在RAM中的数据可以快速地读、写，但在失去直流电源时数据会丢失。所以不能存放程序和定值。只用以暂存需要快速进行交换的临时数据，例如运算中的中间数据、经过A/D转换后的采样数据等。现在有一种称做非易失性随机存储器（NVRAM）它既可以高速地读/写，失电后也不会丢失数据，在RCS900保护中用以存放故障录波数据。 ⒉只读存储器（ROM）。 目前使用的是一种紫外线可擦除、电可编程的只读存储器——EPROM。EPROM中的数据可以高速读取，在失电后也不会丢失，所以适用于存放程序等一些固定不变的数据。要改写EPROM中的程序时先要将该芯片放在专用的紫外线擦除器中，经紫外线照射一段时间，擦除原有的数据后，再用专用的写入器（编程器）写入新的程序。所以存放在EPROM中的程序在保护正常使用中不会被改写，安全性高。 ⒊电可擦除且可编程的只读存储器（EEPROM）。 EEPROM中的数据可以高速读取，且在失电后也不会丢失，同时不需要专用设备在使用中可以在线改写。因此在保护中EEPROM适宜于存放定值。既无需担心在失电后定值丢失之虞，必要时又可方便地改写定值。由于它可以在线改写数据，所以它的安全性不如EPROM。此外EEPROM写入数据的速度较慢，所以也不宜代替RAM存放需要快速交换的临时数据。还有一种与EEPROM有类似功能的器件称作快闪（快擦写）存储器（Flash Memory），它的存储容量更大，读/写更方便。在RCS900型的保护中使用Flash 现场微机保护装置: 采用微机来实现的保护称为微机保护，具有如下优点： （1）可靠性高； （2）灵活性强； （3）性能改善，功能易于扩充； （4）维护调试方便； （5）有利于实现变电站综合自动化 微机保护装置从功能上可以分为六个部分，如图所表示： 各部分的功能如下： 1.模拟量输入系统（数据采集系统）——采集由被保护设备的电流电压互感器输入的模拟信号，将此信号经过滤波，然后转 换为所需的数字量。 2.CPU主系统——包括微处理器CPU，只读存储器（EPROM）、随机存取存储器（RAM）及定时器（TIMER）等。CPU执行存放在EPROM中的程序，对由数据采集系统输入至RAM区的原始数据进行分析处理，并与存放于E2PROM中的定值比较，以 完成各种保护功能。 3.开关量输入/输出回路——由并行口、光电耦合电路及有接点的中间继电器等组成，以完成各种保护的出口跳闸、信号指示 及外部接点输入等工作。 4.人机接口部分——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。 5.通讯接口——用于保护之间通讯及远动。 6.电源——提供整个装置的直流电源。 所谓开关量，就是只有两种状态的量，包括不带电位的接点位置（接通或断开）及只有高低两种电位的逻辑电平。 3.3.1开关量输入回路 开关量输入大多数是接点状态的输入，可以分成两类：一是安装在装置面板上的接点,另一类是从装置外部经过端子排引入装 置的触点。 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如图(a)所示，也可以直接与CPU的输入接口线相连。在初始化时规定图中可编程并行接口的PA0为输入口，CPU可以通过软件查询，随时知道外部接点S的状态。 当S未被按下时，通过上拉电阻使PA0为5V，S按下时，PA0为0V。因此CPU通过查询PA0的电平为“0”或为“1”，就可以判 断S是处于断开还是闭合状态。 第二类接点由于与外电路有联系，需经光耦器件进行隔离，以防接点输入回路引入的干扰，其原理接线如图(b)所示。图中虚线框内是光耦元件，集成在一个芯片内。当外部触点S接通时，有电流通过光耦器件的发光二极管，使光敏三极管受激发而导通，三极管集电极电位呈低电平。S打开时，光敏三极管截止，集电极输出高电平。因此三极管集电极的电位亦即PA0口线的电位变化，就代表了外部触点的通断情况。 3.3.2开关量输出回路 开关量输出主要包括保护的跳闸出口以及本地和中央信号 等。 微机保护复习资料 A卷 一、填空题（每空格1分，共13分） 1.微机保护的硬件一般包括数据采集系统、 CPU主系统、开关量输入/输出系统 三部分。 2.评价算法优劣的主要标准是速度和精度。 3.微机保护的算法分为基本算法和继电器算法两大类。 4.微机保护中的阻抗元件多采用多边形特性，其优点是抗过渡电阻能力强。 5.微机保护中输入信号的电平变换作用是使输入信号与微机模入通道电平相匹配，同时实现装置内部的电隔离。 二、判断题（每小题1分，共9分） 7.微机保护的调试周期比常规保护的调试周期长。（×） 8.微机保护只是实现方式与常规保护不同，不能从根本上改善保护的性能。（×） 9.微机保护中采样频率越高越好。（×） 10.微机保护中采样保持器的保持电容越大越好。（×） 11.在微机保护中，过渡电阻对不同安装地点的保护，其影响是不同的。（√） 12.微机保护的基本算法是构成保护的数学模型。（√） 三、选择题（每小题1分，共14分） 16.负序电流整定往往用模拟单相接地短路的方法，因为单相接地短路时负序电流分量为短路电流的（ C ）。 A. 3倍 B. 2倍 C. 1/3倍 D. √3倍 17.微机保护一般都记忆故障前的电压，其主要目的是（ B ）. A.事故后分析故障前潮流 B.保证方向元件的方向性 C.录波功能的需要 D.微机保护录波功能的需要 18.微机保护中，每周波采样20点，则（ A ）。 A.采样间隔为1ms，采样率为1000Hz B.采样间隔为5/3ms，采样率为1000Hz C.采样间隔为1ms，采样率为1200Hz D.采样间隔为1ms，采样率为2000Hz 绪论 一、微机保护的发展历史 微机保护的发展大体经历了三个阶段： 1、理论研究阶段 主要是采样技术；数字虑波及各种算法的研究。 2、试验室研究阶段 主要是微机保护硬件、软件的研究，并制成样机 3、工业化应用阶段 20世纪70年代末，80年代初，微机保护在电力系统中得到应用，并且发展十分迅速。 1984年华北电力学院研制的一套微机距离保护通过鉴定。87年投入批量生产。以后，微机保护发展迅速，90 年华北电力学院研制的WXB—11投入运行。现在微机保护已得到广泛应用。 二、我国微机保护的发展概况 第一代产品为1984年华北电力学院研制的微机距离保护MDP－1型。其特点是：采用单CPU及多路转换的ADC模数转换模式。 第二代产品为华北电力学院北京研究生部研制的WXB－11型和WXH－11。其特点是：采用多CPU并行工作，总线不引出插件，模数转换采用VFC方式。 第三代产品为北京哈德威四方保护与控制设备公司和华北电力大学联合研制生产的CS系列产品。其特点是：采用不扩展的单片机，总线不引出芯片及先进的网络通信技术。 三、微机保护的特点 1、维护调试方便。 2、可靠性高 3、动作准确率高 4、易于获得附加的功能 5、保护性能容易得到改善 6、使用灵活、方便 7、具有远方监控特性 第一章微机保护装置的硬件原理 §1—1微机保护装置的硬件结构 传统的继电保护装置，都是反应模拟量的保护，保护的功能完全由硬件完成。微机保护不仅有实现保护功能的硬件，而且必须有实现保护和管理功能的软件。即：程序。 一、微机保护的硬件主要由四个部分组成：图1-1示 （1）数据采集系统； （2）微型机部分； （3）开关量输入、输出接口部分； （4）电源。 1、数据采集系统：将模拟信号变换成数字信号的系统 数据采集系统的任务：将模拟信号变换成数字信号。 采样——在给定的时刻对参数量进行测量记录。 模拟信号——随时间作连续变化的信号。 数字信号——如果信号的定义域是一些离散的点，则称这种信号为离散信号。如果函数的值也是一些离散点的集合，则称这种信号为数字信号。 2、微型计算机系统 是微机保护的核心部分。目前微机保护的微机系统都是由单片机构成。 单片机：将CPU、存贮器、输入/输出接口、定时器/ 计数器等功能部件集成在一块大规模集成电路内的微型计算机 微机保护 微机保护是指将微型机、微控制器等器件作为核心部件构成的继电保护。 一、微机保护的特点及构成 1．微机保护的特点 (1)维护调试方便。在微机保护应用之前，布线逻辑的保护装置，调试工作量很大，尤其是一些复杂保护，调试一套保护常常需要一周，甚至更长时间。因为布线逻辑保护的所有功能，都是由相应的元件和连线实现的，为了确认保护装置的完好，需要通过模拟试验校核所有功能。而微机保护的各种复杂功能是由软件(程序)实现的，如果经检查，程序与设计时完全一样，就相当于布线逻辑的保护装置的各种功能已被检查完毕。 (2)可靠性高。微型机、微控制器等在程序指挥下，具有极强的综合分析和综合判断能力。所以，微机保护可以实现常规保护很难办到的自动纠错，实现自动识别和排除干扰，防止由于干扰造成的误动作。同时，微机保护的自诊断功能，能够自动检测出本身硬件的异常，配合多重化有效防止拒动，因此可靠性很高。目前，国内设计与制造的微机保护，均按照国际标准的电磁兼容试验考核， 进一步保证了装置的可靠性。 (3)易于获得附加功能。采用微机保护，如果配置一台打印机，或者其他显示设备，或通过网络连接到后台计算机监控系统，可以在电力系统发生故障后提供多种信息。例如，保护动作时间和各部分的动作顺序记录、故障类型和相别及故障前后的电压和电流波形记录等，对于线路保护，还可以提供故障点的位置(测距功能)。这将有助于运行部门对事故的分析和处理。 (4)灵活性大。由于微机保护的特性和功能主要由软件决定，而不同原理的保护可以采用通用硬件。因此，只要改变软件就可以改变保护的特性和功能，从而可以灵活地适应电力系统运行方式的变化和其他要求。 (5)保护性能得到很好改善。由于微型机、微控制器的应用，很多原有型式的继电保护中存在的技术问题，可以找到新的解决办法。例如，变压器差动保护如何鉴别励磁涌流与内部故障等问题，都已提出了许多新的原理和解决办法。可以说，只要找出正常与故障的区别特征，微机保护基本上都能予以实现。 微机综合保护原理 微机综合保护是指对微机系统进行全面保护的措施和原理。微机系统是指由微处理器、存储器、输入输出设备和各种外设组成的一套完整的计算机系统，它们被广泛应用在各种领域，包括工业控制、通信、医疗、商业等。由于微机系统通常运行着重要的任务和数据，因此确保其安全和可靠性对于各行各业都至关重要。 微机系统有许多方面需要进行保护，包括硬件、软件、网络等各个方面。综合保护原理主要是通过多层次的措施来保护微机系统的安全和可靠性。以下将从硬件、软件、网络等方面来详细介绍微机综合保护的原理。 首先从硬件方面来看，微机系统的硬件包括主机、外设和各种传感器等。为了保护这些硬件不受损坏或者遭受攻击，可以采取以下措施： 1.选择高质量的硬件设备。在选择微机系统的硬件设备时，应该选择那些经过认证、质量可靠的设备，避免使用低质量甚至是侵权的硬件设备。 2.加固硬件防护措施。在安装和使用硬件设备时，可以采取物理防护措施，比如加固机箱、设置密码锁等，以防止未经授权的人员破坏或者篡改硬件设备。 3.及时更新硬件设备。随着科技的进步，硬件设备可能存在漏洞或者安全隐患，因此要及时更新硬件设备的驱动程序或固件，以确保其安全可靠。 其次从软件方面来看，微机系统的软件包括操作系统、应用程序等。软件的安全和可靠性直接影响到整个微机系统的运行，因此需要采取下面的措施： 1.选择安全可靠的软件。在选择操作系统和应用软件时，应该选择那些由正规厂家发布的、受到广泛认可的软件，并且要定期更新，以确保安全可靠。 2.加固软件安全性。采取加密、权限控制、强化认证等措施，保护软件免受非法侵入和攻击。 3.实施漏洞修复方案。软件可能存在各种漏洞，需要及时采取修复措施，以免受到攻击和破坏。 再者从网络方面来看，微机系统通常需要联网，与其他设备或者系统进行数据交换。为了保护微机系统不受来自网络的威胁，需要采取下面的网络安全措施： 1.搭建安全网络环境。采用防火墙、入侵检测系统、防病毒软件等措施，构建安全可靠的网络环境，避免受到未经授权的访问和入侵。 2.实施网络流量监控。通过实时监测网络活动，检测异常行为，及时发现并阻止网络威胁。 3.加强网络认证和访问控制。通过加密、认证、访问控制等手段，只允许合法用 近三十年来，计算机技术发展很快，计算机的应用已广泛而深入的影响着科学技术、生产、和生活的各个领域。它给各部门的面貌带来了巨大的并且往往是质的变化。计算机技术同样影响到继电保护技术的发展。传统的继电保护基本上已被新型的微机保护所替换。下面简单介绍一下微机保护。 一、微机保护装置的构成 微机保护与传统继电保护的最大区别就在于前者不仅有实现继电保护功能的硬件电路，而且还必须有保护和管理功能的软件———程序；而后者则只有硬件电路。微机保护装置的硬件构成可分为四部分：数据采集、微型计算机模块、开出开入、人机接口、其它(通讯，电源等)。 （一）数据采集 传统保护是把电压互感器（TV）二次侧电压信号及电流互感器（TA）二次电流信号直接引入继电保护装置，或者把二次电压、电流经过变换（信号幅值变化或相位变化）组合后再引入继电保护装置。因此，无论是电磁型、感应型继电器还是整流型、晶体管型继电保护装置都属于反应模拟信号的保护。尽管在集成电路保护装置中采用数字逻辑电路，但从保护装置测量元件原理来看，它仍属于反应模拟量的保护。而微机保护中的微机则是处理数字信号的，即送入微型计算机的信号必须是数字信号。这就要求必须有一个将模拟信号变换成数字信号的系统，这就是数据采集系统的任务。 （二）微型计算机模块 微型计算机是微机保护装置的核心。数字信号采集进来后对其进行数字虑波，然后通过各种不同的算法对其进行计算处理，逻辑判断，动作出口，事故纪录等等处理。目前计算机保护的计算机部分都是由微型计算或单片微型计算机构成的，这也是微机保护名称的由来。由一片微处理器配以程序存贮器、数据存贮器、接口芯片（包括并行接口芯片、串行接口芯片）、定时器、计数器芯片等构成的微机系统称为单微机系统。而在一套微机型保护装置中有两片或两片以上的微处理器构成的微机系统则称为多微机系统。由单片微型计算机配以部分接口芯片也可以构成微机系统。同样地，在一套微机保护装置中仅有一个微处理器称为单微机系统，而在一套保护装置中有两片或两片以上微处理器则称为多微机系统。单微机系统中只有一个微处理器，整套保护装置的所有功能都是在它的管理之下实现的，而多微机系统中有两个或两个以上的微处理器，每一个微处理器可执行分配给它的一部分任务，几个微处理器之间的任务是并行工作的。目前，多微机系统的任务分配方法有多种方案。例如有两个微处理器的系统，其中一个微处理器负责完成数据采集任务，而另一个微处理器则完成数据处理任务；另一种方案是一个微处理器实现设备的主保护任务，而另一个微处理器实现设备的后备保护的任务；也有的让两个微处理器实现完全相同的任务，从而对微机系统来说，硬件电路与软件完全双重化，有利于提高微机保护可靠性。在复杂的保护装置中，一般有两个以上的微处理器。此时，可由一个微处理器实现人机对话功能，其他微处理器则分别完成不同的保护的功能。这种硬件结构称为主从式多微处理器并行工作系统。 （三）开入开出 开入开出接口是微机保护与外部设备的联系部分，因为输入信号、输出信号都是开关量信号（即触点的通、断），所以又称为开关量输入、开关量输出电路。例如，保护装置连接片、屏上切换开关，其他保护动作的触点等均作为开关量输入到微机保护，而微机保护的执行结果则应通过开关量输出电路驱动一些继电器，如起动继电器，跳闸出口继电器，信号继电器等。 （四）人机接口 顾名思义，人机接口即为人与装置相互交流的接口，一般包括键盘、显示屏、打印机等。通过这些设备，人可以对装置进行各种操作：如设定值、操作断路器等，同时可以从装置上了解很多被保护电力设备及装置自身的一些运行信息、状态、纪录等。 （五）其它（电源及通讯） 微机保护装置的电源是一套微机保护装置的重要组成部分。电源工作的可靠性直接影响着微机保护装置的可靠性。微机保护装置不仅要求电源的电压等级多，而且要求电源特性好，且具有强的抗干扰能力。目前微机保护装置的电源，通常采用逆变稳压电源。一般地，集成电路芯片的工作电压为5V或3.3V，而数据采集系统的芯片通常需要双极性的正负15V或正负12V工作，继电器则需要12V或24V电压。通讯部分主要负责将遥测、遥信、SOE等及时送到本地监控或调度，同时将本地监控或调度的遥控、对时等命令传达给保护装置。通讯还包括保护装置之间相互通讯、数据共享。通讯方式有232、485、CAN总线、以太网等方式。 二、微机保护装置的特点 微机保护装置的硬件原理 1.电压电流采样和信号调理：微机保护装置通过安装在电力系统中的 电流互感器和电压互感器对电力系统的电流和电压进行采样。采样的模拟 信号经过滤波、放大、保持等各种处理电路，转换为数字信号，经过数据 处理和分析。 2.AD转换和DSP处理：采样信号经过模数转换器（ADC）转换成数字 信号，然后送入数字信号处理器（DSP）。DSP是微机保护装置的核心处 理器，它能够高效执行各种复杂的算法，如差动、过流、过压、欠压等等。DSP还可以实时采集、分析和存储数据，并与外部通信模块交互。 3.数据传输和通信：微机保护装置通常与电力系统交换信息，以便实 时监测和保护。通信模块可以是串行方向、以太网或光纤等多种方式。通 过通信模块，保护装置可以接收来自其他设备的控制信号，也可以将故障 信息发送给监控中心或其他装置。 4.保护算法：微机保护装置内置了多种保护算法，用于识别电力系统 中的各种故障和异常情况。常见的保护算法包括差动保护（用于检测设备 内部短路故障）、过流保护（用于检测额定电流以上的电路过流故障）、 过压保护（用于检测设备额定电压以上的电压异常）等。这些算法通过对 采集的信号进行实时分析和比较，确定故障类型，并触发相应的保护动作。 5.控制和输出接口：保护装置通常还具有控制和输出接口，用于与其 他设备或系统进行交互。控制接口可以接收来自其他设备或系统的控制信号，如远方信号、故障信号等，并实施相应的动作。输出接口则可以控制 蜂鸣器、继电器等设备，实现报警、断路等操作。 综上所述，微机保护装置的硬件原理涉及到电压电流采样、信号调理、AD转换、DSP处理、数据传输和通信、保护算法、控制和输出接口等方面。它通过采集、处理和分析电力系统的信号数据，并按照预设的保护算法进 行相应的保护动作，有效地保护电力系统设备的安全运行。 微型计算机硬件组成 微型计算机是一种特征在体积、重量、功耗等方面具有较小特点 的计算机。它通常被用作桌面上的个人计算机。微型计算机的硬件组 成主要包括：中央处理器、主板、随机存取存储器（RAM）、读取和写 入光盘机（R/W光驱）、硬盘驱动器、图形显示卡、音频卡、键盘、鼠标、机箱等部分。 中央处理器（CPU）是微型计算机的核心。它负责控制计算机的各 种操作并且执行运算。CPU内部包含许多功能，如算术逻辑单元(ALU)、控制单元(CU)和寄存器等。中央处理器的主频决定了计算机的运算速度，通常用赫兹（Hz）表示，如1GHz或2GHz。现代的微型计算机通常采用Intel Core系列或AMD Ryzen系列的CPU。 主板（也被称为系统板或母板）是微型计算机的重要组成部分。 它是一个电路板，上面有几个插槽可以插入其他硬件组件，并提供这 些组件之间的连接。主板有各种接口，包括USB接口、音频接口、网 卡等，它们让其他设备和主板之间进行通信。 随机存取存储器（RAM）是一个临时存储器。它通常是一个小的芯片，被安装在主板上。RAM存储计算机正在运行时需要使用的数据，包括应用程序、操作系统和其他数据。RAM的大小可以影响计算机的速度和可用性，因此随着技术的进步，RAM容量逐渐增长。 读取和写入光盘机（R/W光驱）是一个设备，可以为计算机提供光盘存储支持。光盘驱动器可以读取和写入CD、DVD、蓝光光盘等。它具有各种各样的用途，例如安装应用程序、播放光盘电影等。 硬盘驱动器是计算机中存储数据的主要设备。它可以存储文档、 音乐、视频、应用程序以及其他数据。硬盘驱动器通常是永久性存储器，即使计算机关闭，硬盘上的数据也可以保存。经常备份数据可以 防止磁盘故障和数据丢失。 图形显示卡是计算机图形处理器（GPU）和视频记忆器的组合。它 允许计算机能够将图像输出到显示器。显卡有各种不同的规格，包括 分辨率、帧速率和录制画面的能力等。 音频卡是计算机的另一块设备，允许计算机播放声音并记录音频。音频卡由声音处理芯片和音频接口组成。它可以连接耳机、扬声器或 其他音频设备。 微机学习资料 1.微机型保护装置是用于测量、控制、保护、通讯一体化的一种经济型保护； 针对配网终端高压配电室量身定做，以三段式无方向电流保护为核心，配备电网参数的监视及采集功能，可省掉传统的电流表、电压表、功率表、频率表、电度表等，并可通过通讯口将测量数据及保护信息远传上位机，方便实现配网自动化；装置根据配网供电的特性在装置内集成了备用电源自投功能，可灵活实现进线备投及母分备投功能。 2.微机保护是用微型计算机构成的继电保护，是电力系统继电保护的发展方 向，它具有高可靠性，高选择性，高灵敏度。微机保护装置硬件包括微处理器（单片机）为核心，配以输入、输出通道，人机接口和通讯接口等. 该系统广泛应用于电力、石化、矿山冶炼、铁路以及民用建筑等。 3.微机保护装置的数字核心一般由CPU、存储器、定时器/计数器等组成。 目前数字核心的主流为嵌入式微控制器（MCU），即通常所说的单片机; 输入输出通道包括模拟量输入通道{模拟量输入变换回路（将CT、PT输出的二次侧量转换成适合A/D转换的输入电压，电压区间在±2.5V、±5V 或±10V内）、低通滤波器及采样、A/D转换}和数字量输入输出通道（人机接口和各种告警信号、跳闸信号及电度脉冲等）。（注：鹏智MPW-600系列用DSP处理器, 采用16位数字信号处理器DSP，具有先进内核结构、高速运算能力和实时信号处理等优良特性，过去由于 CPU性能等因素而无法实现的保护算法可轻松实现。鹏智MPW-400系列用CPU处理器） 4.保护的种类一般有进线保护、出线保护、母联分段保护、进线或母联备自 投保护、厂用变压器保护、高压电动机保护、高压电容器保护、高压电抗器保护,差动保护,后备保护,PT测控装置等。 5.保护功能有：定时限/反时限保护、后加速保护、过负荷保护、负序电流 保护、零序电流保护、单相接地选线保护、过电压保护、低电压保护、失压保护、负序电压保护、风冷控制保护、零序电压保护、低周减载保护、低压解列保护、重合闸保护、备自投保护、过热保护、逆功率保护、启动时间过长保护、非电量保护等。 6.国外知名品牌有瑞士ABB\美国通用电气\美国斯威尔\德国西门子\法国阿 海珐\法国施耐德等,国内知名品牌有许继、南瑞、南自、四方等 7.集保护、测量、监视、控制、人机接口、通信等多种功能于一体；专门针 对开关柜进行“单元化”设计，一台装置即可完成开关柜内所有的自动化功能，简化了开关柜二次设计和施工，代替了各种常规继电器和测量仪表，节省了大量的安装空间和控制电缆。 8.微机保护的任务是判断电力系统有关电气设备是否发生故障而决定是否 发出跳闸命令，使发生故障的电气设备尽量迅速地与电力系统隔离。为此，首先要取得与被保护电气设备有关的信息，根据这些信息，按不同的原理，进行综合和逻辑判断，最后做出抉择，并付诸执行。所以，继电保护的基本结构大致上可以分为三部分：信息获取与初步加工；信息的综合、分析与逻辑加工、最后，抉断结果的执行。 微机保护和传统继电保护的区别 微机保护是用微型计算机构成的继电保护，是电力系统继电保护的发展方向，它具有高可靠性，高选择性，高灵敏度，微机保护装置硬件包括微处理器（单片机）为核心，配以输入、输出通道，人机接口和通讯接口等。该系统广泛应用于电力、石化、矿山冶炼、铁路以及民用建筑等。 一．使用方法 微机保护装置的可靠性更高，微机保护集成化的软硬件模式在使用上也更加简便，基本上就是一个黑匣子。 二．通讯功能 传统继电保护无法实现远程控制，而微机保护可以扩展出以太网、485等多种通讯接口，通信很方便。 三．原理 传统保护与微机保护在原理上并无本质差异，只是微机本身强大的计算能力、存储功能、保护功能使得某些算法在微机上可以很容易的实现。 四．常规继电保护的主要缺点 1、占的空间大，安装不方便。 2、保护的灵敏度和可靠性低，采用的继电器触点多。 3、中间没有光电隔离，容易遭受雷击，继电器保护是直接和电器设备连接的。 4、故障分析麻烦，没有时钟同步功能，维护复杂，故障后很难找到问题。 5、运行维护工作量大，运行成本比微机保护增加60%左右。 6、停电才能进行调试，检修复杂，影响正常生产。 7、保护定值修改要在继电器上调节，没有灵活性。 8、继电器线圈的老化直接影响保护的可靠动作，使用寿命太短。 9、继电线路保护功能单一，要安装各种表计才能观察实时负荷。 10、数据不能远方监控，无法实现远程控制。 11、继电器自身不具备监控功能，当继电器线圈短路后，不到现场是不能发现的。 五．微机保护装置的主要优点 1、具有远程控制，数据可实现远程监控，具备通讯功能，可以通过网络把用户所需要的各种数据传输到监控中心，进行集中调度。 2、采用光电隔离技术，把所有采集上来的电信号统一形成光信号，这样有强电流攻击时候，设备可以建立自身保护机制。 3、由于设备在正常状态处于休眠状态，各个元器件的寿命大大加长，只有程序实时运行，使用寿命长。 微机继电保护 填空 1 微机继电保护装置硬件主要包括：数据采集部分、数据处理、逻辑判断及保护算法的核心部分。 2 微机继电保护从功能上分为六个组成部分：数据采集系统、数据处理系统、开关量输入/输出系统、人机接口、通信接口、电源回路。 3 微机保护装置中模拟量输入回路有两种方式：组词逼近原理的A/D转换、电压频率变换原理的A/D转换。 4 在要求真实反映输入信号中的高频分量的场合下，应首选主次逼近原理的A/D转换。 5 采样频率过低将造成频率混叠现象。 6 采样前用一个模拟低通滤波器可将频率高于采样频率一般的信号滤掉。 7 采样保持电路的作用是在一个极短时间内测量一个模拟输入量在该时刻的瞬时值，并在A/D转换器进行转换的时间内保持其输出不变。 8 A/D转换器的性能指标有：分辨率和转换速度。 9 微机保护装置的模拟转换系统一般采用：逐次逼近式或压-频转换式。 10 VFC不需要加低通滤波器是因为VFC本身含有滤波功能的积分算法。 11 VFC转换器的基本原理：将模拟变压量变换为脉冲信号，该输出脉冲频率与输入电压大小成正比。 12 分析和评价不同算法优劣的标准是精度和速度。 13 数据窗一个算法采用故障点后的多少采样点才能计算出正确结果。 14 全周傅式算法需要的数据窗为一个周波（20ms），半周傅式算法需要的数据窗为半个周波（10ms）。 15 为了减小量化误差，在保护中通常采用的A/D芯片至少是12 位的，而减小的舍入误差则要增加字长。 16 微机保护算法往往和数字滤波器联系在一起。 17 正弦函数的半周绝对值积分算法的原理是：一个正弦波信号任意半周期内，其绝对值积分为一常数S。 18 全周波傅式算法可有效滤除恒定直流分量和各整次谐波分量。 19 输入线路R-L模拟算法用于距离保护。 20 目前微机继电保护常用的选相元件有突变量电流选相和对称分量选相。 21 短路初期效果明显的选相元件是突变量电流选相。 22 10/35kv线路一般为小电流接地电网中线路，主要为馈电线路。 23 在三段式电流保护中，为缩短动作时限，可采用反时限过电流保护。 24 为了满足选择性，在第Ⅲ段保护延时按阶梯型原则确定。 25 反时限电流保护广泛用于末端馈线中。 26 低电压闭锁元件的动作电压一般取60%~70%的额定电压。 27 对于传统的相间短路功率方向继电器，采用的接地方式是90°接线。 28 低电压闭锁元件引入方向电流保护可提高方向电流保护的工作可靠性，有时也可提高过电流保护的灵敏度。 29 若保护中引入负序电压，则负序电压动作值取4%~8%的额定电压。 30 低频减压装置即自动按频率减负载装置，是有频率测量元件，延时元件和执行元件三部分组成。 31 基本级第一级的整定频率为47.5Hz~48.5Hz，最后一级的整定频率一般为46HZ~46.5Hz，相邻两级的整定频率差取0.4Hz~0.5Hz。 32 我国电力系统规定恢复频率不低于49.5Hz。 33 “不对应原则”是指控制开关位置与断路器位置不对应。 34 自动重合闸装置按作用于断路器的方式可分为三相、单相和综合重合闸三种；按动作次数可分为一次式和二次式；按重合闸的使用 微机保护基本硬件构成 本文将要介绍微机保护装置硬件系统构成以及微机保护装置的几种典型构造。 一、微机保护装置硬件系统构成 以下主要介绍微机保护装置硬件系统构成和微机继电保护装置硬件系统功能。 1. 微机保护装置硬件系统构成 （1）数据采集部分（包括电流、电压等模拟量输入变换、低通滤波回路、模数转换等）。 （2）数据处理、逻辑判断及保护算法的数字核心部分（包括CPU、存储器、实时时钟、WATCHDOG等）。 （3）开关量输入/输出通道以及人机接口（键盘、液晶显示器）。 2. 微机继电保护装置硬件系统-功能上分6块 （1）数据采集系统（模拟量输入系统）： ①主要功能：采集由被保护设备的电流电压互感器输入的模拟信号，并将此信号经过适当的预处理，然后转换为所需要的数字量。 ②模拟量输入回路方式（据模数转换原理分）： ◆基于逐次逼近型A/D转换的方式：包括电压形成回路、模拟低通滤波器（ALF）、采样保持回路（S/H）、多路转换开关（MPX）及模数转换回路（A/D）等。 ◆利用电压/频率变换（VFC）原理开展A/D转换的方式：包括电压形成、VFC回路、计数器等。 （2）数字处理系统（CPU主系统）： ①数字处理系统（CPU主系统）： 微机保护装置是以CPU为核心，根据数据采集系统采集到的电力系统的实时数据，按照给定的算法来检测电力系统是否发生故障以及故障性质、范围等，并由此做出是否需要跳闸或报警等判断的一种自动装置。 微机保护原理由计算机程序来实现，CPU是计算机系统自开工作的指挥中枢，计算机程序的运行依赖于CPU来实现。所以CPU的性能直接影响系统优劣。 ②数字处理系统主要包括： 微机处理器CPU； 数据总线为8、16、32位等的单片机、工控机以及DSP 系统； 存储器； 电擦除可编程只读存储器EEPROM：存放定值； 紫外线擦除可编程只读存储EPROM和闪速存储器FLASH：存放程序； 非易失性随机存储器NVRAM：存放故障报文、采样数据； 静态存储器SRAM：存储计算过程中的中间结果、各种报告。 继电保护技能培训教材- 继电保护技能培训教材 目录 第一章微机保护的硬件和软件系统 (2 第一节微机保护的硬件系统 (2 一中央处理器CPU (3 二存储器 (3 三数据采集系统 (3 四开关量的输入输出系统 (5 第二节微机保护的软件系统 (6 一保护继电器的算法 (6 第二章线路保护及重合闸 (11 第一节零序电流方向保护 (11 一零序电流方向保护及其作用 (11 二零序电流方向保护的优缺点 (11 三反时限零序电流保护 (12 四零序方向继电器 (13 五零序电流方向保护的应用 (14 第二节距离保护 (16 一距离保护的作用原理和时限特性 (16 二短路时保护安装处电压计算的一般公式 (17 三I、II段接地距离保护的分析 (18 四相间阻抗继电器的动作特性分析 (21 第三节工频变化量距离保护 (24 一重叠原理的应用 (24 二工频变化量距离继电器的动作方程 (25 第四节高频纵联保护 (29 一概述 (29 二闭锁式纵联方向保护 (30 三纵联变化量方向元件 (35 四超范围允许式的纵联保护 (38 第五节高频保护收发信机 (42 一载波通道 (42 二收发讯机的原理 (43 三收发信机指示灯 (45 四保护和收发信机的连接 (46 五高频保护的电平 (46 六LFX-912收发信机调试 (47 第六节光纤差动保护 (50 一纵联电流差动继电器的原理 (50 二纵联电流差动保护中差动继电器的种类 (51 三电流差动保护需要解决的问题 (53 四光纤通道及接口 (56 第七节电压及电流互感器断线的判据及对保护的处理 (64 一TV断线的判别及处理 (64 二TA断线的判别与处理 (65 第八节自动重合闸 (66 一自动重合闸的作用及应用 (66 二自动重合闸方式及动作过程 (66 三自动重合闸的起动方式 (67 四重合闸的前加速和后加速 (67 五重合闸的充电与闭锁 (68 第三章元件保护 (71 第一节变压器保护 (71 一概述 (71 二变压器纵差保护的构成原理及接线 (73 三差动保护相关问题及解决措施 (75 第一章微机保护的硬件和软件系统 第一节微机保护的硬件系统 一套微机保护由硬件系统和软件系统两大部分组成。硬件系统是构成微机保护的基础,软件系统是微机保护的核心。图1-1表示出了微机保护的硬件系统构成,它由下述几部分构成:⑴微机主系统。它是由中央处理器(CPU为核心,专门设计的一套微型计算机,完成数字信号的处理工作。⑵数据采集系统。完成对模拟信号进行南瑞继电保护技能培训教材
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