最新8微机保护基础知识汇总
电气系统继电保护微机保护基础讲义
10.2.2 微机保护装置硬件系统构成
微机保护装置硬件系统按功能可分为如下五个部分 (l）数据采集单元。包括电压形成和模数转换等模块，完 成将模拟输入量准确地转换为数字量的功能； (2）数据处理单元。包括微处理器、只读存储器、随机存 取存储器、定时器以及并行口等。微处理器执行存放在程序存 储器中的保护程序，对由数据采集系统输入至随机存取存储器 中的数据进行分析处理，以完成各种继电保护的功能； (3）开关量输入／输出接口。由若干并行接口、光电隔离 器及中间继电器等组成，以完成各种保护的出口跳闸、信号警 报、外部接点输入及人机对话等功能； (4）通信接口。包括通信接口电路及接口以实现多机通信 或联网； (5）电源。供给微处理器、数字电路、模数转换芯片及继 电器所需的电源。一种典型的保护装置的硬件结构示意图如图 10.2所示。
(2）模拟低通滤波器（ALF) 电力系统在发生故障时，其电流、电压中一般均含有较高 的频率成分。而口前微机保护原理大都是反映工频分量的，同 时，任何实际的A/D 变换器所能达到的最高采样频率总是有限 的。因此，需要在采样之前将信号频率限制在一定频率之下。 即限制输入信号的最高频率。 要限制输入信号的最高频率，只需要在采样前用一个模拟 低通滤波器，将1/2采样频率以上的信号频率分址滤掉。模拟低 通滤波器可以采用无源或有源的。图10.6为模拟低通虚波器。
第二步由控制电路置Z2=“l”，这时，R—2R网络的输 出V0=V01+V02（这是对应Z1=“l”的情况。如果Z1=“O”，则 V0=V02）。比较器第二次比较V0与VA的大小，并同第一次一样， 根据比较结果，决定Z2保留“1”还是清“0”。如此进行十 一次比较后，可在一定误差范围内达到VA=V0，这时，寄存在 Z1～Z11中的11位二进制数与VA成比例，它就是A/D转换后得 到的数字量。
第 3章 微机保护基础知识课件
微机保护基础知识
1 2018/11/27
内容与要求
硬件组成 数据采集系统 原理 基本算法 软件结构 抗干扰的措施
• 硬件组成需要了解，最终 的目标是要掌握微机保护 的接线。 • 基本算法与软件组成是重 点内容，是实现继电保护 原理的方法。 • 抗干扰措施是微机测控系 统的通用方法，具有普遍 意义，需要了解。
x(t )
t
f s f0
fs 3 f0 2t混叠 混叠 Nhomakorabeat
f s 2 f0
t
正确
15 2018/11/27
微机保护基础知识
（3）ALF和采样频率
若要不丢掉信息地对输入信号进行采样，就必须 结论 满足fs≥2f0。
采样定理
若输入信号x(t)含有各种频率成份，其最高频率为 fmax，若要对其不失真地采样，或者采样后不产生 频率混叠现象，采样频率必须不小于2fmax，即 fs≥2fmax。
微机保护基础知识
5 2018/11/27
微机保护硬件组成
数据采集系统
BUS CPU主系统
开关量系统
TV TA 二 次 侧 来
电压形成 模 数 变 换 电压形成 键盘 电源部分 串行通讯SIO 显示设备 打印机 并行 接口 PIO
光耦
开入量
光耦
开出量
人机对话
微机保护基础知识
6 2018/11/27
微机主系统
2 2018/11/27
微机保护基础知识
学习方法
掌握基本原理 用计算机方法实现电 流保护，在实践中提 高对微机保护的认识 要将保护的基本算法 与具体继电保护原理 结合
微机保护基础
第一节 电压源和电流源 一、电压源 1.电压源的定义 电压源：与任一电路连接后，其两端的电压us总能保持 规定值，而与通过它的电流大小无关的二端元件。
电压源的基本特性： （1）其端电压由自身确定，是它本身所固有的，与流 过它的电流无关，即与其所接的外电路无关； （2）其电流不是完全由它本身所确定的，而是随其所 接外电路改变而改变的。
图10.1 传统继电保护装置的原理结构图
各基本部分的作用是： (l）测量部分是测量与被保护设备工作状态（正常状态、 故障状态或不正常工作状态）相关的电气量，并与给定的整定 值比较，从而判断保护是否应该起动。 (2）逻辑部分是根据各测量元件输出量的大小、性质、组 合方式、出现的顺序，来判断被保护设备的工作状态，以决定 保护是否应该动作。 (3）执行部分是根据逻辑部分传送的信号，执行保护装置 所承担的任务。如内部故障时动作于跳闸；不正常运行时发出 报警信号；正常运行时不动作等。
(4）保护性能易于改善 对于相同的硬件，可以通过算法的不同，实现不同的保 护。这样，也就可以通过改善算法来不断完善保护性能，而 不需要改动硬件。通过软件算法的改善，可以较好地解决原 有模拟继电保护装置无法解决的一些问题。
(5）便于远方监控 目前的微机保护装置均设有通信接口，这样可以方便地 将各地保护装置纳入变电站综合自动化系统，可以实现远方 修改定值与投切保护装置。
（7）经济性好 微处理器和集成电路芯片的性能不断提高而价格一直在下降，而 电磁型继电器的价格在同一时期内却不断上升。而且，微机保护装置 是一个可编程序的装置，它可基于通用硬件实现多种保护功能，使硬 件种类大大减少。这样，在经济性方面也优于传统保护。
分享微机继电保护装置基础知识
分享微机继电保护装置基础知识简介：微机继电保护装置是用于测量、控制、保护、通讯为一体化的一种经济型保护。
组成：微机继电保护的硬件是一台计算机，由硬件、软件组成，各种复杂的功能是由相应的程序来实现。
用简单的操作就可以检验微机的硬件是否完好。
同时，微机继电保护装置具有自诊断功能，对硬件各部分和存放在EPROM中的程序不断进行自动检测，一旦发现异常就会报警。
通常只要接通电源后没有报警，就可确认装置是完好的，从而大大减轻运行维护的工作量。
计算机在程序指挥下，有综合分析和判断能力，而微机继电保护装置可以实现常规保护很难办到的自动纠错，自动识别和排除干扰，防止由于干扰而造成误动作。
另外，微机继电保护装置有自诊断能力，能够自动检测出计算机本身硬件的异常部分，配合多重化可以有效地防止拒动，因此可靠性很高。
使用微型计算机可以在系统发生故障后提供多种信息。
如保护各个部分的动作顺序和动作记录，故障类型和相别及故障前后电压和电流的波形记录等，还可以提供故障点到保护安装处的距离。
这样有助于运行部门对事故的分析处理。
由于微机继电保护的特性主要由程序决定，所以不同原理的保护可以采用通用的硬件，只要改变程序就可以改变保护的特性和功能，因此可灵活地适应于电力系统运行方式的变化。
微机继电保护装置的特点：1、用于可根椐实际运行的需要配制相应保护，真正实现用户“量身定制”。
2、各种保护功能相对独立，保护定值、实现、闭锁条件和保护投退可独立整定和配制。
3、可以满足库存配制有二十几种保护，满足用户对不同电气设备或线路保护要求。
4、自定义保护功能，可实现标准保护库中未提供的特殊保护，最大限度满足用户要求。
5、保护功能实现不依赖于通讯网络，满足电力系统保护的可靠性。
微机继电保护装置的优点：1、集保护、测量、监视、控制、人机接口、通信等多种功能于一体；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。
2、采用32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。
微机保护
微机保护概述：应用微型计算机或微处理机构成的继电保护。
1965年已开始计算机保护的研究工作，但由于在价格、计算速度和可靠性方面的原因，发展缓慢。
70年代初、中期，大规模集成电路技术的飞速发展，微型计算机和微处理机问世，价格大幅度下降，计算速度不断加快，可靠性也大为提高，微机继电保护的研制随之出现高潮，到70年代后期已趋于实用。
微机继电保护的输入信号是电力系统的模拟量，而计算机只能对数字量进行计算和判断，因此由电力系统经电压互感器和／或电流互感器输入的模拟量必先经过预处理继电保护在大部分情况下取用输入信号中的基波模拟量。
根据采样定理，如被测信号频率（或要求保留的最高次谐波频率）为,则采样频率必须大于2,[kg1]否则由采样值不可能拟合还原成原来的曲线。
对于那些大于0.5频率的谐波分量,必须在进入采样器之前，利用模拟式低通滤波器（前置模拟滤波）将其滤掉。
由于输入信号常常有多个，故设置多路转换器将输入模拟信号逐个交与A/D 变换器转化成数字量这些数字量应在存储器中按先后顺序排列，以便后续功能处理程序取用。
4 微机继电保护原理随着计算机技术及网络技术的迅速发展，微机继电保护由于其具有比传统继电保护装置更显著的优势，在电力系统中得到了广泛的应用。
目前，在新建电气化铁道供电系统中的牵引网馈线、牵引变压器、并联电容器补偿装置均采用了微机保护装置。
本章讲述微机保护原理基础知识，主要包括硬件结构、数据采集、数字滤波、特征量和保护动作判据的算法、软件流程、抗干扰措施及微机保护的发展趋势等的内容。
4.1 概述4.1.1 计算机在继电保护领域中的应用和发展概况近几十年来电子计算机技术发展很快，其应用已广泛而深入地影响着科学技术、生产和生活等各个领域，使各行业的面貌发生了巨大的变化，继电保护技术也不例外。
在继电保护技术领域，微机除了用作故障分析和保护动作性能分析外，20世纪60年代末期已经提出用计算机构成保护装置的倡议。
分享微机继电保护装置基础知识
分享微机继电保护装置基础知识1. 继电保护基本概念1.1 继电保护在电力系统中的作用地理分散的发电厂通过输电线路、变压器和变电所等相互连接形成电力系统，它包括发电、输电、配电、用电等4个环节。
电力系统输配电网络分几个电压等级，在传输距离和传输容量一定的条件下，选用的电压等级越高，则线路电流越小，相应线路的功率损耗和电压损耗也越小，但相应的绝缘要求也越高，造价也越高。
一般来说，传输功率越大、传输距离越远，所选用的电压等级也越高。
现阶段我国电力系统主要电压等级有750KV、500KV、330KV、220KV、110KV、35KV等。
电力系统输电是三相制的，分别称为A相、B相和C相，相与相、相与地之间是绝缘的。
正常运行时电力系统A相、B相和C相的电流、电压是50HZ正序交流量，即三相幅值相等，相位是A相超前B相120度，B相超前C相120度，C相超前A相120度。
电力系统出现最多的故障形式就是短路，所谓短路就是一相或多相载流导体接地或相接触，是绝缘损坏造成的。
短路对电力系统的影响主要有以下几个方面：u 短路电流可能达到该回路额定电流的几倍到几十倍甚至上百倍。
当巨大的短路电流流经导体时，将使导体严重发热，造成导体溶化和绝缘损坏。
同时巨大短路电流还将产生很大的电动力作用于导体，使导体变形或损坏。
u 短路时往往同时有电弧产生，高温电弧不仅可能烧毁故障元件本身，也可能烧毁周围设备。
u 短路造成网络电压降低，巨大的短路电流流经电力系统网络造成电压损失增大，越靠近短路点电压降低越多。
当供电地区电压降至额定电压的60％时，如不能快速切除故障就可能造成电压崩溃，引起大面积停电。
u 短路还可能会引起并列运行的发电机稳定性破坏，即使短路切除后，系统也可能振荡。
导致大量甩负荷。
u 不对称短路还将产生负序电流、电压，可能损伤发电机或电动机。
电力系统在运行中，可能发生各种类型的故障运行状态。
最常见同时也是最危险的故障是各种形式的短路，它严重危及设备安全和系统可靠运行。
微机保护总结
（第一部分是考试要点的总结，第二部分是各章考试重点的总结。
）第一部分：1、微机保护的特点：维护调试方便，可靠性高，易于获得附加功能，灵活性高，保护性能得到了很好的改善。
2、采样定理及其要求：采用低通滤波器，可以消除频率混叠问题，从而降低采样频率；次奥出频率混叠后，采样频率的选择基本取决于保护的原理和算法。
f S 》 2 f max3、 模数转换器逐次逼近法原理：并行接口的PB15~PB0用作输出，有微型机通过该口往16为A/D 转换器试探性地送数。
每送一次数，微型机通过读取并行口的PA0（作为输入）的状态（0或1）来观察试送的16位数位相对于模拟输入量是偏大还是偏小。
如果偏大，即D/A 转换器的输出Usc 大于待转换的模拟输入电压，则比较器输出0，否则为1.通过软件的方法如此不断地修正送往D/A 转换器的16位二进制数，直到找到最近的二进制数值，这个二进制数就是A/D 转换器的转换结果。
4、 两点乘积算法：假定原始数据为纯正弦量的理想采样值()()I s s nT I nT i 0sin 2αω+= ()212πω=-s s T n T n ()()II s s I T n I T n i i 10111sin 2sin 2ααω=+==()I I I s s I I T n I T n i i 110122cos 22sin 22sin 2απαπαω=⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎭⎫ ⎝⎛++==222122i i I +=211i i tg I =α21122212 2u u tg u u U u =+=α22212221i i u u I U Z ++==⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=-=--21121111i i tg u u tg I U z αααsr（导数法差不多，看书）5、 零极点法设计数字滤波器例：设Ts=5/3ms(即N=12)，用零点设计法设计出能同时滤除3次和5次谐波分量的数字滤波器传递函数解: (1)滤3次的因子H3(Z)=1+Z-2(2)滤5次的因子H5(Z)=1+ Z-1+Z-2（这个通过书上（2-54）可以推出来，考试不给直接H （z ）的） ()()()4321533231----++++==Z Z Z Z Z H Z H Z H()()()()()()42332213-+-+-+-+=n x n x n x n x n x n y6、 软件上提高保护可靠性的措施1> 抗干扰措施 （1）对输入采样的抗干扰纠错，利用默写输入量之间错在的规律（2）运算过程的校核纠偏：复算，或数据窗移位或复算（3）出口的闭锁：不允许一条指令就出口；中间加入核对程序（4）程序出格的自恢复。
微机保护基础知识
电流/电压接线端子 Xe
4、 EDCS-6000I型 装置正视图
人机显示界面
状态指示区
键盘操作区
5、 EDCS-6000I型 装置后视图
工作电源指示区
状态量接线端子 Xb
电流接线端子 Xd
报警/控制接线端子 Xh
工作电源开关
控制输出接线端子Xf
工作电源接线端 子Xa 控制输出接线端子Xc 电流/电压接线端子 Xe
BUS CPU主系统
模拟量输入系统
TV TA 二 次 测 来
电压形成
光耦 模 数 变 换
M
电压形成 串行通讯SIO
开出量
开 关 量 输 入 输 出 系 统
键盘 显示设备 打印机
人 机 对 话
三、模拟量输入系统的方式： （1）逐次逼近式A/D转换 （2）电压/频率变换（VFC）
五、微机保护的基本操作
1、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。 2、定值修改 运行人员主要是切换定值区（ 0~9 ）。定值修改则由 继电保护人员在调试状态下完成。 3、故障处理
故障发生—观察现象（解除音响、闪光变平光等）—记 录现象（汇报）—恢复信号—试运行------。
一、EDCS-6000 装置简介
R1 ui C1
R2 C2 uo
uo ui
0
fs 2
f
4、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分时接通A/D 变换器。 5、模数转换器（ADC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。 （1）ADC的基本原理 基准电压UR根据A/D转换的位数N，分成2N层基准电压，将输入 的离散模拟量u*(t)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。 （2）基本概念： 1）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LSB，称为基本量 化单位，这里LSB=001 3）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D/A（DAC）原理 作用：是将数字量D转换成模拟量。（模拟参考量）
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混叠
t
t 混叠
正确
t
14 2020/8/13
（8）ALF和采样频率
结论
若要不丢掉信息地对输入信号进行采样，就必须满 足fs≥2f0。
采样定理
若输入信号x(t)含有各种频率成份，其最高频率为 fmax，若要对其不失真地采样，或者采样后不产生 频率混叠现象，采样频率必须不小于2fmax，即 fs≥2fmax。
（2）采样保持（S/H）电路
要求：
要求1： CH越小越好
1、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； 2、保持时间要长；
要求2： CH越大越好
8、模拟开关的动作延时、闭合电阻和开断 时的泄露电流要小。
采样电子开关
ui
CH的大小应当如 何确定呢？
AS 阻 抗
阻
抗
uo
变 换
CH
打印机
微机保护基础知识
人机对话
5 2020/8/13
微机主系统
微处理器CPU 存储器 并行口 串行口 定时/计数器等
• 需要强调的是，存储器包括
• EPROM－用于存放保护程序，即 软件
• RAM－用于存放运算的中间结果。
• EEPROM－用于存放保护定/8/13
基于压频变换（VFC）方式
电压变换、 屏蔽和隔离
电压转化为 频率
TV TA
电压形成
二
次
侧
电压形成
来
VFC
计数器
BUS
VFC
计数器
对脉冲计数，从而完 成对电压的测量
微机保护基础知识
9 2020/8/13
8.2.1基于逐次逼近式A/D转换的模拟
量输入系统 （1）电压形成回路
作用
类型
电流变换器（UA）
•
TA、TV二次侧电流电压较大，变 化范围也较大，为适应模数转换器
电压变换器（UV） 的转换要求将交流模拟量适当值，
电抗变换器（UR） 以满足精度要求。
• 屏蔽和隔离， TA、TV二次侧过电
压损坏保护装置。
微机保护基础知识
10 2020/8/13
X(t)
（2）采样保持（S/H）电路
扩充； 维护调试方便； 有利于实现变电站综
合自动化。
• 元件少，接线简单，软件一致。
• 投退功能灵活，硬件通用。
• 可以实现复杂继电保护原理，如任意 形状阻抗继电器，功能扩充时可以不 需要更改硬件。
• 微机保护测试仪的应用，缩短了调试 时间。
• 通信与网络功能的加强，可以实现遥 控、遥信、遥测、遥调的“四遥”功 能。
6 2020/8/13
8.2 数据采集系统
基于逐次逼近型A/D转换的采集系统 基于电压/频率变换（VFC）原理进行A/D变换
的采集系统
• 前者包括：电压形成回路、模拟低通滤波器（ALF）、 采样保持回路（S/H）、多路转换开关电路（MPX）及 模数转换回路（A/D）
• 后者包括：电压形成、VFC回路、计数器
采样定理对模拟信号要求（采用模拟低通ALF的原因）
限于CPU运算速度，要限制输入信号的最高频率，只需在
采样前用一个模拟低通滤波器（ALF），滤出fs／2以上的
频率分量。 微机保护基础知识
15 2020/8/13
（8）ALF和采样频率
微机保护现状
目前绝大多数微机保护的采样周期TS为 5/6ms或 5/8ms，即采样频率为1200HZ或600HZ。
微机保护基础知识
3 2020/8/13
8.1 微机保护硬件
模拟量输入系统（或 称数据采集系统）
CPU主系统 开关量输入/输出回路 人机接口回路
通讯回路
电源回路
• 将交流模拟量转为CPU能够处 理的数字量，并要达到隔离与 精度要求。
• 基本通用的微机主系统。 • 接点状态或高低电平的处理。
• 两者各有优点，前者便于满足精度，后者不需要滤波 与采样保持电路
微机保护基础知识
7 2020/8/13
逐次逼近A/D转换方式
电压变换、 屏蔽和隔离
TV TA
电压形成
二
次
侧
电压形成
来
保证数据的 同时性
ALF
S/H
ALF
S/H
滤除高频，降 低采样频率
逐次逼近原理
多
路
转 换
A/D
开
关
节约A/D转换器
微机保护基础知识
• 便于操作，如键盘、液晶显示、 打印机、信号灯等
• 便于综合自动化。
• 开关电源，要强调抗干扰。
微机保护基础知识
4 2020/8/13
微机保护硬件组成
数据采集系统
BUS CPU主系统
开关量系统
TV
电压形成
TA
模
二
数
次
变
侧
换
来
电压形成
电源部分
串行通讯SIO
并行 接口
PIO
光耦 光耦
开入量 开出量
键盘 显示设备
变 换
1
S(t)
2
微机保护基础知识
13 2020/8/13
（8）ALF和采样频率
问题 离散信号怎样才能真实反映被采样的连续信号，若 要求不丢失信息，应满足什么条件？
被采样信号x(t)的频率为f0，TS为采样周期，fS为采样频率
x(t)
t
fs f0 3
fs 2 f0
fs 2 f0
微机保护基础知识
8微机保护基础知识
学习方法
掌握基本原理 用计算机方法实现电
流保护，在实践中提 高对微机保护的认识 要将保护的基本算法 与具体继电保护原理 结合
• 要分清楚哪些是基本原理。
• 要利用微机来实现基本算 法。
• 理论联系实践，要既动脑 也动手。
微机保护基础知识
2 2020/8/13
微机保护优点
可靠性高； 灵活性强； 性能改善，功能易于
0 S(t)
1
X*(t0)
Ts 2Ts 3Ts
0 Ts 2Ts 3Ts
微机保护基础知识
采样：将一个连续时间信号 x(t)变成离散时间信号 x*(t)。
t
TS－采样周期 fS=1/TS－采样频率 nTs t 工频每周期采样点数N为：
nTs t
N= T fs TS f
T－工频周期，20ms f=1/T－工频频率，50HZ
每周期采样N=24点或12点。
微机保护基础知识
16 2020/8/13
（8）ALF分类与电路
• 有源ALF • 无源ALF
• 由RC网络加上运算放大器构成，其特性较稳定， 不受时间、温度变化的影响，可以避免采用大电 容，有好的特性及快的速度。
• 无源滤波器通常是由RLC等元件组成，滤波特性受 温度变化发生漂移，而且保护带来延时，在微机 保护ALF中很少应用。
11 2020/8/13
X*(t) 采 样
（2）采样保持（S/H）电路 保持：为保证各通道采样的 同时性，在等待模数转换
信
的过程中，必须保持采样
号
值不变。
0 保 Ts 2Ts 3Ts 持 信 号
0 Ts 2Ts 3Ts
微机保护基础知识
nTs t
粉红色为理想值， 红色为实际值。
nTs t
12 2020/8/13