微机保护装置构成..
微机保护测控装置详细讲解
微机保护测控装置是一种用于电力系统中的保护和控制设备，主要功能是监测电力系
统的工作状态并在发生故障时采取必要的保护措施，以确保电力系统的安全稳定运行。
以下是微机保护测控装置的一些详细讲解：
1. 功能：
- 电流保护：监测系统中的电流变化，当电流异常时及时切断电路，防止设备过载或
短路。
- 过电压保护：监测系统中的电压变化，当电压超过设定值时保护装置将采取措施，
如切断电路或引入补偿装置。
- 过流保护：监测系统中的电流变化，当电流超过额定值时及时切断电路，防止设备
过载或短路。
- 差动保护：通过比较系统中不同部分的电流或电压，实现对设备的差动保护，有效
应对设备内部故障。
2. 结构：
微机保护测控装置通常由微处理器、输入/输出接口、存储器、通信接口等组成。
微
处理器负责数据处理和逻辑控制，输入/输出接口用于连接外部设备和传感器，存储器
用于存储配置参数和历史数据，通信接口用于与其他装置进行数据交换。
3. 特点：
- 灵活性：微机保护测控装置可以根据需要进行编程和配置，适应不同的电力系统结
构和工作条件。
- 高精度：采用先进的数字信号处理技术，具有高精度和高灵敏度，能够准确判断电
力系统的工作状态。
- 远程通信：具备通信接口，支持与上位机或其他装置进行远程通信，实现远程监控
和操作。
- 自诊断：能够对自身状态进行监测和诊断，及时发现故障并进行报警或自动切换至
备用状态。
微机保护测控装置在电力系统中扮演着非常重要的角色，它能够有效保护设备和人员
的安全，同时也有助于提高电力系统的可靠性和稳定性。
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.ppt
1 微机保护装置的硬件构成
微机保护的硬件组成部分
数据采集系统
CPU主系统
输入、输出系统
人机接口与通讯系统
电源系统
电 力 系 统
信号处理
采样及 A/D转换
跳闸信号
CPU
运 行 人 员
打印机
主 系 统
键盘、鼠标
微机保护硬件构成示意图
1 微机保护装置的硬件构成
数据采集系统
以A/D转换器为核心的数据采集系统
6 模数转换器
逐次逼近式A/D 的原理
U s r
D / A
U R
U i
+
控 制 器
比 较 器
数 字 设 定 器
数 字 量 输 出
6 模数转换器
4位A/D的逐次逼近法
第一次设定数字量 1000
第二次设定数字量
UA>Usr 1100
UA<Usr 0100
第三次设定数字量
UA>Usr 1110
UA<Usr 1010
数 据 采 集 系 统 1
高频保护 单片机
综合重合闸 单片机 跳闸
模拟量输入
数 据 采 集 系 统 2 零序电流保护 距离保护 单片机
逻 辑
信号
零序电流保护 单片机
多CPU微机保护硬件逻辑图
1 微机保护装置的硬件构成
开关量输入、输出系统
主要完成外部接点输入计算机，各种保护的 出口跳闸、信号报警和人机对话等功能。 微机保护的人机接口由键盘、液晶显示器、 打印机等构成。 通信系统使得微机保护与综合自动化系统通 信，实现远程监控。
模 拟 量 输 入
第二章微机保护装置硬件原理
第二章微机保护装置硬件原理微机保护装置是一种常见的电力系统保护装置，用于对电力系统进行监控、测量和保护。
它通常由硬件和软件两部分组成，其中硬件部分是保护装置的核心部分。
本章将介绍微机保护装置的硬件原理。
一、微机保护装置的硬件构成微机保护装置的硬件构成包括中央处理器、存储器、输入输出接口、时钟和定时器、外围电路等。
1. 中央处理器（Central Processing Unit, CPU）：中央处理器是微机保护装置的核心部件，它负责执行各种保护算法和逻辑控制，对电力系统进行监测和保护。
中央处理器中通常包含ALU（算术逻辑单元）、控制单元和寄存器等。
2. 存储器（Memory）：存储器用于存储程序、数据和中间结果等信息。
微机保护装置中的存储器通常包括主存储器和辅助存储器。
主存储器用于存储运行时的程序和数据，而辅助存储器用于存储长期保存的程序和数据。
3. 输入输出接口（Input/Output Interface）：输入输出接口用于与外部设备进行数据交换。
微机保护装置的输入输出接口通常包括模拟输入输出接口和数字输入输出接口。
模拟输入输出接口用于处理模拟量数据，如电流、电压等；而数字输入输出接口用于处理数字量数据，如开关状态、报警信号等。
4. 时钟和定时器（Clock and Timer）：时钟和定时器用于对微机保护装置进行时序控制。
时钟用于提供基本的时钟周期，定时器用于进行定时操作，如定时测量、关闭保护装置等。
5. 外围电路（Peripheral Circuit）：外围电路包括电源电路、输入电路和输出电路等。
电源电路用于为微机保护装置提供稳定的供电，输入电路用于对输入信号进行处理和转换，输出电路用于向外部设备输出信号。
二、微机保护装置的工作原理微机保护装置的工作原理主要包括数据采集、信号处理、判决逻辑和输出动作等。
1.数据采集：微机保护装置通过输入接口从电力系统中采集各种信号，如电流、电压、功率、频率等，并将它们转换为数字信号进行处理。
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。
第三章 微机继电保护基础
跟随器的输入阻抗很高（达 1010 ）， 输出阻抗很低（最大 ），因而A1对输入 6 u sr 来说是高阻抗；而在采样状态时，对 信号 C h 为低阻抗充电，故可快速采样。又 电容器 由于A2的缓冲和隔离作用，使电路有较好的 保持性能。
SA为场效应晶体管模拟开关，由运算放大器A3 驱动。A3的逻辑输入端 S / H 由外部电路（通常可 C h 处于 由定时器）按一定时序控制，进而控制着 采样或保持状态。符号 表示该端子有双重功 S/H 能，即 S/H S / H ＝“1”电平为采样（Sample）功能, ＝“0”电平为保持（Hold）功能。某个符号 上面带一横，表示该功能为低电平有效，这是数字 电路的习惯表示法。
A1和A2的接法实质相同，在采样状态（SA接通时），A1 的反相输入端从A2输出端经电阻器R获得负反馈，使输出跟 踪输入电压。在SA断开后的保持阶段，虽然模拟量输入仍 在变化，但A2的输出电压却不再变化，这样A1不再从A2的 输出端获得负反馈,为此在A1的输出端和反相输入端之间跨 接了两个反向并联的二极管，直接从A1的输出端经过二极 管获得负反馈，以防止A1进入饱和区，同时配合电阻器R起 到隔离第二级输出与第一级 fmax
目前大多数的微机保护原理都是反映工频量的，在这种 情况下，可以在采样前用一个低通模拟滤波器（Low Pass Fliter， LPF）将高频分量滤掉，这样就可以降低 f S 。实际 上，由于数字滤波器有许多优点，因而通常并不要求图3-1中 的模拟低通滤波器滤掉所有的高频分量，而仅用它滤掉 f S / 2 以上的分量，以消除频率混叠，防止高频分量混叠到工频附 近来。低于 f S / 2 的其他暂态频率分量，可以通过数字滤波 来滤除。
由于Z g 很小，所以共模干扰信号对变 换器二次侧的影响得到了极大的抑制。这 样中间变换器还起到屏蔽和隔离共模干扰 信号的作用，可提高交流回路的可靠性。
微机保护的硬件结构
• 一、微机保护装置的硬件结构 • （一）硬件结构框图
• （二）各组成部分作用 • 1、信号输入电路 • 微机保护装置输人信号主要有两类，即开关量和模拟量信号。信号 输人部分就是妥善处理这二类信号，完成单片微机输人信号接口功能。 • 2、单片微机系统 • 微机保护装置的核心是单片机系统，它是由单片微机和扩展芯片构 成的一台小型工业控制微机系统，除了硬件之外，还有存储在存储器 里的软件系统。这些硬件和软件构成的整个单片微机系统主要任务是 完成数值测量、逻辑运算及控制和记录等智能化任务。除此之外，现 代的微机保护应具备各种远方功能，它包括发送保护信息并上传给变 电站微机监控系统，接收集控站、调度所的控制和管理信息。 • 这种单片微机系统可以是单 CPU 或采用多 CPU 系统。
( 5 ）有自检能力。 ( 6 ）有利于事故后分析。 ( 7 ）可与计算机交换信息 ( 8 ）可增加硬件的功能。 ( 9 ）可在低功率传变机构内工作。 （二） 缺点： ( 1 ）与传统的保护有根本性的背离。 ( 2 ）使用者较难维护。 ( 3 ）要求硬件和软件有高度可靠性 ( 4 ）硬件很快成为过时。 ( 5 ）在操纵和维护过程中，使用人员较难掌握。
微机继电保护的硬件结构
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一、计算机继电保护的发展 在继电保护技术领域，计算机除了用作故障分析和保护动作性能分析外， 1965 年已提出用计算机构成继电保护装置。 在 20 世纪 70 年代．计算机继电保护的研究工作主要是作理论探索，只有个 别部门作了一些现场试验，但是限于计算机硬件的制造水平以及价格问题， 故当时还不具备商业性地生产计算机继电保护装置的条件。 到了 20 世纪 70 年代末期，计算机出现了重大突破，大规模集成电路技术飞 速发展，出现了一批功能足够强的微型计算机，价格也大幅度降低，因而无 论在技术上还是经济上，已具备用一台微型计算机来完成一个电气设备保护 功能的条件。1979 年美国电气和电子工程师学会的教育委员会组织过一次世 界性的计算机继电保护研究班。在此之后，世界各大继电器制造商都先后推 出了各种定型的商业性微型计算机保护装置产品。目前发展最快的是日本， 据日本有关部门预计， 1987 年的定货可能达到继电保护设备总产值的 70 ％ 我国在计算机保护方面的研究工作起步较晚，但进步却很快。 1984 年，华 北电力学院研制的第一台以 6809 ( CPU ）为基础距离保护样机在经过试运 行后通过了科研鉴定，它标志着我国计算机保护的开发开始进入了重要的发 展阶段。
微机继电保护
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。
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模拟量输入/输出回路 模/ 数 变换 模拟量 输入变换 放大驱动
来 自 TA 、 TV 的电流、电 压
数/模 变换
开关量输入/输出回路 光 电 隔 离 开关量输入 信号处理 开关量 输 出 电 路 开关量输入 去执行元件
变 电 站 测 控 对 象
打印机接口
并行 接口
二、保护与测控装置的箱体
保护与测控装置：均采用机箱式结构， 且每套装置由一个或几个箱体组成。
开入量：断路器、隔离开关的状态 （合、断）；变压器分接头的位置； 开出量：保护出口及告警信息等。
作用：
开关量输入回路完成外部 接 点的输入； 开关量输出回路完成各种保 护出口跳闸输出、告警信号输出。
开关量输入、输出回路主要元件
并行口芯片、光电耦合芯片、 中间继电器等。
(四)人机对话电路 作用： 用于人机对话.
作用：完成算术及逻辑运算，以 实现继电保护、测控、管理等功能。
构成：通常由微处理器CPU、存 储器、定时器/计数器、Watchdog及 接口芯片等组成。
DSP和一般的CPU不同：
体系结构 标准化和通用性 流水线结构： 快速乘法器： DSP可以在一个时钟周期内可以完成的 工作量。 低功耗：
2.存储器
组成：主要包括打印、显示、键 盘及信号灯、音响或语言告警等。 内部仍为计算机系统。
(五)通信接口
作用：主要是完成自动化装置间通信 及信息远传.
(六)电源
作用：提供整个装置所需的直流稳压 电源。
微型机系统 微处理器（ CPU ） 存储器 WATCHDOG 定时器 人机对话回路 本地操作人员 打印机 通信接口 至其他微机 系统通信 信息远传 通用数 字接口 调制解调器 人机交 互接口
一、微机保护测控装置的典型 硬件结构
一套保护测控装置的典型硬件结构主要包 括： （1）模拟量输入/输出回路； （2） 微型机系统； （3） 开关量输入/输出回路； （4）人机对话接口回路； （5） 通信回路； （6） 电源。
微机保护测控装置的典型硬件结构
微型机系统
微处理器（ CPU ） 存储器
WATCHDOG 定时器 人机对话回路 本地操作人员 打印机 通信接口 人机交 互接口 打印机接口
四、某保护与测控装置的插件
保护与测控装置机箱内部通常设置有： （1）交流插件； （2）模数转换插件； （3）录波插件； （4）保护插件； （5）继电器插件； （6）人机对话插件（常以面板的形式出现）等 （7）电源插件。
某线路保护装置插件位置图
模拟量输入/输出回路 模/数 变换 数/模 变换 模拟量 输入变换 放大驱动
来 自 TA 、 TV 的电流、电 压
开关量输入/输出回路
并行 接口
光 电 隔 离
开关量输入 信号处理 开关量 输 出 电 路
开关量输入 去执行元件
变 电 站 测 对 象
至其他微机 系统通信 信息远传
通用数 字接口 调制解调器
2.微处理器（CPU）插件
作用：完成 A/D转换、算术及逻辑计算， 实现保护、测控功能。
3.I/O插件（继电器插件）
作用：接收微处理器（CPU）插件的命令， 实现保护、控制等功能。
4.电源插件
作用：向其它插件提供工作电源。 输入：直流220V或110V； 输出：+24V、±15V、和+5V。
自动化装置中常见的存储器有： EPROM（ EEPROMFLASHNVRAM（
3.定时器/计数器
定时器/计数器在自动化装置中十分 重要。主要用途： （1）计时作用 （2）触发采样信号，引起中断采样； （3）计脉冲的个数 在V/F变换式A/D中，是把频率信号转 换为数字信号的关键部件。
（三）开关量输入、输出回路
（一）模拟量输入/输出回路
1. 模拟量输入回路（数据采集回路） 作用： 将模拟量变换为数字量。 即：采集变电站TA、TV二次侧的I、 u量，并经过适当的预处理后转换为所 需的数字量。 该部分电路又称数据采集电路。
2. 模拟量输出回路
作用：将数字信号变换为模拟信号， 去驱动模拟调节执行机构。
（二）微型计算机系统
三、PSU－2000系列保护测控装置
采用插件式结构：共有5个插件装置分别为： 交流插件、CPU插件、电源插件、I/0插件（继 电器插件）及人机对话插件（面板）。
交 流 插 件 CPU 插件 I/O 插件 电 源 插 件
人机 对话
插件
图4－2 插件配置
1.交流插件
作用： 变换：将由PT二次的电压、CT二次的电 流，转换成A/D转换芯片所允许的输入电 压。 隔离：将TA、 TV的二次回路与微机系统 完全隔离，提高抗干扰能力。
WXH-811线路保护装置（110kV）
保护与测控装置机箱的 正面 。
面板上通常有： （1）液晶显示器； （2）信号灯； （（3）信号复归按钮等。
装置的内部是由一个个印制电路板 组成的,印制电路板上焊接有各种芯片及 电子、电路元器件。 在装置不带电时，每个印制电路板 一般可以插、拔，因此把每个印制电路 板也称为一个插件。