电力系统微机保护装置原理共28页
微机保护装置硬件原理l_图文_图文
2.5 微机保护装置硬件原理
开关量输入
打印机 液晶显示器
数据采集系统
微机系统
人机接口
触摸按键
开关量输出 驱动电路
继电器
1、模拟量输入系统
微机系统只能识别数字量，应将模拟转换 为微机系统能接受的数字信号。
2、微机系统
故障微机系统作用：用于分析计算电力系统 有关电量，判定系统是否发生。
2.5.2微机保护数据采集系统
数据采集系统又称模拟量输入系统，采用A/D芯 片的A/D式数字采集系统，由电压形成、模拟滤 波器(ALF)、采样保持(S/H)、多路转换开关 (MPX)与模数转换器(ADC)几个环节组成 。
A/D式数据采集系统图
1、电压形成回路
微机保护从被保护对象电流或电压互感器上取 得的信息，需要降低或变换。
微机保护用的模数转换器绝大多数都是应用 逐次逼近法实现的。
5）电压-频率式数据采集系统
VFC式的模数转换是将电压模拟量成比例 地变换为数字脉冲频率，然后由计数器对脉冲 计数，将计数值送给CPU。
2.5.3 CPU模块工作原理 1)具有ADC变换接口的保护CPU模块原理
2)具有VFC接口的保护CPU模块框图原理
微机继电保护中通常要求输入信号为土5V或 ±l0V的电压信号，具体决定于所用的模数转 换器。
2、保持电路与模拟低通滤过器
1）采样保持 必须对来自被保护元件的模拟量进行模/数 (A/D)变换，在进行A/D变换之前，首先要将连 续的模拟量变为离散量。这就需要对模拟信号 进行采样，即按时间取量化。
要求：电子模拟开关AS的闭合时间应满足有足 够的充电或放电时间，即采样时间。
2）低通滤波
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开关量输入/输出通道以及人机接 口（键盘，液晶显示器等）。
微机保护从功能上分为6个组成部 分： 数据采集系统（模拟量输入系统） 数据处理系统（CPU主系统） 开关量输入/输出回路 人机接口 通信接口 电源回路
数据采集系统：模拟量
离散的数字量
作用：滤去高于2fs信号 分类：有源滤波：滤波性能良好，介数高
无源滤波：频率特性是单调衰减
采样保持回路： Ts：采样周期 采样频率 fs=1/Ts 采样频率fs误差越小，CPU性能要求越高。 采集点数=fs/50
利用电压/频率变换（VFC）的数据采集系统
原理：VFC把输入的交流模拟电压量usr(t)转变为脉冲信号u0(t)输出。
模拟量：电量信号是在时间和数值上连续变化的信号。 数字量：信号在时间上离散，在数值上量化的信号。
两种A/D转换（数/模转换）方式： 一是基于逐次逼近型A/D转换方式（ALF） 二是利用电压/频率变换（VFC）
基于逐次逼近型A/D转换方式（ALF）的数据采集系统
基于逐次逼近型A/D转换方式（ALF）组成： 电压形成回路，模拟滤波器ALF，采样保持回路S/H，多路开关MPX，A/D转换
3. 继电保 护知识 复习
1、复合电压启动的过电流保护的 动作条件，原理图与逻辑图的比较
2、功率方向元件的作用、动作 特性及90°接线、按相启动
3、定时限与反时限电流保护特点
1、复合电压启动的过电流保护的动作条件
低电压 负序电压 过电流
原理图
比较
逻辑图
低电压U＜和负序电压U2是或门关系 或门与过电流I＞是与门关系 逻辑图比原理图直观清晰
功能：
故障计算
微机保护原理
一、微机继电保护装置的特点1．可靠性高微机保护的软件设计，考虑到电力系统中各种复杂的故障，具有很强的综合分析和判断能力，几乎就是一个专家智能系统。
而常规保护装置，由于是各种器件组成的，不可能做得很复杂，否则硬件越多，越复杂，本身出故障的概率就越大，可靠性当然就降低了。
另外微机保护装置的自检与巡检功能也大大提高了其可靠性。
2．动作正确率高鉴于计算机软件计算的实时性特点，微机保护装置能保证在任何时刻均不断迅速地采样计算，反复准确地校核。
在电力系统发生故障的暂态时期内，就能正确判断故障，如果故障发生了变化或进一步发展也能及时做出判断和自纠。
如在保护延时动作或重合间延时的过程中都能监视系统故障的变化，因此微机保护的动作正确率很高，运行实践已证明了这点。
3．易于获得各种附加功能由于计算机软件的特点，使得微机保护可以做到硬件和软件资源共享，在不增加任何硬件的情况下，只需增加一些软件就可以获得各种附加功能。
例如在微机保护装置中，可以很方便地附加了低周减载和自动重合闸等自动装置的功能。
4．保护性能容易得到改善由于计算机软件可方便改写的特点，保护的性能可以通过研究许多新的保护原理来得到改善。
而且许多现代新原理的算法，在常规保护中是很难或根本不可能用硬件来实现的。
5．使用灵活、方便目前微机保护装置的人机界面做得越来越好，也越来越简单方便。
例如汉化界面、微机保护的查询、整定更改及运行方式变化等等都十分灵活方便，受到现场继电保护工作入员的普遍欢迎。
6．具有远方监控特性微机保护装置都具有串行通信功能，与变电所微机监控系统的通信联络使微机保护具有远方监控的特点并将微机保护纳入变电所综合自动化系统。
三、微机保护的学习方法微机保护专业基础是单片微机原理和电力系统继电保护原理，显然要学好微机保护就得掌握一定的单片微机原理和电力系统继电保护原理。
对于专业入员的培训学习，目前主要的困难还在于单片微机的基本知识。
为了提高培训学习的效率，对于单片微机原理应该抓住单片微机的实质，而不应以单片微机电路的细节为主，要防止钻进去而跳不出来，在具体细节上纠缠不清的现象。
微机保护的基本原理与构成课件
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 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 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。
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2、微机保护数据采集系统 A/D式数据采集系统如图所示：
① 电压形成回路 微机继电保护要从被保护对象的电流、电压互感器处取得相应信息。但
这些二次数值、输入范围对典型的微机继电保护电路却不适用，需要降低 和变换。一般采用变换器来实现变换。（微机保护参数的输入范围：0～5V 或4～20mA）
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② 采样保持与低通滤波 由于微机保护只能对数字量进行运算和判断，所以应将连续模拟量变
为离散量。采样保持电路作用就是在一个极短的时间测出模拟量在该时 刻的瞬时值；并要求在A／D转换期间保持不变。
同时采样：继电保护大多数原理是基于多个输入信号，如三相电流、 三相电压等。在每一个采样周期对通道的量全部同时采样。
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采样频率：采样间隔 的倒数称为采样频率 。采样频率的选 择是微机保护中的一个关键问题。频率高，采样精确，但对A/D转换器 的转换速度要求也高，投资也就越高。
监控程序主要是键盘命令处理程序，为接口插件及各CPU保护插件进 行调节和整定而设置的程序；接口的运行程序由主程序和定时中断服务程 序构成。主程序完成巡检、键盘扫描和处理、故障信息的排列和打印。
2、保护软件的配置 保护软件含主程序和中断服务程序。 主程序：初始化、自检；保护逻辑判断和跳闸处理。 中断程序：定时采样中断和串行口通信中断服务程序。
电力系统微机保护 ppt课件
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电力系统微机保护＿＿绪论
1）采样数字化 保护装置直接接收电子式互感器输出数字信号，不依赖外部对时信号实现 保护功能。 2）保护就地化 保护装置采用小型化、高防护、低功耗设计，实现就地化安装，缩短信号 传输距离，保障主保护的独立性和速动性。 3）元件保护专网化 元件保护分散采集各间隔数据，装置间通过光纤直连，形成高可靠无缝冗 余的内部专用网络，保护功能不受变电站SCD文件变动影响。 4）信息共享化 智能管理单元集中管理全站保护设备，作为保护与变电站监控的接口，采 用标准通信协议，实现保护与变电站监控之间的信息共享。
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电力系统微机保护＿＿绪论
继电保护是保证系统安全、稳定运行的第一道防线，是 系统安全稳定运行的“哨兵”！ 继电保护学科方向—电力系统及其自动化二级学科 电力系统继电保护 内容：
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电力系统微机保护＿＿绪论
• 一、计算机在继电保护领域中的应用和发展概况 • （1）世界微机保护的发展历史
1、绪论 2、基本原理学习 3、学习讨论 4、微机保护硬件学习 5、微机保护常规算法的学习
本课程成绩评定：
1、出勤（10%） 2、学习讨论（20%） 3、考试（70%）
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电力系统微机保护＿＿绪论
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电力系统微机保护＿＿绪论
• 继电保护装置是一种能反应电力系统故障和不正常状 态，并及时动作于断路器跳闸或发出信号的自动化设 备。
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电力系统微机保护＿＿绪论
3、智能化运检体系
1）加强智能站文件管控，提升变电站建设运行水平 构建智能站配置文件管控平台，确保配置文件的正确性及一致性；研究基于系统 描述的继电保护虚端子关联的自动化生成方法，简化智能站配置流程；建立基于标准 工程文件的继电保护数据、模型、图形的一体化展示平台，对二次设备实现自动精益 化评估。 2）实施智能化高效检修，实现智能站可观、可控、可维护 通过“装置智能诊断、远程终端支持、安措自动执行、二次回路可视、检修综合 决策”等技术，实现变电站可观、可控、可维护，提升现场工作效率和防误水平。 3）研发信息化单兵装备，提高现场智能感知和作业能力 研究、推广手持终端、智能穿戴设备等基于物联网技术的信息化单兵装备，提高 现场智能感知和作业能力，实现继电保护设备和人员的双向互动、现场和远程的双向 互动，提升现场工作的质量、效率和应急抢修能力。 4）开展自动化无人巡视，提升巡视质量和效率 利用人工智能技术，建立二次设备机器人巡视和远方巡视相结合的自动化巡视模 式，有效提高巡视效率，减轻现场人员压力。
微机继电保护装置的硬件原理
在非周期分量的作用下容易饱和，线性度较差，动态 范围也较小。
一般采用电流变换器将电流信号变换为电压信号
第一章 微型机保护的硬件原理
1－2 模拟量输入系统（数据采集系统）
Z 为模拟低通滤波器及A/D 输入端等回路构成的综合 阻抗，在工频信号条件下，该综合阻抗的数值可达 80KΩ 以上
在逻辑输入为高电平时 AS 闭合，此时，电路处于采样 状态。Ch 迅速充电或放电到usr(t)在采样时刻的电压值。 AS 的闭合时间应满足使Ch 有足够的充电或放电时间 即采样时间，显然希望采样时间越短越好。这里，应 用阻抗变换器I 的目的是，它在输入端呈现高阻抗，对 输入回路的影响很小；而输出阻抗很低，使充放电回 路的时间常数很小，保证Ch 上的电压能迅速跟踪到 usr(t)在采样时刻的瞬时值。
跟随器的输入阻抗很高（达1010Ω），输出阻抗很低 （最大6Ω），因而A1对输入信号usr来说是高阻，而在 采样状态时，对电容Ch 为低阻充放电，故可快速采样。 又由于A2 的缓冲和隔离作用，使电路有较好的保持性 能。
第一章 微型机保护的硬件原理
二、采样保持电路和模拟低通滤波器
（二）对采样保持电路的要求
阻抗变换器I 和Ⅱ可由运算放大器构成。
TC 称为采样脉冲宽度，TS 称为采样间隔（或称采样 周期）。
等间隔的采样脉冲由微型机控制内部的定时器产生。
第一章 微型机保护的硬件原理
二、采样保持电路和模拟低通滤波器
（二）对采样保持电路的要求
1）Ch 上电压按一定的精度（如误差小于0.1％）跟踪上 Usr 所需要的最小采样宽度Tc（或称为截获时间），对 快速变化的信号采样时，要求Tc 尽量短，以便可用很 窄的采样脉冲，这样才能更准确地反映某一时刻的Usr 值。
微机综合保护装置原理与应用
微机综合保护装置原理与应用微机综合保护装置是一种基于微机控制的电力系统保护设备，可以对电力系统中的电压、电流、频率等参数进行实时监测和保护。
它具有操作灵活、功能强大、可靠性高等优点，在电力系统的稳定运行和安全保护中起到了重要的作用。
微机综合保护装置的原理是将电力系统的变量信号通过电流互感器、电压互感器等传感器进行采样，经过A/D转换后送入微处理器，通过运算处理后，判断电力系统是否存在故障，如过流、过压、欠电压、短路等。
当系统出现故障时，微机综合保护装置能够及时发出动作信号，通过断路器等执行器对故障进行隔离和恢复电力系统的正常工作状态。
1.过流保护：微机综合保护装置可以通过采集电流信号，实时监测系统中的电流变化情况，当电流超过额定值时，可以及时发出动作信号，通过断路器切断故障电路，防止系统过负荷运行。
2.短路保护：当电力系统中出现短路故障时，微机综合保护装置可以通过检测电流和电压的变化情况，判断故障点位置，并发出相应的动作信号，对故障电路进行隔离和修复，保护电力系统的正常运行。
3.过压保护：微机综合保护装置可以通过采集电压信号，实时监测系统中的电压变化情况，当电压超过额定值时，可以及时发出动作信号，通过断路器切断电源，防止系统发生过压故障，保护电气设备的安全运行。
4.欠电压保护：当电力系统中出现欠电压故障时，微机综合保护装置可以通过检测电压的变化情况，判断故障原因，并发出相应的动作信号，对故障电路进行隔离和修复，保护电力系统的正常运行。
除了以上基本保护功能外，微机综合保护装置还可以实现电力系统的监测、测量、通信等功能。
它可以实时监测电力系统的电压、电流、频率等参数，记录故障发生时的波形数据，方便故障分析和系统运行状态的评估。
同时，它还可以通过通信接口与上级调度系统进行联动，实现对电力系统的远程监控和控制。
总之，微机综合保护装置是一种非常重要的电力系统保护设备，它通过采集和处理电力系统的各种参数信号，实现对电力系统的实时监控和保护。
微机继电保护装置硬件原理
第1章 微机继电保护装置的硬件原理
采样电路的工作原理
组成：它由电子模拟开关AS、保持电容器Ch及两个 阻抗变换器组成。
Ch的作用是记忆AS闭合时刻的电压，并在AS打开后 保持该电压。
阻抗变换器I在Ch端提供低阻抗，使得Ch电压建立 迅速，而在输入端呈现高阻抗，以尽量减少对输入回路 的影响；
第1章 微机继电保护装置的硬件原理
微机继电保护装置硬件原理
第1章 微机继电保护装置的硬件原理
1.1 微机继电保护装置硬件的基本结构
微机继电保护装置的硬件包括以下五个部分：
– 数据采集系统（或称模拟量输入系统）：包括电压形成、 采样保持、多路开关及模数转换。
– CPU（或微处理器）主系统：包括微处理器、程序存储器 （ROM）、数据存储器（RAM）、定时器、并串接口等。
如果考虑目前的继电保护主要是基于工频故 障信息构成的，那么，高频故障信息应该/可以 滤除，这样将降低对CPU和采样速率的要求。目 前微机保护普遍采用600毫秒）、1kHz（1毫 秒）、1.8毫秒）的采样频率，它们都能够满足 工频故障信息和3次、5次谐波的采样和分辨要 求。
微机继电保护装置硬件原理
第1章 微机继电保护装置的硬件原理
阻抗变换器Ⅱ在Ch端提供高阻抗，使得Ch衰减缓慢， 而在后边呈现低阻抗以提高带负载的能力。
阻
阻
uin
抗 变
AS
抗 变
uout
换
换
器
Ch
器
逻辑输入 微机继电保护装置硬件原理
第1章 微机继电保护装置的硬件原理
微机继电保护装置硬件原理
图1－6 采样保持过程
第1章 微机继电保护装置的硬件原理
第九章 微机保护概述 电力系统继电保护课件
图9-10 WXB-11型微机保护装置硬件框图
图9-11 WXB-11型微机保护装置面板图
第三节 微机保护的算法
一、数字滤波 数字滤波器由软件编程去实现，改变算法或某些
系数即可改变滤波性能，即滤波器的幅频特性和 相频特性。 基本形式有差分滤波(减法滤波)、加 法滤波、积分滤波等。
1. 差分滤波原理 差分滤波器输出信号的差分方程形式为
例如，当采样频率为600Hz，且P1，若滤掉三次谐波，
差分滤波器的k值应为
k P fS 4 mTSf1 3f1
2. 差分滤波器的频率特性 从频域的角度讨论差分滤波器的滤波特性，可
将式（9-1）进行Ｚ变换，得
Y(z)X(z)1 (zk)
从而得出说差分滤波器的传递函数 H (z) 为
H(z)Y(z) 1zk X(z)
y(n )x(n )x(n k)
(9-1)
x(t) A1 sin 2f1t
A3 sin 3f1t t
t nTS kTS t nTS kTS
图 9-12 差 分 滤 波 器 滤 波 原 理 说 明
那么上式所示的滤波器是如何起到滤波作用的哪？我们以图
9-12来说明滤波的原理。设输入信号中含有基波，其频率
开关量输入 （断路器、 隔离开关
状态）
人
键盘
机
对
话
显示器
接
口
打印机
部 件
通讯
输 入 /输 出 系 统
一、数据采集系统
1.电压形成回路
在微机保护中通常要求输入信号为±5V或±10V 的电压信号，取决于所用的模数转换器的型号。
电压变换常采用小型中间变换器来实现。电流变
换器、电压变换器和电抗变换器的原理图分别如
第2章 微机保护的硬件原理《电力系统微机保护》课件
i1 TA i2
N1
N2 RLH
z
u2
图2-6 电流变换器的连接方式
由图2-6可得
u2
RLH i2
RLH
i1 nLH
其中：RLH为电流变换器的变比。
在设计时，相关参数应满足的条件是
RLH
imax nLH
Umax
2020/11/6
Xi’an University of Science and Technology
来 自 TV TA 二 次
2020/11/6
电压形成
ALF
电压形成
ALF
S/H
多
路
转
换
MPX S/H
A/D
CPU
总线
图2-2 同时采样分时转换方式
Xi’an University of Science and Technology
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2.2 数据采集系统
2.分时采样分时转换的方式
2.2.1 数据采集系统组成及结构
Xi’an University of Science and Technology
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2.2 数据采集系统
2.2.1 数据采集系统组成及结构
2.2.1 基于A/D转换的数据采集系统组成及结构
在微机继电保护装置中，数据采集系统的功能是将输入模拟电 量转换为微机能够识别的数字量。
基于A/D转换的数据采集系统以A/D转换器为模拟量到数字量的 转换单元，它包括电压形成回路、模拟低通滤波器ALF、采样保持 电路S/H、多路转换开关MPX及A/D转换电路等。
MPX
A/D
CPU
总线
图2-3 分时采样分时转换的方式
2020/11/6
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1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
电力系统微机保护装置原理
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯