微机保护硬件组成及作用
微机保护装置构成..
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
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
第二讲 微机保护
输入/输出系统
光
开关量输入
电 隔
打印机
离
电
出口
开关量
路
电路
输出
并行接口
2、采样（取样）保持（S/H）电路 （1）采样（取样）： 将连续的模拟信号变为离散的模拟信号
1）采样周期：采样间隔TS称为采样周期。 2）采样频率：fs=1/Ts 为采样频率。 （2）保持： 为保证各通道采样的同时性，在等待模数转换的过
（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）
6、数据采集系统与微机接口 为保证定时采样，数据采集系统与微机接口一般采用中断
1、EDCS-6000II 型装置正视图
状态指示区
人机显示界面
键盘操作区
2、 EDCS-6000II 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
控制输出接线端子Xf
工作电源开关
工作电源接线端 子Xa
通信接线端子位
母线电压接线端子 位
控制输出接线端子Xc
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。
3
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。
5
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。
微机综合保护原理
微机综合保护原理微机综合保护原理是指在微机控制系统中，通过采取多种措施对系统进行保护的原理。
这种保护是为了防止外界干扰、操作失误、故障等因素对系统正常运行和数据安全产生影响。
微机综合保护原理主要包括硬件保护和软件保护两个方面。
硬件保护主要是通过硬件电路来实现的。
常用的硬件保护措施包括过电流保护、过压保护、过温保护等。
过电流保护是为了防止电流超过设定值而对电路造成损坏。
一般采用熔丝、电流保险丝等方式来实现过电流保护。
过压保护是为了防止电压超过设定值而对电路造成损坏。
一般采用过压保护器、瞬变电压抑制器等方式来实现过压保护。
过温保护是为了防止温度超过设定值而对电路造成损坏。
一般采用温度传感器、风扇等方式来实现过温保护。
软件保护主要是通过软件编程来实现的。
常用的软件保护措施包括系统自检、错误处理、恢复机制等。
系统自检是指在系统启动过程中对关键参数进行检测和验证，以确保系统的正常运行。
例如，检测CPU、内存、硬盘等是否正常工作，检测系统的硬件和软件配置是否与预期一致等。
错误处理是指在系统运行过程中，对可能出现的错误进行处理。
例如，对于输入数据错误、传感器异常、通信中断等情况，系统可以进行相应的处理，包括报警、自动纠错、数据重发等操作。
恢复机制是指在系统发生故障时，通过自动恢复措施使系统尽快恢复正常工作状态。
例如，系统可以自动重启、切换到备用系统、恢复最近的工作状态等。
此外，微机综合保护原理还包括网络安全防护。
网络安全防护涉及到对系统进行防火墙、入侵检测、数据加密等方面的保护措施，以确保系统的安全。
总的来说，微机综合保护原理通过硬件和软件两个方面的措施，保护系统免受外界干扰和故障的影响，确保系统的正常运行和数据的安全。
这是现代微机控制系统不可或缺的重要部分，也是保证系统稳定性和可靠性的基础。
微机型继电保护装置介绍培训课件
图为电磁干扰的耦合方式 (a)共阻抗性耦合 (b)电感性耦合 (c)电容性耦合
四、干扰形式
干扰形式有横模干扰和共模干扰
（1）横模干扰 横模干扰是串联于信号源之中的干扰，即串联干扰，
其产生的原因可归结为长线传输的互感、分布电容的 相互干扰及工频干扰等。横模干扰对微机保护的威胁 一般不大，因为微机保护各模拟量输入回路都首先要 经过一个防止频率混叠的模拟低通滤波器，它能很好 地吸收横模浪涌。
2．软、硬件结合抗干扰措施 采用硬件抗干扰措施可以大大提高微机保护装置的可靠性。但采
一、干扰的形成
干扰是除有用信号以外的所有可能对装置的正常工作造 成不利影响的装置内部或外部的电磁信号，干扰将造成微机 装置的计算错误或逻辑错误和程序运行出轨等。
干扰产生来自外部干扰源和内部干扰源。干扰的三个因素， 包括干扰源、耦合途径和接收电路。提高微机保护的可靠性 就是要明确干扰源，切断耦合途径和提高保护装置本身的抗 干扰能力。
微机保护的原理
不同保护原理的第一、三个模块是基本相同的， 但保护逻辑判断模块随不同的保护原理而相差 甚远。而零序电流保护则没有振荡闭锁部分。 中断服务程序包括定时采用中断服务程序和串 行口通信中断服务程序。
微机保护硬件组成
（1）数据采集系统 （2）计算机系统 （3）开关量输入输出单元 （4）通讯单元 （5）电源
2.干扰耦合方式
（1）公共阻抗性耦合 在两个设备之间存在诸如电源线、数字量I/O以及公共 地线等连线情况下，它们各自的电流均流经一个公共 阻抗，并在此公共阻抗上分别产生电压降，从而相互 引起电压波动，干扰各自的工作。
（2）互感耦合 两电路之间存在互感，任一电路中电流变化通过空间
交变电磁场影响到另一电路。这种互感耦合产生的干 扰随干扰源频率增加而增加。
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。
继电保护 1微机保护基本硬件构成
沈阳工程学院继电教研室
继技术精华 保电网平安
3.采样保持
C 阻 抗 变 换 器 2 Uo
Ui
阻 抗 变 换 器 1
K
一个电子模拟开关K 保持电容器C
逻辑输入
两个阻抗变换器
开关K受逻辑输入端电平控制。在高电平时K闭合，此时， 电路处于采样状态，C迅速充电或放电到电容上电压等于该 采样时刻的电压值(Ui)。K的闭合时间应满足采样时间。
分振荡和短路，变压器差动保护如何识别励磁
涌流等。
沈阳工程学院继电教研室
继技术精华 保电网平安
（6）经济性好
计算机硬件的性能不断提高而价 格一直在下降。而且，微机保护是一 个可编程序的装置，它能实现多种功 能，使硬件种类大大减少。这样，在
经济性方面显然优于传统保护。
沈阳工程学院继电教研室
继技术精华 保电网平安
继技术精华 保电网平安
Electric Power System Relay Protection
电力系统微机保护
沈阳工程学院继电教研室
继技术精华 保电网平安
参考书目:
《微型机继电保护基础》 杨奇逊 黄少峰 《电力系统微机继电保护》 高 亮 《微型机继电保护原理》 张举 《微机继电保护原理》 陈德树 《RCS900系列超高压线路成套保护装置》
沈阳工程学院继电教研室
继技术精华 保电网平安
3.采样保持
C 阻 抗 变 换 器 2 Uo
Ui
阻 抗 变 换 器 1
K
逻辑输入
阻抗变换器I：输入端呈现高阻抗（使得输入电压全部降落在电容C
上），输出端呈现低阻抗（电容C上能迅速完成充电）；
阻抗变换器II：输入端呈现高阻抗（使电容C上电压具有保持能力）， 输出端呈现低阻抗（提高带负载能力）。 沈阳工程学院继电教研室
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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。
如上图所示。
只要由软件使并行口的PB0输出“0”，PB1输出“1”，便可使与非门Y2输出低电平，发光二极管导通，光敏三极管激发导通，使继电器K动作，其接点闭合，启动后级电路。
在初始化和需要继电器返回时，应使PB0输出“1”，PB1输出“0”。
注：1）采用两个与非们，增强了并行口的带负荷能力及抗干
扰能力
2）PB0经一反相器，而PB1却不经反相器，这样接可防止
在拉合直流电源的过程中继电器K的短时误动。
微机保护的程序由主程序与中断服务程序两大部分组成。
在中断服务程序中有正常运行程序模块和故障处理程序模块。
正常运行程序中进行采样值自动零漂调整、及运行状态检查，运行状态检查包括交流电压断线、检查开关位置状态、变化量制动电压形成、重合闸充电、准备手合判别等。
不正常时发告警信号，信号分两种，一种是运行异常告警，这时不闭锁装置，提醒运行人员进行相应处理；另一种为闭锁告警信号，告警同时将装置闭锁，保护退出。
故障计算程序中进行各种保护的算法计算，跳闸逻辑判断以及事件报告、故障报告及波形的整理等。
3.5.1主程序
主程序按固定的采样周期接受采样中断进入采样程序，在采
样程序中进行模拟量采集与滤波，开关量的采集、装置硬件自检、交流电流断线和起动判据的计算，根据是否满足起动条件而进入正常运行程序或故障计算程序。
硬件自检内容包括RAM、
E2PROM、跳闸出口三极管等。
3.5.2中断服务程序
1.故障处理程序
根据被保护设备的不同，保护的故障处理程序有所不同。
对于线路保护来说，一般包括纵联保护、距离保护、零序保护、电压
电流保护等处理程序。
2.正常运行程序
正常运行程序包括开关位置检查、交流电压电流断线判断、交
流回路零点调整等。
检查开关位置状态：三相无电流，同时断路器处于跳闸位置动作，则认为设备不在运行。
线路有电流但断路器处于跳闸位置动作，或三相断路器位置不一致，经10秒延时报断路器位置异常。
交流电压断线：交流电压断线时发TV断线异常信号。
TV断线信号动作的同时，将TV断线时会误动的保护（如带方向的距离保护保护等）退出，自动投入TV断线过流和TV断线零序过流保护或将带方向保护经过控制字的设置改为不经方向元件控制。
三相电压正常后, 经延时发TV断线信号复归。
交流电流断线：交流电流断线发TA断线异常信号。
保护判出
交流电流断线的同时，在装置总起动元件中不进行零序过流元件起动判别，且要退出某些会误动的保护，或将某些保护不经过方
向控制。
电压、电流回路零点漂移调整：随着温度变化和环境条件的改变，电压、电流的零点可能会发生漂移，装置将自动跟踪零点
的漂移。