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微机继电保护原理浅析

返回打印来源：仪天成电力时（shí）间：2017/12/07 阅读（dú）：次

　　1.概述
　　继电保（bǎo）护是关系着电力（lì）系统（tǒng）安全运行的关键。继电（diàn）保护技术的发（fā）展大致分（fèn）为四个历史（shǐ）阶（jiē）段：三相电能表现场校（xiào）验仪能够直接（jiē）测量并诊（zhěn）断低压电能计量装置计量（liàng）是否正常，并可实现多种测试仪器的功能；是一种性价比极高的设备。电磁（cí）型、晶体管型（xíng）（又称半导体型或分立（lì）元件型）、集成电路型、微型计算机型。目前，随着微电子技术的发展（zhǎn），微机型继电保护技术的应（yīng）用已越来越广泛。
　　与传统的继电保护技术相比，微机继电保护主要有（yǒu）以下的优点：
　　（1）改善和提高继电保（bǎo）护的动作特性和（hé）性能；
　　（2）可靠性大为（wéi）提高；
　　（3）内部编程软接线（xiàn）的方（fāng）式大大降低了电气二（èr）次线路的复杂性；
　　（4）可以充分利用CPU的资（zī）源，实现其他测量、管理、通讯等功能；
　　（5）微机（jī）特有（yǒu）的记忆（yì）存槠功能能很好的实现故障追忆（yì），提高运行管理效率；
　　（6）自（zì）检能力强，可（kě）以省去每年花费大量人力物力而必须去做的继电保护预防（fáng）性（xìng）试验，可以保证生产的连续运行；
　　（7）扩展能力强。
　　2.微机（jī）型继电保护装置的硬件构（gòu）成
　　2.1微机继电保护装置典型硬（yìng）件结构
　　微机型继电保护装置是微（wēi）机控制技术的应用（yòng）实例之一。它（tā）是以微（wēi）处理器（单片（piàn）机）为核心，配以输入、输出通道，人机接（jiē）口和（hé）通（tōng）讯接口等。
    2.2微机保（bǎo）护装（zhuāng）置的（de）输入输出通道（dào）
　　微（wēi）机保护的输入通道分（fèn）为模（mó）拟量输（shū）入通道和开关量输入通道，输出（chū）通道（dào）主要为继电器逻辑回路。输入通道主要（yào）完成电力系统的电压、电流信号的采集和一次设备的状（zhuàng）态量采集（比（bǐ）如断路器（qì）的运行状态）；而输出通道主要完成保护跳闸信（xìn）号、告警信号的输出。
　　2.2.1模（mó）拟量输入通道
　　目前，微机保护（hù）的模拟量采集（jí）均采用交流采样技术。模（mó）拟（nǐ）量输入通道主要由模拟（nǐ）量输入变换（huàn）回路、低通（tōng）滤波器、采样和A/D转换器等几个环节（jiē）构成。
　　2.2.1.1模拟量输入变换回路
　　由一（yī）次回（huí）路的CT、PT的二次侧输入至微机保护器的信（xìn）号，一般数值较（jiào）大，不适（shì）合内部A/D转（zhuǎn）换的电平要求（一（yī）般A/D转换回路的输入电压范围为±2.5V、±5V或±10V）。模拟量输入变换（huàn）回路的主要任务就是就是将输入的电量进一步变换，将二次电（diàn）量值变得更小（xiǎo），同时将电流量（liàng）变为电压量，以适合内部A/D转换（huàn）的（de）要求。同时，该变换回路还起着隔离（lí）外部干扰的作用。
　　设计模拟量输入（rù）变（biàn）换回路要注意的几点：①要保证各电流变换器之间、各电压变换器之间及电流、电压变换器之间的一次、二次侧相位移保持一致；②变换器（qì）的铁芯磁导（dǎo）率要选取得当，保证工作（zuò）的线性范围；③变换器本身的损耗（hào）要小；④要保证在短路电流下，变换器的输出不使A/D发（fā）生溢出。
　　2.2.1.2低通滤波器及采样
　　由于计算机处理的是离散的时间信号，故（gù）输入的连续模拟量（liàng）必（bì）须要被采样为离散的模拟量。同时，要使采样值能准确无误的反映输入的模（mó）拟量，采（cǎi）样频率必须遵循一定的（de）要求，即采样频率必须大于原始输入信号中高频率分量的频率的2倍，这就是采样定理。否则，采（cǎi）样信号将出现频率混叠，不能真实反映原始输入信号（hào）。
　　系统的故障电流、电压信号中一般含有许多高（gāo）频分量。而常见的微机保护原理大多是（shì）基于工频量的。这样，为了避免不（bú）必要（yào）的抬高采样（yàng）频率，一般微机保护器中都设置了前置低通滤波器。
    2.2.1.3 A/D转换
　　由于计算机只对离散的数字量进行处理（lǐ），则采样得到的离散的模拟量还要进一步转换为离散的数字量。完成（chéng）这一任务的（de）环节即为A/D转换器（模/数转换器）。模数转换过程的实质就是对模拟信号进行量化和编码（mǎ）的过程。
　　根据A/D转换的原理和特点的不同，可将A/D转换分为直接转换（huàn）和间接转换两大类。常见的直接转换有（yǒu）逐次逼近（jìn）式A/D、计数式A/D等；间接转换有（yǒu）积分式（shì）A/D、V/F式A/D等。
    2.2.2数字（zì）量输入（rù）输出通道
　　数字信（xìn）号的输入输（shū）出，主要针对于微机保护器的人机接口和各种告警信号、跳闸信号及（jí）电度脉冲等。为防止外部干扰的窜（cuàn）入，一般在输入输（shū）出回路中均采（cǎi）用光电隔离措施。
    2.3 微（wēi）机保护装置的数字核心
　　微机保护装置的数字核心一般由CPU、存储器、定时器/计数器（qì）、Wachdog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（jī）。MCU一般以某一（yī）微处理器内核为核心，芯片内部集成了RAM、ROM、总线、总线逻（luó）辑、定时/计数器、WachDog、I/O、串行口、A/D、D/A等各种必要的功能（néng）和外围设备、电路。一般一个系列的单片机具有多种（zhǒng）衍生产品，它们的微处理器内核都一样，不同的是存储器和外设的（de）配置及封装。这样可以使（shǐ）单（dān）片机大限度的和应用相匹配，从而降低成本和功耗（hào）。常见的MCU有（yǒu）MCS-51、MCS-196/296、C166/167、68300等等（děng）。
　　随着微电子技术的（de）发展，一些功能更为强大、数字信（xìn）号处理能力更强的数字核心将成为微机保护装置升级的必（bì）然（rán）趋势。有（yǒu）代表性的是嵌入式DSP处理器（EDSP）和嵌入式片上系统（ESOC）。
　　3.微机保护的算法基础
　　微（wēi）机保护装置根据模数转换器提供的（de）电气量的采样值进行分析、运算（suàn）和逻辑判断，以实现各种继（jì）电保护（hù）功（gōng）能的（de）方（fāng）法成为算法。微机算法可分为两类。一类是由输入的（de）采样（yàng）点得出继电保护所必需的电气量的各要素，如正弦量的幅值、频率和相角；另一（yī）类是以方程和（hé）逻辑的形式实现继（jì）电保护的动作特性。评价算法优劣（liè）的标准是精度和速度。算法的速度包括两方面：一是算法所要（yào）求的采样点数（数据窗长度），二是算法的工作量。另外，为（wéi）了保证（zhèng）信号的正确性，相应的数字滤波也是非常必要的。
　　对于求取电气量的各要素的算法，主要有：①两（liǎng）点乘积算法；②导（dǎo）数算法；③积分算法（fǎ）；④傅式算法；⑤小（xiǎo）二乘法（fǎ）。其中，以傅式算法应用较为广泛。该算法的数据窗长度为（wéi）一个周波，且对于高（gāo）频分量的滤波能力较强，但对于非周期分量引（yǐn）起的低频分量的抑制能力较差。对于偏移度较高的短路故障，可（kě）在傅式算法前加（jiā）一数字滤波（如差分滤波），来减弱非周期分量的影响。
　　4.微机保护装置的电磁兼（jiān）容性标准
　　微（wēi）机保护装置的电磁（cí）兼容性（EMC）关系到装置动（dòng）作的可（kě）靠性和寿命。下面（miàn）所列的是目前国（guó）内较为通用的电磁兼（jiān）容性标准，也是微机保护装置（zhì）做静模试验应遵循的主要标准。

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