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微機(jī)繼電保護(hù)原理淺析

返回打印來(lái)源：儀天成電力時(shí)間：2017/12/07 閱讀：次

　　1.概述
　　繼電保護(hù)是關(guān)系著電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的關(guān)鍵

。繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展大致分為四個(gè)歷史階段：三相電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀能夠直接測(cè)量并診斷低壓電能計(jì)量裝置計(jì)量是否正常

，并可實(shí)現(xiàn)多種測(cè)試儀器的功能；是一種性?xún)r(jià)比極高的設(shè)備

。電磁型

、晶體管型（又稱(chēng)半導(dǎo)體型或分立元件型）、集成電路型

、微型計(jì)算機(jī)型

。目前，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展

，微機(jī)型繼電保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用已越來(lái)越廣泛

。
　　與傳統(tǒng)的繼電保護(hù)技術(shù)相比，微機(jī)繼電保護(hù)主要有以下的優(yōu)點(diǎn)：
　?div id="jfovm50" class="index-wrap">。?）改善和提高繼電保護(hù)的動(dòng)作特性和性能

；
　　（2）可靠性大為提高

；
　?div id="jfovm50" class="index-wrap">。?）內(nèi)部編程軟接線的方式大大降低了電氣二次線路的復(fù)雜性；
　?div id="jfovm50" class="index-wrap">。?）可以充分利用CPU的資源

，實(shí)現(xiàn)其他測(cè)量、管理

、通訊等功能

；
　?div id="jfovm50" class="index-wrap">。?）微機(jī)特有的記憶存櫧功能能很好的實(shí)現(xiàn)故障追憶，提高運(yùn)行管理效率

；
　?div id="jfovm50" class="index-wrap">。?）自檢能力強(qiáng)，可以省去每年花費(fèi)大量人力物力而必須去做的繼電保護(hù)預(yù)防性試驗(yàn)

，可以保證生產(chǎn)的連續(xù)運(yùn)行

；
　　（7）擴(kuò)展能力強(qiáng)

。
　　2.微機(jī)型繼電保護(hù)裝置的硬件構(gòu)成
　　2.1微機(jī)繼電保護(hù)裝置典型硬件結(jié)構(gòu)
　　微機(jī)型繼電保護(hù)裝置是微機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例之一

。它是以微處理器（單片機(jī)）為核心，配以輸入

、輸出通道

，人機(jī)接口和通訊接口等。
2.2微機(jī)保護(hù)裝置的輸入輸出通道
　　微機(jī)保護(hù)的輸入通道分為模擬量輸入通道和開(kāi)關(guān)量輸入通道

，輸出通道主要為繼電器邏輯回路

。輸入通道主要完成電力系統(tǒng)的電壓、電流信號(hào)的采集和一次設(shè)備的狀態(tài)量采集（比如斷路器的運(yùn)行狀態(tài)）

；而輸出通道主要完成保護(hù)跳閘信號(hào)

、告警信號(hào)的輸出。
　　2.2.1模擬量輸入通道
　　目前

，微機(jī)保護(hù)的模擬量采集均采用交流采樣技術(shù)

。模擬量輸入通道主要由模擬量輸入變換回路、低通濾波器

、采樣和A/D轉(zhuǎn)換器等幾個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成

。
　　2.2.1.1模擬量輸入變換回路
　　由一次回路的CT、PT的二次側(cè)輸入至微機(jī)保護(hù)器的信號(hào)

，一般數(shù)值較大

，不適合內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換的電平要求（一般A/D轉(zhuǎn)換回路的輸入電壓范圍為±2.5V、±5V或±10V）

。模擬量輸入變換回路的主要任務(wù)就是就是將輸入的電量進(jìn)一步變換

，將二次電量值變得更小，同時(shí)將電流量變?yōu)殡妷毫?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">，以適合內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換的要求

。同時(shí)，該變換回路還起著隔離外部干擾的作用

。
　　設(shè)計(jì)模擬量輸入變換回路要注意的幾點(diǎn)：①要保證各電流變換器之間

、各電壓變換器之間及電流、電壓變換器之間的一次

、二次側(cè)相位移保持一致；②變換器的鐵芯磁導(dǎo)率要選取得當(dāng)，保證工作的線性范圍

；③變換器本身的損耗要?div id="jfovm50" class="index-wrap">。虎芤ＷC在短路電流下

，變換器的輸出不使A/D發(fā)生溢出

。
　　2.2.1.2低通濾波器及采樣
　　由于計(jì)算機(jī)處理的是離散的時(shí)間信號(hào)，故輸入的連續(xù)模擬量必須要被采樣為離散的模擬量

。同時(shí)

，要使采樣值能準(zhǔn)確無(wú)誤的反映輸入的模擬量，采樣頻率必須遵循一定的要求

，即采樣頻率必須大于原始輸入信號(hào)中高頻率分量的頻率的2倍

，這就是采樣定理。否則

，采樣信號(hào)將出現(xiàn)頻率混疊

，不能真實(shí)反映原始輸入信號(hào)。
　　系統(tǒng)的故障電流

、電壓信號(hào)中一般含有許多高頻分量

。而常見(jiàn)的微機(jī)保護(hù)原理大多是基于工頻量的。這樣

，為了避免不必要的抬高采樣頻率

，一般微機(jī)保護(hù)器中都設(shè)置了前置低通濾波器。
2.2.1.3 A/D轉(zhuǎn)換
　　由于計(jì)算機(jī)只對(duì)離散的數(shù)字量進(jìn)行處理

，則采樣得到的離散的模擬量還要進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字量

。完成這一任務(wù)的環(huán)節(jié)即為A/D轉(zhuǎn)換器（模/數(shù)轉(zhuǎn)換器）。模數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程的實(shí)質(zhì)就是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行量化和編碼的過(guò)程

。
　　根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換的原理和特點(diǎn)的不同

，可將A/D轉(zhuǎn)換分為直接轉(zhuǎn)換和間接轉(zhuǎn)換兩大類(lèi)。常見(jiàn)的直接轉(zhuǎn)換有逐次逼近式A/D

、計(jì)數(shù)式A/D等

；間接轉(zhuǎn)換有積分式A/D、V/F式A/D等

。
2.2.2數(shù)字量輸入輸出通道
　　數(shù)字信號(hào)的輸入輸出

，主要針對(duì)于微機(jī)保護(hù)器的人機(jī)接口和各種告警信號(hào)、跳閘信號(hào)及電度脈沖等

。為防止外部干擾的竄入

，一般在輸入輸出回路中均采用光電隔離措施。
2.3 微機(jī)保護(hù)裝置的數(shù)字核心
　　微機(jī)保護(hù)裝置的數(shù)字核心一般由CPU

、存儲(chǔ)器

、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器

、Wachdog等組成。目前數(shù)字核心的主流為嵌入式微控制器（MCU）

，即通常所說(shuō)的單片機(jī)

。MCU一般以某一微處理器內(nèi)核為核心，芯片內(nèi)部集成了RAM

、ROM

、總線、總線邏輯

、定時(shí)/計(jì)數(shù)器

、WachDog、I/O

、串行口

、A/D、D/A等各種必要的功能和外圍設(shè)備

、電路

。一般一個(gè)系列的單片機(jī)具有多種衍生產(chǎn)品，它們的微處理器內(nèi)核都一樣

，不同的是存儲(chǔ)器和外設(shè)的配置及封裝

。這樣可以使單片機(jī)大限度的和應(yīng)用相匹配，從而降低成本和功耗

。常見(jiàn)的MCU有MCS-51

、MCS-196/296、C166/167

、68300等等

。
　　隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，一些功能更為強(qiáng)大

、數(shù)字信號(hào)處理能力更強(qiáng)的數(shù)字核心將成為微機(jī)保護(hù)裝置升級(jí)的必然趨勢(shì)

。有代表性的是嵌入式DSP處理器（EDSP）和嵌入式片上系統(tǒng)（ESOC）。
　　3.微機(jī)保護(hù)的算法基礎(chǔ)
　　微機(jī)保護(hù)裝置根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供的電氣量的采樣值進(jìn)行分析

、運(yùn)算和邏輯判斷

，以實(shí)現(xiàn)各種繼電保護(hù)功能的方法成為算法。微機(jī)算法可分為兩類(lèi)

。一類(lèi)是由輸入的采樣點(diǎn)得出繼電保護(hù)所必需的電氣量的各要素

，如正弦量的幅值、頻率和相角

；另一類(lèi)是以方程和邏輯的形式實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的動(dòng)作特性

。評(píng)價(jià)算法優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)是精度和速度。算法的速度包括兩方面：一是算法所要求的采樣點(diǎn)數(shù)（數(shù)據(jù)窗長(zhǎng)度）

，二是算法的工作量

。另外

，為了保證信號(hào)的正確性，相應(yīng)的數(shù)字濾波也是非常必要的

。
　　對(duì)于求取電氣量的各要素的算法

，主要有：①兩點(diǎn)乘積算法

；②導(dǎo)數(shù)算法

；③積分算法；④傅式算法

；⑤小二乘法

。其中，以傅式算法應(yīng)用較為廣泛

。該算法的數(shù)據(jù)窗長(zhǎng)度為一個(gè)周波

，且對(duì)于高頻分量的濾波能力較強(qiáng)，但對(duì)于非周期分量引起的低頻分量的抑制能力較差

。對(duì)于偏移度較高的短路故障

，可在傅式算法前加一數(shù)字濾波（如差分濾波），來(lái)減弱非周期分量的影響

。
　　4.微機(jī)保護(hù)裝置的電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)
　　微機(jī)保護(hù)裝置的電磁兼容性（EMC）關(guān)系到裝置動(dòng)作的可靠性和壽命

。下面所列的是目前國(guó)內(nèi)較為通用的電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)，也是微機(jī)保護(hù)裝置做靜模試驗(yàn)應(yīng)遵循的主要標(biāo)準(zhǔn)

。

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