微机继电保护培训.ppt

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1、微机继电保护培训课件现在学习的是第1页，共60页1 1概述概述1.1 1.1 微机保护的发展微机保护的发展1.2 1.2 我国微机保护的发展概况我国微机保护的发展概况1.3 1.3 我国微机继电保护存在的问题我国微机继电保护存在的问题1.4 1.4 微机继电保护的基本构成微机继电保护的基本构成1.5 1.5 微机继电保护装置的特点及其优点微机继电保护装置的特点及其优点1.6 1.6 微机保护新技术及其发展趋势微机保护新技术及其发展趋势 现在学习的是第2页，共60页1 1、6060年代至年代至7070年代初期年代初期 理论探索，样机试验理论探索，样机试验 中小型计算机，单机集中保护方案中小型计算

2、机，单机集中保护方案 一机多用，速度限制，可靠性问题一机多用，速度限制，可靠性问题2 2、7070年代中期至年代中期至8080年代中期年代中期 微处理器和微型计算机进入实用阶段微处理器和微型计算机进入实用阶段 单处理器单处理器/单片机保护方案单片机保护方案 1.11.1微机保护的发展微机保护的发展现在学习的是第3页，共60页3 3、8080年代后期至年代后期至9090年代年代多多CPUCPU结构保护方案结构保护方案可靠性高，动作速度快，广泛应用可靠性高，动作速度快，广泛应用4 4、9090年代中期以来年代中期以来高性能单片机应用，专用高性能单片机应用，专用DSPDSP网络通讯技术应用网络通讯技

3、术应用新的保护原理研究新的保护原理研究现在学习的是第4页，共60页1.2 我国微机保护的发展概况我国微机保护的发展概况、第一代微机保护产品、第一代微机保护产品 19841984年华北电力学院研制的一套微机距离保护年华北电力学院研制的一套微机距离保护MDP1MDP1型经试运行后通过了科研鉴定。其型型经试运行后通过了科研鉴定。其型号即通常所说的号即通常所说的“01”01”型，于型，于19871987年投入批量年投入批量生产。生产。特点：特点：采用单采用单CPUCPU结构及多路转换的结构及多路转换的ADCADC模数变换模式。模数变换模式。现在学习的是第5页，共60页、第二代微机保护装置、第二代微机保

4、护装置 华北电力学院北京研究生部首先研制的。第一华北电力学院北京研究生部首先研制的。第一套套“11”11”型微机保护装置于型微机保护装置于19901990年年5 5月投入了试运月投入了试运行。其代表产品行。其代表产品WXH11WXH11和和WXB11 WXB11。特点：特点：结构与第一代结构与第一代“01”01”型完全不同，采用多单片机型完全不同，采用多单片机并行工作，总线不引出插件，数模变换采用并行工作，总线不引出插件，数模变换采用VFCVFC方方式，保护精度与速度及可靠性有了大幅度提高。式，保护精度与速度及可靠性有了大幅度提高。现在学习的是第6页，共60页、第三代微机保护装置、第三代微机保

5、护装置 北京哈德威四方保护与控制设备公司和华北电力大学联合北京哈德威四方保护与控制设备公司和华北电力大学联合研制生产的研制生产的CSCS系列产品，如线路保护系列产品，如线路保护CSL101CSL101系列、变压器保系列、变压器保护护CST200CST200系列。系列。特点：特点：采采用用不不扩扩展展的的单单片片机机，总总线线不不引引出出芯芯片片及及较较先先进进的的网网络络通通信信结构技术，使得我国保护装置的硬件结构提高到国际先进水平。结构技术，使得我国保护装置的硬件结构提高到国际先进水平。现在学习的是第7页，共60页4 4、第四代微机保护装置、第四代微机保护装置 以以3232位单片机以及数字信

6、号处理器位单片机以及数字信号处理器DSPDSP构成的硬件结构为主，构成的硬件结构为主，其处理数据能力强、有效提高保护性能、硬件资源丰富、总线其处理数据能力强、有效提高保护性能、硬件资源丰富、总线接口灵活、开发手段先进、精度高、性能稳定等优势在微机保接口灵活、开发手段先进、精度高、性能稳定等优势在微机保护装置中显示了巨大的生命力。以及微机保护向标准化、网络护装置中显示了巨大的生命力。以及微机保护向标准化、网络化、智能化等方向发展。化、智能化等方向发展。现在学习的是第8页，共60页1.3 我国微机继电保护存在的问题我国微机继电保护存在的问题 微机保护在电力系统中的地位问题微机保护在电力系统中的地位

7、问题微机保护装置的标准化和质量监督微机保护装置的标准化和质量监督微机保护装置的硬件、软件和规范化问题微机保护装置的硬件、软件和规范化问题产品的先进性和实用性、经济性问题产品的先进性和实用性、经济性问题现在学习的是第9页，共60页1.4 1.4 微机继电保护的基本构成微机继电保护的基本构成 计算机式继电保护是由计算机式继电保护是由“硬件硬件”和和“软件软件”两部两部分组成的，硬件是实现继电保护功能的基础。而继电分组成的，硬件是实现继电保护功能的基础。而继电保护原理是直接由软件，即由计算程序来实现的，程保护原理是直接由软件，即由计算程序来实现的，程序的不同可以实现不同的原理。程序的好坏、正确与序的

8、不同可以实现不同的原理。程序的好坏、正确与错误都直接影响着保护性能的优劣、正确或错误。错误都直接影响着保护性能的优劣、正确或错误。现在学习的是第10页，共60页逆变电源逆变电源打印打印CRT键盘键盘模模拟拟量量输输入入单单 片片 微微机系统机系统输出通道输出通道输出通道输出通道开开关关量量输输入入人机接口人机接口跳闸跳闸信号信号 U=U、I V15V 图图1-1 1-1 典型的微机保护系统框图典型的微机保护系统框图 现在学习的是第11页，共60页1.5 微机继电保护装置的特点及其优点微机继电保护装置的特点及其优点 特点特点:保护功能软件实现保护功能软件实现采用数字信号处理技术采用数字信号处理技

9、术数字存储技术数字存储技术容易实现远方通信容易实现远方通信自检自检硬件标准化硬件标准化数据共享数据共享 优点优点:维护调试方便维护调试方便 可靠性高可靠性高 动作正确率高动作正确率高易于获得各种附加功能易于获得各种附加功能 保护性能容易得到改善保护性能容易得到改善使用灵活、方便使用灵活、方便具有远方监控特性具有远方监控特性现在学习的是第12页，共60页1.61.6微机保护新技术及其发展趋势微机保护新技术及其发展趋势 继电保护技术发展趋势向计算机化继电保护技术发展趋势向计算机化,网络化网络化,智智能化能化,保护、控制、测量和数据通信一体化发展保护、控制、测量和数据通信一体化发展 。随着计算机技术

10、的飞速发展及计算机在电力系统。随着计算机技术的飞速发展及计算机在电力系统继电保护领域中的普遍应用继电保护领域中的普遍应用,新的控制原理和方法被新的控制原理和方法被不断应用于计算机继电保护中不断应用于计算机继电保护中,以期取得更好的效果以期取得更好的效果,从而使微机继电保护的研究向更高的层次发展从而使微机继电保护的研究向更高的层次发展,出现出现了一些引人注目的新技术和趋势了一些引人注目的新技术和趋势。现在学习的是第13页，共60页自适应控制技术在继电保护中的应用自适应控制技术在继电保护中的应用人工神经网络在继电保护中的应用人工神经网络在继电保护中的应用变电所综合自动化技术变电所综合自动化技术数字

11、信号处理器数字信号处理器DSP 的应用的应用高速数据采集系统高速数据采集系统(DAS)应适应人工智能技术、小波分析理论应适应人工智能技术、小波分析理论 综合利用模糊理论及人工神经网络各自的特点形成的模糊综合利用模糊理论及人工神经网络各自的特点形成的模糊神经网络已成为研究提高电力系统继电保护可靠性、快速神经网络已成为研究提高电力系统继电保护可靠性、快速性、灵敏性及选择性的一个重要发展方向性、灵敏性及选择性的一个重要发展方向 现在学习的是第14页，共60页2.1 2.1 传统保护装置硬件系统构成传统保护装置硬件系统构成2.2 2.2 微机保护装置的硬件结构微机保护装置的硬件结构2.3 2.3 微机

12、保护的数据采集系统微机保护的数据采集系统 2 2微机继电保护装置的硬件系统微机继电保护装置的硬件系统 现在学习的是第15页，共60页 根根据据不不同同原原理理构构成成的的继继电电保保护护装装置置种种类类虽虽然然很很多多，但但一一般般情情况况下下，它它们们都都是是由由三三个个基基本本部部分分组组成成，即即测测量量部部分分、逻逻辑部分和执行部分，其原理框图如图辑部分和执行部分，其原理框图如图2.12.1所示。所示。2.1 2.1 传统保护装置硬件系统构成传统保护装置硬件系统构成测量部分逻辑部分执行部分输入故障参数跳闸或信号脉冲输出整定值图2.1：传统继电保护装置的原理结构图现在学习的是第16页，共

13、60页图2.1：传统继电保护装置的原理结构图 各基本部分的作用是：各基本部分的作用是：(1)(1)测量部分是测量与被保护设备工作状态测量部分是测量与被保护设备工作状态(正常状态、故障状正常状态、故障状态或不正常工作状态态或不正常工作状态)相关的电气量，并与给定的整定值比较，相关的电气量，并与给定的整定值比较，从而判断保护是否应该起动。从而判断保护是否应该起动。(2)(2)逻辑部分是根据各测量元件输出量的大小、性质、组合方式、逻辑部分是根据各测量元件输出量的大小、性质、组合方式、出现顺序，来判断被保护设备的工作状态，以决定保护是否应出现顺序，来判断被保护设备的工作状态，以决定保护是否应该动作。该

14、动作。(3)(3)执行部分是根据逻辑部分传送的信号，执行保护装置所承担的任务执行部分是根据逻辑部分传送的信号，执行保护装置所承担的任务。如内部故障时动作于跳闸；不正常运行时发出报警信号；正常运。如内部故障时动作于跳闸；不正常运行时发出报警信号；正常运行时不动作等。行时不动作等。测量部分逻辑部分执行部分输入故障参数跳闸或信号脉冲输出整定值现在学习的是第17页，共60页微机保护装置的典型结构微机保护装置的典型结构、信号输入电路、信号输入电路、单片微机系统、单片微机系统、人机接口部分、人机接口部分、输出通道回路、输出通道回路、电源部分、电源部分 2.2 2.2 微机保护装置的硬件结构微机保护装置的硬

15、件结构现在学习的是第18页，共60页(一一一一)信号输入电路信号输入电路信号输入电路信号输入电路 微微机机保保护护装装置置输输入入信信号号主主要要有有两两类类，即即开开关关量量和和模模拟拟量量信信号号。信信号号输输入入电电路路部部分分就就是是妥妥善善处处理理这这二二类类信信号号，完完成成单单片微机系统输入信号接口功能。片微机系统输入信号接口功能。通通常常输输入入的的开开关关量量信信号号不不能能满满足足单单片片微微机机的的输输入入电电平平要要求求，因因此此需需要要信信号号电电平平转转换换。为为了了提提高高保保护护装装置置的的抗抗干干扰扰性性能，通常还需要经整形、延时、光电隔离等处理。能，通常还需

16、要经整形、延时、光电隔离等处理。输输入入的的电电压压和和电电流流信信号号，是是模模拟拟量量信信号号。由由于于计计算算机机是是一一种种数数字字电电路路设设备备，只只能能接接受受数数字字脉脉冲冲信信号号，所所以以就就需需要要将将这这一一类类模模拟拟信信号号转转换换为为计计算算机机能能接接受受的的数数字字脉脉冲冲信信号号。完完成成模模拟拟量量至至数数字字脉脉冲冲的的变变换换称称为为模模数数变变换换，输输入入模模拟拟量量信信号号的的模模数数变变换换电路也称作输入信号调理电路。电路也称作输入信号调理电路。现在学习的是第19页，共60页(二二)单片微机系统单片微机系统 微机保护装置的核心是单片微机系统，它

17、是由单片微机和微机保护装置的核心是单片微机系统，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，除了这些硬件之扩展芯片构成的一台小型工业控制微机系统，除了这些硬件之外，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、计算、逻辑运算整个单片微机系统主要任务是完成数值测量、计算、逻辑运算及控制和记录等智能化任务。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除此之外，现代的微机保护应具有各种远方功能，它包括发送保护信息并上传给变电所微机监有各种远方功能，它包括发送保护信息并上传给变电所微

18、机监控系统，接收集控站、调度所的控制和管理信息。控系统，接收集控站、调度所的控制和管理信息。现在学习的是第20页，共60页(三三)人机接口部分人机接口部分 在许多情况下，单片微机系统必须接受操作人员在许多情况下，单片微机系统必须接受操作人员的干预，例如整定值的输入，工作方式的变更，对单的干预，例如整定值的输入，工作方式的变更，对单片微机系统状态的检查等都需要人机对话。这部分工片微机系统状态的检查等都需要人机对话。这部分工作在作在CPU控制之下完成，通常可以通过键盘、汉化液晶显控制之下完成，通常可以通过键盘、汉化液晶显示、打印及信号灯、音响或语言告警等来实现人机对话。示、打印及信号灯、音响或语言

19、告警等来实现人机对话。现在学习的是第21页，共60页(四四)输出通道部分输出通道部分 输出通道部分是对控制对象输出通道部分是对控制对象(例如断路器例如断路器)实现控制操作实现控制操作的出口通道。通常这种通道主要任务是将小信号转换为大的出口通道。通常这种通道主要任务是将小信号转换为大功率输出，满足驱动输出的功率要求。在出口通道里还要功率输出，满足驱动输出的功率要求。在出口通道里还要防止控制对象对微机系统的反馈干扰，因此出口通道也需防止控制对象对微机系统的反馈干扰，因此出口通道也需要光隔离。总的说来输出通道仍然是一种被控对象与微机要光隔离。总的说来输出通道仍然是一种被控对象与微机系统之间的接口电路

20、。系统之间的接口电路。现在学习的是第22页，共60页(五五)电源部分电源部分 微微机机保保护护系系统统对对电电源源要要求求较较高高，通通常常这这种种电电源源是是逆逆变变电电源源，即即将将直直流流逆逆变变为为交交流流，再再把把交交流流整整流流为为微微机机系系统统所所需需的的直直流流电电压压。它它把把变变电电所所强强电电系系统统的的直直流流电电源源与与微微机机的的弱弱电电系系统统电电源源完完全全隔隔离离开开。通通过过逆逆变变后后的的直直流流电电源源具具有有极极强强的的抗抗干干扰扰水水平平，对对来来自自变变电电所中因断路器跳合闸等原因产生的强于扰可以完全消除掉。所中因断路器跳合闸等原因产生的强于扰可

21、以完全消除掉。现在学习的是第23页，共60页其他电路其他电路 其他电路包括复位电路、工作方式开关及信号灯，这些其他电路包括复位电路、工作方式开关及信号灯，这些元件均装于面板上，开入、开出端口引自元件均装于面板上，开入、开出端口引自CPU芯片，芯片，当工当工作方式开关拨至上方，开关接通，即工作方式为投入运作方式开关拨至上方，开关接通，即工作方式为投入运行；拨至下方，即投入调试。行；拨至下方，即投入调试。现在学习的是第24页，共60页图图2.2 典型的保护装置的硬件结构示意图典型的保护装置的硬件结构示意图 模拟量输入模拟量输入变换前置低通滤波器多路转换开关A/D开关量输入开关量输入处理光电隔离继电

22、器逻辑回路人机交互接口打印机接口高频通道接口微波通道接口光纤通道接口通用数字通信接口保 护 用 通信接口微处理器E2PROMRAM看门狗实时时钟电源现在学习的是第25页，共60页2.3 2.3 微机保护的数据采集系统微机保护的数据采集系统2.3.12.3.1模拟量输入电路概述模拟量输入电路概述2.3.2ADC2.3.2ADC变换模式的构成部分变换模式的构成部分2.3.32.3.3开关量输入输出回路原理开关量输入输出回路原理现在学习的是第26页，共60页1 1、模拟量输入电路的主要作用、模拟量输入电路的主要作用 隔隔离离、规规范范输输入入电电压压及及完完成成模模数数变变换换，以以便便与与CPUC

23、PU接接口口，完完成成数数据据采集任务。因此这部分电路又称数据采集电路。采集任务。因此这部分电路又称数据采集电路。2 2、微机保护的模数变换方式主要有、微机保护的模数变换方式主要有:（1 1）ADCADC变换方式：直接将模拟量转变为数字量的变换方式变换方式：直接将模拟量转变为数字量的变换方式 （2 2）VFCVFC变换方式：变换方式：VFCVFC是将模拟量电压先转变为频率脉冲量，是将模拟量电压先转变为频率脉冲量，通过脉冲计数变换为数字量的一种变换方式通过脉冲计数变换为数字量的一种变换方式 2.3.12.3.1模拟量输入电路概述模拟量输入电路概述现在学习的是第27页，共60页2.3.2 ADC2

24、.3.2 ADC变换模式的构成部分变换模式的构成部分（1 1）电压形成回路）电压形成回路（2 2）采样保持电路）采样保持电路(S(SH)H)模拟低通滤波器模拟低通滤波器(ALF)(ALF)（3 3）模拟量多路转换开关）模拟量多路转换开关(MPX)(MPX)（4 4）模数变换器）模数变换器现在学习的是第28页，共60页(一一一一)电压形成回路电压形成回路1、作用、作用（1）变换作用：将交流强电系统转变为弱电系统）变换作用：将交流强电系统转变为弱电系统（2）隔离作用：将交流强电系统与弱电系统相隔离）隔离作用：将交流强电系统与弱电系统相隔离2、变换器的种类、变换器的种类（1）电流变换器）电流变换器(

25、TA)（2）电压变换器）电压变换器(TV)（3）电抗变压器）电抗变压器(TL)（4）光电互感器光电互感器(OCT(OCT、OVT)OVT)现在学习的是第29页，共60页电流变换器电流变换器电流变换器电流变换器(TA)(TA)(TA)(TA)交流电流的变换一般采用电流变换器，并在其交流电流的变换一般采用电流变换器，并在其二次侧并联电阻以取得所需电压二次侧并联电阻以取得所需电压(改变电阻值就可以改改变电阻值就可以改变输出范围的大小变输出范围的大小)。优点：优点：只要铁芯不饱和，其二次电流及并联电阻上电压只要铁芯不饱和，其二次电流及并联电阻上电压的波形就可基本保持与一次电流波形相同且同相，即的波形就

26、可基本保持与一次电流波形相同且同相，即可以做到不失真变换。可以做到不失真变换。缺点：缺点：电流变换器在非周期分量的作用下容易饱和，线性电流变换器在非周期分量的作用下容易饱和，线性度差，动态范围也小。度差，动态范围也小。现在学习的是第30页，共60页光电互感器光电互感器光电互感器光电互感器 为克服电磁式互感器的缺点，国内外正在研究和推为克服电磁式互感器的缺点，国内外正在研究和推应用光电互感器。光电互感器与传统的电磁式互感相应用光电互感器。光电互感器与传统的电磁式互感相比有以下主要的优越性：比有以下主要的优越性：(1)(1)优良的绝缘性能，造价低、体积小、质量轻。优良的绝缘性能，造价低、体积小、质

27、量轻。(2)(2)不含铁心，消除了磁饱和、铁磁谐振等问题。不含铁心，消除了磁饱和、铁磁谐振等问题。(3)(3)动态范围大，测量精度高。动态范围大，测量精度高。(4)(4)频率范围宽。频率范围宽。(5)(5)抗干扰能力强。抗干扰能力强。现在学习的是第31页，共60页 (二二二二)采样保持电路采样保持电路(S(S(S(SH)H)H)H)和模拟低通滤波和模拟低通滤波和模拟低通滤波和模拟低通滤波(ALF)(ALF)1 1采样保持电路采样保持电路(S(SH)H)采样保持原理采样保持原理:在在高高电电平平时时AS闭闭合合，此此时时电电路路处处于于采采样样状状态态。Ch迅迅速速充充电电到到在在采采样样时时刻

28、刻的的电电压压值值Ui。在在低低电电平平时时，AS打打开开，电电容容Ch上上保保持持住住AS打打开开瞬瞬间间的的电电压压，电电路路处于保持状态。处于保持状态。AS的闭合时间应满足的闭合时间应满足Ch有足够的充电时间，即采样时间。有足够的充电时间，即采样时间。uiu0ASCh变换器1变换器2现在学习的是第32页，共60页 2 2、采样频率与采样定理、采样频率与采样定理 设被采样信号设被采样信号x(t)的频率为的频率为f0，采样间隔，采样间隔Ts的倒数称为的倒数称为采样频率采样频率fs，若若fs2f0，则采样后所得到的信号才有可能，则采样后所得到的信号才有可能较为真实地代表输入信号较为真实地代表输

29、入信号x(t).现在学习的是第33页，共60页3 3低通滤波器低通滤波器(ALF)(ALF)1 1、作用、作用 （1）将）将fs2以上的频率分量滤去，保证对所需最高频率信号的以上的频率分量滤去，保证对所需最高频率信号的 采样不发生失真采样不发生失真。（2）降低了对硬件的速度要求）降低了对硬件的速度要求 2 2、模拟低通滤波器的种类、模拟低通滤波器的种类 （1）无源模拟低通滤波器无源模拟低通滤波器:接接线线简简单单，但但电电阻阻与与电电容容回回路路对对信信号号有有衰衰减减作作用用，并并会会带带来来延延迟迟，对快速保护不利，仅适用于要求不高的微机保护。对快速保护不利，仅适用于要求不高的微机保护。无

30、源低通滤波 现在学习的是第34页，共60页3 3低通滤波器低通滤波器(ALF)(ALF)（2 2）有源模拟低通滤波器有源模拟低通滤波器:有有源源低低通通滤滤过过器器通通常常由由上上述述无无源源滤滤过过器器加加上上运运算算放放大大器器构构成成，此此时时电电容容可可取较小的数值，从而加快了保护动作速度（取较小的数值，从而加快了保护动作速度（T在在0818ms之间之间）有源低通滤波现在学习的是第35页，共60页 (三三三三)模拟量多路转换开关模拟量多路转换开关模拟量多路转换开关模拟量多路转换开关(MPX)(MPX)(MPX)(MPX)由由于于数数模模变变换换器器接接口口复复杂杂及及价价格格昂昂贵贵，

31、通通常常不不宜宜对对各各路路电电压压、电电流流模模拟拟量量同同时时采采用用模模数数转转换换，而而是是采采用用多多路路SH共共用用一一个个模模数数变变换换器器，中中间间经经多多路路转转换换开开关关切切换换，按按顺顺序序由由公公用用的的模模数数变变换换器器转转换换成成数数字字量量，实实现现同同时时采采样样、依依次次模模数数变换的要求。变换的要求。现在学习的是第36页，共60页(四四)模数变换模数变换模数变换模数变换(A(A(A(AD)D)D)D)1模数变换器模数变换器(ADC)原理原理（）逐次逼近法的原理（）逐次逼近法的原理（）重要指标（）重要指标 a 转换精度转换精度 即即AD转转换换分分辨辨率

32、率，它它主主要要取取决决于于设设定定数数码码的的最最小小量量化化单单位位，AD转转换换输输出出的的数数字字量量位位数数越越多多，最最小小量量化化单单位位越越小小，分分辨辨率率越越高高，转转换换出的数字量舍入误差越小，出的数字量舍入误差越小，AD转换的精度就越高。转换的精度就越高。b 转换速度转换速度 它它与与AD转转换换分分辨辨率率是是有有关关的的，通通常常分分辨辨率率越越高高，其其转转换换速速度度就就相对降低。相对降低。现在学习的是第37页，共60页 2.3.32.3.3开关量输入输出回路原理开关量输入输出回路原理 一、开关量输入回路一、开关量输入回路 开关量输入回路包括断路器和隔离开关的辅

33、助触点或跳开关量输入回路包括断路器和隔离开关的辅助触点或跳合闸位置继电器接点输入，外部装置闭锁重合闸触点输入，合闸位置继电器接点输入，外部装置闭锁重合闸触点输入，轻、重瓦斯继电器接点输入，还包括装置上连接片位置输入轻、重瓦斯继电器接点输入，还包括装置上连接片位置输入等回路。等回路。现在学习的是第38页，共60页 二、开关量输出回路二、开关量输出回路开关量输出主要包括跳闸出口、重合闸出口及就地和中央信号出口等。开关量输出主要包括跳闸出口、重合闸出口及就地和中央信号出口等。开关量输出回路一般都采用并行输出端口来控制有接点的继电器。为了提开关量输出回路一般都采用并行输出端口来控制有接点的继电器。为了

34、提高抗干扰能力，都要经过一级光电隔离。高抗干扰能力，都要经过一级光电隔离。在实际保护装置中应考虑出口的闭锁，以防止保护误动作，因此光在实际保护装置中应考虑出口的闭锁，以防止保护误动作，因此光敏三极管的集电极必须经启动继电器接点接正电源，形成保护出口的敏三极管的集电极必须经启动继电器接点接正电源，形成保护出口的闭锁回路。闭锁回路。现在学习的是第39页，共60页3 3微机继电保护装置的软件系统微机继电保护装置的软件系统 众所周知，传统的继电器是由硬件实现的，直接将众所周知，传统的继电器是由硬件实现的，直接将模拟信号引入保护装置，实现幅值、相位、比率的判模拟信号引入保护装置，实现幅值、相位、比率的判

35、断，从而实现保护功能。而微机保护则是由硬件和软断，从而实现保护功能。而微机保护则是由硬件和软件共同实现，将模拟信号转换为数字信号，经过某种件共同实现，将模拟信号转换为数字信号，经过某种运算求出电流、电压的幅值、相位、比值等，并与整运算求出电流、电压的幅值、相位、比值等，并与整定值进行比较，以决定是否发出跳闸命令。定值进行比较，以决定是否发出跳闸命令。现在学习的是第40页，共60页 微机保护装置这种根据模微机保护装置这种根据模/数转换器的采样数据进行分析、数转换器的采样数据进行分析、运算、判断，实现各种继电保护功能的方法称为运算、判断，实现各种继电保护功能的方法称为算法算法。根据继。根据继电保护

36、算法，可以列出继电器动作判据的数学表达式，编电保护算法，可以列出继电器动作判据的数学表达式，编写程序，实现继电保护功能。写程序，实现继电保护功能。评价一个算法的好坏指标包括评价一个算法的好坏指标包括：运算精度、数据窗长度、运：运算精度、数据窗长度、运算工作量等。然而各个指标的实现是相互矛盾的，如要求计算精算工作量等。然而各个指标的实现是相互矛盾的，如要求计算精度高，往往需要更长的数据窗。研究算法的实质是如何在速度与度高，往往需要更长的数据窗。研究算法的实质是如何在速度与精度之间进行权衡，找到一种同时满足精度和速度要求的算法。精度之间进行权衡，找到一种同时满足精度和速度要求的算法。实际上电力系统

37、微机保护存在很多算法，下面以几种最常用算法实际上电力系统微机保护存在很多算法，下面以几种最常用算法为例进行介绍。为例进行介绍。3.1 3.1 算法算法现在学习的是第41页，共60页 傅氏算法的基本思想源于傅立叶级数。周期函数傅氏算法的基本思想源于傅立叶级数。周期函数u u（t t）用傅氏级数的形式来表达：）用傅氏级数的形式来表达：式式中中:为为基基波波角角频频率率,为为n n次次谐谐波波正正弦弦项幅值项幅值(系数系数):):为为n次谐波余弦项幅值次谐波余弦项幅值(系数系数).).3.1.1 3.1.1 全周波傅氏算法全周波傅氏算法现在学习的是第42页，共60页 这种算法在计算机上实现时，也就是

38、对离散的采样值进行运算，其实部和虚部如下：3.1.1 3.1.1 全周波傅氏算法全周波傅氏算法现在学习的是第43页，共60页3.1.2 3.1.2 时差移相算法时差移相算法 当输入信号为当输入信号为 ，而保护原理需要应用延后一，而保护原理需要应用延后一个个角的角的 时，在计算机保护中可以用时差时，在计算机保护中可以用时差移相方法实现。假如在时刻移相方法实现。假如在时刻k k要得到一个滞后要得到一个滞后角的角的电压，只需要在滞后时刻电压，只需要在滞后时刻k k一个时间间隔一个时间间隔 取取值，即为所要求的值，即为所要求的 在时刻在时刻k k的瞬时值。同理要取超的瞬时值。同理要取超前前角的值，可取

39、时刻角的值，可取时刻 时的瞬时值。时的瞬时值。现在学习的是第44页，共60页 复数求模，通常需要进行平方计算，即复数求模，通常需要进行平方计算，即 ，其，其中中 是是 的实部，的实部，是是 A A的虚部。开方运算的计算量很的虚部。开方运算的计算量很大，当精度要求不太高时，可用下列近似算法大，当精度要求不太高时，可用下列近似算法:取取 和和 两数中的大者为两数中的大者为L L，小者为，小者为S S，r r 为为S S与与L L 之比，之比，设设 为为A A 的估计值，当的估计值，当 时，可用线性方程逼近。时，可用线性方程逼近。这里举出两种常用逼近方法：这里举出两种常用逼近方法：（4 4）（5 5

40、）3.1.3 3.1.3 复数求模的近似算法复数求模的近似算法现在学习的是第45页，共60页 第一种第一种:(6):(6)第二种第二种:(7):(7)由负序分量的基本公式由负序分量的基本公式 和前述的时差移相算法并离散化可推导出负序分量的和前述的时差移相算法并离散化可推导出负序分量的计算方法。最常用的两种算法为：计算方法。最常用的两种算法为：3.1.4 3.1.4 负序分量计算方法负序分量计算方法现在学习的是第46页，共60页3.2 3.2 软件设计基本步骤软件设计基本步骤 介介绍绍一一个个实实际际的的微微机机距距离离保保护护的的程程序序流流程程（如如图图1 1）。软件分为两大部分）。软件分为

41、两大部分:一一为为监监控控程程序序，包包括括调调试试和和检检查查微微机机保保护护装装置置的的硬硬件件电电路模块，输入、修改、固化保护装置的定值等模块；路模块，输入、修改、固化保护装置的定值等模块；二二为为运运行行程程序序，即即微微机机保保护护程程序序的的主主要要部部分分，完完成成不不同同原原理理的的保保护护功功能能，包包括括：（1 1）循循环环自自检检及及打打印印报报告告程程序序；（2 2）采采样样中中断断服服务务程程序序，（3 3）故故障障处处理程序等。理程序等。现在学习的是第47页，共60页（图（图1）微机保护装置软件基本结构图微机保护装置软件基本结构图现在学习的是第48页，共60页3.2

42、.1初始化及自检循环初始化及自检循环 如如图图2 2所所示示，微微机机保保护护上上电电后后必必须须进进行行初初始始化化设设置置和和检检测测，例例如如堆堆栈栈指指针针设设置置、串串行行口口、定定时时器器工工作作方方式式的的初初始始化化等等。通通常常微微机机保保护护面面板板上上有有一一个个工工作作方方式式开开关关，初初始始化化后后，由由开开关关位位置置决决定定执执行行调调试试程程序序还还是是运运行行程程序序。如如在在调调试试方方式式，则则转转至至监监控控程程序序，等等待待人人机机对对话话插插件件的的调调试试命命令令。在在运运行行方方式式下下则则进进行行全全面面自自检检，当当全全面面自自检检通通过过

43、后后才才进进行行数数据据采采集集系系统统的的初初始始化化，包包括括计计数数器器的的初初始始化化、采采样样值值存存放放地地址址指指针的初始化等。针的初始化等。(图图2)2)现在学习的是第49页，共60页 然然后后开开放放中中断断，通通常常等等待待60ms60ms（三三个个周周波波）后后才才投投入入突突变变量量起起动动元元件件的的计计算算。如如果果开开放放中中断断后后立立即即投投入入起起动动元元件件，由由于于RAMRAM区区的的数数据据是是随随机机的的，会会造造成成起起动动元元件件误误动动。自自检检循循环环中中的的通通用用自自检检内内容容包包括括RAM RAM 区区读读写写检检查查、E E2 2P

44、ROMPROM求求和和检检查查、定定值值检检查查、开开关关量量输输出出回回路路检检查查、开开关关量量监监视视、对对定定值值拔拔轮轮开开关关位位置置的的监监视视、电电压压互互感感器器二二次次断线检查、电流求和自检等。断线检查、电流求和自检等。3.2.1初始化及自检循环初始化及自检循环现在学习的是第50页，共60页3.2.2采样中断服务程序采样中断服务程序 如如图图3 3 所所示示，中中断断开开始始后后，首首先先进进行行采采样样指指针针更更新新，接接着着对对采采样样数数据据进进行行差差分分滤滤波波，滤滤除除采采样样数数据据中中的的直直流流成成分分，并并检检测测零零序序电电压压变变化化量量，判判断断

45、零零序序电电压压突突变变起起动动是是否否发发生生。如如果果发发生生，起起动动标标志志增增加加一一次次，否则起动标志清零。否则起动标志清零。(图图3)3)现在学习的是第51页，共60页3.2.2采样中断服务程序采样中断服务程序采样中断服务程序采样中断服务程序 只要连续三点零序电压变化量只要连续三点零序电压变化量大于整定值，就确定第一突变点大于整定值，就确定第一突变点为故障发生点，并设定故障起动为故障发生点，并设定故障起动标志为标志为1，计数器开始计时，否则，计数器开始计时，否则清零故障起动标志并返回主程序。清零故障起动标志并返回主程序。如果故障起动标志为如果故障起动标志为1且计数器延时，且计数器

46、延时，开始计算中断程序中的保护程序输出，开始计算中断程序中的保护程序输出，否则返回主程序。检测保护输出有出否则返回主程序。检测保护输出有出口否，有则修改中断返回地址为故障口否，有则修改中断返回地址为故障处理程序首地址，并返回；如保护无处理程序首地址，并返回；如保护无出口，返回主程序并顺序执行下面的出口，返回主程序并顺序执行下面的程序。程序。现在学习的是第52页，共60页3.2.3 故障处理程序故障处理程序 首首先先判判断断系系统统是是否否有有振振荡荡发发生生，如如有有则则进进入入振振荡荡闭闭锁锁模模块块，待待振振荡荡停停息息后后返返回回整整组组复复归归入入口口，清清零零各各种种标标志志并并恢恢

47、复复起起动动元元件件，准准备备好好下下次次再再动动作作。如如判判断断确确实实有有故故障障发发生生，则则进进入入故故障障处处理理模模块块，包包括括选选相相子子模模块块、继继电电器器计计算算子模块和跳闸逻辑子模块等。子模块和跳闸逻辑子模块等。现在学习的是第53页，共60页（1）选相程序。故障处理程序的第一步是选出故障相别，以）选相程序。故障处理程序的第一步是选出故障相别，以决定阻抗计算中应取什么相别的电压和电流，因为只有故决定阻抗计算中应取什么相别的电压和电流，因为只有故障相的阻抗才能正确反映故障点位置。该型保护装置的选障相的阻抗才能正确反映故障点位置。该型保护装置的选相程序首先计算三个相电流差突

48、变量的有效值。即相程序首先计算三个相电流差突变量的有效值。即 ，并把它们分为大、中、小三类。如果（大中），并把它们分为大、中、小三类。如果（大中）（中（中小）则必定是单相接地，且小者对应的两相为非故障相。如不满小）则必定是单相接地，且小者对应的两相为非故障相。如不满足上述条件则为相间故障，且大者对应的两相为故障相。足上述条件则为相间故障，且大者对应的两相为故障相。（2）保护继电器计算程序，由具体继电器算法编制。）保护继电器计算程序，由具体继电器算法编制。3.2.3 3.2.3 故障处理程序故障处理程序现在学习的是第54页，共60页3.2.3 3.2.3 故障处理程序故障处理程序 （3）跳闸后程

49、序。判为区内故障时，）跳闸后程序。判为区内故障时，110kV以上电压等级的微机保以上电压等级的微机保护系统通常驱动三个分相跳闸出口继电器，发出跳闸命令后护系统通常驱动三个分相跳闸出口继电器，发出跳闸命令后40ms内不考虑撤销跳闸命令，以保证可靠跳闸。从内不考虑撤销跳闸命令，以保证可靠跳闸。从40ms后判后判断故障相有无电流，如无电流则认为跳闸成功收回跳闸命；如发出断故障相有无电流，如无电流则认为跳闸成功收回跳闸命；如发出跳今后跳今后0.25 秒仍有电流，则发三跳（后备三跳）命令，以期在秒仍有电流，则发三跳（后备三跳）命令，以期在本装置三跳出口回路拒动时起到后备作用。发出三跳命令后本装置三跳出口

50、回路拒动时起到后备作用。发出三跳命令后12s 内三相均无电流，程序转至整组复归，取内三相均无电流，程序转至整组复归，取12s的原因是考虑三的原因是考虑三相重合闸最长时间不大于相重合闸最长时间不大于10s，发出三跳令后，发出三跳令后0.4s判断任一相是判断任一相是否又有电流，如有电流，则进入后加速程序段。否又有电流，如有电流，则进入后加速程序段。现在学习的是第55页，共60页4 4微机继电保护在煤矿上的实际应用微机继电保护在煤矿上的实际应用 煤矿电力系统的发展，对连续、安全、可靠供电的煤矿电力系统的发展，对连续、安全、可靠供电的要求越来越高。微机保护以其可靠性高、动作迅速、维要求越来越高。微机保