第4章微机继电保护软件原理

高精度测量
微机继电保护采用数字信号处理 技术，具有高精度的测量和判断 能力，提高了保护的准确性和可
靠性。
灵活性强
微机继电保护可以通过软件编程实 现不同的保护功能，适应性强，易 于扩展和维护。
易于远程控制
微机继电保护可以实现远程控制和 监控，方便了运行和维护。
传统与微机继电保护的结合应用
互补性应用
在电力系统中，可以将传统继电保护和微机继电保护结合使用， 以充分发挥各自的优势，提高整个系统的保护性能。
微机继电保护系统的构成
硬件部分
微机继电保护装置的硬件主要包括中 央处理器、存储器、输入/输出接口 电路等，用于实现各种保护功能。
软件部分
微机继电保护装置的软件主要包括系 统软件和应用软件，系统软件负责管 理硬件资源和应用软件，应用软件根 据保护原理实现具体的保护功能。
微机继电保护的算法
傅里叶变换算法
通过分析电流、电压信号的频 谱，检测设备是否出现故障。
最小二乘法算法
通过最小化误差的平方和，计 算出设备的参数，用于判断设 备是否出现故障。
波形比较算法
通过比较故障前后的电流、电 压波形，判断设备是否出现故 障。
递归最小二乘法算法
通过递归的方式计算设备的参 数，用于判断设备是否出现故
障。
微机继电保护的优点
定期维护
定期对微机继电保护装置 进行维护和检查，确保装 置的稳定运行和延长使用 寿命。
故障处理
在发生故障时，及时进行 故障定位和排除，恢复微 机继电保护装置的正常运 行。
05 微机继电保护的发展趋势 与展望
人工智能在微机继电保护中的应用
人工智能技术
利用人工智能算法，如神经网络、模糊逻辑等，对电力系统中的故障进行快速 识别和判断，提高继电保护的响应速度和准确性。

问题4.防跳问题
防跳回路是指防止跳跃的电气回路。开关装置配有 电气的分闸和合闸按钮，当分闸按钮一直按下时， 开关分闸，如果此时合闸按钮也一直按下，开关 就会出现合闸后立即分闸，分闸后又合闸的跳跃 动作。因此需要防跳回路，以防止开关发生这种 跳跃现象，进而保护开关装置以及负载免受保护
作为本线路主保护的近后备以及相邻线下一线路保护的远 后备。其起动电流按躲最大负荷电流来整定的保护称为 过电流保护，此保护不仅能保护本线路全长，且能保护 相邻线路的全长。
优点：本线路和相邻下一线路全长
缺点：有动作时限（比过流Ⅱ段还要长）
过流Ⅲ段保护是后备保护，过流Ⅲ段保护的IdZ比 第Ⅰ、Ⅱ段的IdZ小得多，其灵敏度比第Ⅰ、Ⅱ 段更高
母线电压开放解释：是根据母线故障电压降低的特性， 正常电压情况下，即使有差动电流，电压闭锁，只有 电压降低到一定程度，才开放逻辑。
问题3.母差保护报交流异常
处理方法：母差保护在电站影响比较大，若有交流异常 应逐一检查装置的采样（包括角度）和极性。
问题4.线路纵差保护报通道告警
处理方法：应和供电局保护班确认，更换跳线或光缆的 芯号
五.输电线路纵联差动保护
采用光纤通道按相传送两侧电流量，本 身具有选相能力，不受系统振荡影响， 在非全相运行中有选择地快速动作， 不受TV断线影响。
由于带有制动特性，可防止区外故 障误动，不受失压影响，不反应负荷 电流，抗过渡电阻能力强。在短线路 上使用，不需要电容电流补偿功能。 在同杆并架线路上应用广泛。
母线大差比率差动用于判别母线区内和区外 故障,小差比率差动用于故障母线的选择
七.主变保护
1.变压器纵差保护 变压器的纵差保护是反应相间短路、高压侧
单相接地短路以及匝间短路的主保护，其 保护范围包括变压器套管及引出线。

还有根据电气设备的特点实现反应非电量的保护。 如瓦斯保护、过热保护等。
二、继电保护装置的组成
三、继电保护装置的类型
1、按被保护的对象分，有
输电线路的保护、发电机的保护、变压器的保护、 母线保护、电动机的保护等；
2、按保护原理分，有 电流保护、电压保护、距离保护、高频保护、差动 保护、方向保护等；
二）电力系统的运行状态
1、定义：电力系统在不同运行条件（如负荷水平、 出力配置、系统接线、故障等）下的系统与设备的工 作状况。 2、类型：有正常运行状态、不正常运行状态、故 障状态三种。 ◆正常运行状态——在此状态下，电力系统的有 功功率和无功功率处于平衡，各发电、输电和用电设 备均在规定的长期安全工作限额内运行，电压、频率 均在规定的范围内变化，电能质量合格。
电力系统继电保护绪
论
第一节 电力系统继电保护的作用
一、电力系统继电保护及自动装置的作用与任务
一）一次设备与二次设备的基本概念
一次设备：是指直接参与生产、输送和分配电能 的生产过程的高压电气设备。 它包括发电机（发电）、变压器（变换）、断 路器、隔离开关、自动开关、接触器、刀开关、母线 （汇集、重新分配电能） 、输电线路（输送电） 、 电力电缆、电抗器、电动机（用电）等。
二）迅速性——指继电保护装置动作尽可能快
凡是作用于断路器跳闸的保护均要求动作要迅 速。 要求快速动作的主要理由和必要性： ①可以提高电力系统并列运行的稳定性。
A B C
k
例：K点发生了三相短路故障时，A母线电压将大大下降到接近 于零，使A厂送不出负荷，发电机转速迅速升高。而B厂母线B 母线，则由于远离短路点，还有较高残压。如果保护动作时间 较长，A、B两厂的发电机转差增大，使系统发生振荡甚至解列。

保护 中 ， 以上任 务则 是 由微机 系 统 中 的各 程 序运 行 来
实 现的 。结 构 上 的 差 异 造 成 了 微 机 保 护 的 优 越 性 ：
（ １ ） 保 护性 能及可 靠性 大 幅提高 。 （ ２ ） 运行 维 护灵 活 、 便捷 ， 定期 校 验 简 易化 。 （ ３ ） 各种 附加 功 能 获 取 更 加 便捷 。（ ４ ） 各种保 护动 作正 确率 提 高 。（ ５ ） 经 济性 强 。 但 同时微机 保 护也 存 在 一定 的局 限性 如 ： 装 置 的硬 件 长 期性更新 换代 和装 置 的软 件不 可移植性 』 。
ｃ ａ ｌ ｍａ ｉ ｎ ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ ｒ ｅ ｌ ａ ｙ； ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ｕ ｔ ｅ ｒ ｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ； ｔ ｒ ｏ ｕ ｂ ｌ ｅ ｓ ｈ ｏ ｏ ｔ ｉ ｎ 的安全运行程度要 求越 来越 高，安全指 标成为 电力系统一项重要的性
指 标 ，微 机 保 护 的产 生与 应 用将 电力 安 全 提 升 到 一 个 新 的 高度 。 目前 ， 国 内无 论是 输 电线 路 的保 护 、 变压 器保 护 或 其
他 电力主设 备保 护均有 实用的一套微机保护装置 ，以保 障电网的安全运行 。
关键词 继 电保 护 ；微 机 保 护 ；故 障 处 理 Ｔ Ｍ７ ７ １ 文献标识码 Ａ 文 章编 号 １ ０ ０ ７— ７ ８ ２ ０ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ８—１ ７ ８— ０ ３ 中图分类号
Ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｐｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｒ Ｌｉ ｎ ｅ Ｐｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｐｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｉ ｔ ｓ Ｆｕｔ ｕ ｒ ｅ Ｔｒ ｅ ｎ ｄ

第四章 输电线路保护程序逻辑原理在微机保护故障处理程序中，最主要的部分是保护逻辑程序。

各种不同的保护因功能和原理不相同，它们的逻辑程序也不同。

第一节 中低压线路保护程序逻辑原理一、方向元件软件原理三段方向电流保护的方向元件，可以由软压板选择正方向、反方向动作方式。

现以正方向来说明方向元件原理。

为了保证在各种相间短路故障时，方向元件能可靠而灵敏动作，微机保护的方向元件的“接线方式”仍然采用900接线方式。

例如A 相方向元件（称DA 元件）电流量rI 取a I ，电压量r U 取bc U ，电流量与电压量的相位差为r ϕ。

为了使方向元件具有最大灵敏度，类似模拟电路型方向保护，引入转移相量αj e K- ，α角为方向元件内角，并把αj e I - 称为A 相量，bcU 称为B 相量，则绝对值比较方向元件的正方向动作方程式为B A+≥B A - （4-1）当a I 落在最大灵敏线M 方向时，I K 相量落在bc U 方向附近，B A +具有最大值，B A-具有最小值，方向元件处于最灵敏状态。

相量图如图4-1所示。

由相量图4-1分析可见，若以r U 为基准相量，如要使式（4-1）表示的保护正方向元件临界动作，则A和B 相量相位差角αϕ-r 应为 90±，当满足下式关系时保护动作9090-≥-≥αϕr )90(90αϕα--≥≥+ r （4-2）即rI 落在图中动作区域内时，方向元件动作。

如果方向元件内角取 30，而35kV 线路阻抗角 60=L ϕ，显然上述方向元件在3090==-=αϕϕL r 时，相量A和B 方向相同，保护具有最大的灵敏度。

由于微机保护可利用软件十分方便地完成移相和相位比较，因此在微机保护中采用相位比较式方向元件要比绝对值比较方式简单得多。

在微机保护中相位比较式方向元件，就是利用采样计算结果，比较方向元件电流相量r I 和电压相量rU 的相位角，检查其相位差角是否在正方向的取值范围内。

3.能操作保护出口回路压板、动作信息的复归； 4.管理好打印机和打印报告，防止其卡纸和报告丢失，熟悉打印信息； 5.了解保护装置现有定值； 6.熟悉保护装置的运行环境要求。
检修基本要求
（一）检修时间 在装置无故障的情况下，建议6年检修，每两年可作一次小修。 （二）小修内容
1.检修电源； 2.输入通道检查； 3.检查定值； 4.出口检测； 5.插件完好性检查； 6.校正时钟。 （三）大检修基本内容 1.清洁处理； 2.检查端子； 3.保护静态测试； 4.小修中各项试验 5.保护联动试验。
（五）电源系统 通常这种电源是逆变电源，即将直流逆变为交流，再把交流整定为 微机系统所需的直流电压。 作用：它把水电站的强电系统的直流电源与微机的弱点系统电源完 全隔离开。 微机继电保护装置的抗干扰措施 可靠性是对继电保护的基本要求之一，它包括不误动和不拒动两方面。 除了保护的基本原理应满足可靠性要求，还有两个因素影响保护 的可靠性，这就是干扰和元件损坏，这些都不应该引起误动和拒 动。 为了防止由于干扰使保护的可靠性下降，微机保护通常在硬件及软件 方面采取以下防范：
电流差动保护
差 动 保 护 的 动 作 特 性
各相差动保护判据如下： 1、 当 Iop Icd ，且 Iop 3Icd 时，
Iop 0.6Ires 时满足动作条件； 2、 当 Iop 3Icd ，且 Iop I res 2Icd 时，满足动作条件。 I res 其中，分相差动电流 Iop IM I N ， I M I N 分相制动电 I 流 ；I M 、 N 分别是任一相两侧的电流。
中性点直接接点系统的110KV输电线路一般可以配置三段式相间距 离及接地距离保护、四段式零序电流保护、双回路相继速动保护、 不对称故障相继速动保护、三相一次重合闸等保护。

图4 采样保持电路原理
它由一个电子模拟开关K，电容C以及两个阻抗变换 器组成。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 闭合时间应满足使C有足够的充电或放电时间即采样 时间。为了缩短采样时间，这里采用阻抗变换器l， 它在输入端呈现高阻抗，输出端呈现低阻抗，使C上 电压能迅速跟踪等于Ui值。K打开时，电容C上保持 住K打开瞬间的电压，电路处于保持状态。同样为了 提高保持能力，电路中亦采用了另一个阻抗变换器2， 它对C呈现高阻抗。采样保持的过供电1班 第四组
§1.1 微机保护装置硬件系统构成
微机保护装置硬件系统包含以下五个部分： （1）数据采集单元即模拟量输入系统。包括电压形成、模拟滤波、采样保 持、多路转换以及模数转换等功能块，完成将模拟输入量准确地转换为所需 的数字量的功能。 （2）数据处理单元即微机主系统。包括微处理器、只读存储器、随机存取 存储器以及定时器等．微处理器执行存放在只读存储器中的程序，对由数据 采集系统输入至随机存取存储器中的数据进行分析处理，以完成各种继电保 护的功能。 （3）数字量输入/输出接口即开关量输入输出系统。由若干并行接口、光电 隔离器及中间继电器等组成，以完成各种保护的出口跳闸、信号警报、外部 接点输入及人机对话等功能。 （4）通信接口。包括通信接口电路及接口以实现多机通信或联网。 （5） 电源。供给微处理器、数字电路、A/D转换芯片及继电器所需的电源。 保护装置的硬件示意图如下所示 ：
图5 采样保持过程示意图 Tc为采样脉冲宽度，Ts为采样周期（或称采样间隔）。可见， 采样保持输出信号已经是离散化的模拟量，再经A/D转换后就成 为离散化的数字量。
图5所示采样间隔Ts的倒数称为采样频率fs。采 样频率的选择是微机保护硬件设计中的一个关 键问题。采样频率越高，要求微处理器的速度 越高。因为微机保护是一个实时系统，数据采 集系统以采样的频率不断地向微处理器输入数 据，微处理器必须要来得及在两个相邻采样间 隔时间Ts内处理完对每一组采样值所必须作的 各种操作和运算，否则,微处理器将跟不上实时 节拍而无法工作。相反，采样频率过低，将不 能真实反映被采样信号的情况。

i 2u1 − i 1u 2 i12 + i 2 2
（5—12） （5—13）
31
上面式子中用到了两个采样值的乘积，故称两点乘积算法。 两点乘积算法具有如下的特点：
1、 由于采用了两个隔
π 的采样值，算法本身所需的数据窗长度为工频 2
1 的 周期，时延（响应时间）为 5ms。 4
2、 此算法是基于正弦波基础上，因此要与带通滤波器配合使用。 3、 算法本身与采样频率无关，因此对采样频率无特殊要求，由于数据须先
经过数字滤波，故采样频率的选择由所用的滤波器来确定。
4、 算法本身无误差。 5、 算法中要进行较多的乘除法，运算工作量较大。
二、半周绝对值积分算法
半 周绝 对 值积 分算法的原理是依据一个正弦量在任意半个周期内绝对值 积分为一常数 S，且积分值 S 与积分起始点即与初相角α无关，因为图 5—3 中两部分的阴影面积显然是相等的。
28
矛盾，一般要根据实际需要进行协调以得到最合理的结果。在选用准确的数学 模型及合理的数据窗长度的前提下，计算精度与有限字长有关，其误差表现为 量化误差和舍入误差两个方面。为了减小量化误差，在保护中通常采用的 A/D 芯片至少是 12 位的，而减小舍入误差则要增加字长。 需要特别指出的是，算法与滤波是密切相关的，整个保护系统的模拟滤波、 数字滤波器完善的程度不同，所选用的算法也因之而异。另外，某些算法本身 就具有良好的数字滤波功能。
π ＋α0I) 2
(5—2)
(5—3)
式中α1I＝ωn1TS＋α0I 为 n1TS 时刻电流的相角，可以为任意值。将式（5—2） 和式（5—3）平方后相加，即得 2 I 2 ＝ i1 2 ＋ i 2 2 再将式（5—2）和（5—3）相除后得 tgα1I＝

移相、提取某一分量或抑制某些分量等，根据需要可 以通过软件来实现。
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。

格 大幅度下降 ， 可靠性又大为提高 ， 这就促使计算 机保护 的研
究出现了热潮。 Ｏ年代 中 、 ７ 后期国外已有少数样机在电力系统 中试运 行 ， 微型计算机保护逐渐趋于实用 。
虚拟仪器 的硬件是 电子计算 机和为其配置 的必要 的电子 仪器硬件模块 。电子计算机 与为其配置的 电子 仪器测试模块
只有个 别单位作 了一些现场试验 。在这个 阶段 ， 人们企 图用一 台小型计算机实现 多种保护功能或保护 多个 电气设备 。在 ７ ０ 年代中期 ， 算机本身 出现 了重 大突破 ， 计 大规模 集成 电路技术
飞 速 发 展 ， 型 处 理 器 和 微 型 计 算 机 进 入 了 实 用 阶段 ， 且 价 微 而
１３ 虚 拟 仪 器 由硬 件 和 软 件 两 部 分 组 成 ．
虚拟仪器 的硬件 主体是 电子计算 机 ， 通常是个人计 算机 ， 也可 以是任何通用 电子计算 机 。为计算机 配置 的 电子测 量仪 器硬件摸块 是各种传感 器 、信号调理 器 、模拟数 字 ／ 转换 器 （Ｄ ）数字 ／ Ａ Ｃ、 模拟转换器 （Ａ ）数据采集器 （Ａ ） 。电子计 Ｄ Ｃ、 Ｄ Ｑ等 算机及其配置 的电子测 量仪器硬件模块组成 了虚拟仪器 测试 硬件平台 的基础 。虚拟 仪器 还可以选配开发 厂家提供 的系统
司（ 以下 简 Ｎ 公司） Ｉ 首先提 出的。Ｎ 公司在提出虚拟 Ｉ 仪器 概念 并推 出第一批实用成果 时， 就用“ 软件 就是 仪器 ” 来表达虚拟仪器 的特征 ， 强调软件在 虚拟仪器 中的极 为重要的位置 。但这并不排斥测试硬件 平台
的重 要 性 。Ｎ 公 司从 一 开 始 就 推 出丰 富 而 又 简 洁 的 Ｉ
具有很 好发展前景 的新一类 电子器更为通用 ，在组建 和改 变仪器的功能 和技术性能 方 面更为灵活 ， 更为经济 ， 更能适应 迅猛发展 的当代科 学技术对

前言电系统的不断发展和安全稳定运行，给国民经济和社会发展带来了巨大动力和效益。

但是，电力系统一旦发生自然或人为故障，如果不能及时有效控制，就会失去稳定运行，使电网瓦解，并造成大面积停电，给社会带来灾难性的后果。

继电保护（包括安全自动装置）是保障电力设备安全和防止及限制电力系统长时间大面积停电的最基本、最重要、最有效的技术手段。

许多实例表明，继电保护装置一旦不能正确动作，就会扩大事故，酿成严重后果。

因此，加强继电保护的设计和整定计算，是保证电网安全稳定运行的重要工作电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求,电子技术、计算机技术与通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断地注入了新的活力。

因此，继电保护技术得天独厚，在几十年的时间里完成了发展的4个历史阶段。

（1）机电式继电保护阶段。

（2）晶体管式继电保护阶段。

（3）集成电路式继电保护阶段。

（4）计算机式继电保护阶段。

随着微机保护装置的研究，在微机保护软件、算法等方面也取得了很多理论成果。

可以说从20 世纪90 年代开始我国继电保护技术已进入了微机保护的时代。

本次课程设计主要任务是通过对某简单电网进行继电保护系统设计，掌握继电保护的配置方法、基本原理和整定计算的基本方法，深化对线路、变压器、母线等元件的继电保护基本原理和装置结构的理解，掌握各种元件的保护配置和故障后的动作特性，掌握微机保护中各种保护的整定方法、接线方法。

掌握判定微机继电保护装置正确动作的方法。

第一章继电保护的配置按照《继电保护和安全自动装置技术规程》（GB14285-93）及《电力装置的继电保护和安全自动装置设计规范》（GB50062-92）的要求，35kV及以上中性点非直接接地电力网的线路，对相间短路和单相接地，应按本节的规定装设相应的保护。

保护装置采用远后备方式。

对单侧电源线路，可装设一段或两段式电流速断保护和过电流保护。

对单相接地故障，应在发电厂和变电站母线上，装设单相接地监视装置，监视装置反映零序电压，动作于信号。

WXB---11键盘命令 WXB---11键盘命令
WXB---11运行方式下键盘命令试验 WXB---11运行方式下键盘命令试验
WXB-11 进入运行方式: 进入运行方式: 人机对话----运行 人机对话----运行 保护CPU---运行 保护CPU---运行 巡检开关---投入 巡检开关---投入 复位”按纽. 按”复位”按纽. “运行”灯亮. 运行”灯亮.
微机型继电保护装置 原理与运行
微机保护基本原理
一、微机型继电保护的构成： 微机型继电保护的构成 微机型继电保护的构成： 传统保护——布线逻辑 传统保护——布线逻辑 微机保护——数字逻辑 微机保护——数字逻辑 硬件系统 软件系统 二、微机型继电保护的基本系统： 微机型继电保护的基本系统：
微机保护——硬件系统 微机保护——硬件系统
数据采集系统 数据处理系统 输入、 输入、输出接口 电源部分
数据采集系统
数据采集系统的作用——将模拟信 数据采集系统的作用——将模拟信 号变成数字信号。它包括： 号变成数字信号。它包括： 辅助变换器 低通滤波器（ALF） 低通滤波器（ALF） 采样保持器（ H） 采样保持器（S / H） MPX） 多路开关 （MPX） 数变换器（ D） 模/数变换器（A / D）
光、电隔离器（光耦） 电隔离器（光耦）
电源部分
电源部分的作用—提供装置正常工作所 电源部分的作用 提供装置正常工作所 需要的各等级电压： 需要的各等级电压： +5V—微机系统用； 微机系统用； 微机系统用 +15V、+12V—数据采集系统用； 数据采集系统用； 、 数据采集系统用 +24V—继电器回路用。 继电器回路用。 继电器回路用 各级电压不共地。 注：各级电压不共地。

继电保护概述 • 微机继电保护的基本原理 • 微机继电保护的分类与应用 • 微机继电保护的优缺点与展望 • 微机继电保护的实际应用案例
01 微机继电保护概述
CHAPTER
定义与特点
定义
微机继电保护是指利用微型计算 机技术来实现电力系统继电保护 功能的系统。
微机继电保护装置具有灵活的配置和编程 能力，可以根据需要进行定制和扩展，适 应不同系统的需求。
微机继电保护装置具有自我诊断和修复功 能，能够检测和修复潜在的故障，提高系 统的可靠性和稳定性。
微机继电保护的缺点
对硬件和软件要求高
01
微机继电保护装置需要高性能的硬件和软件支持，增加了系统
的复杂性和成本。
对数据传输和处理能力要求高
02
微机继电保护装置需要实时传输和处理大量数据，对数据传输
和处理能力要求较高。
对外部环境因素敏感
03
微机继电保护装置对外部环境因素较为敏感，如温度、湿度、
电磁干扰等，需要采取相应的防护措施。
微机继电保护的展望
智能化发展
随着人工智能技术的发展，微机继电保护装置将更加智能化，能 够自适应地学习和优化保护策略。
应用效果
该系统的应用显著提高了发电厂的安全性和可靠性，减少了设备 损坏和事故发生。
技术特点
该系统采用了基于数字信号处理技术的继电保护算法，具有高灵 敏度和快速响应的特点。
某变电站的微机继电保护系统
案例概述
某变电站的微机继电保护系统采用了先进的微机继电保护装置，实 现了对变电站的全面保护。
应用效果
该系统的应用显著提高了变电站的安全性和可靠性，减少了设备损 坏和事故发生。
04 微机继电保护的优缺点与展望
CHAPTER

大数据技术在微机继电保护中的应用
大数据技术可以对大量的电力系统运 行数据进行分析和处理，提取出有用 的信息，用于优化保护装置的配置和 整定值。
大数据技术还可以用于对历史故障数 据进行挖掘和分析，找出故障发生的 规律和原因，为预防和解决故障提供 科学依据。
大数据技术还可以用于对电力系统的 运行状态进行实时监测和预警，及时 发现潜在的故障风险，提高电力系统 的安全性和稳定性。
详细描述
通信故障通常表现为通信指示灯不亮、通信数据异常等。这 可能是由于通信接口接触不良、通信线缆损坏或通信协议不 匹配等原因造成的。处理通信故障需要检查通信接口和线缆 是否正常，同时确保通信协议的一致性。
通信故障
总结词
通信故障是指微机继电保护装置与其他设备或系统之间的通 信出现问题，导致信息传输受阻或数据错误。
物联网技术在微机继电保护中的应用
物联网技术可以实现电力设备和 保护装置之间的信息交互和远程 控制，提高保护装置的自动化和
智能化水平。
物联网技术还可以用于对电力设 备的运行状态进行实时监测和预 警，及时发现设备的异常情况，
提高设备的可靠性和安全性。
物联网技术还可以用于实现电力 系统的远程管理和控制，提高电 力系统的运行效率和可靠性。
靠性。
距离保护
距离保护通过测量故障点到保护装 置的距离，判断故障位置，实现选 择性保护。
方向保护
方向保护通过比较故障电流的方向， 判断故障是否发生在被保护线路的 内部，实现选择性保护。
微机继电保护的软件算法
电流差动保护
电流差动保护通过比较线路两侧 电流的大小和相位来判断故障是 否发生，具有较高的灵敏度和可
大数据技术在微机继电保护中的应用
大数据技术可以对大量的电力系统运 行数据进行分析和处理，提取出有用 的信息，用于优化保护装置的配置和 整定值。

近三十年来，计算机技术发展很快，计算机的应用已广泛而深入的影响着科学技术、生产、和生活的各个领域。

它给各部门的面貌带来了巨大的并且往往是质的变化。

计算机技术同样影响到继电保护技术的发展。

传统的继电保护基本上已被新型的微机保护所替换。

下面简单介绍一下微机保护。

一、微机保护装置的构成微机保护与传统继电保护的最大区别就在于前者不仅有实现继电保护功能的硬件电路，而且还必须有保护和管理功能的软件———程序；而后者则只有硬件电路。

微机保护装置的硬件构成可分为四部分：数据采集、微型计算机模块、开出开入、人机接口、其它(通讯，电源等)。

（一）数据采集传统保护是把电压互感器（TV）二次侧电压信号及电流互感器（TA）二次电流信号直接引入继电保护装置，或者把二次电压、电流经过变换（信号幅值变化或相位变化）组合后再引入继电保护装置。

因此，无论是电磁型、感应型继电器还是整流型、晶体管型继电保护装置都属于反应模拟信号的保护。

尽管在集成电路保护装置中采用数字逻辑电路，但从保护装置测量元件原理来看，它仍属于反应模拟量的保护。

而微机保护中的微机则是处理数字信号的，即送入微型计算机的信号必须是数字信号。

这就要求必须有一个将模拟信号变换成数字信号的系统，这就是数据采集系统的任务。

（二）微型计算机模块微型计算机是微机保护装置的核心。

数字信号采集进来后对其进行数字虑波，然后通过各种不同的算法对其进行计算处理，逻辑判断，动作出口，事故纪录等等处理。

目前计算机保护的计算机部分都是由微型计算或单片微型计算机构成的，这也是微机保护名称的由来。

由一片微处理器配以程序存贮器、数据存贮器、接口芯片（包括并行接口芯片、串行接口芯片）、定时器、计数器芯片等构成的微机系统称为单微机系统。

而在一套微机型保护装置中有两片或两片以上的微处理器构成的微机系统则称为多微机系统。

由单片微型计算机配以部分接口芯片也可以构成微机系统。

同样地，在一套微机保护装置中仅有一个微处理器称为单微机系统，而在一套保护装置中有两片或两片以上微处理器则称为多微机系统。

uAi +5V 0 -5V
u偏 +5V +5V +5V
带偏移的A／D输出 带偏移的A 1lllllll 10000000 00000000
还原后的结果 0111111l(最大正值) 0111111l(最大正值) 最大正值 00000000(零 00000000(零) 10000000(最大负值 最大负值) 10000000(最大负值)
比较器的模拟输入电压必须是正的，如果为负，则不论其值有多大， 比较器的模拟输入电压必须是正的，如果为负，则不论其值有多大， 比较的结果必然是00000000。 。 比较的结果必然是 继电保护中所反映的信号多是交流电流或交流电压，均为双极性。 继电保护中所反映的信号多是交流电流或交流电压，均为双极性。 为了实现对这种双极性模拟量的模数转换，需要设置一个直流偏移量， 为了实现对这种双极性模拟量的模数转换，需要设置一个直流偏移量， 其值为最大允许输入量的一半。 其值为最大允许输入量的一半。
控制上述硬件电路工作的软件流程框图
初始化程序入口 并行口初始化 采样数据寄存器地址初始化 定时器初始化 开放中断 接其他程序
（1）并行口初始化 ） 规定PA0～PA3为输出，并且赋值为 为输出， 规定 ～ 为输出 并且赋值为0000， ， 使多路开关接通0通道 同时规定PB0为输 通道。 使多路开关接通 通道。同时规定 为输 以便CPU查询 STS状态 状态。 入，以便CPU查询 STS状态。
或称ADC） 五、模数转换器（A/D或称 模数转换器（ 或称 ） （2） 逐位逼近型模数转换器 ） 逐位逼近型模数转换器
开始转换时， 首先将其最高位置“ 并送给 并送给D／ 转换器 如果D／ 转换器的 转换器， 开始转换时，SAR首先将其最高位置“1”并送给 ／A转换器，如果 ／A转换器的 首先将其最高位置 输出小于模拟量输入值， 寄存器的最高位保留为“ ； 反之， 输出小于模拟量输入值 ， 则 SAR寄存器的最高位保留为“ 1”；反之 ， 则最高位清 寄存器的最高位保留为 寄存器次高位置“ ， 再与输入模拟量进行比较，以决定SAR寄存 “ 0”。将 SAR寄存器次高位置“ 1”，再与输入模拟量进行比较 ， 以决定 。 寄存器次高位置 寄存 器的次高位应是“ 还是 还是“ 。 这样直到最后一位完成后， 器的次高位应是 “ 1”还是“ 0”。这样直到最后一位完成后 ， SAR寄存器中的数码 寄存器中的数码 就是所求的数字量

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第4章 微机继电保护的软件原理
4.3.1 任务的划分
任务—般是指程序连同它操作的数据在处理器 中动态运行的过程。 在微机继电保护软件中，每项任务都应完成一 项独立的功能或实时数据的处理过程。如保护 判断、数据预处理、电压、电流有效值计算、 驱动输出、故障录波，液晶显示，键盘管理， 通信等都可以看成是独立完成的任务。 为保证实时任务的并行性，必须对所有任务进 行分类、分时管理。
分级——是同类任务按其重要性来安排优先级。 分层——把上述三类任务按1，2，3类的优先次序排列。 在调度程序时，一方面要保证优先级；另外还必须让较 低的任务尽快得到响应。
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第4章 微机继电保护的软件原理 4.3.3 任务的执行过程
微机保护装置的任务通常都以模拟量采样任务周期为基本 任务周期。因为采样任务执行频率最高，实时性要求也高， 所以安排为最高优先级任务。每个基本任务周期定时时间到， 通过中断直接起动采样任务。采样任务结束后，设置下面需 要执行的第一类任务的标志，并触发任务调度程序。 对开关量输出、故障录波等无固定起始时刻，且实时性 要求很高的第二类任务，一般通过中断方式来起动任务调度， 用内部调度模块管理。
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第4章 微机继电保护的软件原理
4.4 基于实时操作系统的继电保护软件设计举例
本节以6-10kV线路微机保护装置为例，介绍采用实时操 作系统的方法。 4.4.1 装置的功能模块划分 1、定时采样模块 2、数据预处理模块 3、保护判断模块 4、开关量输入模块 5、开关量输出模块 6、测量和监视模块 7、人机交互模块 8、通讯模块 9、自检模块
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第4章 微机继电保护的软件原理
4.2.2 TV断线的自检
在保护判断起动之前，先检查 电压互感器TV二次是否断线。 在小接地电流系统中，可简单 地按以下两个判据检查TV二次 是否断线。 1、正序电压小于30V，而任一 相电流大于0.1A。 2、负序电压大于8V。