微机保护装置构成..

微机保护测控装置是一种用于电力系统中的保护和控制设备，主要功能是监测电力系
统的工作状态并在发生故障时采取必要的保护措施，以确保电力系统的安全稳定运行。

以下是微机保护测控装置的一些详细讲解：
1. 功能：
- 电流保护：监测系统中的电流变化，当电流异常时及时切断电路，防止设备过载或
短路。

- 过电压保护：监测系统中的电压变化，当电压超过设定值时保护装置将采取措施，
如切断电路或引入补偿装置。

- 过流保护：监测系统中的电流变化，当电流超过额定值时及时切断电路，防止设备
过载或短路。

- 差动保护：通过比较系统中不同部分的电流或电压，实现对设备的差动保护，有效
应对设备内部故障。

2. 结构：
微机保护测控装置通常由微处理器、输入/输出接口、存储器、通信接口等组成。

微
处理器负责数据处理和逻辑控制，输入/输出接口用于连接外部设备和传感器，存储器
用于存储配置参数和历史数据，通信接口用于与其他装置进行数据交换。

3. 特点：
- 灵活性：微机保护测控装置可以根据需要进行编程和配置，适应不同的电力系统结
构和工作条件。

- 高精度：采用先进的数字信号处理技术，具有高精度和高灵敏度，能够准确判断电
力系统的工作状态。

- 远程通信：具备通信接口，支持与上位机或其他装置进行远程通信，实现远程监控
和操作。

- 自诊断：能够对自身状态进行监测和诊断，及时发现故障并进行报警或自动切换至
备用状态。

微机保护测控装置在电力系统中扮演着非常重要的角色，它能够有效保护设备和人员
的安全，同时也有助于提高电力系统的可靠性和稳定性。

微机保护的硬件构成
各部分结构及功能如下：
1模拟量输入系统（数据采集系统）
微机系统只能识别数字量，保护所反应的电流、电压等模拟信号需转换为相应的微机系统能接受的数字信号。

2数据处理单元(CPU系统 )
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用来分析计算电力系统的有关电量和判定系统是否发生故障，然后按照既定的程序动作。

这是微机保护装置的核心，一般包括：微处理器(CPU)、存储器、定时器等。

CPU是微机系统自动工作的指挥中枢；存储器是用于保存程序和数据；定时器用于触发采样信号，在V/F变换中，是频率信号转换为数字信号的关键部件。

3开关量输入/输出系统
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。

输入系统用于采集有接点的量（如瓦斯保护、温度信号等）作为开关量输入；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
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。

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通讯接口
用于保护之间通讯及远动。

6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。

第二章微机保护装置硬件原理微机保护装置是一种常见的电力系统保护装置，用于对电力系统进行监控、测量和保护。

它通常由硬件和软件两部分组成，其中硬件部分是保护装置的核心部分。

本章将介绍微机保护装置的硬件原理。

一、微机保护装置的硬件构成微机保护装置的硬件构成包括中央处理器、存储器、输入输出接口、时钟和定时器、外围电路等。

1. 中央处理器（Central Processing Unit, CPU）：中央处理器是微机保护装置的核心部件，它负责执行各种保护算法和逻辑控制，对电力系统进行监测和保护。

中央处理器中通常包含ALU（算术逻辑单元）、控制单元和寄存器等。

2. 存储器（Memory）：存储器用于存储程序、数据和中间结果等信息。

微机保护装置中的存储器通常包括主存储器和辅助存储器。

主存储器用于存储运行时的程序和数据，而辅助存储器用于存储长期保存的程序和数据。

3. 输入输出接口（Input/Output Interface）：输入输出接口用于与外部设备进行数据交换。

微机保护装置的输入输出接口通常包括模拟输入输出接口和数字输入输出接口。

模拟输入输出接口用于处理模拟量数据，如电流、电压等；而数字输入输出接口用于处理数字量数据，如开关状态、报警信号等。

4. 时钟和定时器（Clock and Timer）：时钟和定时器用于对微机保护装置进行时序控制。

时钟用于提供基本的时钟周期，定时器用于进行定时操作，如定时测量、关闭保护装置等。

5. 外围电路（Peripheral Circuit）：外围电路包括电源电路、输入电路和输出电路等。

电源电路用于为微机保护装置提供稳定的供电，输入电路用于对输入信号进行处理和转换，输出电路用于向外部设备输出信号。

二、微机保护装置的工作原理微机保护装置的工作原理主要包括数据采集、信号处理、判决逻辑和输出动作等。

1.数据采集：微机保护装置通过输入接口从电力系统中采集各种信号，如电流、电压、功率、频率等，并将它们转换为数字信号进行处理。

微机保护装置的基本概念微机保护装置实际上就是1个具有继电保护功能的微机系统,因此，它具有一般微机系统的基本结构，为了实现继电保护功能也有自己的独特之处。

微机保护装置的硬件系统一般包含以下部分: 模拟量输入、开入量输入、数据处理单元、开出量输出、人机界面、装置电源及通信接口。

对国内装置来说，大部分还包括断路器的操作回路。

模拟量输入：采集保护对象的电流、电压值，并通过变换，使用微机系统可采集。

采用小型互感器。

开入量输入又称数字量输入、遥信输入。

主要是信号量的输入，用于保护装置的投退及现场信号（0、1）的采集。

采用光耦采集的办法。

数据处理单元：即CPU板。

对采样的模拟量、数字量进行逻辑运算，并得出最终的开出值。

开出量输出：主要指跳闸接点、重合闸接点、信号接点等。

人机界面：用于用户的操作，一般微机保护装置均自带小键盘与液晶。

装置电源：用于提供整个装置的电源系统。

通信接口：微机保护装置与总控单元或后台系统的接口，上传详细的装置信息。

通讯接口主要是为了满足变电站综合自动化的接口。

1.1.1.微机保护的基本结构微机保护装置实际上就是1个具有继电保护功能的微机系统,因此，它具有一般微机系统的基本结构，为了实现继电保护功能也有自己的独特之处。

图1-1示出微机保护装置的硬件系统方框图。

它包含以下四部分：1）数据处理单元，即微机主系统；2）数据采集单元，即模拟量输入系统；3 ）数字量输入/输出接口，即开关量输入/输出系统；4 ）通信接口。

1.1.2.数据处理单元数据处理单元即微机主系统是微机保护装置的核心部分。

图1・2 是1个典型的微机保护装置中数据处理单元的方框图。

其中各方框内容简单介绍如下。

存贮器（EPROM、RAM和E2PROM ）在微机保护装置中存贮器用来存放程序、采样数据、中间运算结果和定值。

目前是, 微机保护尚未完全定型,一般都采用EPROM而用掩膜ROM存放程序。

EPRoM 的编程需要12 ~24V的高电压下进行。

微机继电保护填空1 微机继电保护装置硬件主要包括：数据采集部分、数据处理、逻辑判断及保护算法的核心部分。

2 微机继电保护从功能上分为六个组成部分：数据采集系统、数据处理系统、开关量输入/输出系统、人机接口、通信接口、电源回路。

3 微机保护装置中模拟量输入回路有两种方式：组词逼近原理的A/D转换、电压频率变换原理的A/D转换。

4 在要求真实反映输入信号中的高频分量的场合下，应首选主次逼近原理的A/D转换。

5 采样频率过低将造成频率混叠现象。

6 采样前用一个模拟低通滤波器可将频率高于采样频率一般的信号滤掉。

7 采样保持电路的作用是在一个极短时间内测量一个模拟输入量在该时刻的瞬时值，并在A/D转换器进行转换的时间内保持其输出不变。

8 A/D转换器的性能指标有：分辨率和转换速度。

9 微机保护装置的模拟转换系统一般采用：逐次逼近式或压-频转换式。

10 VFC不需要加低通滤波器是因为VFC本身含有滤波功能的积分算法。

11 VFC转换器的基本原理：将模拟变压量变换为脉冲信号，该输出脉冲频率与输入电压大小成正比。

12 分析和评价不同算法优劣的标准是精度和速度。

13 数据窗一个算法采用故障点后的多少采样点才能计算出正确结果。

14 全周傅式算法需要的数据窗为一个周波（20ms），半周傅式算法需要的数据窗为半个周波（10ms）。

15 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，而减小的舍入误差则要增加字长。

16 微机保护算法往往和数字滤波器联系在一起。

17 正弦函数的半周绝对值积分算法的原理是：一个正弦波信号任意半周期内，其绝对值积分为一常数S。

18 全周波傅式算法可有效滤除恒定直流分量和各整次谐波分量。

19 输入线路R-L模拟算法用于距离保护。

20 目前微机继电保护常用的选相元件有突变量电流选相和对称分量选相。

21 短路初期效果明显的选相元件是突变量电流选相。

22 10/35kv线路一般为小电流接地电网中线路，主要为馈电线路。

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。

§2.1 微机保护系统构成²微机保护是以电压、电流的采样值为输入量，以微机为控制器，以电气设备的断路器为被控对象的一个开环离散控制系统。

²微机保护是将被保护设备输入的模拟量经模数转换器后变为数字量，再送入计算机进行分析和处理的保护装置。

²微机保护由硬件和软件两部分构成。

微机保护整套硬件通常是用单独的专用机箱组装，包括数据采集系统、微型机主系统、开关量输出、输入系统及外围设备等。

²微机保护的软件由初始化模块、数据采集管理模块、故障检出模块、故障计算模块与自检模块等组成。

²微机保护的硬件系统包括以下五部分：³1.数据采集系统（或称模拟量输入系统）：包括电压形成、采样保持、多路开关及数模转换。

³2.微型机（或微处理器）主系统：包括微处理器、程序存储器（ROM）、数据存储器（RAM）、定时器、并串接口等。

³3.开关量输入输出系统：由微型机的并行接口、光电隔离器件及有触点的中间继电器等组成。

完成保护需要的外部触点接入、出口跳闸、人机对话等功能。

³4.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³5.逆变稳压电源（5V ±15V、±24V）²微机保护硬件构成框图（书）2. 微机保护用硬件特点³集成微处理器（MPU ）、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、定时器、模数转换器(AD)、并行接口(PIO)、闪存单元(FLASH)、数字信号处理器(DSP)、通信接口等多种功能集成在一个芯片内的单片机系统。

³把所有总线连同单片机都集成在一个芯片内的总线不出片技术。

³不区分微机、单片机、微处理器²微机保护的软件包括1.数字滤波器，如减法滤波器、加法滤波器等。

像有些不便于采用模拟滤波器的场合，如傅立叶滤波、小波变换等;2.微机保护算法，像幅值和相位计算、选相算法、滤序算法等;3.保护动作判据，保护基本原理的具体体现;4.逻辑输出，执行跳闸、告警等数字信号输出。

微机保护微机保护是用微型计算机构成的继电保护，是电力系统继电保护的发展方向，它具有高可靠性，高选择性，高灵敏度，微机保护装置硬件包括微处理器（单片机）为核心，配以输入、输出通道，人机接口和通讯接口等。

该系统广泛应用于电力、石化、矿山冶炼、铁路以及民用建筑等。

中文名微机保护外文名Microcomputer protection 工作环境35KV及以下中高压电力设备保护材质金属材质常用保护线路、分段、电容器、PT测控。

微机保护是用微型计算机构成的继电保护，是电力系统继电保护的发展方向（现已基本实现，尚需发展），它具有高可靠性，高选择性，高灵敏度。

微机保护装置硬件包括微处理器（单片机）为核心，配以输入、输出通道，人机接口和通讯接口等.该系统广泛应用于电力、石化、矿山冶炼、铁路以及民用建筑等。

微机的硬件是通用的，而保护的性能和功能是由软件决定。

运行原理编辑微机保护装置的数字核心一般由CPU、存储器、定时器/计数器、Watchdog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;输入输出通道包括模拟量输入通道（模拟量输入变换回路（将CT、PT所测量的量转换成更低的适合内部A/D转换的电压量，±2.5V、±5V或±10V）、低通滤波器及采样、A/D转换）和数字量输入输出通道（人机接口和各种告警信号、跳闸信号及电度脉冲等）。

基本组成编辑传统的继电保护装置是使输入的电流、电压信号直接在模拟量之间进行比较和运算处理，使模拟量与装置中给定的机械量（如弹簧力矩）或电气量（如门槛电压）进行比较和运算处理，决定是否跳闸。

计算机系统只能作数字运算或逻辑运算，因此微机保护的工作过程大致是：当电力系统发生故障时，故障电气量通过模拟量输入系统转换成数字量，然后送入计算机的中央处理器，对故障信息按相应的保护算法和程序进行运算，且将运算的结果随时与给定的整定值进行比较，判别是否发生故障。

简述微机保护的基本构成和主要部分的功能1、简述微机保护的基本构成和主要部分的功能答:微机保护是由一台计算机和相应的软件(程序)来实现各种复杂功能的继电保护装置。

微机保护的特性主要是由软件决定的,具有较大的灵活性,不同原理的保护可以采用通用的硬件。

微机保护包括硬件和软件两大部分。

硬件一般包括以下三大部分。

(1) 模拟量输入系统(或称数据采集系统) 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,完成将模拟输入量准确地转换为所需的数字量。

(2) CPU主系统包括微处理器(MPU)、只读存储器(EPROM)、随机存取存储器(RAM)以及定时器等。

MPU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,以完成各种继电保护的功能。

(3) 开关量(或数字量)输入/输出系统由若干并行接口适配器、光电隔离器件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、信号警报、外部接点输入及人机对话等功能。

微机保护软件是根据继电保护的需要而编制的计算机程序。

72、电力变压器的不正常工作状态和可能发生的故障有哪些?一般应装设哪些保护?答:变压器的故障可分为内部故障和外部故障两种。

变压器内部故障系指变压器油箱里面发生的各种故障,其主要类型有:各相绕组之间发生的相间短路,单相绕组部分线匝之间发生的匝间短路,单相绕组或引出线通过外壳发生的单相接地故障等。

变压器外部故障系变压器油箱外部绝缘套管及其引出线上发生的各种故障,其主要类型有:绝缘套管闪络或破碎而发生的单相接(通过外壳)短路,引出线之间发生的相间故障等。

变压器的不正常工作状态主要包括:由于外部短路或过负荷引起的过电流、油箱漏油造成的油面降低、变压器中性点电压升高、由于外加电压过高或频率降低引起的过励磁等。

为了防止变压器在发生各种类型故障和不正常运行时造成不应有的损失,保证电力系统安全连续运行,变压器一般应装设以下继电保护装置: (1)防御变压器油箱内部各种短路故障和油面降低的瓦斯保护。

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。

微机保护构成原则1 微机继电保护装置宜将被保护设备或线路的主保护(包括纵、横联保护等)及后备保护综合在一整套装置内，共用直流电源输入回路及电压互感器、电流互感器的二次回路。

一般情况下，该装置应能反应被保护设备或线路的各种故障及异常状态，并动作于跳闸或给出信号。

2 按 GB 14285 的要求，对需要配置两套主保护的设备或线路，每套宜采用主保护与后备保护综合在一起的微机继电保护装置。

两套保护装置的直流电源、电流互感器和电压互感器的二次回路应互相独立。

3 按 GB 14285 的要求，对仅需配置一套主保护的线路，宜采用主保护与后备保护综合在一起的微机继电保护装置。

如有必要，可再加设其他后备保护，也可考虑配置两套主保护与后备保护综合在一起的微机继电保护装置。

4 按 GB 14285 的要求，对仅需配置一套主保护的设备，应采用主保护与后备保护互相独立的微机继电保护装置。

5 220kV 及以上电压等级的变压器和 200MW 及以上容量的发电机宜配置两套将主保护与后备保护综合在一起的微机继电保护装置。

对适用于 220kV 及以上电压的线路微机继电保护装置，应满足如下要求：a)除具有全线速断的纵联保护功能外，还应至少具有三段式相间、接地距离保护，反时限和定时限零序方向电流保护的后备保护功能；b)系统正常情况下，在保护通道发生故障或出现异常情况时，纵联保护不应误动作并发出告警信号；c)能适用于弱电源情况；d)装置在交流电压失压情况下，应具有在失压情况下投入的后备保护功能，并允许不保证选择性。

6 对适用于 110kV 及以上电压的线路微机继电保护装置，应具有测量故障点距离的功能。

微机线路保护故障测距的精度要求：对金属性短路不大于线路全长的±3%。

7 应用于厂、站自动化系统中的微机继电保护装置功能应相对独立，但应具有数字接口能与厂、站自动化系统通信，具体要求如下：a)微机继电保护装置及其出口回路应不依赖于厂、站自动化系统能独立运行；b)微机继电保护装置逻辑判断回路所需的各种输入开关量应不经厂、站自动化系统及其通信网转接，而直接接入保护装置；c)在满足保护功能前提下，微机继电保护装置可承担自动化系统的部分功能；d)对使用于 3kV～35kV 电网的微机继电保护装置宜与厂、站自动化功能一体化。