微型机继电保护基础1 微机保护的硬件原理及设计选择原则

微型机继电保护原理第一章 绪论一. 计算机继电保护的发展概况用计算机构成继电保护装置的设想始于60年代中期，70年代，计算机保护的研究工作主要是作理论探索（特别是算法研究、数据适配、数字滤波）及在实验室作样机试验。

限于当时计算机硬件的制造水平以及昂贵的价格，早期的研究工作是以小型计算机为基础的。

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，这就使得计算机保护的可靠性难以保证，一旦该计算机出现了故障，所有的被保护设备都将失去保护。

到了70年代末期，出现了一批功能强足够强的微型计算机，价格也大幅度降低，这时无论在技术上，还是在经济上，已具备一台微型计算机来完成一个电气设备保护功能的条件。

有时为了提高可靠性，还设置多重化的硬件，用几台微机互为备用地构成一个电气设备的保护装置。

到70年代后期，国外已有少数样机在电力系统中试运行，微机保护逐渐进入实用阶段。

国内计算机保护方面的研究工作起步较晚（始于70年代后半期），但进展很快，1984年上半年，华北电力学院研制的第一套距离保护样机投入试运行，年底在华中理工大学召开了我国第一次计算机继电保护学术会议，推动了我国微机保护的开发运用进入一个新的阶段。

经过20多年的研究、应用、推广与实践，现在新投入使用的高中压等级继电保护设备几乎均为微机保护产品，继电保护领域的研究部门和制造部门和制造厂家已经完全转向进行微机保护的研究与制造。

将微机保护和网络通信技术结合后，变电站自动化系统、配网自动化系统也已经在全国电力系统中得到了广泛的应用，将保护、测量、控制、录波、监视、通信、调节、报表和防误操作等多种功能融为一体，进一步提高了电力系统的安全性和经济运行水平，也为变电站实现无人或少人值班创造了条件。

预计在未来的几年内，微机保护将朝着更可靠、更简便、更灵活和网络化、智能化、动作过程透明化的方向展开，并可以方便地与电子式互感器、光学互感器实现连接。

要跳出传统“继电器”的概念，充分利用计算机的计算速度、数据处理能力、通信能力以及硬件集成度不断提高等各方面的优势，结合模糊理论、自适应原理、行波原理、小波变化等方法，设计出性能更优良、维护工作量更少的微机保护装置。

第一章1、微机保护的硬件：①数据采集系统②微型机主系统③开关量输入/输出系统④电源系统2、采样保护电路的作用：在一个极短的时间内测量模拟输入量在该时刻的瞬时值，并在模拟—数字转换器进行转换的时间内保持其输出不变3、采样频率的选择原则：采样定理fs>2fmax，如果被采样信号中所含最高频率成分的频率为fmax，则采样频率fs必须大于fmax的2倍4、模拟低通滤波器的应用：将高频分量滤掉，这样就可以降低fs，从而降低对硬件的要求5、模数转换器的评价指标：①转换时间②数字输出的位数6、开关量输出类型：①保护的跳闸出口②本地和中央信号③通信接口④打印机接口7、光电耦合器的作用：可以实现两侧电路之间的电气隔离，可以用来传递模拟信号，也可以作为开关器件使用第二章1、数字滤波器：将输入模拟信号X（t）经过采样和模数转换变成数字量后，进行某种数字处理以去掉信号中的无用成分，然后再经过数模转换得到模拟量输出Y（t）2、时不变系统：满足T[x(t-t1)]=y(t-t1)即如果输入信号推迟一个时间t1，则输出也将推迟同一个时间t1，但波形不变3、因果系统：是指输出变化不会发生在输入变化之前的系统4、P505、频率特性是冲激响应的傅氏变换6、滤波器的响应时间：一个滤波器的输入从一个稳态变到另一个稳态时，其输出要经过一个过渡过程的延时才能达到新的稳态输出，这种延时称为滤波器的响应时间7、离散时间信号的傅氏变换定义式：P568、Z变换定义式：P599、非递归型数字滤波器是将输入信号和滤波器的单位冲激响应作卷积而实现的一类滤波器。

是无限冲激响应滤波器（FIR）：对单位冲激的输入信号的响应为无限长序列的数字滤波器递归型滤波器是用前几次的输出值作为输入来求下一次的输出。

是有限冲激响应滤波器：对单位冲激的输入信号的响应为有限长序列的数字滤波器10、计算：P69第三章1、评价算法的标准：精度、速度速度包括：①数据窗的长度Dw②运算工作量（乘除法的次数）2、导数法的优缺点：优①需要的数据窗短②算式和乘积法相似，不复杂缺①要求数字滤波器有良好的滤去高频分量的能力②要求有较高的采样率3、半周积分算法的依据：一个正弦量在任意半个周期内绝对值的积分为一常数S，即S= 半周积分算法需要的数据窗长度为10ms4、突变电流算法计算公式P805、为什么要进行故障选相：①可以用于选相跳闸②可以在阻抗继电器中做到仅投入故障特征最明显的阻抗测量元件6、傅里叶级数算法：P877、傅氏算法的滤波特性：它假定被采样信号是周期性的，符合这一假定时，它可以准确地求出基频分量，不仅能完全滤掉各种整次谐波和纯直流分量，对非整次高频分量和按指数衰减的非周期分量包含的低频分量也有一定的抑制能力8、R-L模型算法仅用于计算线路阻抗9、傅氏算法和两点乘积算法的比较：两点乘积法要求用一个50Hz带通滤波器获得基波正弦量，然后利用滤波器相隔5ms的两点输出，计算有效值及相位，因此它的总延时是滤波器的延时再加5ms。

微机继电保护原理讲解微机继电保护原理浅析摘要：本文就继电保护领域日益应用广泛的微机继电保护，从硬件、算法、电磁兼容等几方面作以原理性的浅析。

关键词：微机继电保护1.概述继电保护是关系着电力系统安全运行的关键。

继电保护技术的发展大致分为四个阶段：电磁型、晶体管型（又称半导体型或分立元件型）、集成电路型、微型计算机型。

目前，随着微电子技术的发展，微机型继电保护技术的应用已越来越广泛。

与传统的继电保护技术相比，微机继电保护主要有以下的优点：（1）改善和提高继电保护的动作特性和性能；（2）可靠性大为提高；（3）内部编程软接线的方式大大降低了电气二次线路的复杂性；（4）可以充分利用CPU的资源，实现其他测量、管理、通讯等功能；（5）微机特有的记忆存槠功能能很好的实现故障追忆，提高运行管理效率；（6）自检能力强，可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性试验，可以保证生产的连续运行；（7）扩展能力强。

2.微机型继电保护装置的硬件构成2.1微机继电保护装置典型硬件结构微机型继电保护装置是微机控制技术的应用实例之一。

它是以微处理器（单片机）为核心，配以输入、输出通道，人机接口和通讯接口等。

图2-1给出了微机保护的典型硬件结构图。

2.2微机保护装置的输入输出通道微机保护的输入通道分为模拟量输入通道和开关量输入通道，输出通道主要为继电器逻辑回路。

输入通道主要完成电力系统的电压、电流信号的采集和一次设备的状态量采集（比如断路器的运行状态）；而输出通道主要完成保护跳闸信号、告警信号的输出。

2.2.1模拟量输入通道目前，微机保护的模拟量采集均采用交流采样技术。

模拟量输入通道主要由模拟量输入变换回路、低通滤波器、采样和A/D转换器等几个环节构成。

2.2.1.1模拟量输入变换回路由一次回路的CT、PT的二次侧输入至微机保护器的信号，一般数值较大，不适合内部A/D转换的电平要求（一般A/D转换回路的输入电压范围为±2.5V、±5V 或±10V）。

绪论一、微机继电保护装置的特点1．维护调试方便2．可靠性高3．易于获得附加功能4. 灵活性大5．保护性能得到很好改善二、微波保护：微波中继通信-利用微波实现信息交换行波保护：应用与故障测距研究热点：自适应保护，暂态量保护，广域信息保护，智能式继电保护，参数识别原理继电保护微机保护发展：从原件到线路从高压到低压单cpu——多cpu硬件结构-高性能德16位单片机构成——32位psp+cpu智能变电站：非常规互感器，IEC61850标准，一次设备智能化，网络通信技术智能变电站体系结构易于获得附加功能：各部分的动作顺序记录简单故障录波故障类别线路：测距微机保护与常规保护的区别：系统性，动态性，速度，功能，通用性，工作环境中间变换器：交流电压信号——电压变换器交流电流信号——电抗变换器或电流变换器阻值放大高频分量有稳相第一章微机保护的硬件原理一、数据采集系统（或称为模拟量输入系统）：完成将模拟输入量准确地转换为微型机能够识别的数字量。

微型机主系统：执行编制好的程序，对数据采集系统输入至RAM 区的原始数据进行分析、处理，完成各种继电保护的测量、逻辑和控制功能。

开关量（或数字量）输入/输出系统：完成保护的出口跳闸、信号、外部触点输入、人机对话及通信等功能。

微处理器选择原则:速度、功能、通用性、工作环境 电压互感器二次侧额定电压：100V电流互感器二次侧额定电流：1A 或5A 。

电抗变换器：具有阻止直流、放大高频分量的作用；线性范围较大，铁芯不易饱和，有移相作用。

二、电流变换器：只要铁芯不饱和，则二次电流及并联电阻上的二次电压的波形可基本保持与一次电流波形相同，不会移相。

在非周期分量的作用下易饱和，线性度差，动态范围也较小。

工频：Hz f 500= N=12 基频：1f （实际值） 采样频率：s f 每个周期（基频）采样的点数N 0Nf f s =采样周期：fs 1s =T采样定律：max s f 2f ≥ hz 300f max =数据采集核心器件：模数转换器（编码电路）⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=R U U D sr n 212*.......2*22*1---+++=Bn B B DB →二进制数三、模数转换器（ADC 或A/D 转换器）分辨率： A ／D 转换器所能分辨模拟输入信号的最小变化量。

绪论一、计算机在继电保护领域中的应用和发展概况电子计算机特别是微型计算机（以下简称微型机）技术发展很快，其应用已广泛而深入地影响着科学技术、生产和生活等各个领域。

它使各行业的面貌发生了巨大的，往往是质的变化，继电保护技术也不例外。

在继电保护技术领域，除了离线地应用计算机作故障分析和继电保护装置的整定计算、动作行为分析外，60 年代末期已提出用计算机构成保护装置的倡议。

最早的两篇几乎同时发表的关于计算机保护的研究报告[1，2] ，揭示了它的巨大潜力，引起了世界各国继电保护工作者的兴趣。

在70 年代，掀起了研究热潮，仅公开发表的有关论文就有200 余篇[3] ，在此期间提出了各种不同的算法原理和分析方法。

但是限于计算机硬件的制造水平以及价格过高，故当时还不具备商业性地生产这类保护装置的条件。

早期的研究工作是以小型计算机为基础的，出于经济上的考虑，曾试图用一台小型计算机来实现多个电气设备或整个变电站的保护功能。

这种想法使可靠性难以得到保证，因为一旦当该台计算机出现故障，所有的被保护设备都将失去保护，同时，按照当时计算机的接口条件和内部资源来说，也无法实现这种设想。

到了70 年代末期，出现了一批功能足够强的微型机，价格也大幅度降低，因而无论在技术上还是经济上，已具备用一台微型机来完成一个电气设备保护功能的条件。

甚至为了增加可靠性，还可以设置多重化的硬件，用几台微型机互为备用地构成一个电气设备的保护装置，从而大大提高了可靠性。

美国电气和电子工程师学会（IEEE）的教育委员会在1979 年曾组织过一次世界性的计算机保护研究班（其讲义有中译本[4]）。

这个研究班之后，世界各大继电器制造商都先后推出了各种定型的商业性微机保护装置产品。

由于微机保护装置具有一系列独特的优点，这些产品问世后很快受到用户的欢迎。

国内在微型机保护方面的研究工作起步较晚，但进展却很快。

1984 年国内第一套微机距离保护样机在经过试运行后，通过了科研鉴定[5]。