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1、第五章第五章 微机保护的可靠性措施微机保护的可靠性措施5.1 概述一、微机保护可靠性的含义一、微机保护可靠性的含义（1 1）不误动；）不误动；（2 2）不拒动。）不拒动。二、影响微机保护可靠性的因素二、影响微机保护可靠性的因素（1 1）微机保护的抗干扰问题；）微机保护的抗干扰问题；（2 2）装置内部元件出现损坏时的对策。）装置内部元件出现损坏时的对策。三、电磁干扰三、电磁干扰由由于于继继电电保保护护装装置置的的工工作作环环境境，电电磁磁干干扰扰是是严严重重的的。在在抗抗干干扰扰方方面面，微微机机保保护护有有它它的的独独到到之之处处，可可以以采采取取一一系系列列常常规规保保护护所所无无法法实实现
2、现的的抗抗干干扰扰措措施施，国国内内外外的的实实践践都都已已证证明明微微机机保保护是高度可靠的。护是高度可靠的。5.2 干扰来源和窜入微机弱电系统的途径一、干扰源一、干扰源1 1、外外部部干干扰扰：与与系系统统结结构构无无关关而而是是由由使使用用条条件件和和外外部部环环境境因因素所决定的干扰素所决定的干扰（1 1）由其它物体和设备辐射的电磁波）由其它物体和设备辐射的电磁波（2 2）由其它物体和设备产生的强电场或强磁场）由其它物体和设备产生的强电场或强磁场（3 3）来自电源的工频干扰）来自电源的工频干扰2 2、内内部部干干扰扰：由由系系统统结结构构、元元件件布布局局和和生生产产工工艺艺等等所所决
3、决定定的的干扰干扰（1 1）杂散电感和电容的结合引起的不同信号感应）杂散电感和电容的结合引起的不同信号感应（2 2）长线传输造成电磁波的反射）长线传输造成电磁波的反射（3 3）多点接地造成的电位差干扰等）多点接地造成的电位差干扰等二、干扰形式及耦合途径二、干扰形式及耦合途径1 1、差模干扰、差模干扰定义：定义：是串联于信号源之中的干扰。是串联于信号源之中的干扰。原因：原因：（1 1）长线传输的互感）长线传输的互感（2 2）分布电容的相互干扰）分布电容的相互干扰（3 3）工频干扰）工频干扰措施：措施：防频率混叠的模拟低通滤波防频率混叠的模拟低通滤波 能很好地吸收差模浪涌。能很好地吸收差模浪涌。差
4、模干扰信号：干扰形式及耦合途径干扰形式及耦合途径2 2、共模干扰、共模干扰定义：定义：是引起回路对地电位发生变化的干扰。是引起回路对地电位发生变化的干扰。可能传播途径及应对措施可能传播途径及应对措施：（1 1）装装置置对对外外引引线线端端子子和和机机壳壳之之间间的的共共模模干干扰扰硬硬件件设设计计保保证证各各外外接接端端子同微机弱电系统之间没有电的联系；子同微机弱电系统之间没有电的联系；（2 2）电电路路的的分分布布电电容容微微机机保保护护的的结构布局必须谨慎；结构布局必须谨慎；弱弱电电系系统统的的插插件件远远离离同同外外界界端端子子有直接联系的各插件；有直接联系的各插件；装装置置后后底底板板
5、的的配配线线也也应应当当使使强强电电和弱电严格分开。和弱电严格分开。（3 3）电源线和机壳之间的共模干扰）电源线和机壳之间的共模干扰共模干扰信号：二、防止电磁干扰进入微机保护弱电系统的措施二、防止电磁干扰进入微机保护弱电系统的措施差差模模干干扰扰对对微微机机保保护护的的威威胁胁一一般般不不大大，至至于于作作用用在在装装置置对对外外引引线线端端子子和和机机壳壳之之间间的的共共模模干干扰扰，可可以以通通过过微微机机保保护护各各外外接接端端子子同微机弱电系统之间增加隔离来进行抑制。同微机弱电系统之间增加隔离来进行抑制。由由于于共共模模浪浪涌涌频频率率高高，前前沿沿很很陡陡的的特特点点使使它它可可以以
6、顺顺利利通通过过电电路路的的各各种种分分布布电电容容而而窜窜人人弱弱电电系系统统，而而浪浪涌涌的的幅幅度度可可能能很很大大，微微弱弱的的耦耦合合也也可可能能足足以以造造成成微微型型机机工工作作出出错错。应应当当将将弱弱电电系系统统的的插插件件远远离离同同外外接接端端子子有有直直接接联联系系的的各各插插件件（电电压压形形成成回回路路、开开关量输入和输出回路等），严格使强电和弱电分开。关量输入和输出回路等），严格使强电和弱电分开。三、微机保护弱电系统电源零线的接地分析三、微机保护弱电系统电源零线的接地分析弱弱电电电电源源线线和和干干扰扰源源之之间间总总有有一一定定的的耦耦合合，而而它它又又直直接接
7、连连到到微微型机的各个部分，所以它是一个传递干扰的主要途径。型机的各个部分，所以它是一个传递干扰的主要途径。电源线传递共模干扰的方式和其零线是否接机壳有关。电源线传递共模干扰的方式和其零线是否接机壳有关。（1 1）电源零线直接接机壳）电源零线直接接机壳（2 2）电源零线浮空）电源零线浮空1 1、电源零线直接接机壳、电源零线直接接机壳微微机机弱弱电电系系统统在在B B点点接接机机壳。壳。微机保护弱电系统电源零线的接地分析微机保护弱电系统电源零线的接地分析2 2、电源零线浮空、电源零线浮空微微型型机机电电源源的的零零线线不不连连机机壳壳，并并且且尽尽量量减减小小电电源源线线和和机机壳壳之之间间的的
8、分分布布电电容容，则则由由于于干干扰扰造造成成的的流流过过电电源源线线的的浪浪涌涌电电流流可可以以大大大减小。大减小。但但是是，微微型型机机弱弱电电路路中中其其他他部部分分同同机机壳壳之之间间的的分分布布电电容容总总是是存存在的。在的。是是共共模模干干扰扰。C3C3、C4C4是是与机壳之间的分布电容。与机壳之间的分布电容。在在高高频频干干扰扰作作用用下下，电电源源零零线线相相对对于于机机壳壳的的电电位位可可能能瞬瞬时时发发生变化。生变化。将将印印制制板板周周围围都都用用电电源源零零线线或或+5V+5V线线封封闭闭起起来来，更更好好的的办办法法是是采用多层印制板。采用多层印制板。四、电磁干扰进入
9、微机弱电系统的后果四、电磁干扰进入微机弱电系统的后果虽虽然然采采用用了了硬硬件件上上的的隔隔离离等等措措施施，电电磁磁干干扰扰还还是是有有可可能能进进入入微微机弱电系统。其引起的后果：机弱电系统。其引起的后果：（1 1）“读读”或或“写写”出错，使得计算或逻辑错误出错，使得计算或逻辑错误（2 2）程序出格）程序出格（3 3）元件损坏）元件损坏5.3 抗干扰措施抗干扰措施一、微机保护抗干扰的措施一、微机保护抗干扰的措施1 1、硬件采取的措施（第一道防线）、硬件采取的措施（第一道防线）最最重重要要的的抗抗干干扰扰措措施施是是防防止止干干扰扰进进入入微微型型机机弱弱电电系系统统，也也就就是是前前面面
10、介介绍绍过过的的各各种种隔隔离离、屏屏蔽蔽、合合理理布布局局和和配配线线以以及及减减弱弱电源线传递干扰等方法。电源线传递干扰等方法。装装置置外外部部连连接接电电缆缆的的典典型型设设计计是是采采用用带带屏屏蔽蔽层层的的电电缆缆，且且屏屏蔽层可靠接入地网。蔽层可靠接入地网。2 2、微机软件上采取的措施（第二道防线）、微机软件上采取的措施（第二道防线）电电磁磁干干扰扰突突破破了了第第一一道道防防线线，造造成成了了微微型型机机工工作作出出错错，也也决决不能允许它导致保护误动作或拒动，而应能自动地纠正。不能允许它导致保护误动作或拒动，而应能自动地纠正。二、微机保护软件上的抗干扰措施二、微机保护软件上的抗
11、干扰措施1 1、对输入采样值的抗干扰纠错、对输入采样值的抗干扰纠错利用某些输入量之间存在着的可以利用的规律利用某些输入量之间存在着的可以利用的规律2 2、运算过程的校核纠偏复算、运算过程的校核纠偏复算数据窗移位后复算数据窗移位后复算微机保护软件上的抗干扰措施微机保护软件上的抗干扰措施3 3、出口的闭锁、出口的闭锁（1 1）不允许一条指令就出口）不允许一条指令就出口（2 2）中间加入核对程序）中间加入核对程序4 4、程序出格的自恢复、程序出格的自恢复用用专专用用的的硬硬件件电电路路来来检检测测程程序序出出格格，并并实实现现自自动动恢恢复复正常。正常。自动检测自动检测一、微机保护的自动检测一、微机
12、保护的自动检测提提高高微微机机保保护护可可靠靠性性的的另另一一个个重重要要课课题题是是研研究究装装置置内内部部有有元元件件损损坏坏时时的的后后果果及及对对策策。从从可可靠靠性性的的角角度度希希望望能能做做到到任任一一元元件件损损坏坏时时都都不不会会引引起起误误动动作作，并并且且应应能能立立即即自自动动检检测测到到而而发发出出警警报报，以以便便及及时时得得到到相相应应的的处处理理，并并防防止止由由于于元元件件损损坏坏未未被被发发现现，使使保护在应该动作时拒动。保护在应该动作时拒动。实实际际上上，在在正正常常运运行行时时，微微型型机机在在两两个个相相邻邻采采样样间间隔隔时时间间内内总总有有一一部部
13、分分处处于于等等待待下下一一个个采采样样时时刻刻到到来来的的富富裕裕时时问问。因因此此还还可可以以利利用用这这一一段段时时间间循循环环地地执执行行一一个个自自检检程程序序，对对装装置置各各部部份份进进行行检检测测。通通常常可可以以准准确确地地查查出出损损坏坏元元件件的的部部位位，打打印印或或显显示示出出相应的信息，并可以通知运行人员、远传到调度端。相应的信息，并可以通知运行人员、远传到调度端。二、微机保护中自动检测的方法二、微机保护中自动检测的方法1 1、RAMRAM、FLASHFLASH的自动检测的自动检测通通过过对对该该RAMRAM地地址址写写入入全全“零零”00H”00H（H H表表示示
14、1616进进制制，这这里里假假定定是是用用8 8位位机机按按字字检检测测）和和全全“1”“1”检测是否良好。检测是否良好。RAMRAM、FLASHFLASH（闪闪存存）都都是是可可写写可可读读的的存存储储器器件，自检方法一样。件，自检方法一样。2 2、程序和定值的自动检测、程序和定值的自动检测在在微微型型机机中中，程程序序、定定值值和和常常数数都都是是以以“数数”的的形形式式出出现现的的，且且存存储储在在不不易易被被改改变变的器件中，如的器件中，如EPROMEPROM、E2PROME2PROM、ROMROM。采用校验码进行校验。采用校验码进行校验。（1 1）求和）求和（2 2）循环冗余码）循环
15、冗余码微机保护中自动检测的方法微机保护中自动检测的方法3 3、数据采集系统的自动检测、数据采集系统的自动检测检测对象主要是采样保持器、模拟量多路开关和模数转换器。检测对象主要是采样保持器、模拟量多路开关和模数转换器。可可以以专专设设一一路路采采样样通通道道用用作作自自检检。常常用用的的方方法法是是将将装装置置的的+5V+5V稳稳压压电电源源接接至至这这一一路路采采样样通通道道，经经过过多多路路开开关关和和模模数数转转换换后后，输入微型机系统。输入微型机系统。4 4、开关量输入通道的自动检测、开关量输入通道的自动检测主要是指对各光电耦合器件及传送开关量的并行接口的检测。主要是指对各光电耦合器件及
16、传送开关量的并行接口的检测。（1 1）人工操作的各类开关：监视）人工操作的各类开关：监视（2 2）外部继电器或自动装置的接点：双重化）外部继电器或自动装置的接点：双重化5 5、开关量输出回路的自动检测、开关量输出回路的自动检测开开关关量量输输出出回回路路的的自自检检测测功功能能应应设设置置在在最最高高优优先先级级的的中中断断服服务务程序中，否则将导致出口继电器误吸合而误动。程序中，否则将导致出口继电器误吸合而误动。5.5 5.5 多重化和容错技术多重化和容错技术一一旦旦保保护护装装置置由由于于有有元元件件损损坏坏而而退退出出工工作作时时，如如果果没没有有多多重重化化或或容容错错能能力力，则则被
17、被保保护护对对象象将将失失去去保保护护，这这也也是是不不允允许许的的。因因此，对于重要的保护对象，通常采样双重化配置的方案。此，对于重要的保护对象，通常采样双重化配置的方案。硬硬件件的的各各部部分分都都设设有有三三套套（三三个个微微型型机机、三三套套RAMRAM、三三套套数数据据采采集集系系统统等等），它它们们同同步步工工作作，并并设设有有逻逻辑辑表表决决机机构构，自自动动地地对对三三套套硬硬件件的的每每一一步步操操作作进进行行比比较较，按按三三取取二二表表决决。如如果果任任一一部部分分硬硬件件发发生生损损坏坏，就就会会通通过过表表决决机机构构判判别别出出损损坏坏部部分分而而报报警警，而整个系
18、统仍可以不间断工作。而整个系统仍可以不间断工作。第六章微机保护程序流程6.1 6.1 概述概述一、微机保护的流程图一、微机保护的流程图程序流程图是人们对解决问题的方法、思路或算法的一种描述。微机保护的流程图能够比较直观、形象、清楚地反映保护的工作过程和逻辑关系。流程图的优点：（a）采用简单规范的符号，画法简单；（b）结构清晰，逻辑性强；（c）便于描述，容易理解。5 52 2 程序流程的基本结构程序流程的基本结构一、中断功能的作用一、中断功能的作用为为了了满满足足实实时时系系统统的的快快速速性性和和实实时时性性要要求求，微微型型机机的的中中断断机机制是一种很有效的实现手段之一。制是一种很有效的实
19、现手段之一。中断的作用中断的作用当当各各种种参参数数、信信息息、活活动动等等需需要要及及时时处处理理时时，可可以以在在任任意意时时刻刻向向微微机机发发出出中中断断请请求求，要要求求微微型型机机快快速速响响应应，达达到到快快速速处处理理的的目目的的。实实现现微微型型机机和和其其他他设设备备同同时时工工作作，并并实实现现对对异异常常情况的自行处理情况的自行处理中断源中断源中断优先级别中断优先级别二、程序流程的基本结构二、程序流程的基本结构三种典型的流程结构：（1）顺序结构（2）切换结构（3）混合结构6.3 电流保护流程图电流保护的流程电流保护的流程在在微微机机电电流流保保护护中中，大大致致包包括括
20、系系统统程程序序流流程程和和中中断断服服务务程程序序流程。流程。（1 1）系统程序；）系统程序；（2 2）定时中断服务程序；）定时中断服务程序；（3 3）其它中断服务程序。）其它中断服务程序。一、系统程序的流程（主程序流程）一、系统程序的流程（主程序流程）1、初始化（1）对硬件电路所设计的可编程并行接口进行初始化（2）是读取所有开关量输入的状态，并将其保存在规定的RAM或FLASH地址单元内，以备以后在自检循环时，不断监视开关量输入是否有变化（3）对装置的软硬件进行一次全面的自检（4）在经过全面自检后，应将所有标志字清零（5）进行数据采集系统的初始化 2、系统程序的其它程序（1）开放中断（2）
21、自检循环，包括软硬件自动检测、人机对话、定值显示和修改、报文发送。二、中断服务程序的流程二、中断服务程序的流程1、初始化（1）控制数据采集系统，将各模拟输入量的信号转换成数字量的采样值，然后存入RAM区的循环寄存器中（2）时钟计时功能（3）计算保护功能中用到的所有测量值（4）将测量电流与段电流定值进行比较（5）在电流段的功能之后，执行电流段的功能（6）电流段的功能、逻辑和比较过程均与电流段相似（7）当、段的电流测量元件都不动作时，再控制出口回路，使出口继电器处于都不动作状态，达到收回跳闸命令的目的 三、系统程序和中断服务程序的关系三、系统程序和中断服务程序的关系在微型机开中断后，每间隔一个Ts
22、，定时器就会发出一个采样脉冲，随即产生中断请求。于是微型机先暂停一下系统程序，转而执行一次中断服务程序，以保证对输入模拟量的实时采集。四、电流保护中的方向元件四、电流保护中的方向元件1.方程比较法根据测量得到的电压相量和电流相量判断短路方向。，最大灵敏角是0。，最大灵敏 角是。电流保护中的方向元件电流保护中的方向元件2.虚拟阻抗法利用相量 和 ，求出阻抗 。动作条件为：五、提高电流保护灵敏度的方法五、提高电流保护灵敏度的方法三相短路和两相短路的特征（1）三相短路时（2）两相短路时（3）星/三角变压器后发生两相短路，已有 ，电流保护 的灵敏度已经得到提高，本方案不考虑这种情况线路上发生两相短路的
23、条件为：提高电流保护灵敏度的方法提高电流保护灵敏度的方法6.4 6.4 高压线路保护流程图高压线路保护流程图一、高压线路保护的程序流程一、高压线路保护的程序流程高压线路的运行方式多变、复杂，高压线路保护需要考虑许多特殊的情况，因而高压线路保护的程序流程图比较复杂。其基本程序流程也包括：（1）系统程序；（2）定时中断服务程序；（3）其它中断服务程序。高压线路保护的程序流程高压线路保护的程序流程（1）与电流保护流程相同部分不再重复介绍（2）初始化结束后，控制程序进入振荡闭锁方式 在数据采集系统刚开始工作时，没有历史数据，所以，突变量启动元件就很容易在正常负荷电流情况下启动，而此时，没有任何记忆分量
24、能够参与保护功能的判别 刚合上直流电源时，如果电力系统正在振荡，那么，突变量启动元件也可能要误动作 高压线路保护的程序流程高压线路保护的程序流程（1）系统正常运行 系统在正常运行时，启动元件不动作，中断服务程序主要进行数据采集、计算各种测量参数、启动元件判别和数据自检功能，处于监视电力系统是否发生短路的状态，是否出现静稳破坏。系统流程则执行人机对话、定值管理、显示、通讯和各种软硬件自检等功能。（2）本线路发生短路。本线路发生短路时，启动元件检测出系统发生了短路，于是，一方面驱动启动继电器，开放出口回路的负电源端（参见图137），同时，启动收发讯机（以高频闭锁方式为例）；另一方面，设置启动标志，表明启动元件已经动作了。（3）非本线路短路；（4）静稳破坏。三、典型模块的流程三、典型模块的流程（一）突变量启动电流突变量作为主要的启动元件，监视绝大部分的故障再用相电流和零序电流作为辅助启动元件，监视大过渡电阻接地等极少数电流变化较缓慢的故障。