《继电10-微机保护概述.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《继电10-微机保护概述.ppt（48页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、继电10-微机保护概述 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望l硬件组成硬件组成l数据采集系统原理数据采集系统原理l基本算法基本算法l软件结构软件结构知识点知识点：2022/12/7l掌握硬件、软件的作用，基本原理。掌握硬件、软件的作用，基本原理。l用计算机方法实现继电保护，在实践中提用计算机方法实现继电保护，在实践中提高对微机保护的认识。高对微机保护的认识。l要将保护的基本算法与具体继电保护原理要将保护的基本算法与具体继电保护原理结合，要利用微机来实现基
2、本算法。结合，要利用微机来实现基本算法。l理论联系实践，要既动脑也动手。理论联系实践，要既动脑也动手。学习方法学习方法2022/12/7l调试调试简单、简单、维护方便；维护方便；微机保护测试仪微机保护测试仪的应用，缩短了调试时间。的应用，缩短了调试时间。l可靠性高；可靠性高；有自诊断能力、纠错能力。有自诊断能力、纠错能力。l保护保护性能性能更加完更加完善；善；可以实现复杂继电可以实现复杂继电保护原理，如任意形状阻抗继电器。保护原理，如任意形状阻抗继电器。l可以提供更多信息；可以提供更多信息；可以可以在系统故障后在系统故障后提供多种信息。提供多种信息。l灵活性灵活性大大；保护保护功能功能由软件决
3、定由软件决定，硬件，硬件通用。通用。1.5.1 1.5.1 微机保护微机保护装置装置的的特点特点 2022/12/71.5.21.5.2 微机保护硬件微机保护硬件部分的部分的构成及作用构成及作用2022/12/7l数据采集系统（或称数据采集系统（或称模拟量输入系统）模拟量输入系统）l微型机主系统（或称微型机主系统（或称CPU主系统）主系统）l开关量输入开关量输入/输出回路输出回路l通信回路通信回路l电源回路电源回路1.1.微机保护硬件微机保护硬件部分的构成部分的构成将交流模拟量转换为将交流模拟量转换为CPU能够处能够处理的数字量。理的数字量。基本通用的微机主系统。基本通用的微机主系统。完成各种
4、保护的出口跳闸、信号完成各种保护的出口跳闸、信号指示、外部接点输入等。（接点指示、外部接点输入等。（接点状态或高低电平的处理。）状态或高低电平的处理。）实现保护之间的通信及远动，便实现保护之间的通信及远动，便于实现综合自动化。于实现综合自动化。为整个装置提供直流电源。（开为整个装置提供直流电源。（开关电源，要强调抗干扰。）关电源，要强调抗干扰。）2022/12/7l数据采集系统（或称模拟量输入系统）数据采集系统（或称模拟量输入系统）l微型机主系统（或称微型机主系统（或称CPU主系统）主系统）l开关量输入开关量输入/输出回路输出回路l通信回路通信回路l电源回路电源回路2022/12/7 数据采集
5、系统 开关量输入输出系统开关量输入输出系统 人机对话微机保护硬件微机保护硬件构构成成2022/12/7数据采集系统（或称模拟量输入系统）数据采集系统（或称模拟量输入系统）：将将交流模拟量转换为交流模拟量转换为CPU能够处理的数字量。能够处理的数字量。微型机主系统（或称微型机主系统（或称CPU主系统）主系统）：基本基本通用的微机主系统。通用的微机主系统。2022/12/7开关量输入开关量输入/输出回路输出回路：完成各种保护的出口完成各种保护的出口 跳闸、信号指示、外部接点输入等。（接点跳闸、信号指示、外部接点输入等。（接点状态或高低电平的处理。）状态或高低电平的处理。）通信回路通信回路：实现保护
6、之间的通信及远动，实现保护之间的通信及远动，便于实现综合自动化。便于实现综合自动化。电源回路电源回路：为整个装置提供直流电源。为整个装置提供直流电源。（开关电源）（开关电源）2022/12/7l基于逐次逼近型基于逐次逼近型A/D转换的采集系统转换的采集系统l基于电压基于电压/频率变换（频率变换（VFC）原理进行）原理进行A/D变换变换的采集系统的采集系统2 2.数据采集系统数据采集系统前者包括：电压形成回路、模拟低通滤波器（前者包括：电压形成回路、模拟低通滤波器（ALFALF）、）、采样保持回路（采样保持回路（S/HS/H）、多路转换开关电路（）、多路转换开关电路（MPXMPX）及）及模数转换
7、回路（模数转换回路（A/DA/D）后者包括：电压形成、后者包括：电压形成、VFCVFC回路、计数器回路、计数器两者各有优点，前者便于满足精度，后者不需要滤波两者各有优点，前者便于满足精度，后者不需要滤波与采样保持电路与采样保持电路2022/12/7电压变换、电压变换、屏蔽和隔离屏蔽和隔离 滤除高频，降滤除高频，降低采样频率低采样频率逐次逼近逐次逼近式式A/DA/D转换方式转换方式在某一时刻，测量模拟信号的瞬时值，在某一时刻，测量模拟信号的瞬时值，并且在并且在A/D转换期间保持不变。转换期间保持不变。将各通道的模拟将各通道的模拟信号分时送入信号分时送入A/D转换器转换器逐次逼近原理逐次逼近原理2
8、022/12/7电压变换、电压变换、屏蔽和隔离屏蔽和隔离基于压频变换（VFC）方式电压转化为电压转化为频率频率 对脉冲计数，从而完对脉冲计数，从而完成对电压的测量成对电压的测量2022/12/7类型：类型：l电流变换器（电流变换器（UA）l电压变换器（电压变换器（UV）l电抗变换器（电抗变换器（UR）（1 1）电压形成回路）电压形成回路作用：作用：TA、TV二次侧电流电压较大，变二次侧电流电压较大，变化范围也较大，为适应模数转换器化范围也较大，为适应模数转换器的转换要求将交流模拟量变换为适的转换要求将交流模拟量变换为适当值，以满足精度要求。当值，以满足精度要求。屏蔽和隔离，屏蔽和隔离，防止防止
9、TA、TV二次侧二次侧过电压损坏保护装置。过电压损坏保护装置。基于逐次逼近式基于逐次逼近式A/DA/D转换的转换的模拟量输入系统模拟量输入系统2022/12/7有源有源ALFALF无源无源ALFALF由由RCRC网络加上运算放大器构成，其特性较稳定，网络加上运算放大器构成，其特性较稳定，不受时间、温度变化的影响，可以避免采用大电不受时间、温度变化的影响，可以避免采用大电容，有好的特性及快的速度。容，有好的特性及快的速度。无源滤波器通常是由无源滤波器通常是由RLCRLC等元件组成，滤波特性受等元件组成，滤波特性受温度变化发生漂移，而且保护带来延时。温度变化发生漂移，而且保护带来延时。无源电路特性
10、（2 2）模拟低通滤波器）模拟低通滤波器ALFALF2022/12/7模拟低通滤波器（模拟低通滤波器（ALF）的作用：）的作用：滤除输入信号中滤除输入信号中fs2以上的频率以上的频率分量，降低采样频率。分量，降低采样频率。2022/12/72022/12/7采样：将一个连续时间信号采样：将一个连续时间信号x(t)变成离散时间信号变成离散时间信号x*(t)。（3 3）采样保持（）采样保持（S/HS/H）电路）电路TS采样周期采样周期fS=1/TS采样频率采样频率工频每周期采样点数工频每周期采样点数N为：为：T工频周期，工频周期，20msf=1/T工频频率，工频频率，50HZ2022/12/7保持
11、：为保证各通道采样的保持：为保证各通道采样的同时性，在等待模数转换同时性，在等待模数转换的过程中，必须保持采样的过程中，必须保持采样值不变。值不变。（3 3）采样保持（）采样保持（S/HS/H）电路）电路粉红色为理想值，粉红色为理想值，红色为实际值。红色为实际值。2022/12/7要求：要求：1、截获时间尽量短，特别是对快速变化的、截获时间尽量短，特别是对快速变化的输入信号采样更应保证这一点；输入信号采样更应保证这一点；2、保持时间要长；、保持时间要长；3、模拟开关的动作延时、闭合电阻和开断、模拟开关的动作延时、闭合电阻和开断时的泄漏电流要小。时的泄漏电流要小。（3 3）采样保持（）采样保持（
12、S/HS/H）电路）电路采样电子开关要求要求1：CH越小越好越小越好要求要求2：CH越大越好越大越好保持电容保持电容CH的大的大小应当如何确定小应当如何确定呢？呢？2022/12/7离散信号怎样才能真实反应被采样的连续信号，若离散信号怎样才能真实反应被采样的连续信号，若要求不丢失信息，应满足什么条件？要求不丢失信息，应满足什么条件？采样频率采样频率问题？问题？被采样信号被采样信号x(t)的频率为的频率为f0，TS为采样周期，为采样周期，fS为采样频率为采样频率混叠混叠正确432022/12/7若要不丢掉信息地对输入信号进行采样，就必须满若要不丢掉信息地对输入信号进行采样，就必须满足足fs2f0
13、。采样频率采样频率结论结论采样定理采样定理若输入信号若输入信号x(t)含有各种频率成份，其最高含有各种频率成份，其最高频率为频率为fmax，若要对其不失真地采样，或者，若要对其不失真地采样，或者采样后不产生频率混叠现象，采样频率必采样后不产生频率混叠现象，采样频率必须不小于须不小于2fmax，即，即fs2fmax。采用模拟低通采用模拟低通ALF的原因：降低采样频率。的原因：降低采样频率。限于限于CPU运算速度，要限制输入信号的最高频率，运算速度，要限制输入信号的最高频率，只需在采样前用一个模拟低通滤波器（只需在采样前用一个模拟低通滤波器（ALF），），滤除滤除fs2以上的频率分量。以上的频率分
14、量。2022/12/7目前绝大多数微机保护的采样周期目前绝大多数微机保护的采样周期Ts为为5/6ms或或5/3ms，即采样频率为，即采样频率为1200Hz或或600Hz。采样频率采样频率微机保护现状微机保护现状每周期采样每周期采样N=24点或点或12点。点。2022/12/7（4 4）模拟多路转换开关（）模拟多路转换开关（MPXMPX）模拟量输入通道公用一个模拟量输入通道公用一个A/DA/D芯片芯片多路转换开关是电子型的，通道切换受微机控制。多路转换开关是电子型的，通道切换受微机控制。译码/驱动器ENA1A2A3A0AS1AS15AS015V+15Vui0ui1ui15uout2022/12/
15、7lADC的基本原理的基本原理（5 5）模数转换器（）模数转换器（ADCADC回路）回路）将输入的离散模拟量将输入的离散模拟量u u*(t)(t)与基与基准电压准电压U UR R进行比较，按照四舍进行比较，按照四舍五入的原则，编成二进制代码五入的原则，编成二进制代码的数字信号。的数字信号。将数字量将数字量D D转换成模拟量。转换成模拟量。l数模转换器数模转换器2022/12/7l二分法举例二分法举例ADC的基本原理已知某物品价格在已知某物品价格在0-64元间（元间（31元），猜一猜元），猜一猜该物品价格（精确到该物品价格（精确到1元）。元）。第1次第2次第3次第4次第6次第5次32162428
16、3130高低低低结束低64是基准值；最多6次，2664；精度64/26 1元。2022/12/7l逐次逼近逐次逼近ADC原理原理ADC的基本原理参考电压参考电压UR，ADC位数位数N位，输入电压位，输入电压Ui，则最多需要比较则最多需要比较N次，精度为次，精度为UR/2N。第1次第2次第N次100000100001101高，1改0低，1保持结束第3次01100低模数转换器的位数越多即模数转换器的位数越多即N值越值越大，则模数转换器分辨率与转换大，则模数转换器分辨率与转换的精度越高。的精度越高。2022/12/7用于将上述用于将上述ADC过程中数字量转化为模拟量与输入电过程中数字量转化为模拟量与
17、输入电压进行比较。压进行比较。DAC数模转换原理可见，输出模拟电可见，输出模拟电压正比于输入的数压正比于输入的数字量字量D。2022/12/7模数转换器回路逻辑较快的二分逼近方法，较快的二分逼近方法，N N位转换器只要比较位转换器只要比较N N次，比较的次数与输次，比较的次数与输入模拟量的值无关。入模拟量的值无关。2022/12/7l查询方式查询方式数据采集系统与微机接口靠靠CPUCPU查询查询ADAD转换是否结束转换是否结束ADAD转换结束向转换结束向CPUCPU发出中断请求发出中断请求ADAD转换结果直接存入内存转换结果直接存入内存l中断方式中断方式lDMA2022/12/7l微处理器微处
18、理器CPUl存储器存储器l并行口并行口l串行口串行口l定时定时/计数器等计数器等3.3.微微型型机主系统机主系统存储器包括：存储器包括：EPROMEPROM用于存放保护程序，即用于存放保护程序，即软件软件RAMRAM用于存放运算的中间结果用于存放运算的中间结果。EEPROMEEPROM用于存放保护定值，用于存放保护定值，也可采用也可采用FLASHFLASH来存放。来存放。微型机主系统：微型机主系统：CPU执行存放在执行存放在EPROM中的中的程序，对由数据采集系统输入至程序，对由数据采集系统输入至RAM区的数据进行区的数据进行分析处理，并与存放于分析处理，并与存放于EEPROM中的定值进行比较
19、，中的定值进行比较，以完成各种保护功能。以完成各种保护功能。2022/12/7l开关量输入回路开关量输入回路4.4.开关量输入输出回路开关量输入输出回路电平接点直接接入并行口电平接点直接接入并行口外部接点要采取抗干扰措施，外部接点要采取抗干扰措施，如光耦的隔离如光耦的隔离2022/12/7l开关量输出回路开关量输出回路电平接点并行口直接输出电平接点并行口直接输出外部接点要采取抗干扰措施，如光耦隔离、防止误输出外部接点要采取抗干扰措施，如光耦隔离、防止误输出2022/12/75.通信接口通信接口通信回路通信回路：实现保护之间的通信及远动，实现保护之间的通信及远动，便于实现综合自动化。便于实现综合
20、自动化。2022/12/76.电源电源电源回路电源回路：为整个装置提供直流电源为整个装置提供直流电源。2022/12/71.5.3 微机保护软件微机保护软件部分的构成部分的构成l构成：构成：监控程序监控程序、运行程序。运行程序。l监控程序包括对人机接口键盘命令监控程序包括对人机接口键盘命令处理程序及为插件调试、整定设置处理程序及为插件调试、整定设置显示等配置的程序。显示等配置的程序。l运行程序就是指保护装置在运行状运行程序就是指保护装置在运行状态下所需执行的程序。态下所需执行的程序。2022/12/7a）主主程程序序。包包括括初初始始化化，全全面面自自检检、开开放放及及等待中断等；等待中断等；
21、b）中中断断服服务务程程序序。通通常常有有采采样样中中断断、串串行行口口中中断断等等。前前者者包包括括数数据据采采集集与与处处理理、保保护护起起动动判判定定等等，后后者者完完成成保保护护CPU与与保保护护管管理理CPU之之间间的的数数据据传传送送。例例如如，保保护护的的远远方方整整定定、复复归归、校校对对时时间间或或保保护护动动作作信信息息的上传等。的上传等。c）故故障障处处理理程程序序。在在保保护护起起动动后后才才投投入入，用用以进行保护特性计算、判定故障性质等。以进行保护特性计算、判定故障性质等。微机保护运行程序一般可分为三部分。微机保护运行程序一般可分为三部分。2022/12/7（1）主
22、程序主程序 给给保保护护装装置置上上电电或或按按复复归归按按钮钮后后，进进入入程程序序入入口口，首首先先进进行行必必要要的的初初始始化化（初初始始化化一一）。如如堆堆栈栈寄寄存存器器赋赋值值、控控制制口口的的初初始始化化、查查询询面面板板上上开开关关的的位位置置（如如在在调调试试位位置置进进入入监监控控程程序序，否否则则进进入入运运行行状状态态）。然然后后，CPU开开始始运运行行状状态态所所需需的的各各种种准准备备工工作作（初初始始化化二二）。首首先先是是往往并并行行控控制制口口写写数数，让让所所有有继继电电器器处处于于正正常常位位置置。然然后后，询询问问面面板板上上定定值值切切换换开开关关的
23、的位位置置，按按照照定定值值套套号号从从EEPROM中中取取出出定定值值，放放至至规规定定的的定定值值RAM区区。准准备备好好定定值值后后，CPU将将对对装装置置各各部部分分进进行行全全面面自自检检，在在确确认认一一切切良良好好后后才才允允许许数数据据采采集集系系统统开开始始工工作作完完成成采采样样系系统统初初始始化化后后，开开放放采采样样定定时时器器中中断断和和串串行行口口中中断断，等等待待中中断断发发生生后后转转入入中中断断服服务务程程序序。若若中中断断时时刻刻未未到到，就就进进入入循循环环状状态态（故故障障处处理理程程序序结结束束后后也也经经整整组组复复归归后后进进入入此此循循环环状状态
24、态）。它它不不断断进进行行循循环环自自检检及及专专用用自自检检项项目目。如如果果保保护护有有动动作作或或自自检检报报告告，则则向向管管理理CPU送送报报告告。全全面面自自检检包包括括有有：RAM区区读读写写检检查查，EPROM中中程程序序和和EEPROM中中定定值值求求和和检检查查，开开出出量量回回路路检检查查等等。通通用用自自检检包包括括有有：定定值值选选择择拨拨轮轮的的监监视视和和开开入入量量的的监监视视等等。专专用用自自检检项项目目依依不不同同的的被被保保护护元元件件或或不不同同保保护护原原理理而而设设置置。例例如如，超超高压线路保护的静稳判定、高频通道检查等。高压线路保护的静稳判定、高
25、频通道检查等。2022/12/7主程序主程序主程序主程序框图框图框图框图 2022/12/7（2）采样中断服务程）采样中断服务程序序l采采样样中中断断服服务务程程序序示示于于图图，主主要要内内容容有：有：l）数据采样及存储；）数据采样及存储；2）电电流流差差突突变变量量起起动动元件；元件；3）电压、电流求和自）电压、电流求和自检。检。采样中断服务程序采样中断服务程序 2022/12/72022/12/7l在在进进入入中中断断服服务务程程序序后后，首首先先关关闭闭其其他他中中断断是是为为了了在在采采样样期期间间不不被被其其他他中中断断打打断断。在在中中断断返返回前则应开中断。回前则应开中断。l电
26、压、电流求和自检用下式实现。若：电压、电流求和自检用下式实现。若：如如果果延延时时60ms后后上上式式一一直直满满足足，则则置置起起动动标标志志QDB=1，程序中断返回时转至故障处理程序。，程序中断返回时转至故障处理程序。2022/12/7（3）故障处理程序故障处理程序l保保护护装装置置起起动动进进入入故故障障处处理理程程序序后后，先先查查电电压压求求和和电电流流求求和和自自检检标标志志，以以确确定定采采样样中中断断服服务务程程序序是是由由于于求求和和自自检检不不通通过过，还还是是相相电电流流差差突突变变量量起起动动元元件件动动作作而而进进入入故故障障处处理理程程序序。若若是是起起动动元元件件
27、动动作作则则需需进进行行故故障障性性质质判判定定以以确确定定保保护护是是否否动动作作。若若是是求求和和自自检检不不通通过过，则则需需进进一一步步判判定定自自检检不不通通过过的的原原因因。若是一次系统故障所致，那么此时应满足：若是一次系统故障所致，那么此时应满足：l这这里里3U0和和3I0由由零零序序电电压压和和电电流流互互感感器器得得到到。故故障障处处理理程序继续进行故障性质的判定。若程序继续进行故障性质的判定。若：l则则表表明明电电压压或或电电流流采采集集通通道道故故障障，需需闭闭锁锁保保护护并并报报警警；下图为一距离保护故障处理程序的简单框图。下图为一距离保护故障处理程序的简单框图。202
28、2/12/7故障处理程序（部分）故障处理程序（部分）2022/12/71.5.4 微机保护的算法微机保护的算法2022/12/7 微机保护的算法微机保护的算法：微机保护装置根微机保护装置根据模数转换器提供的输入电气量的采样据模数转换器提供的输入电气量的采样数据，进行分析、运算和判断，以实现数据，进行分析、运算和判断，以实现各种继电保护功能的方法。各种继电保护功能的方法。评价指标：评价指标：计算精度计算精度响应时间响应时间运算量运算量2022/12/746算法的种类：算法的种类：1.1.根据输入电气量的若干点采样值，根据输入电气量的若干点采样值，通过一定的数学式或方程式计算出通过一定的数学式或方程式计算出保护所反应的量值，然后与定值进保护所反应的量值，然后与定值进行比较。行比较。2.2.不计算出具体的量值，根据动作方不计算出具体的量值，根据动作方程进行判别，确定是否在动作区内。程进行判别，确定是否在动作区内。2022/12/7小 结l微机保护的硬件构成及作用。微机保护的硬件构成及作用。l理解数据采集系统的构成及原理模理解数据采集系统的构成及原理模拟量转化为数字量的方法。拟量转化为数字量的方法。l微机保护的软件构成。微机保护的软件构成。2022/12/7