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微机继电（diàn）保护原理浅析

返回打印来源：仪天成（chéng）电力时间：2017/12/07 阅读：次

　　1.概述（shù）
　　继（jì）电保护是关系着电（diàn）力系统安全运行的关键（jiàn）。继（jì）电保护技术的发（fā）展大（dà）致分为四（sì）个历史阶段：三相电能表现（xiàn）场校验仪能够直接测量并诊断低压电能计量装置（zhì）计量是否正常，并（bìng）可实现多种测试仪器的功能；是（shì）一种性（xìng）价比极高的设备。电磁型、晶体管型（xíng）（又称半导体型或分立元件型）、集成（chéng）电路型、微型计算机型（xíng）。目前，随着微电子技（jì）术的发展，微机型继电保护技术的（de）应（yīng）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（de）优点：
　　（1）改善和提（tí）高继电保护的动作特（tè）性和性能；
　　（2）可靠性大为提（tí）高；
　　（3）内部编程软（ruǎn）接线的（de）方式大大降低了电气二次线路的复杂性；
　　（4）可以充（chōng）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（yì）存（cún）槠功能能很好的实现故障追忆，提高运行管理（lǐ）效率；
　　（6）自检能力强，可以省去每年花费大量（liàng）人力物（wù）力而必须去做（zuò）的（de）继电保护预防性试验，可以保证生产的（de）连续运行；
　　（7）扩展能力强（qiáng）。
　　2.微机（jī）型继电保护装置的硬件（jiàn）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（zhuāng）置是微机控制技（jì）术的应（yīng）用实例（lì）之一。它是以微（wēi）处理（lǐ）器（单片机）为核心，配（pèi）以（yǐ）输入、输出（chū）通道，人（rén）机接口和通讯接口等。
    2.2微机保护装（zhuāng）置（zhì）的输入（rù）输出通道
　　微机保护的输入通道分为模（mó）拟量（liàng）输入通道和开关量输入通道，输（shū）出通道主要为继电（diàn）器逻辑回路。输入通道主要（yào）完成（chéng）电力系统的电压、电流信号（hào）的采集和一次设备的（de）状态量采（cǎi）集（比如断路器的运（yùn）行状态）；而输（shū）出通道主要完成保护跳（tiào）闸信号、告警信号的输（shū）出。
　　2.2.1模拟量输入通道
　　目前，微机（jī）保护的模拟量采集均采用交流（liú）采样技术（shù）。模拟量输入通道主要由模拟（nǐ）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（jiē）构（gòu）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（shì）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）。模拟量输入变换回路的（de）主要任务就是就是将输入的电量进一（yī）步（bù）变换，将二次电量（liàng）值变得更（gèng）小（xiǎo），同时将（jiāng）电流量变为电压量，以适合内部A/D转换的要求。同时，该变换回路还（hái）起着隔离（lí）外部干扰的（de）作用。
　　设计模拟量输入变换回路要注意的几点：①要保证各电流变换器之间、各电压变换器之间及电流、电压变换器之间（jiān）的一次、二次侧相位移保持一致；②变换器的铁芯（xīn）磁（cí）导率要选取得当，保证工作的线性范围；③变换器本（běn）身的损耗要小；④要保证在短路（lù）电流下（xià），变换器（qì）的输出不使A/D发生溢出。
　　2.2.1.2低通滤波器及（jí）采样
　　由于计算机处理的是离散的时间信号，故输入的（de）连（lián）续模拟量必须（xū）要被采样为离散的模拟量。同时（shí），要使采（cǎi）样值能准确无误的反映输入的模拟量，采样频率必须遵循一（yī）定的要求，即采（cǎi）样频率必（bì）须大于原始输入信号中高频率分量的（de）频率的（de）2倍，这就（jiù）是采样定（dìng）理。否则，采样信号将出（chū）现频（pín）率混叠，不能真实反映原始输入信号。
　　系统（tǒng）的故障电流、电压信号中一般含有许多高频分量。而常见的微机保护原理大多（duō）是基于（yú）工频量的。这样，为了避免不必要的抬高采样频率（lǜ），一般微机保护器中都设置了前置低通滤波器。
    2.2.1.3 A/D转换
　　由于计算机只（zhī）对离散的数字（zì）量进行处理，则采样得到的离散的模拟量还要进一步转换为离散的数字量。完（wán）成这一任务的环节即为A/D转换器（模/数转换器）。模数转换过程的实质就是对模拟信号进行（háng）量化和编码的过程（chéng）。
　　根据A/D转换的原理和特点的不同，可将A/D转换分（fèn）为直接转换和间接（jiē）转换两大类。常见的直接转换有逐（zhú）次逼近式A/D、计数式A/D等；间接转换（huàn）有积（jī）分式A/D、V/F式A/D等。
    2.2.2数字量输入输出通道
　　数字信号的输入（rù）输出，主要针对于微机保护（hù）器的人机接口和各种告警信号、跳闸信号及（jí）电度脉冲等。为防止外（wài）部（bù）干扰的窜入（rù），一般在输入输出回路中均采用光（guāng）电隔离（lí）措施。
    2.3 微机保护装（zhuāng）置的数字核（hé）心
　　微机保护装置的数字核心一般由CPU、存储器、定时器/计数器、Wachdog等组成。目前数字核心（xīn）的主流为嵌入式（shì）微（wēi）控制器（MCU），即通常所（suǒ）说的单片机（jī）。MCU一般以（yǐ）某一微处（chù）理器内核为核心，芯片（piàn）内部集成了RAM、ROM、总线、总线逻（luó）辑、定时/计（jì）数器、WachDog、I/O、串行口、A/D、D/A等各种必要的功能和外围（wéi）设备、电路（lù）。一般一个系列的单片机具有多种（zhǒng）衍生产品，它们的微处（chù）理器内核都一样，不同的是（shì）存储器和外设的配置及封装。这样可以使（shǐ）单片机大（dà）限度的和应用相匹配，从而降低成本和（hé）功耗。常见的MCU有MCS-51、MCS-196/296、C166/167、68300等等。
　　随着微电子技术的发展，一些功能更（gèng）为强大、数字（zì）信号处理能力更强的数字（zì）核心将成为微（wēi）机保护装置升级的必然趋势。有代表性的是嵌入式DSP处理器（qì）（EDSP）和嵌入式片上系统（ESOC）。
　　3.微机保护的（de）算法基础
　　微机保护装置根据模数（shù）转换器提供（gòng）的电气（qì）量的采样（yàng）值（zhí）进行分析、运算和逻辑判断，以实现（xiàn）各种继电保护功能的（de）方法成为算（suàn）法。微机（jī）算（suàn）法可分（fèn）为两（liǎng）类。一（yī）类是由（yóu）输入的采样点得出继电保护所必需的（de）电气量的各要素，如（rú）正弦量的幅（fú）值、频率和相角；另一类是以方程和逻辑的形式实现继电保护的动作特性（xìng）。评价（jià）算法优劣的标准是精度和（hé）速度。算法的速（sù）度包（bāo）括两方面：一是算法所要求的采样点数（数据窗长度），二是算法的工作量。另外，为了（le）保证信号的正确（què）性，相应的数字滤波也是非常必要的。
　　对于求取电气量的各要（yào）素（sù）的算法，主要有：①两点乘积（jī）算法；②导数算法；③积分算法；④傅式算法；⑤小二乘法。其（qí）中，以傅式算法应用较为广泛。该算法的数据窗长度为一个周波，且对于高频分量（liàng）的滤波能力较强，但对于非周期分量引起的低（dī）频分（fèn）量（liàng）的抑制能力（lì）较差。对于偏移（yí）度较高的短路故障（zhàng），可在傅（fù）式（shì）算法前加一数字滤波（如差分（fèn）滤波），来减弱非周期分量的（de）影（yǐng）响。
　　4.微机保护装置的电磁兼容性标准
　　微机保护装置的电磁兼容（róng）性（EMC）关系到装置动（dòng）作的可（kě）靠性和寿命。下面所列的是目前（qián）国内较为通用的电磁兼容性（xìng）标准，也是微机保护（hù）装置做静模试（shì）验应遵循的主要标准。

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