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微機繼電保（bǎo）護原理淺析

返回打印來源：儀天成電力時間：2017/12/07 閱讀（dú）：次

　　1.概述
　　繼（jì）電保護是關係著（zhe）電力係（xì）統安全運行的關鍵。繼電保護技術的（de）發展大致分（fèn）為四個曆史階段：三相電能（néng）表現場校驗儀（yí）能夠直接測量並診斷低壓電能計量裝置計量是否正常，並可實現多（duō）種測試儀器的功能；是一（yī）種性價比極高的設（shè）備。電磁型、晶體管（guǎn）型（又稱半導體型或分立元件型）、集成電路型、微型計算機型。目前，隨著微電（diàn）子技術的發展，微機型繼電（diàn）保護技術的應用已越來越廣泛。
　　與傳統的繼電保護技術（shù）相比（bǐ），微機繼電保護主要（yào）有以下的優點：
　　（1）改（gǎi）善和提高繼電保（bǎo）護的動作特性（xìng）和性能；
　　（2）可靠性（xìng）大為（wéi）提（tí）高；
　　（3）內部編（biān）程軟接線的方式（shì）大大降低了電氣二次線路的複雜性；
　　（4）可以充分利用（yòng）CPU的（de）資源（yuán），實現其他測量、管理、通訊等功能；
　　（5）微機特有的記憶存櫧功能能很好的實現故障追憶，提高運行管理效率；
　　（6）自檢能力強，可（kě）以省去（qù）每年花費（fèi）大量（liàng）人力（lì）物力而必須去做的繼電保（bǎo）護預（yù）防性（xìng）試驗，可以保證生產的連續運行；
　　（7）擴展能力強。
　　2.微機型繼電保護裝置的硬件構成
　　2.1微（wēi）機繼電保（bǎo）護裝置（zhì）典型（xíng）硬件結構
　　微機型繼電保護裝置是（shì）微機控製技（jì）術的應用實例之一。它是以微處（chù）理器（單片機）為核心，配以輸入、輸出通道（dào），人機接口和通訊接口等（děng）。
    2.2微機保護裝置的輸（shū）入輸出通道
　　微機保護的輸入通道（dào）分為模擬量輸入通道和開關量輸入通道，輸出通道主要為（wéi）繼電器邏輯回路。輸入通道主要完成電力係統的電壓、電流信號的采集和（hé）一次（cì）設備的狀態量采集（比如斷路器的運行（háng）狀（zhuàng）態）；而輸出通道主要完成保護跳閘信號、告警信號的輸出。
　　2.2.1模擬量輸入通道
　　目前，微（wēi）機保護的模擬量采集均采用交流采樣技術。模擬（nǐ）量（liàng）輸入通道主要由（yóu）模擬（nǐ）量輸入變換回路、低通濾波（bō）器、采樣和A/D轉換器等幾個環節（jiē）構成。
　　2.2.1.1模擬量輸入變換（huàn）回路
　　由一次回路的CT、PT的二次側輸入至微機保護器的信號，一般數值較大，不適合內部A/D轉換（huàn）的電平要求（qiú）（一般（bān）A/D轉（zhuǎn）換回路的輸（shū）入電壓範圍為±2.5V、±5V或±10V）。模擬量輸（shū）入（rù）變換回路的主要任務就是就是將（jiāng）輸入的電量進一步變換，將二次電量值變得更小，同時將電流（liú）量變為電壓量，以適合內部（bù）A/D轉換（huàn）的要（yào）求。同時，該變換回路還（hái）起著隔離外部幹擾的作用。
　　設計模擬量輸入變換回路要注意（yì）的幾（jǐ）點（diǎn）：①要保證（zhèng）各電流變換器之間、各電壓變換器之間及電流、電壓變換器（qì）之間的一次、二次側相位移保持一（yī）致；②變換器的鐵芯磁導率要選取（qǔ）得當，保證工作的線性（xìng）範圍；③變換器本身的損耗要小；④要保證在短路電流下，變換器（qì）的輸出不使A/D發生溢出。
　　2.2.1.2低通濾波器及采樣
　　由於計算機處理（lǐ）的是離散的時間信號，故輸入的連續模擬（nǐ）量必須（xū）要被采樣為離散的模擬量。同時，要使采（cǎi）樣值能準確無誤的反映輸（shū）入的模（mó）擬量，采樣頻率必須遵循一定的要（yào）求，即采樣頻率必須大於原始輸入信號中高頻率分量的頻率的2倍（bèi），這就是采樣定理（lǐ）。否則，采樣信號將出現頻率混疊，不能真實反映原始輸（shū）入信號。
　　係（xì）統（tǒng）的故（gù）障（zhàng）電流、電壓信號中一般含有（yǒu）許多高頻分量。而常見的微（wēi）機保護原理大多是基於工頻量的。這樣，為了避免不必要的抬（tái）高采樣頻率，一般微機保護器中都設置了前置（zhì）低通濾波器。
    2.2.1.3 A/D轉（zhuǎn）換
　　由於計算機隻對離散的數字量進行處理，則采樣（yàng）得到的離散（sàn）的模擬量還要進一步轉換為離散的數字量。完成這一任務的環節即為A/D轉換器（模/數轉換器）。模數轉換過程的實質就是對（duì）模擬信號（hào）進行量化和編碼的過程。
　　根據A/D轉換的原理和特點的不同，可將A/D轉換分為直（zhí）接轉換和間接轉換兩（liǎng）大類（lèi）。常見的直（zhí）接（jiē）轉（zhuǎn）換有逐次逼近式A/D、計數式A/D等；間接轉換有積分式A/D、V/F式A/D等。
    2.2.2數字量（liàng）輸入輸出（chū）通道
　　數字信號的輸入輸出，主要針對於微機保護（hù）器的人機接口和各種告警信號、跳閘信號及電度脈衝等。為防（fáng）止外部幹擾的竄入，一般在輸入輸出回路中均采（cǎi）用光電隔離措施。
    2.3 微（wēi）機保護裝置的數字核心
　　微機保（bǎo）護裝置的數字核心一般由CPU、存儲器、定時器/計數器、Wachdog等組成（chéng）。目前數字核心的主流為嵌入式微（wēi）控製器（MCU），即通常所說的（de）單片（piàn）機。MCU一（yī）般以某（mǒu）一微處理器內核為核心，芯片內部集成了RAM、ROM、總線、總線邏輯、定時/計數器、WachDog、I/O、串行口、A/D、D/A等各種必要的功能和外圍設備、電路（lù）。一般一個係列的單片機（jī）具有多種衍生產品，它們的微處理器內核都一樣，不同的（de）是（shì）存儲器和外設的配置及封裝。這樣可以使單片機大限度（dù）的和應用相匹配，從而降低成本和功耗（hào）。常見的MCU有MCS-51、MCS-196/296、C166/167、68300等（děng）等。
　　隨著微電子技術的發展，一些功能更為強大、數字信號處理能力更強的數字核心將成（chéng）為微機保護（hù）裝置升級（jí）的必然趨勢。有代表性的是嵌入式DSP處理器（EDSP）和嵌入式片上係統（ESOC）。
　　3.微機保護的算法基礎（chǔ）
　　微機保護裝（zhuāng）置根據模數（shù）轉換器提供的電氣量的（de）采樣值進行分析、運算和邏輯判斷，以實現各種繼電保護功（gōng）能的方法成為算法。微機算法可分為兩類。一（yī）類是由輸入的采樣點得出繼電保護所必需的（de）電氣量的各要素，如正弦（xián）量（liàng）的幅值、頻率和相角；另一類是以方程和邏輯的形式實現繼電保護的動作特性。評價（jià）算法優劣的標準是精度（dù）和速度。算法的（de）速度包括兩方麵：一是（shì）算（suàn）法所（suǒ）要求的采樣點數（數據窗長（zhǎng）度），二是算法的（de）工作量（liàng）。另外，為了保證信號的正確性，相應的數字濾波（bō）也是非常必（bì）要的。
　　對於求取電氣量的各要素的算法，主要有：①兩點乘積算法；②導數（shù）算法；③積分算法；④傅（fù）式算法；⑤小（xiǎo）二乘法。其中，以傅式算法（fǎ）應用較為廣泛。該算法的數據窗長度為一個（gè）周（zhōu）波，且對（duì）於高頻（pín）分量的濾波能力（lì）較強，但對於非周期分（fèn）量引起的低頻分量的抑製能力較差。對於偏（piān）移度較高的短路故障，可在傅式算法前加一數字濾波（如差分（fèn）濾波），來減弱非周期分量（liàng）的影響。
　　4.微機（jī）保護裝置的電磁兼容性（xìng）標準（zhǔn）
　　微機保護裝置的（de）電磁兼容性（EMC）關係到（dào）裝置動作的（de）可靠性和壽命。下麵所列的是目前國內（nèi）較為通用的電磁兼容性標（biāo）準，也是微機（jī）保護裝（zhuāng）置做靜模試驗應（yīng）遵循的主要標準。

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