微机继电保护测控装置

产品简介

自从微型机引入继电保护以来，微机保护在利用故障分量方面取得了长足的进步，另一方面，结合了自适应理论的自适应式微机保护也得到较大发展，同时，计算机通信和网络技术的发展及其在系统中的广泛应用，使得变电站和发电厂的集成控制、综合自动化更易实现。未来几年内，微机保护将朝着高可靠性、简便性、通用性、灵活性和网络化、智能化、模块化等方向发展，并可以与电子式互感器、光学互感器实现连接；同时，充分利用计算机的计算速度、数据处理能力、通信能力和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、小波技术等，设计出性能更优良和维护工作量更少的微机保护设备。

微机保护硬件系统包含以下四个部分

（l）数据采集单元即模拟量输入系统。包括电压形成、模拟滤波、采样保持、多路转换以及模数转换等功能块，完成将模拟输入量准确地转换为所需的数字量。

（2）数据处理单元即微机主系统。包括微处理器，只读存储器、随机存取存储器以及定时器等。微处理器执行存放在只读存储器中的程序，对由数据采集系统输入至随机存取存储器中的数据进行分析处理，以完成各种继电保护的功能。

（3）数字量输入／输出接口即开关量输入输出系统。包括若干并行接口，光电隔离器及中间继电器等组成，以完成各种保护的出口跳闸，信号警报，外部接点输入及人机对话等功能。

（4）通信接口。包括通讯接口电路及接口以实现多机通讯或联网。

微机保护硬件各子系统电路构成原理

数据采集单元

（l）电压形成

微机保护要从被保护设备的电流互感器、电压互感器或其它变换器上取得信息，但这些互感器的二次数值的输入范围对微机电路并不适用，故需要降低和变换，在微机保护中通常要求输入信号为±5V或±10V的电压信号，具体取决于所用的模数转换器。因此，一般采用中间变换器来实现以上的变换。交流电流的变换一般采用电流中间变换器并在其二次侧并电阻以取得所需的电压。

如图1所示，此外，这些中间变换器还起到屏蔽和隔离的作用，提高了保护的抗干扰能力和可靠性。

图1

（2）采样保持（S／H）电路及采样频率的选择

采样保持电路的作用是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期间内保持其输出不变。

（3）模拟低通滤波器（ALF）

滤波器是一种能使有用频率信号通过，同时抑制无用频率信号的电路。随着数字处理技术的发展，除了模拟滤波器之外，还出现了数字滤波器。

对微机保护系统来说，在故障初瞬，电压、电流中可能含有相当高的频率分量，为防止频率混叠，fs将不得不用得很高，从而对硬件速度提出过高的要求。但实际上目前大多数的模拟微机保护原理都是反映工频量的，在这种情况下可以在采样前用一个模拟低通滤波器将高频分量滤掉，这样就可以降低fs，从而降低对硬件提出的要求。以后我们将介绍，由于数字滤波器的作用，通常并不要求低通滤波器滤掉所有的高频分量而仅用它滤掉fs／2以上的分量，以消除频率混叠，防止高频分量混到工频附近来。低于fs／2的其它暂态频率分量，可以通过数字滤波来滤除。还应当指出，电流互感器、电压互感器对高频分量已有相当大的抑制作用，因此，不必对抗混叠的低通模拟滤波的频率特性提出很严格的要求。模拟低通滤波器通常可分为两大类，一类是无源滤波器，由RLC元件构成；另一类是有源滤波器，主要由集成运算放大器和RC元件构成。

（4）模数转换器（A／D转换器）

在微机保护中，常需将检测到的连续变化的模拟量如转化成离散的数字量，才能输入到单片微机中进行处理。实现模拟量变换成数字量的设备称为模数转换器（ADC），简称 A／D。

根据 A／D转换器的原理可将其分成两大类。一类是直接型 A／D转换器，另一类是间接型 A／D转换器。在直接型A／D转换器中，输入的模拟电压被直接转换成数字代码，不经任何中间变量；在间接型 A／D转换器中，首先把输入的模拟电压转换成某种中间变量（频率），然后再把这个中间变量转换成数字代码输出。目前A／D转换器的种类很多，但应用较广泛的主要有三种类型。逐次逼近式A／D转换器、双积分式A／D转换器和 VFC变换式 A／D转换器。

继电保护技术是向着计算机化、智能化和数据通信一体化的方向发展。随着计算机硬件的快速发展。电力系统对微机保护的要求也在不断的提高当中，继电保护装置应该具有大容量的数据的长期存放的一个空间，这样才能够做到需要的时候快速处理这些数据，：还要有强大的通信能力，这样能够与其他保护和控制的装置来共享所有数据的信息，使得继电保护装置能够具备计算机的所欲功能。为了保证整个电力系统能够安全运行，各个保护单元要能够协调工作，所以，实现微机保护装置的网络化是势在必行的。大量电缆的投资很大，使得二次回路很复杂，但是如果利用数据通信一体化的计算机装置安装保护设备，通过计算机网络可以免除大量的控制电缆。

研究和实践证明，与传统的继电保护相比较，微机保护有许多优点，其主要特点如下：

1．改善和提高继电保护的动作特征和性能，动作正确率高。主要表现在能得到常规保护不易 获得的特性；其很强的记忆力能更好地实现故障分量保护；可引进自动控制、新的数学理论和技术，如自适应、状态预测、模糊控制及人工神经网络等，其运行高正确率也已在实践中得到证明。

2．可以方便地扩充其他辅助功能。如故障录波、波形分析等，可以方便地附加低频减载、自动重合闸、故障录波、故障测距等功能。

3．工艺结构条件优越。体现在硬件比较通用，制造容易统一标准；装置体积小，减少了盘位数量；功耗低。

我国从7O年代末即已开始了计算机继电保护的研究，高等院校和科院起着先导的作用。华中理工大学、东南大学、华北电力学院、西安交通大学、天津大学、上海交通大学、重庆大学和南京电力自动化研究院都相继研制了不同原理、不同型式的微机保护装置。1984年原华北电力学院研制的输 电线路微机保护装置首先通过鉴定，并在系统中获得应用，揭开了我国继电保护发展史上新的一页，为微机保护的推广开辟了道路。在主设备保护方 面，东南大学和华中理工大学研制的发电机失磁保护、发电机保护和发电机、压器组保护也相继于1989、1994年通过鉴定，投入运行。南京电力自动化研究院研制的微机线路保护装置也于1991年通过鉴定。天津大学与南京电力自动化设备厂合作研制的微机相电压补偿式方向高频保护，西安交通 大学与许昌继电器厂合作研制的正序故障分量方向高频保护也相继于1993、1996年通过鉴定。至此，不同原理、不同机型的微机线路和主设备保护各具特色，为电力系统提供了一批新一代性能优良、功能齐全、工作可靠的继电保护装置。可以说从90年代开始我国继电保护技术已进入了微机保护的时代。随着微机保护装置的研究，在微机保护软件、算法等方面也取得了很多理论成果，并且应用于实际之中。

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