微型机继电保护基础1 微机保护的硬件原理及设计选择原则.doc

1、第一章 微机保护的硬件原理及设计选择原则1-1 概述微机保护出现 20 年来，得到了快速的发展，现有多个专业厂家生产微机保护装置，其硬件系统各有特点。华北电力大学、杨奇逊院士：第一代（84-90 年） MPD-1、单 CPU 结构、硬件示意图如下：CPU主要特点：单 CPU 系统；总线需要引出印刷；电路板比较复杂；可靠性差。第二代：WXH-11（90 年代以后） 、多 CPU 结构电压形成 ALF S/H 多路开关MPX电压形成 ALF S/H A/DMPUEPROMRAMM定时器并口并口并口光隔逻辑跳闸信号告警零序保护 6记数 单片机 开出高频保护 4记数 单片机 开出重合闸 7记数 单片机

2、 开出距离保护 5记数 单片机 开出交流输入1模数变换2模数变换3接口模拟量系统机 PRINTER整个系统有五个 CPU（8031） 。四个 CPU 分别用来构成高频、距离、零序保护和综合重合闸，另一个 CPU 用来构成人机接口，A/D 转换采用 VFC 型。每一个 CPU 系统都是一个独立的微机系统，任何一个损坏，系统仍然工作。数据总线、控制总线和地址总线均不引出印刷电路板，可靠性较高。交流输入及跳闸出口部分可靠性较高。第三代：CSL101A （1994 年鉴定，96 年推广）多 CPU 结构，与第二代不同之处在于：（1） CPU 采用不扩展的单片机，即构成微机系统所需的微处理器、RAM、E

3、PROM 等全部集中在一个芯片内部，总线不出芯片，具有很高的抗干扰能力。（2） VFC 采用第三代 VFC 芯片 VFC110 最高震荡频率为 4M，相当于 A/D 精度的 14 位。（3） 设有高频、距离、零序和录波 CPU 插件，重合闸不包括在保护之中。南京电力自动化研究院、南瑞公司 LFP-900 系列（沈国荣院士）LFP-900 系列包括从 35KV66KV 中低压线路保护220KV500KV 线路高压超高压线路保护，用于不同电压等级时，保护的配置情况有所不同。以 LFP-901 为例，说明配置情况。采用多 CPU 结构，含有三个 CPU，两个用于构成保护，一个用于人机接口 CPU 均

4、为 Intel 80196KCPTCT起动：纵联保护（工频变化量方向、零序功率方向、复合式距1CPU离元件） 、零序后备保护Z：距离保护、综合重合闸2：人机对话、起动、为出口提供？电压3CPU、 采用 VFC 型 A/D 转换， 采用逐次逼近式 A/D12 3CPU交流TATV管理 CPU低通 A/D CPU3VFC CPU2计数 单片机 开出CPU1计数 单片机 开出 出口信号起动转换最近又推出 RCS-9000 系列保护（单片机加 DSP 结构）此外，还有许继电器股份有限公司生产的 WXH-800 系列微机保护、国家电力公司南京电力自动化设备总厂生产的PSL601（602 ）数字式高压线路

5、保护的等，都各有特点，不再一一论述。各种微机保护硬件虽各不相同但一般均包括以下三大部分：（1）.模拟量输入系统（数据采集系统）作用：TA 输出电流 （计算机能辨识TV 输出电压 处理的数字量）构成： A/D 型：电压形成、ALF、 S/H、MPX、A/DVFC 型：电压形成、VFC 、光隔、计数器（2）.CPU 主系统作用：对采集系统采集到的数据分析计算、完成各种继电保护功能。构成：CPU、 EPROM、RAM、 目前的保护都PROME2有多个 CPU（3） .开关量输入输出系统开关量输入：断路器位置等作用： 开关量输出：继电器输出（4） 人机接口（5） 通讯接口1-2 模拟量输入系统（数据采

6、集系统）1-2-1 A/D 型模拟量输入系统一基本框图： 总线二电压形成回路TV：二次额定电压为 100V。正常运行时输出 100V 左右，系统故障时，输出在 0100V 之间变化TA：输出正比于一次电流。额定输出 1A 或 5A。正常一般小于额定值。系统故障时其二次电流可在 120 倍额定范围内变化。ALF S/HMPX 及 A/D 等电子回路允许的输入信号的范围一般为-5V +5V 或-10V +10V（也有 05V，010V 者）因而需要变换。电压：100V V 或 V2510实现 ： （1）电压变换器多路开关A/D电压形成 ALF S/HALF S/H电压形成100V 或 V2510（

7、2）电流变换器2.5ma 2.5 ma 100V 或 V2510电流（1020） A 或 AIn2510实现： （1 ）电流变换器(1020)In或 V2510（2）电抗变换器(1020)In 或 V5210各变换器除具有电平变换作用外，还具有隔离的作用，使 TATV 二次回路与微电子电路之间没有电的联系。三采样保持电路（S/H）和模拟低通滤波器 ALF（一）S/H 电路的作用和原理。作用：在一个极短的时间内测量模拟输入量在该时刻的瞬时值，并在模数转换器转换期间保持其输出不变。原理： ASsrUscU逻辑输入阻抗变换器：实际是电压跟随器（运放型） ，有很大的输入阻抗和很小的输出阻抗。AS：受控

8、电子开关，逻辑输入高电平，AS 接通。逻辑输入低电平，AS 断开。：保持电容，chAS 接通时， 快速充放电，使h usrchs称为采样或跟踪。AS 断开时， 放电回路电阻很大，短时间内可认为不变。chusrcnsAS 在处于接通和断开交替的状态，则整个电路不断工作在阻抗变换器1阻抗变换器2采样保持状态。采样过程的示意图如下：书上 P4 页图 1-3 为理想化情况，实际情况下，采样脉冲必须有一定的宽度，使 有足够的时间跟踪 的变化。ch usr信号 usr逻辑输入（采样脉冲）Tcusc Ts（二）对采样保持电路的要求1） 采样时间 应尽量小tc2） 保持时间尽量长3） 模拟开关动作时间延时小，

9、 小， 大。Ronof（三）采样频率的选择和 ALF 的应用单位时间内采样的点数，称为采样频率，它等于采样间隔（周期） 的倒数，既Ts Tfs1优：可以准确的还原波形采样频率的选择： 时间内完成所有计算困难。fss)1(（2）同样的输入，采样得数据量多，运算复杂，占内存多。数据量减小，运算时间充裕。Tfss太低，将无法由采样数据还原出原波形。s要求： 必须大于被采样信号中存含最高频率成分 的两倍，既fs fmaxsmax2否则会产生叠影现象。见 P7,图 1-6（a）.被采信号（b）. ,还原为直流信号maxfs（c）.书上图 c 对应 2 时，才能换远处被采信号sm系统短路，u,I 中既包含工频量，还含有高频信号，即 较大，maxf而这些高频信号为无用信号，为防叠频增大 ，使 2 ,往往导致 太大sfsfmaxsfALF，将高频信号滤掉，即减小 ，使 2maxsfmax目前一般均采用方法（2） ，即 ALF 法，当前 A/D 快，DSP 快，也可增大 法，ALF 的具体电路一般可以为无源 RC 或有源滤波，此sf处不在细论。四、模拟多路开关许多继电保护装置，需要输入多个电气量可有三种方式：（1）.同时采样，同时 A/D 转换优点：控制简单，同时性好，对 A/D 速度要求不高价格高A/DALF S/H电压形成电压形成 ALF S/H A/D