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微機繼電保護原(yuán)理淺析

返(fǎn)回(huí) 打(dǎ)印來(lái)源：儀天成電力(lì) 時間：2017/12/07 閱(yuè)讀：次

　　1.概(gài)述
　　繼電(diàn)保護是(shì)關系(xì)着電(diàn)力系(xì)統(tǒng)安全運(yùn)行的(de)關鍵。繼(jì)電保護(hù)技術的發展大(dà)緻分(fèn)為四個曆(lì)史階(jiē)段：三(sān)相電(diàn)能表現場校驗(yàn)儀能夠直(zhí)接測(cè)量并診斷低壓(yā)電能計量裝置計量(liàng)是否(fǒu)正常，并可實現多種(zhǒng)測試儀(yí)器(qì)的功(gōng)能；是一種性價(jià)比極高(gāo)的設備(bèi)。電磁型、晶(jīng)體管型（又(yòu)稱(chēng)半導體(tǐ)型或分立(lì)元件(jiàn)型）、集成電(diàn)路型(xíng)、微型計算(suàn)機型。目前(qián)，随(suí)着(zhe)微電(diàn)子技術的發展(zhǎn)，微機型繼電保護技(jì)術的應用(yòng)已越(yuè)來越廣泛。
　　與傳統的繼電(diàn)保護(hù)技術相比(bǐ)，微機繼電保護(hù)主要(yào)有(yǒu)以(yǐ)下的(de)優點：
　　（1）改(gǎi)善和提高繼電保護的動作特性和性(xìng)能；
　　（2）可靠性大為(wéi)提高(gāo)；
　　（3）内部(bù)編程軟接線的(de)方式(shì)大大(dà)降低了電(diàn)氣(qì)二(èr)次線路的(de)複雜性；
　　（4）可(kě)以充(chōng)分利用cpu的(de)資源(yuán)，實現其他(tā)測量(liàng)、管理、通訊等功(gōng)能；
　　（5）微機特(tè)有的(de)記憶(yì)存(cún)槠功能(néng)能很好(hǎo)的(de)實現(xiàn)故障(zhàng)追憶，提高(gāo)運行管理(lǐ)效率(lǜ)；
　　（6）自(zì)檢(jiǎn)能力強，可(kě)以省去每年(nián)花費大量(liàng)人力物(wù)力而必須(xū)去做的繼電保(bǎo)護預(yù)防性試(shì)驗(yàn)，可以(yǐ)保證生産(chǎn)的連續運行；
　　（7）擴展能力強(qiáng)。
　　2.微機(jī)型繼電保(bǎo)護裝置的硬件構成
　　2.1微機(jī)繼電保護裝(zhuāng)置典型硬(yìng)件結構(gòu)
　　微機型繼(jì)電保(bǎo)護裝(zhuāng)置是微機控制技術的應(yīng)用實例(lì)之一。它(tā)是以微處理器（單片機）為核心，配以(yǐ)輸(shū)入(rù)、輸出通(tōng)道(dào)，人機接口(kǒu)和通(tōng)訊接口等(děng)。
    2.2微機(jī)保護裝置的輸(shū)入(rù)輸(shū)出通(tōng)道
　　微機保護的(de)輸入通道分為(wéi)模拟量輸入通(tōng)道和(hé)開關(guān)量輸(shū)入通道，輸出通(tōng)道主(zhǔ)要為繼電(diàn)器邏輯(jí)回路。輸(shū)入通道主(zhǔ)要(yào)完(wán)成電力系(xì)統的(de)電壓(yā)、電(diàn)流(liú)信号(hào)的采(cǎi)集和(hé)一次設備的狀态量(liàng)采集(jí)（比(bǐ)如斷路(lù)器的運(yùn)行(háng)狀态）；而輸出(chū)通道主要完成保護跳(tiào)閘信(xìn)号、告警信(xìn)号的輸出。
　　2.2.1模拟量輸(shū)入通(tōng)道
　　目(mù)前，微(wēi)機保護的(de)模拟(nǐ)量采集均(jun1)采用交(jiāo)流采樣(yàng)技術。模拟(nǐ)量(liàng)輸(shū)入通道主要由模拟(nǐ)量(liàng)輸入變(biàn)換回路、低通濾(lǜ)波器、采樣和a/d轉(zhuǎn)換器等幾個環節構(gòu)成。
　　2.2.1.1模拟量輸入變(biàn)換(huàn)回路(lù)
　　由一次回路的ct、pt的二次側輸入(rù)至微(wēi)機保護器(qì)的信号，一(yī)般數(shù)值較大(dà)，不适合(hé)内部a/d轉換(huàn)的電(diàn)平要求(qiú)（一(yī)般a/d轉(zhuǎn)換回(huí)路的(de)輸入(rù)電壓(yā)範圍為±2.5v、±5v或±10v）。模拟量輸(shū)入變(biàn)換回(huí)路的主要(yào)任務就是(shì)就是(shì)将輸入(rù)的電量(liàng)進一步(bù)變換，将(jiāng)二次電量(liàng)值變(biàn)得更小(xiǎo)，同時将電(diàn)流(liú)量變為電(diàn)壓量，以适合内部a/d轉換的(de)要求。同時，該變(biàn)換回路還起(qǐ)着隔離(lí)外部幹擾(rǎo)的作(zuò)用。
　　設計模拟量(liàng)輸入變換回路(lù)要注意(yì)的幾點：①要保(bǎo)證各電流(liú)變換器之間、各(gè)電壓變換器之(zhī)間及電流、電壓變換(huàn)器(qì)之間的一次(cì)、二次側相(xiàng)位移保(bǎo)持一緻(zhì)；②變換(huàn)器的鐵芯(xīn)磁導率要(yào)選取(qǔ)得當(dāng)，保證工作(zuò)的線(xiàn)性範圍；③變(biàn)換器本身的損(sǔn)耗要小；④要(yào)保證在短路電流下(xià)，變換器的(de)輸出(chū)不使(shǐ)a/d發生溢出(chū)。
　　2.2.1.2低通濾波(bō)器及(jí)采樣(yàng)
　　由于計算(suàn)機處(chù)理的(de)是離散的時間信号(hào)，故輸(shū)入的連續(xù)模拟(nǐ)量必須要(yào)被采樣為離散的模(mó)拟量(liàng)。同時(shí)，要使采樣值能(néng)準确無誤的反(fǎn)映輸(shū)入的(de)模拟(nǐ)量，采(cǎi)樣頻率必(bì)須遵循一(yī)定的要求(qiú)，即采樣頻(pín)率必須大于原始輸入信(xìn)号中(zhōng)高頻率分(fèn)量的(de)頻率的(de)2倍，這就(jiù)是采(cǎi)樣(yàng)定(dìng)理。否則，采(cǎi)樣信号将(jiāng)出現頻率混疊(dié)，不能真實反映(yìng)原始輸(shū)入信号(hào)。
　　系統的故障電流、電壓信号中(zhōng)一般含(hán)有許多(duō)高頻分量。而(ér)常見的微機保護(hù)原理大多是基(jī)于工(gōng)頻量的。這(zhè)樣，為了避免不(bú)必要(yào)的擡高采(cǎi)樣頻率，一般微(wēi)機保(bǎo)護(hù)器中都設置了前(qián)置低通濾(lǜ)波器。
    2.2.1.3 a/d轉換(huàn)
　　由于計算(suàn)機隻對離散(sàn)的(de)數字(zì)量進行處理，則(zé)采樣得到(dào)的離(lí)散的模拟(nǐ)量還(hái)要進(jìn)一步轉換為離散的數字(zì)量。完成這一任(rèn)務的(de)環節即為a/d轉換(huàn)器（模(mó)/數轉(zhuǎn)換器）。模數轉(zhuǎn)換(huàn)過程的實質就(jiù)是對模拟(nǐ)信号進行(háng)量化和編(biān)碼的過程。
　　根據a/d轉換的原(yuán)理和(hé)特點的不(bú)同，可将a/d轉(zhuǎn)換分(fèn)為直(zhí)接轉換(huàn)和(hé)間接轉換(huàn)兩大類。常(cháng)見的直接轉換(huàn)有逐次逼(bī)近式(shì)a/d、計數(shù)式(shì)a/d等；間接轉換有(yǒu)積(jī)分式a/d、v/f式(shì)a/d等(děng)。
    2.2.2數字量輸入輸(shū)出通道
　　數(shù)字信号的輸入輸出，主(zhǔ)要針對(duì)于微(wēi)機保護器(qì)的人機接口和(hé)各種告警信号(hào)、跳閘信号及電(diàn)度脈沖(chòng)等(děng)。為防(fáng)止外(wài)部幹(gàn)擾的(de)竄入，一般在輸(shū)入輸出回路中均采用光(guāng)電隔離措(cuò)施(shī)。
    2.3 微(wēi)機保護裝置的數字(zì)核心(xīn)
　　微機(jī)保護(hù)裝置的(de)數(shù)字核(hé)心一般由cpu、存儲(chǔ)器、定時(shí)器/計數器、wachdog等(děng)組成。目前(qián)數字核心的主(zhǔ)流為嵌(qiàn)入式微(wēi)控制器（mcu），即通常(cháng)所說的(de)單片機(jī)。mcu一般以某一微處理器内核為(wéi)核心，芯片(piàn)内部(bù)集成(chéng)了ram、rom、總線、總(zǒng)線邏輯(jí)、定時/計數器(qì)、wachdog、i/o、串行口、a/d、d/a等各(gè)種必要的功(gōng)能和外圍設備(bèi)、電路。一般一個(gè)系列(liè)的單(dān)片機(jī)具有(yǒu)多種(zhǒng)衍生産品，它(tā)們的微(wēi)處理器内核都一樣，不(bú)同(tóng)的是(shì)存儲器和(hé)外設(shè)的配(pèi)置及封裝(zhuāng)。這樣可以(yǐ)使單片機大限度的(de)和應用相(xiàng)匹配，從而降低成本(běn)和功耗。常見的(de)mcu有mcs-51、mcs-196/296、c166/167、68300等等。
　　随着微(wēi)電子(zǐ)技(jì)術的發(fā)展，一些功能更(gèng)為強(qiáng)大、數字信(xìn)号處(chù)理(lǐ)能力更(gèng)強的數字(zì)核心(xīn)将成(chéng)為微機保護裝置升級的(de)必然趨勢(shì)。有代(dài)表性(xìng)的是嵌入(rù)式dsp處理(lǐ)器（edsp）和嵌(qiàn)入式片(piàn)上(shàng)系統（esoc）。
　　3.微機(jī)保(bǎo)護(hù)的算(suàn)法基礎
　　微機保(bǎo)護裝(zhuāng)置根據模(mó)數轉換(huàn)器(qì)提供(gòng)的電氣量的采樣值(zhí)進(jìn)行分析(xī)、運算和(hé)邏輯判(pàn)斷，以實現(xiàn)各種(zhǒng)繼(jì)電保護功能(néng)的方(fāng)法成(chéng)為算(suàn)法。微(wēi)機算法可(kě)分為兩類。一類(lèi)是由(yóu)輸入的采(cǎi)樣點得出(chū)繼電保護(hù)所必需(xū)的(de)電氣量的(de)各要素，如(rú)正弦量的(de)幅值(zhí)、頻(pín)率和相(xiàng)角；另一(yī)類是以(yǐ)方程(chéng)和邏輯(jí)的(de)形式實(shí)現繼電(diàn)保護的動作特性。評價算法優(yōu)劣(liè)的标(biāo)準是精(jīng)度和速(sù)度(dù)。算法(fǎ)的速度包(bāo)括兩(liǎng)方面：一(yī)是算法所要求的采樣(yàng)點數（數據窗長(zhǎng)度），二(èr)是算(suàn)法的工作(zuò)量。另(lìng)外，為(wéi)了保證(zhèng)信号的正确(què)性，相應的(de)數(shù)字濾波(bō)也是非常必要(yào)的。
　　對于求取(qǔ)電(diàn)氣量的各(gè)要(yào)素的算(suàn)法，主要(yào)有：①兩點乘積算法；②導數(shù)算法；③積分(fèn)算(suàn)法(fǎ)；④傅式(shì)算(suàn)法；⑤小二(èr)乘法。其(qí)中(zhōng)，以傅式算(suàn)法應用較為(wéi)廣泛。該(gāi)算法(fǎ)的數據窗長度(dù)為一(yī)個周(zhōu)波，且對于(yú)高(gāo)頻分量(liàng)的濾波能力較強，但對于非周(zhōu)期分量引(yǐn)起的低頻(pín)分量(liàng)的抑(yì)制能力較(jiào)差。對(duì)于偏(piān)移度較高(gāo)的短路(lù)故障，可(kě)在傅式(shì)算法前(qián)加一數(shù)字濾波(bō)（如差(chà)分(fèn)濾(lǜ)波），來(lái)減弱非周期分(fèn)量的(de)影(yǐng)響。
　　4.微機(jī)保護裝置的電磁兼容(róng)性(xìng)标準(zhǔn)
　　微機保護裝置(zhì)的電(diàn)磁兼(jiān)容性(xìng)（emc）關系到(dào)裝置動作的可靠性(xìng)和(hé)壽命。下面(miàn)所列(liè)的是目(mù)前國内較為通用的電(diàn)磁(cí)兼(jiān)容性标準(zhǔn)，也是微機保護裝置做靜(jìng)模試驗應遵循(xún)的主(zhǔ)要标(biāo)準。

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