微机保护的基本原理与构成

微机保护的基本原理与构成知识与能力：掌握微机保护的基本构成，理解其基本原理，了解软件的算法。传统的继电保护是利用各种继电器等硬件构成，如定时限过电流保护是由电流继电器、时间继电器、信号继电器等组成；而微机保护是由硬件装置和软件构成。一、微机保护装置的硬件构成与原理1、微机保护装置硬件结构微机保护主要是由计算机、输入输出接口、人机联系、软件等构成。微机保护硬件构成示意图数据采集系统开关量输入微型机系统开关量输出驱动电路打印机液晶显示器人机接口继电器触模按键u/i①数据采集系统微机系统只能识别数字量，保护所反应的电流、电压等模拟信号需转换为相应的微机系统能接受的数字信号。②微机系统用来分析计算电力系统的有关电量和判定系统是否发生故障，然后按照既定的程序动作。这是微机保护装置的核心，一般包括：微处理器(CPU)、存储器、定时器等。CPU是微机系统自动工作的指挥中枢；存储器是用于保存程序和数据；定时器用于触发采样信号，在V/F变换中，是频率信号转换为数字信号的关键部件。③开关量输入/输出系统输入系统用于采集有接点的量（如瓦斯保护、温度信号等）作为开关量输入；执行通过开关量输出，起动信号、跳闸继电器等，完成保护各种功能。④人机对话接口用于调试、定值整定、工作方式设定、动作行为记录、与系统通信等。包括：打印、显示、键盘及信号灯、音响或语言告警等。⑤电源电源是微机保护装置重要组成部分，通常采用逆变稳压电源。2、微机保护数据采集系统A/D式数据采集系统如图所示：变换器电压形成回路低通滤波采样保持电压形成回路采样保持低通滤波多路转换开关存储器总线①电压形成回路微机继电保护要从被保护对象的电流、电压互感器处取得相应信息。但这些二次数值、输入范围对典型的微机继电保护电路却不适用，需要降低和变换。一般采用变换器来实现变换。（微机保护参数的输入范围：0～5V或4～20mA）②采样保持与低通滤波由于微机保护只能对数字量进行运算和判断，所以应将连续模拟量变为离散量。采样保持电路作用就是在一个极短的时间测出模拟量在该时刻的瞬时值；并要求在A／D转换期间保持不变。同时采样：继电保护大多数原理是基于多个输入信号，如三相电流、三相电压等。在每一个采样周期对通道的量全部同时采样。采样保持器1采样保持器2采样保持器3A/D转换器通道1通道2通道n多路转换器数据总线......信号采样脉冲采样信号保持信号采样和0000tTctttTs采样频率：采样间隔的倒数称为采样频率。采样频率的选择是微机保护中的一个关键问题。频率高，采样精确，但对A/D转换器的转换速度要求也高，投资也就越高。为了将信号波频率限制在一定频带内，一般利用低通滤波器将高频分量滤掉，这样可降低采样频率，即降低对硬件的要求。③多路转换开关为了保证阻抗、功率方向等不受影响，对各个模拟量要求同时采样，以准确地获得各量之间的相位关系。同时节省硬件，可利用多路开关轮流切换各通路，达到分时转换的目的，共用A/D转换器。sTsfUpp(+15v)Uss(-15v)输出译码/驱动SA15输出Ui0~Ui15EnA0A1A2A3U0SA0④模数转换器作用:将输入模拟量变为与其成正比的数字量,以便进行处理、存储、控制和显示。3、开关量输入/输出系统①开关量输入输入方式：装置面板输入、经端子排引入。并列接口PA0K1+5VK1外部触点装置端子+5VPA0(a)(b)4.7KΩ+-②开关量输出回路4、人机联系①人机接口回路微机保护的人机接口回路是指键盘、显示器及CPU插件电路。作用：通过键盘和显示器完成人机对话任务、时钟校对及CPU插件通信和巡检任务。在单CPU结构的保护中，接口CPU就由保护CPU兼任。在多CPU结构保护中，另设专用的人机接口CPU插件。②键盘、显示器接口键盘处理内容：落键识别、键号识别、重键处理。RD74LS138D0D323451817161519P2.4P2.5P2.6P2.70YD4R+5V825624574LS123456789ABCDEF~DIR显示电路以菜单的形式显示各键盘操作及执行结果。5、出口及信号插件保护出口插件：24V信号电源24V出口电源启动信号电源0V跳闸信号1信号2信号3辅助信号插件：KS1电源0V24V出口电源24V信号电源KK-2KS2信号３信号２信号１KS2-1KS1-1KS2ＬＥＤ-WC+WC非电量触点CPU读入通信接口插件：液晶显示器键盘打印机GPS控制系统通信接口自检告警打印电源控制并行接口监控复归GPS对时接口RS232C/RS422/RS485RXDTXDCOMMTXDRXD保护模块1CPMMTXDRXD保护模块2CPMMTXDRXD保护模块nCPMM二、微机保护的软件系统配置1、接口软件接口软件是指人机接口部分的软件，其程序可分为监控程序和运行程序。调试运行方式下执行监控程序，运行方式下执行运行程序。监控程序主要是键盘命令处理程序，为接口插件及各CPU保护插件进行调节和整定而设置的程序；接口的运行程序由主程序和定时中断服务程序构成。主程序完成巡检、键盘扫描和处理、故障信息的排列和打印。2、保护软件的配置保护软件含主程序和中断服务程序。主程序：初始化、自检；保护逻辑判断和跳闸处理。中断程序：定时采样中断和串行口通信中断服务程序。3、保护软件的三种工作方式运行：保护处于运行状态，执行主程序和中断服务程序。调试：复位CPU。不对应状态：当选择调试但不复位CPU并且接口工作在运行状态，就处于不对应状态。4、中断服务程序及其配置①中断的作用暂时停止原程序执行转为外部设备服务，并在服务完成后自动返回原程序的执行过程。②保护的中断服务配置一般配有定时采样中断服务程序和串行通信中断程序。