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2.5微机保护装置硬件原理教学要求：掌握微机保护装置基本结构、微机保护数据采集系统工作原理、模块工作原理、开关量输入/输出回路。保护实现：传统保护是利用硬件电路。微机保护：利用微机硬件的同时还要使用软件。2.5.1微机保护装置硬件结构微机保护主要部分是微机，但还必须配备有关信息输入的接口、输出控制信息接口。同时微机还要输入有关计算和操作程序，输出记录信息。2.5微机保护装置硬件原理数据采集系统iU/微机系统人机接口触摸按键开关量输出驱动电路继电器开关量输入打印机液晶显示器1、模拟量输入系统微机系统只能识别数字量，应将模拟转换为微机系统能接受的数字信号。2、微机系统故障微机系统作用：用于分析计算电力系统有关电量，判定系统是否发生。微机系统指挥中心是CPU，CPU是依赖于程序的运行。微机利用存储器将程序和数据保存起来。常见的存储器有：紫外线擦除电可编程只读存储器EPRROM、电擦除可编程只读存储器EEPROM、快擦写存储器FLASH等。3、开关量输入/输出系统开关量：保护装置压板、连接片、屏上切换开关、其他保护动作的触点等。开关量输出:如起动继电器、跳闸出口继电器、信号继电器等，完成跳闸或信号报警。4、人机对话接口功能：调试、定值整定、工作方式设定、动作行为记录、系统通信等。主要回路：打印、显示、键盘、信号灯、语音告警等。5、电源通常采用逆变稳压电源。一般集成电路芯片5V。数据采集系统芯片正、负15V或12V。继电器回路则需要24V。2.5.2微机保护数据采集系统数据采集系统又称模拟量输入系统，采用A/D芯片的A/D式数字采集系统，由电压形成、模拟滤波器(ALF)、采样保持(S/H)、多路转换开关(MPX)与模数转换器(ADC)几个环节组成。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A/D式数据采集系统图1、电压形成回路微机保护从被保护对象电流或电压互感器上取得的信息，需要降低或变换。微机继电保护中通常要求输入信号为土5V或±l0V的电压信号，具体决定于所用的模数转换器。2、保持电路与模拟低通滤过器1）采样保持必须对来自被保护元件的模拟量进行模/数(A/D)变换，在进行A/D变换之前，首先要将连续的模拟量变为离散量。这就需要对模拟信号进行采样，即按时间取量化。阻变器换抗Ⅰ逻辑输入Ⅱ抗换器变阻要求：电子模拟开关AS的闭合时间应满足有足够的充电或放电时间，即采样时间。S/H电路的作用：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。采样保持过程：信号采样脉冲采样信号保持信号采样和0000tTctttTs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......同时采样：每一个采样周期对所有需要采样的各个通道的量在同一时刻一起采样，叫同时采样。为了保持各个输入离散化的同时性对微机继电保护才有意义。常用的方案是多通道合用一个A/D转换器，同时采样，依次A/D转换。2）低通滤波采样间隔的倒数称为采样频率。要求：采样频率必须大于2倍最大频率，这采样定理。因短路瞬间电流、电压中含有高频率信号，为了防止混叠误差，要求采样频率很高，势必增加对硬件的要求。实际上目前大多数微机保护原理多是反映工频量的，或反映某些高次谐波，故可以在采样之前将最高信号波频率分量限制在一定频带内。一般在采样前用一个低通滤波器（ALF）将高频分量滤掉。3）多路转换开关通常被测量或被控制量往往可能是几路或几十路。例如，阻抗、功率方向等都要求对各个模拟量同时采样，以准确的获得各个量之间的相位关系，以进行保护计算。为了满足计算要求，可以利用多路开关轮流切换各通路，达到分时转换的目的。Upp(+15v)Uss(-15v)输出译码/驱动SA15输出Ui0~Ui15EnA0A1A2A3U0SA0A0、A1、A2、A3：四个路数选择线，CPU通过并行接口芯片或其它硬件电路给它们赋以不同的二进制码，选通SA0-SA15中相应的一路电子开关闭合，将此路接通到输出端。EN：使能端，只有在EN端为高电平时多路开关才工作，否则不论A0-A3在什么状态，SA0-A15均处于断开状态。4、模数转换器是一种能把输入模拟电压或电流变成与它成正比的数字量，以便计算机进行处理、存储、控制和显示。A/D转换器的种类很多，可以分为以下四种：计数器式A/D转换器，双积分式A/D转换器，逐次逼近式A/D转换器，并行A/D转换器。微机保护用的模数转换器绝大多数都是应用逐次逼近法实现的。CPUPB08位D/AUcUxt并行口PA0第一次预测第二次预测第三次预测第四次预测(1000)(0100)(0110)(0101)(a)(b)PB7~+-uout模拟比较器电压uin5）电压-频率式数据采集系统VFC式的模数转换是将电压模拟量成比例地变换为数字脉冲频率，然后由计数器对脉冲计数，将计数值送给CPU。电压形成浪涌吸收器VFC光电隔离计数器CPU二进制数字量数字脉冲波总线uin2.5.3CPU模块工作原理1)具有ADC变换接口的保护CPU模块原理MC146818实时时钟809827256EPROM6264RAM2864EPROM28255PIDBUS至A/D转换板至面板液晶显示屏键盘开入开出至开入开出插件624至管理CPU插件模拟量输入插件82792)具有VFC接口的保护CPU模块框图原理825318253282533UAIBICUBIA3I0UC3U0UX80318255PPI27256EPROM2864EPROM26264RAM光电隔离光电隔离人机接口巡检中断开出开出开入244BUS3)定值固化A0A10地址总线2864EPROM（2817A）2片选信号6000H67FFHRERD（读信号）至8255PC1WR与门1WR+5VS（允许禁止开关）RDY/BUSYD0D7~~~定值固化电路由一片E2PROM芯片2817和相应的控制电路构成。A0A10地址总线2864EPROM（2817A）2片选信号6000H67FFHRERD（读信号）至8255PC1WR与门1WR+5VS（允许禁止开关）RDY/BUSYD0D7~~~CPU来的写信号WR与固化开关S组成与门1电路才输出低电平，允许对2817A进行改写。在写过程中，由BUSY端给出一个低电平，通知CPU还没有写完成。读操作：当继电保护工作人员需要检查固化定值时，通过人机接口面板的键盘，下发查询命令，在RD读信号有效时(RD低电平)，软件将根据定值区号，查定值表，它通过数据总线D0~D7传送，把所读定值在液晶显示器上显示出来。