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上海妙定電氣有限公司
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2019-10-23 閱讀(1010)
1.概述
繼電保護(hù)是關(guān)系著電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的關(guān)鍵。繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展大致分為四個(gè)歷史階段：電磁型,、晶體管型（又稱半導(dǎo)體型或分立元件型）,、集成電路型、微型計(jì)算機(jī)型,。目前,，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展,，微機(jī)型繼電保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用已越來(lái)越廣泛。
與傳統(tǒng)的繼電保護(hù)技術(shù)相比,，微機(jī)繼電保護(hù)主要有以下的優(yōu)點(diǎn)：
（1）改善和提高繼電保護(hù)的動(dòng)作特性和性能,；
（2）可靠性大為提高；
（3）內(nèi)部編程軟接線的方式大大降低了電氣二次線路的復(fù)雜性,；
（4）可以充分利用CPU的資源,，實(shí)現(xiàn)其他測(cè)量、管理,、通訊等功能；
（5）微機(jī)*的記憶存櫧功能能很好的實(shí)現(xiàn)故障追憶,，提高運(yùn)行管理效率,；
（6）自檢能力強(qiáng)，可以省去每年花費(fèi)大量人力物力而必須去做的繼電保護(hù)預(yù)防性試驗(yàn),，可以保證生產(chǎn)的連續(xù)運(yùn)行,；
（7）擴(kuò)展能力強(qiáng)。
2.微機(jī)型繼電保護(hù)裝置的硬件構(gòu)成
2.1微機(jī)繼電保護(hù)裝置典型硬件結(jié)構(gòu)
微機(jī)型繼電保護(hù)裝置是微機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例之一,。它是以微處理器（單片機(jī)）為核心,，配以輸入、輸出通道,，人機(jī)接口和通訊接口等,。
2.2微機(jī)保護(hù)裝置的輸入輸出通道
微機(jī)保護(hù)的輸入通道分為模擬量輸入通道和開(kāi)關(guān)量輸入通道，輸出通道主要為繼電器邏輯回路,。輸入通道主要完成電力系統(tǒng)的電壓,、電流信號(hào)的采集和一次設(shè)備的狀態(tài)量采集（比如斷路器的運(yùn)行狀態(tài)）；而輸出通道主要完成保護(hù)跳閘信號(hào),、告警信號(hào)的輸出,。
2.2.1模擬量輸入通道
目前,，微機(jī)保護(hù)的模擬量采集均采用交流采樣技術(shù),。模擬量輸入通道主要由模擬量輸入變換回路、低通濾波器,、采樣和A/D轉(zhuǎn)換器等幾個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成,。
2.2.1.1模擬量輸入變換回路
由一次回路的CT,、PT的二次側(cè)輸入至微機(jī)保護(hù)器的信號(hào),，一般數(shù)值較大，不適合內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換的電平要求（一般A/D轉(zhuǎn)換回路的輸入電壓范圍為±2.5V,、±5V或±10V）,。模擬量輸入變換回路的主要任務(wù)就是就是將輸入的電量進(jìn)一步變換，將二次電量值變得更小,，同時(shí)將電流量變?yōu)殡妷毫?，以適合內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換的要求。同時(shí),，該變換回路還起著隔離外部干擾的作用,。
設(shè)計(jì)模擬量輸入變換回路要注意的幾點(diǎn)：①要保證各電流變換器之間、各電壓變換器之間及電流,、電壓變換器之間的一次、二次側(cè)相位移保持一致,；②變換器的鐵芯磁導(dǎo)率要選取得當(dāng),，保證工作的線性范圍；③變換器本身的損耗要??；④要保證在大短路電流下，變換器的輸出不使A/D發(fā)生溢出,。
2.2.1.2低通濾波器及采樣
由于計(jì)算機(jī)處理的是離散的時(shí)間信號(hào),，故輸入的連續(xù)模擬量必須要被采樣為離散的模擬量。同時(shí),，要使采樣值能準(zhǔn)確無(wú)誤的反映輸入的模擬量,，采樣頻率必須遵循一定的要求，即采樣頻率必須大于原始輸入信號(hào)中zui高頻率分量的頻率的2倍,，這就是采樣定理,。否則，采樣信號(hào)將出現(xiàn)頻率混疊,，不能真實(shí)反映原始輸入信號(hào),。
系統(tǒng)的故障電流、電壓信號(hào)中一般含有許多高頻分量,。而常見(jiàn)的微機(jī)保護(hù)原理大多是基于工頻量的,。這樣，為了避免不必要的抬高采樣頻率,，一般微機(jī)保護(hù)器中都設(shè)置了前置低通濾波器,。圖2-2描述了低通濾波器的理想頻率響應(yīng)。圖中,，fc為濾波器的截止頻率,，是考察低通濾波器的一個(gè)重要指標(biāo),。
2.2.1.3 A/D轉(zhuǎn)換
由于計(jì)算機(jī)只對(duì)離散的數(shù)字量進(jìn)行處理，則采樣得到的離散的模擬量還要進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字量,。完成這一任務(wù)的環(huán)節(jié)即為A/D轉(zhuǎn)換器（模/數(shù)轉(zhuǎn)換器）,。模數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程的實(shí)質(zhì)就是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行量化和編碼的過(guò)程。
根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換的原理和特點(diǎn)的不同,，可將A/D轉(zhuǎn)換分為直接轉(zhuǎn)換和間接轉(zhuǎn)換兩大類,。常見(jiàn)的直接轉(zhuǎn)換有逐次逼近式A/D、計(jì)數(shù)式A/D等,；間接轉(zhuǎn)換有積分式A/D,、V/F式A/D等。至于各種A/D的原理,，這里就不在細(xì)述,。
2.2.2數(shù)字量輸入輸出通道
數(shù)字信號(hào)的輸入輸出，主要針對(duì)于微機(jī)保護(hù)器的人機(jī)接口和各種告警信號(hào),、跳閘信號(hào)及電度脈沖等,。為防止外部干擾的竄入，一般在輸入輸出回路中均采用光電隔離措施,。
2.3 微機(jī)保護(hù)裝置的數(shù)字核心
微機(jī)保護(hù)裝置的數(shù)字核心一般由CPU,、存儲(chǔ)器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,、Wachdog等組成,。目前數(shù)字核心的主流為嵌入式微控制器（MCU），即通常所說(shuō)的單片機(jī),。MCU一般以某一微處理器內(nèi)核為核心,，芯片內(nèi)部集成了RAM、ROM,、總線,、總線邏輯、定時(shí)/計(jì)數(shù)器,、WachDog,、I/O、串行口,、A/D,、D/A等各種必要的功能和外圍設(shè)備,、電路,。一般一個(gè)系列的單片機(jī)具有多種衍生產(chǎn)品，它們的微處理器內(nèi)核都一樣,，不同的是存儲(chǔ)器和外設(shè)的配置及封裝,。這樣可以使單片機(jī)大限度的和應(yīng)用相匹配,，從而降低成本和功耗。常見(jiàn)的MCU有MCS-51,、MCS-196/296,、C166/167、68300等等,。
隨著微電子技術(shù)的發(fā)展,，一些功能更為強(qiáng)大、數(shù)字信號(hào)處理能力更強(qiáng)的數(shù)字核心將成為微機(jī)保護(hù)裝置升級(jí)的必然趨勢(shì),。有代表性的是嵌入式DSP處理器（EDSP）和嵌入式片上系統(tǒng)（ESOC）,。
3.微機(jī)保護(hù)的算法基礎(chǔ)
微機(jī)保護(hù)裝置根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供的電氣量的采樣值進(jìn)行分析、運(yùn)算和邏輯判斷,，以實(shí)現(xiàn)各種繼電保護(hù)功能的方法成為算法,。微機(jī)算法可分為兩類。一類是由輸入的采樣點(diǎn)得出繼電保護(hù)所必需的電氣量的各要素,，如正弦量的幅值,、頻率和相角；另一類是以方程和邏輯的形式實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的動(dòng)作特性,。評(píng)價(jià)算法優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)是精度和速度,。算法的速度包括兩方面：一是算法所要求的采樣點(diǎn)數(shù)（數(shù)據(jù)窗長(zhǎng)度），二是算法的工作量,。另外,，為了保證信號(hào)的正確性，相應(yīng)的數(shù)字濾波也是非常必要的,。
對(duì)于求取電氣量的各要素的算法,，主要有：①兩點(diǎn)乘積算法；②導(dǎo)數(shù)算法,；③積分算法,；④傅式算法；⑤小二乘法,。其中,，以傅式算法應(yīng)用較為廣泛。該算法的數(shù)據(jù)窗長(zhǎng)度為一個(gè)周波,，且對(duì)于高頻分量的濾波能力較強(qiáng),，但對(duì)于非周期分量引起的低頻分量的抑制能力較差。對(duì)于偏移度較高的短路故障,，可在傅式算法前加一數(shù)字濾波（如差分濾波）,，來(lái)減弱非周期分量的影響。
4.微機(jī)保護(hù)裝置的電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)
微機(jī)保護(hù)裝置的電磁兼容性（EMC）關(guān)系到裝置動(dòng)作的可靠性和壽命,。下面所列的是目前國(guó)內(nèi)較為通用的電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn),，也是微機(jī)保護(hù)裝置做靜模試驗(yàn)應(yīng)遵循的主要標(biāo)準(zhǔn),。
目前針對(duì)國(guó)內(nèi)的繼電保護(hù)現(xiàn)狀，我司研發(fā)多年的三相繼電保護(hù)測(cè)試儀和六相繼電保護(hù)測(cè)試儀在電力現(xiàn)場(chǎng)得到了很好的應(yīng)用,。
