文档介绍：第一节微机继电保护装置简介
自从微型机引入继电保护以来,微机保护在利用故障分量方面取得了长足的进步,另一方面,结合了自适应理论的自适应式微机保护也得到较大发展,同时,计算机通信和网络技术的发展及其在系统中的广泛应用,使得变电站和发电厂的集成控制、综合自动化更易实现。未来几年内,微机保护将朝着高可靠性、简便性、通用性、灵活性和网络化、智能化、模块化等方向发展,并可以与电子式互感器、光学互感器实现连接;同时,充分利用计算机的计算速度、数据处理能力、通信能力和硬件集成度不断提高等各方面的优势,结合模糊理论、自适应原理、行波原理、小波技术等,设计出性能更优良和维护工作量更少的微机保护设备。
微机继电保护装置优点
1. 调试维护方便
2. 高可靠性
3. 易于获得附加功能
4. 灵活性
5. 改善保护性能
6. 智能化、网络化
微机保护硬件系统包含以下四个部分
(l)数据采集单元即模拟量输入系统。包括电压形成、模拟滤波、采样保持、多路转换以及模数转换等功能块,完成将模拟输入量准确地转换为所需的数字量。
(2)数据处理单元即微机主系统。包括微处理器,只读存储器、随机存取存储器以及定时器等。微处理器执行存放在只读存储器中的程序,对由数据采集系统输入至随机存取存储器中的数据进行分析处理,以完成各种继电保护的功能。
(3)数字量输入/输出接口即开关量输入输出系统。包括若干并行接口,光电隔离器及中间继电器等组成,以完成各种保护的出口跳闸,信号警报,外部接点输入及人机对话等功能。
(4)通信接口。包括通讯接口电路及接口以实现多机通讯或联网。
硬件示意框图如图14-2所示。
图14-2 微机保护硬件示意图
(l)电压形成
微机保护要从被保护设备的电流互感器、电压互感器或其它变换器上取得信息,但这些互感器的二次数值的输入范围对微机电路并不适用,故需要降低和变换,在微机保护中通常要求输入信号为±5V或±10V的电压信号,具体取决于所用的模数转换器。因此,一般采用中间变换器来实现以上的变换。交流电流的变换一般采用电流中间变换器并在其二次侧并电阻以取得所需的电压。如图14-3所示,此外,这些中间变换器还起到屏蔽和隔离的作用,提高了保护的抗干扰能力和可靠性。
图14-3 电流辅助变换电路
图14-4 采样保持电路原理图
(2)采样保持(S/H)电路及采样频率的选择
采样保持电路的作用是在一个极短的时间内测量模拟输入量在该时刻的瞬时值,并在模拟--数字转换器进行转换的期间内保持其输出不变。
(3)模拟低通滤波器(ALF)
滤波器是一种能使有用频率信号通过,同时抑制无用频率信号的电路。随着数字处理技术的发展,除了模拟滤波器之外,还出现了数字滤波器。
对微机保护系统来说,在故障初瞬,电压、电流中可能含有相当高的频率分量,为防止频率混叠,fs将不得不用得很高,从而对硬件速度提出过高的要求。但实际上目前大多数的模拟微机保护原理都是反映工频量的,在这种情况下可以在采样前用一个模拟低通滤波器将高频分量滤掉,这样就可以降低fs,从而降低对硬件提出的要求。以后我们将介绍,由于数字滤波器的作用,通常并不要求低通滤波器滤掉所有的高频分量而仅用它滤掉fs/2以上的分量,以消除频率混叠,防止高频分量混到工频附近来。低于fs/2的其它暂态频率分量,可以通过数字滤波来滤除。还应当指出,电流互感器、电压互感器对高频分量已有相当大的抑制作用,因此,不必对抗混叠的低通模拟滤波的频率特性提出很严格的要求。模拟低通滤波器通常可分为两大类,一类是无源滤波器,由RLC元件构成;另一类是有源滤波器,主要由集成运算放大器和RC元件构成。
(4)模数转换器(A/D转换器)
在微机保护中,常需将检测到的连续变化的模拟量如转化成离散的数字量,才能输入到单片微机中进行处理。实现模拟量变换成数字量的设备称为模数转换器(ADC),简称 A/D。
根据 A/D转换器的原理可将其分成两大类。一类是直接型 A/D转换器,另一类是间接型 A/D转换器。在直接型A/D转换器中,输入的模拟电压被直接转换成数字代码,不经任何中间变量;在间接型 A/D转换器中,首先把输入的模拟电压转换成某种中间变量(频率),然后再把这个中间变量转换成数字代码输出。目前A/D转换器的种类很多,但应用较广泛的主要有三种类型。逐次逼近式A/D转换器、双积分式A/D转换器和 VFC变换式 A/D转换器。
l)逐次逼近式A/D转换器原理
图14-6 逐次逼近A/D转换器工作原理
图14-6是逐次逼近式A/D转换器的电路原理图。其主要原理为:将一待转换的模拟输入信号UIN与一个推测信号Ui相比较,根据推测信号大