微机保护的硬件原理

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1、第一章微机保护的硬件原理第一节概述1.微机保护的硬件系统包括以下三部分：数据采集系统（或称模拟量输入系统）：包括电压形成、采样保持、多路开关及数模转换。微型机（或微处理器）主系统：包括微处理器、程序存储器（ROM）、数据存储器（RAM）、定时器、并串接口等。开关量输入输出系统：由微型机的并行接口、光电隔离器件及有触点的中间继电器等组成。完成保护需要的外部触点接入、出口跳闸、人机对话等功能。图1－1示出了微机保护硬件构成框图第一节概述图1－1微机保护硬件构成框图第一节概述2.微机保护用硬件特点集成微处理器（MPU）、只读存储器(ROM)

2、、随即存取存储器(RAM)、定时器、模数转换器(AD)、并行接口(PIO)、闪存单元(FLASH)、数字信号处理器(DSP)、通信接口等多种功能集成在一个芯片内的单片机系统。把所有总线连同单片机都集成在一个芯片内的总线不出片技术。不区分微机、单片机、微处理器第二节数据采集系统为模数转换（AD）做准备、转换模拟量为数字量适应电力系统故障信号特点频谱分布宽广：从直流、衰减直流、工频基波分量到各次谐波（最高到数百千赫兹）在内的暂态信号动态范围宽广：从正常运行的几十安培到短路状态下的几万安培甚至几十万安培第一章微机保护的硬件原理适应继电保护特点

3、要求模拟量设置应满足继电保护功能要求为准则典型的高压线路保护需要：三相电流、零序电流；三相电压、线路侧线间电压；典型的三绕组变压器差动保护需要：每一绕组侧的三相电流因此，微机保护是一个多模拟量输入系统第一章微机保护的硬件原理2－1电压形成回路要求继电保护所使用的电压、电流都是来自于电压互感器（100伏、线间电压）和电流互感器（额定电流5安或1安，短路电流100安）把100伏左右的电压变换为适合AD转换需要的正负2.5伏、正负5伏、正负10伏的电压；把小于1安～100安的电流变换为适合AD转换需要的正负2.5伏、正负5伏、正负10伏的电压

4、第二节数据采集系统变换器电压变换器用于将一次电压变换成微机保护模数转换（AD）用的电压，普通变压器原理。电流变换器：用于电流－电流－电压用于将一次电流变换成微机保护模数转换（AD）用的电压。普通变压器原理，把电流变换成电流，再把一个小电阻并联在该变压器的二次侧，形成电压。要求该变压器的铁心不饱和。第二节数据采集系统第二节数据采集系统电抗变压器：用于直接获取电压它的原理结构、原理图及等值电路如图1－2所示图1－2电抗变压器的原理结构与等值电路图第二节数据采集系统它的铁心带有气隙、具有三个绕组的变压器。由于存在气隙，励磁电抗数值很小，相对而

5、言很大的二次负载阻抗可忽略不及，故一次电流全部作为励磁电流。此时有以下关系：总体效果相当于因此电抗变能够将一次电流的基波分量成比例地转换成二次侧电压。但放大了谐波分量，阻止了直流和低频分量。严格讲是失真变换。电流变换器和电抗变压器的比较电流变换器能够不失真地变换电流成为电压，但是在出现非周期分量、衰减直流分量时，容易饱和，线性度差，动态范围小电抗变压器具有阻止直流、放大谐波的作用，因此当一次波形为非正弦时，二次将发生严重畸变。但是它的动态范围宽广、铁心不易饱和、具有移相作用。在某些场合下还是有用的。第二节数据采集系统2－2采样保持电路和

6、模拟低通滤波器采样保持电路的作用及原理定义：采样保持电路（S/H,SamplingandHolding）是在极短时间内测量模拟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保持输出不变的一个电路第二节数据采集系统组成：它由电子模拟开关AS、保持电容器及两个阻抗变换器组成。Ch的作用是记忆AS闭合时刻的电压，并在AS打开后保持该电压。阻抗变换器I在Ch端提供低阻抗，使得Ch电压建立迅速，而在输入端呈现高阻抗，以尽量减少对输入回路的影响；阻抗变换器11在Ch端提供高阻抗，使得Ch衰减缓慢，而在后边呈现低阻抗以提高带负载的能力。第二节

7、数据采集系统第二节数据采集系统图1－3采样保持电路及工作过程第二节数据采集系统工作过程：微机采样定时器等间隔地产生采样脉冲进行采样，得到采样信号，采样后信号在下次采样脉冲到来之前应保持不变，形成稳定的阶梯状采样保持信号，等待A/D转换。第二节数据采集系统对采样保持电路的要求Ch上的电压按照一定的精度跟踪Usr，跟踪时间尽量短，以适应最小采样宽度要求Tc保持时间要长，通常用下降率来表示保持能力模拟开关的动作延时、闭合电阻和开断时的漏电流要小前两个指标取决于阻抗变换器和保持电容的性能，就捕获而言，越小越好；就保持而言越大越好。一般来讲，要求

8、快速捕获，采样周期短，电容要小一些；慢速捕获，采样周期长，电容大一些，稳定性好，抗杂散电容影响能力强。第二节数据采集系统图1－4采样保持电路的性能与电容Ch的关系曲线1－保持下降率2－保持跳变误差3－0.1