微机保护构成及数据采集系统

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1、第二章微机保护的数据采集系统§2.1微机保护系统构成微机保护是以电压、电流的采样值为输入量，以微机为控制器，以电气设备的断路器为被控对象的一个开环离散控制系统。微机保护是将被保护设备输入的模拟量经模数转换器后变为数字量，再送入计算机进行分析和处理的保护装置。微机保护由硬件和软件两部分构成。微机保护整套硬件通常是用单独的专用机箱组装，包括数据采集系统、CPU主系统、开关量输出、输入系统及外围设备等。微机保护的软件由初始化模块、数据采集管理模块、故障检出模块、故障计算模块与自检模块等组成。微机保护的硬件系统包括以下五部分：1.数据采集系统（或称模拟量输入系统）

2、：包括电压形成、采样保持、多路开关及数模转换。2.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。3.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。4.通信接口。包括通信接口电路及接口以实现多机通信或联网5.逆变稳压电源（5V±15V、±24V）微机保护硬件构成框图（书）2.微机保护用硬件特点集成微处理器（MPU）、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、定时器、模数转换器(AD)、并行接口(PIO)、闪

3、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、微处理器微机保护的软件包括数字滤波器，如减法滤波器、加法滤波器等。像有些不便于采用模拟滤波器的场合，如傅立叶滤波、小波变换等;微机保护算法，像幅值和相位计算、选相算法、滤序算法等;保护动作判据，保护基本原理的具体体现;逻辑输出，执行跳闸、告警等数字信号输出。§2.2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

4、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微机保护常用的数据采集系统有两种：一是采用逐次逼近原理的A/D芯片构成的数据采集系统；另一种是采用VFC芯片构成的压频变换式数据采集系统对于中低压电力系统这两种方式都在使用，而高压或超高压的保护装置我国大都采用VFC变换方式。ADC方式是将模拟量直接转变为数字量的方法；VFC方式是将模拟量先转变为频变脉冲量，再通过脉冲计数变换为数字量的一种变换方法。适应继电保护特点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

5、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包括电压形成电路、模拟低通滤波器、采样保持、多路开关、A/D转换等部分采集量的选择以高压线路保护和三绕组变压器差动保护为例，由于高压线路保护一般具备全线速动保护（如高频保护或光纤电流纵差保护）、距离保护、零序保护和重合闸功能。所以模拟量一般设置为以下8个量前7个量用于构成保护功能，最后的量为断路器的另一侧电压，用于实现重合闸功能；对于三绕组变压器的的差动保护，至少应该接入三侧的三相电流，共9个模拟量。继电保护所使用的电压、电流都是来自于电

6、压互感器（100V、线间电压）和电流互感器（额定电流5安或1A，短路电流100A）电流(电压)变换器再将TA(TV)二次侧电流(电压)均变换为适合AD转换需要的±2.5V、±5V、±10V的电压；1.电压形成回路电压、电流变换器电流变换器（TA）、电压变换器（TV）和电抗变换器（TX）。作用：变换、隔离。在原副边可加一屏蔽层，有利于抗干扰。电抗变换器具有阻止直流、放大高频分量的作用，优点是线性范围大，铁芯不易饱和，有移相作用。电流变换器特点优点：只要铁芯不饱和，其二次电流及并联电阻上的二次电压波形基本保持与一次电流波形相同且同相。缺点：再非周期分量的作用下

7、容易饱和，线性度较差，动态范围较小。电流变换器二次测的并联电阻数值为几欧到十几欧姆。前置低通滤波器的设置☆滤波器是一种能使有用频率信号通过，同时拟制无用频率信号的电路。低通滤波器是只让低于截至频率通过的滤波器。☆前置低通滤波器又称为抗混叠滤波器，广泛应用于采样电路前，滤除高于采样频率一半的信号，因此截至频率被设置为1/2fs。☆低通滤波器可以采用有源的、也可以采用无源的。☆无源滤波器由RLC元件构成；有源的由运放和RC元件构成；模拟低通滤波器(ALF)ALF(AnalogLow-passFilter)无源特点：无源滤波器构成简单，频率特性单调衰减的，不能做

8、到通带平坦和过渡带陡峭，可用于反映基波分量的保护；且电阻和电容回路