微机保护装置硬件原理

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1、电力系统微机保护西南交通大学电气工程学院11.继电保护定义反映电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态并动作于断路器跳闸或发出信号或指示的自动装置。继电保护基本概念回顾第二章微机保护硬件构成2.继电保护的作用切除故障：自动、迅速、有选择地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到损坏，保证无故障部分迅速恢复正常运行。23.继电保护的基本原理寻找能够区分出三种运行状态的可测参量；提取和利用可测参量在三种状态下的“差异”；识别出发生故障和出现异常的元件；完成继电保护任务。反应电力设备的不正常运行状态：根据运行维护条件，动作于发信号或跳闸，一般不要

2、求迅速动作（延时动作）。34.继电保护装置的基本组成给出“是”、“非”、“大于”等逻辑信号判断保护是否启动常用逻辑回路有“或”、“与”、“否”、“延时起动”等，确定断路器跳闸或发出信号4微机保护装置一般采用如图所示的多CPU结构。5一、数据采集单元1.作用强电信号到弱电信号的转换、模拟信号到数字信号的转换2.对数据采集单元的要求①模拟量◆模拟量的数量◆模拟量的性质(电流、电压、直流/交流)◆模拟量的动态范围（电流信号：0.08～20Ie;电压信号：0.01～1.2Ue）②采样频率的选择满足奈奎斯特（Nyquist）采样定理：采样频率被采样信号的最高频率

3、6③精度◆A/D式数据采集单元（A/D芯片的位数）◆VFC式数据采集单元（最高转换频率、采样间隔时间）3.数据采集单元的种类◆比较式数据采集单元(A/D芯片构成)◆积分式数据采集单元(VFC芯片构成)逐次逼近原理电压频率转换4.比较式数据采集单元的构成7①变换器◆作用强电信号转换为弱电信号；隔离作用；变换器原边和副边可加屏蔽层，有利于抗干扰。◆种类电压变换器、电流变换器、电抗变换器◆电压变换器目前应用最广泛的是电磁式电压互感器，工作原理与变压器相同。特点：电压变换器的二次侧负载阻抗很大，运行条件相当于变压器空载运行；二次绕组匝数远小于一次绕组匝数，二次

4、侧不能短路。8作用：将PT二次侧电压转换成与之成比例的弱电压；输出电压范围：根据A/D或VFC芯片的输入电压范围来确定，一般为±2.5V、±5V、±10V。◆电流变换器特点：电磁式电流变换器其工作原理与电压变换器相同。运行条件相当于变压器短路，二次侧绕组匝数远大于一次侧绕组匝数，二次侧不能开路。作用：将CT二次侧电流转换成与之成比例的弱电流；弱电流在电阻R上产生的电压即为输出电压；通过调节电阻R的阻值来调整输出电压。9模拟低通滤波、A/D输入回路的综合阻抗采样电阻R：比较小，一般为几欧到十几欧。综合阻抗Z：较大，可达80kΩ以上相关参数满足：一次电流的

5、最大瞬时值A/D转换器在双极性输入情况下的最大正输入范围输出电压范围：根据模数转换芯片（A/D或VFC）的电压输入范围来确定。缺点：在非周期分量作用下易饱和，线性度差，动态范围较小。◆电抗变换器特点：阻止直流、放大高频分量，当一次电流非正弦时，二次电压波形将发生严重畸变。优点：线性范围大、铁芯不易饱和，有移相作用。10◆对变换器的要求线性度好抗饱和能力强（电流变换器）损耗小（原副边相角差）过载能力要求※交流电流回路：2倍额定电流，连续工作50倍额定电流，允许1s※交流电压回路：1.5倍额定电压，连续工作2倍额定电压，允许10s精确测量范围要求※交流电流

6、回路：（0.1～20）倍额定电流※交流电压回路：（0.01～1.2）倍额定电压11功率消耗：GB/T18038-2000《电气化铁道牵引供电系统微机保护装置通用技术条件》12电流变换器的暂态特性（直流分量对变换器的影响）输入电流：基波1A输入电流：基波1A直流分量0.2A13◆霍尔传感器霍尔电流传感器一般由原边电路、聚磁环、霍尔器件、（次级线圈）和放大电路等组成从实现原理上可分为：直测式和磁平衡式。直测式霍尔电流传感器原理：当电流通过一根长导线时，在导线周围将产生一磁场，这一磁场的大小与流过导线的电流成正比，它可以通过聚磁环聚集感应到霍尔器件上并使其有

7、一信号输出。这一信号经信号放大器放大后直接输出。原边电流Ip产生的磁通量聚集在聚磁环上，通过霍尔器件检测出霍尔电压，经过放大器放大输出，该输出电压VOUT信号精确反应原边电流。14磁平衡式霍尔电流传感器原理：又称为补偿式传感器，主回路被测电流Ip在聚磁环处所产生磁场。该磁场通过一个次级线圈电流所产生的磁场进行补偿，从而使霍尔器件处于检测零磁通的工作状态。IS*NS=IP*NP式中：IS—副边电流，IP—原边电流，NP—原边线圈匝数电流传感器的输出信号是副边电流IS，它与输入信号（原边电流IP）成正比，IS一般很小，只有10～400mA。将输出电流IS经

8、过测量电阻RM，则可以得到一个与原边电流成正比的电压输出信号。NS—副边线圈匝数，NP/NS—