微机保护硬件系统

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1、第三章微机继电保护硬件系统的构成与原理天津大学电力系§3.1传统保护装置硬件系统构成电力系统发生故障时，有关参数将发生变化。例如，电流增大、电压降低以及电流与电压之间的相位角变化等。利用故障与正常运行时这些基本参数的差别，就可构成不同原理的继电保护装置，如：1）反应电流变化的有电流速断、定时限过电流保护、反时限过电流保护。2）反应电压变化的有低电压、或过电压保护、或电压闭锁电流保护。3）既反应电流变化又反应输送功率方向的有方向过电流保护。4）反应输入电流与输出电流之差值变化的有差动保护。5）反应电压

2、与电流比值变化的有距离保护。根据不同原理构成的继电保护装置种类虽然很多，但一般情况下，它们都是由三个基本部分组成，即测量部分、逻辑部分和执行部分，其原理方框图如下所示：各基本部分的作用是：测量部分的作用是测量被保护设备工作状态（正常状态、故障状态或不正常工作状态）的一个或几个有关的电气量。逻辑部分的作用是根据各测量元件输出量的大小、性质、组合方式、出现的顺序，来判断被保护设备的工作状态，以决定保护是否应该动作。执行部分的作用是根据逻辑部分所作出的决定，执行保护装置所承担的任务，即发出信号、跳闸或不动

3、作。现以输电线路的电流保护为例，说明传统保护装置的基本工作原理及其组成元件。图1为方向过电流保护装置的单相原理示意图。图中的机构及触点状态是按断路器在分闸状态，保护在非动作状态下绘制的。在正常运行时，断路器处在合闸位置，线路中只有负荷电流，因而电流互感器的二次侧的电流较小，流过电流继电器线圈的电流所产生的电磁力不足以吸动衔铁，其动合触点打开着，即继电器处于不动作状态。当线路上发生故障时，线路上流过很大短路电流，因此继电器线圈中的电流也按比例地增大。当此电流足够大时，产生的电磁力吸动衔铁，使继电器触点

4、闭合，若功率方向元件判定故障为正方向，接通断路器的跳闸回路（正电源→继电器的触点→断路器的辅助触点→跳闸线圈→负电源），跳闸线圈中便有直流电流通过，其铁芯磁化并撞开锁扣机构，于是断路器在跳闸弹簧的作用下，迅速断开，将故障切除。图1方向过电流保护的原理示意图在图1中，电流互感器LH和电压互感器YH、功率方向继电器和电流继电器的电压线圈、电流线圈是保护装置的测量部分。它监视着被保护设备的工作状态，只有在发生故障时，短路功率方向为正方向并且电流增大到大于预定整定值时才动作。因此，测量部分根据所反应的电气量

5、的大小可处于动作或不动作两种状态。继电器的触点回路和延时元件是保护装置的逻辑部分。逻辑部分接受测量部分送来的信号，再根据信号的组合和顺序来确定是否能使逻辑部分构成回路，如能构成通路，则向执行部分送出执行信号。执行部分一般是由中间继电器担任，它接到逻辑部分送来的信号后，发出使断路器跳闸或动作于音响信号的脉冲，以完成整套保护装置的动作。§3.2微机保护装置硬件系统构成微机保护装置硬件系统包含以下五个部分：（1）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，

6、完成将模拟输入量准确地转换为所需的数字量的功能。（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。由若干并行接口、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。包括通信接口电路及接口以实现多机通信或联网。（5）电源。供给微处理器、数

7、字电路、A/D转换芯片及继电器所需的电源。保护装置的硬件示意图如下所示：图2微机保护硬件示意框图下面分别介绍各子系统的电路构成原理：一．数据采集单元（l）电压变换微机保护要从被保护的电力线路或设备的电流互感器、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保护装置硬件电路并不适用，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。例如电流变换器和电压变换器。交流电流的变换一般采用

8、电流变换器，在其二次侧并联电阻取得所需电压。改变电阻值就可以改变输入电流范围的大小。例如，当图3中R１和R2阻值相等，若R2断开时电流允许输入范围为0～50A，则R2并联接入后，电流的输入范围为0～100A。电流变换器最大的优点是，只要铁芯不饱和，其二次电流及并联电阻上电压的波形就可基本与一次电流成比例且同相，即可以做到不失真变换。这一点对微机保护是很重要的。因为只有在这种条件下作精确的运算与定量分析才是有意义的。电流变换器的缺点是在非周期分量的作用下容易饱和，线性度