第1章微机继电保护装置的硬件原理ppt课件.ppt

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1、第1章微机继电保护装置的硬件原理1.1微机继电保护装置硬件的基本结构微机继电保护装置的硬件包括以下五个部分：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、多路开关及模数转换。CPU（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：并行接口、光电耦合器及中间继电器等组成。完成各种保护的出口跳闸、信号警报、外部接点输入等功能。人机接口与通信系统：由液晶显示器、键盘、打印机及通信芯片等组成。完成装置调试、系统状态显示、定值整定及实现与其他设备通信等功能。电源系统：提供整个装置所需

2、要的直流稳压电源。图1－1示出了微机继电保护装置硬件系统结构框图图1－1微机继电保护装置硬件系统结构框图1.2比较式数据采集系统数据采集系统的作用：为模数转换（AD）做准备、转换模拟量为数字量数据采集系统的特点：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

3、侧的三相电流因此，微机保护是一个多模拟量输入系统1.2比较式数据采集系统微机保护装置中的数据采集系统按模数转换器的类型分为：采用逐次逼近式模数转换的比较式数据采集系统，采用V∕F变换器（VFC）实现数据转换的压频转换式数据采集系统。本节将介绍比较式数据采集系统1.2.1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

4、伏、正负10伏的电压隔离和屏蔽作用，以减小高压设备对微机保护装置的干扰。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。为了保证电压或电流变换的准确性，通常在设计变换器时，应考虑满足以下原则：（1）电压变换器之间、电流变换器之间以及电压变换器与电流变换器之间的原副方相位移要一致。（2）变换器的铁芯磁导率要选取适当，在整个工作范围内

5、保持线性传变，输入小信号时不失真，输入大信号时不饱和。（3）变换器本身的损耗要小，使变换器在传变过程中一次、二次侧电量的相角差尽可能的小。在设计电流变换器应考虑以下几点：（1）优先保证在输出为最小工作电流时，对应A∕D变换的结果应具有足够的分辨能力；（2）保证在可能出现的最大短路电流条件下，电流变换器输出的电压不应使A∕D变换出现溢出，从而避免造成数字量紊乱；（3）适当选择电流变换器二次侧负载，使电流变换器在一次侧出现最大短路电流时不至于出现饱和现象。1.2.2前置模拟低通滤波器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

6、让低于截止频率通过的滤波器。前置模拟低通滤波器又称为抗混叠滤波器，广泛应用于各种消费、控制电路中的采样电路前，滤除高于2倍采样频率的信号，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。无源滤波器构成简单，但电阻和电容回路对信号有衰减作用，并会带来时间延迟，仅适用于对速度和性能要求不高的微机保护有源滤波器抗冲击干扰能力差，但滤波性能好。性能越好的滤波器延时越长，造成信号不同步的可能性越大。继电保护常常采用普通的一阶（最高二阶的有源或无源）滤波器来限制接近工频分量的谐波信息混进来！1.无源低通滤波器在微机保护中常采用的一种二阶RC

7、滤波器如图1-3所示。其传递函数为：2.有源低通滤波器有源低通滤波器的设计就是通过选择不同的传递函数去逼近理想低通特性。可用的逼近函数有：Butterworth（最平幅度特性）Cheybyshev（等波汶特性）Bessel（最平延迟特性）当前模拟滤波器的设计较为成熟，有大量的设计成果及专用集成电路（如MAX系列）可供选择，详细内容可参考相关资料。1.采样保持（S/H,SamplingandHolding）电路基本原理采样就是将一个时间上连续变化的模拟量转换为在时间上离散的模拟量。采样过程是将模拟信号首先通过采样保持器，每隔Ts采样一次（定时采样）输入信号的

8、即时幅度，并把它存放在保持电路里，供A/D换器使用。1.2.3采样