第二章數(shù)字繼電保護(hù)裝置的硬件系統(tǒng)數(shù)字繼電保護(hù)裝置的硬件系統(tǒng)框圖數(shù)據(jù)采集與信號(hào)調(diào)理中央數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)開(kāi)關(guān)量輸入輸出回路人機(jī)聯(lián)系與調(diào)試接口數(shù)字通信接口微機(jī)保護(hù)裝置的可靠性措施微機(jī)保護(hù)硬件系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)習(xí)題第一節(jié)數(shù)字繼電保護(hù)裝置的硬件系統(tǒng)框圖

輸出通道開(kāi)關(guān)量輸出通道等人機(jī)接口鍵盤、顯示器及打印機(jī)等微機(jī)保護(hù)主要包括近些年來(lái)，隨著網(wǎng)絡(luò)及通訊技術(shù)在電力系統(tǒng)廣泛應(yīng)用。通信系統(tǒng)也日益成為微機(jī)保護(hù)裝置必不可少的部分。

進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的輸入通道模擬量輸入變換與低通濾波回路、采樣保持與多路轉(zhuǎn)換、模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)以及開(kāi)關(guān)量輸入通道等進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及相應(yīng)判斷的數(shù)字核心部分CPU、存儲(chǔ)器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、WATCHDOG等模擬量輸入變換前置低通濾波回路多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)A/DCPU保存數(shù)據(jù)用的RAM存放程序用EPROM/FLASH來(lái)自電力系統(tǒng)的電壓電流信號(hào)存放整定值用EEPROM/FLASHWATCHDOG實(shí)時(shí)時(shí)鐘開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)處理繼電器邏輯回路光電隔離手分/手合信號(hào)壓板投退信號(hào)狀態(tài)信號(hào)斷路器及重合閘操作機(jī)構(gòu)告警信號(hào)數(shù)字繼電保護(hù)裝置的硬件系統(tǒng)人機(jī)交互接口打印機(jī)接口高頻通道接口微波通道接口光纖通道接口保護(hù)用通訊接口通用數(shù)字通訊接口電源本地操作人員打印機(jī)高頻通道微波通道光纖通道連接到變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)本地調(diào)試用通訊接口GPS授時(shí)系統(tǒng)電源回路微機(jī)保護(hù)的典型硬件結(jié)構(gòu)圖(通訊接口)第二節(jié)數(shù)據(jù)采集與信號(hào)調(diào)理微機(jī)保護(hù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般包括：模擬量輸入變換回路低通濾波回路采樣保持回路多路轉(zhuǎn)換器模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）回路1.模擬量輸入變換回路

繼電保護(hù)裝置需要從被保護(hù)設(shè)備上引入電流、電壓量。由電流互感器、電壓互感器二次側(cè)得到的電流、電壓量由于量值較大等原因，仍不能適用于微機(jī)保護(hù)的A/D變換回路所要求的范圍。一般A/D變換回路的輸入電壓范圍為±2.5V、±5V或±10V。模擬量輸入變換回路的主要任務(wù)就是將電流、電壓互感器二次側(cè)的輸出電量進(jìn)行進(jìn)一步變換，將二次電量變得更小，并將電流量轉(zhuǎn)化為電壓量，滿足A/D回路的要求。除此以外，模擬量輸入變換回路還起到隔離和屏蔽作用，以減少高壓設(shè)備對(duì)微機(jī)系統(tǒng)的干擾。

典型的模擬量輸入變換回路變換器原方所跨接的電容主要是為了吸收耦合到輸入導(dǎo)線上的干擾信號(hào)

來(lái)自電流互感器來(lái)自電壓互感器電流變換器

CR

連接到低通濾波回路電壓變換器C電流變換器副方所并電阻的目的是通過(guò)電流在電阻上產(chǎn)生的電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)電流量到電壓量的變換

設(shè)計(jì)模擬量輸入變換回路的基本原則主要有：

①要保證各電流變換器之間、電壓變換器之間以及電流與電壓變換器之間的原副方相位移要保持一致

②變換器的鐵芯的磁導(dǎo)率μ要選取恰當(dāng)，即要整個(gè)工作范圍內(nèi)保持線性傳變，輸入小信號(hào)時(shí)不失真，輸入大信號(hào)時(shí)不飽和。

③變換器本身的損耗要小，使變換器在傳變過(guò)程中原副方電量的相角差盡可能的小。

④變換器原、副方之間要加屏蔽層，并接地。電流變換器的設(shè)計(jì)尤其需要考慮下面幾點(diǎn)：

①優(yōu)先保證在輸出為最小工作電流時(shí)，對(duì)應(yīng)A/D變換的結(jié)果應(yīng)具有足夠的分辨能力。②應(yīng)適當(dāng)選擇電流變換器副方的負(fù)載，使電流變換器在原方出現(xiàn)最大短路電流時(shí)不至于出現(xiàn)飽和現(xiàn)象。③應(yīng)保證在出現(xiàn)最大短路電流時(shí)，電流變換器輸出的電壓不應(yīng)使A/D轉(zhuǎn)換出現(xiàn)溢出現(xiàn)象。

由于電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，電流互感器副方的電流具有很大的動(dòng)態(tài)范圍。因此，必須保證經(jīng)過(guò)電流變換器的變換后，小電流信號(hào)應(yīng)具有足夠的分辨能力，大電流信號(hào)又不至于產(chǎn)生畸變或溢出。

2.采樣保持和低通濾波回路所謂采樣，就是將一個(gè)在時(shí)間上連續(xù)變化的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為在時(shí)間上離散的模擬量。

采樣的過(guò)程相當(dāng)于一個(gè)受控理想開(kāi)關(guān)的快速開(kāi)閉的過(guò)程。采樣控制信號(hào)s(t)可表示為一個(gè)以Ts為周期的脈沖序列信號(hào)，其中脈沖的寬度為τ（即理想開(kāi)關(guān)每隔Ts秒短暫閉合的時(shí)間為τ）。τTs(1)采樣保持、采樣定理及頻率混疊現(xiàn)象f(t)為輸入連續(xù)信號(hào)，fs(t)為采樣輸出的信號(hào)。當(dāng)s(t)=1時(shí),開(kāi)關(guān)閉合，此時(shí)fs(t)=f(t)。當(dāng)s(t)=0時(shí),開(kāi)關(guān)打開(kāi)，此時(shí)fs(t)=0用數(shù)學(xué)形式可表示為：fs(t)=f(t)×s(t)其中s(t)=0或1。當(dāng)s(t)=1時(shí)，輸出fs(t)跟蹤輸入f(t)的變化。采樣脈沖的寬度τ越小，采樣輸出的脈沖的幅度就越準(zhǔn)確反映了輸入信號(hào)在該離散時(shí)刻上的瞬時(shí)值。S(t)

采樣控制信號(hào)fs(t)f(t)采樣器采樣過(guò)程示意圖tttttS(t)f(t)fs(t)f’s(t)當(dāng)輸入的信號(hào)被記錄下來(lái)后，為了保證A/D轉(zhuǎn)換的正確進(jìn)行。這些信號(hào)必須在A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程中保持恒定，保持電路就是為實(shí)現(xiàn)這一功能的。

我們把采樣和保持電路結(jié)合在一起，稱為采樣保持電路。

采樣保持電路由MOS管采樣開(kāi)關(guān)T、保持電容Ch和作為跟隨器的運(yùn)放構(gòu)成。當(dāng)s(t)=1時(shí)，采樣開(kāi)關(guān)T導(dǎo)通，輸入信號(hào)Vi向Ch充電，V0和Vc跟隨Vi的變化，即對(duì)Vi采樣。當(dāng)s(t)=0時(shí)，T截止，在Ch的漏電電阻、跟隨器的輸入電阻以及MOS管T的截止電阻都足夠大，Ch的放電電流可以被忽略的情況下，V0將保持T截止前一刻的電壓基本不變，直至下一次采樣開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，新一輪采樣重新開(kāi)始。

采樣保持電路原理圖S(t)Vif(t)TVcCh－＋Vofs(t)O采樣開(kāi)關(guān)保持電容跟隨器為了使采樣所得到的信號(hào)能準(zhǔn)確、真實(shí)的反映原始信號(hào)，除了上述采樣保持電路外，還必須對(duì)采樣的頻率做出一些要求

如輸入信號(hào)u，如果按“

”所示頻率采樣，基本可以反映u的變化情況。

ut采樣定理及頻率混疊現(xiàn)象示意圖×××××這種由于采樣頻率不夠高，導(dǎo)致采樣值對(duì)應(yīng)多種的可能波形的現(xiàn)象稱為頻率混疊。而若按“×”所示頻率采樣，同樣的采樣值所對(duì)應(yīng)的波形卻不是唯一的，所以根本無(wú)法恢復(fù)原始波形。要用采樣值準(zhǔn)確無(wú)誤的表示原始輸入信號(hào)，采樣頻率必須大于原始信號(hào)中最高次頻率分量的兩倍即:

這就是采樣定理。實(shí)際應(yīng)用中所取倍數(shù)往往大于4、5倍，才有利于改善測(cè)量精度。

典型芯片

LF398

1234

8765+U調(diào)零Usr-UUscChGNDSnLF398+U-UChR1R2UscUsrSnGND調(diào)零LF398雙列直插，8引腳。R1，R2用于內(nèi)部調(diào)零。一般取2kCh外接保持電容，通常Ch取0.01u。（2）低通模擬濾波回路系統(tǒng)故障電壓、電流信號(hào)中往往包含了許多高頻分量的信號(hào)。常見(jiàn)的微機(jī)保護(hù)的原理都是基于工頻量的，因主機(jī)頻率不高且計(jì)算量較大，因此在采樣頻率不太高的情況下，為了防止出現(xiàn)頻率混疊現(xiàn)象，要求限制輸入信號(hào)的高頻分量。因此需要在采樣之前加上低通濾波回路。理想低通濾波器的頻率響應(yīng)特性曲線如圖中曲線a所示，信號(hào)頻率低于理想低通濾波器的截止頻率fc的部分無(wú)任何衰減，而高于截止頻率fc的信號(hào)被完全濾除。

實(shí)際低通濾波器的特性曲線如圖中曲線b所示，顯然，實(shí)際低通濾波器截止頻率的過(guò)渡帶遠(yuǎn)沒(méi)有理想低通濾波器那么陡。

ba輸出信號(hào)/輸入信號(hào)通帶阻帶

fC低通濾波特性f結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，均為無(wú)源元件，故可靠性較高，能經(jīng)受較大的浪涌沖擊等優(yōu)點(diǎn)，因此應(yīng)用較為廣泛。但對(duì)于利用高次諧波的非基頻分量的保護(hù)，由于這種濾波器對(duì)諧波分量的衰減比較大，故不宜采用。

RC無(wú)源濾波器C2C1R1R23.多路轉(zhuǎn)換器

多路轉(zhuǎn)換器示意圖O

輸出OOOO控制信號(hào)輸入多路轉(zhuǎn)換器的原理可以用圖所示的旋轉(zhuǎn)模擬開(kāi)關(guān)來(lái)表示。多路轉(zhuǎn)換器是一種通過(guò)控制邏輯從多路輸入模擬信號(hào)中選一路作為輸出的器件。很多的微機(jī)保護(hù)算法往往要利用多個(gè)模擬量來(lái)實(shí)現(xiàn)，由于每個(gè)模擬量通道用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器成本太高而且實(shí)現(xiàn)電路較復(fù)雜，所以一般采用各模擬量通道通過(guò)多路轉(zhuǎn)換器共用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器。4.模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）回路

(1)模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)的基本原理

由于微機(jī)系統(tǒng)只能對(duì)數(shù)字量進(jìn)行計(jì)算，而微機(jī)保護(hù)所能取得的電壓、電流信號(hào)均為模擬信號(hào)，因此必須將采樣所得到的模擬量經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換成為數(shù)字量。模數(shù)轉(zhuǎn)換的過(guò)程實(shí)質(zhì)上就是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行量化和編碼的過(guò)程。

模數(shù)轉(zhuǎn)換器是一種編碼電路，將輸入的模擬量UA相對(duì)于模擬參考量UR經(jīng)一編碼電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字量D輸出。D=[UA/UR]所謂量化,就是把時(shí)間上離散而數(shù)值上連續(xù)的模擬信號(hào)以一定的準(zhǔn)確度變?yōu)闀r(shí)間上和數(shù)字上都離散化、或量級(jí)化的等效數(shù)值。量級(jí)化通常有只舍不入和四舍五入兩種方法。顯然經(jīng)過(guò)量級(jí)化后的結(jié)果可能僅是輸入模擬信號(hào)的近似值。這種由于量化而產(chǎn)生的誤差，稱為量化誤差。量化誤差直接影響了A/D轉(zhuǎn)換的精度。這種影響只能減小，不能消除。

編碼就是把已經(jīng)量化的模擬數(shù)值用二進(jìn)制數(shù)、BCD碼或其它碼來(lái)表示。

經(jīng)過(guò)量化和編碼，就完成了A/D轉(zhuǎn)換的全過(guò)程，將各采樣點(diǎn)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成與之一一對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。

上述種種A/D變換中，以逐次逼近式和V/F轉(zhuǎn)換式在微機(jī)保護(hù)中應(yīng)用最廣。根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換的原理和特點(diǎn)的不同，可將A/D轉(zhuǎn)換分為：直接式A/D轉(zhuǎn)換間接式A/D轉(zhuǎn)換將模擬信號(hào)直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字量將模擬信號(hào)先變成中間變量，再將這些中間變量變成數(shù)字量直接式A/D轉(zhuǎn)換比較式A/D記數(shù)式A/D并行轉(zhuǎn)換式A/D間接式A/D轉(zhuǎn)換單積分式A/D雙積分式A/DV/F（壓頻）轉(zhuǎn)換式A/D當(dāng)出現(xiàn)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換脈沖時(shí)，輸出緩沖鎖存器和逐次逼近寄存器均清零，故D/A轉(zhuǎn)換器的輸出為零。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)時(shí)鐘脈沖到來(lái)時(shí)，逐次逼近寄存器的最高位置1，即為100…0，此時(shí)D/A轉(zhuǎn)換器將逐次逼近寄存器的數(shù)字量轉(zhuǎn)化為模擬電壓Vf輸出（這里Vf為A/D輸入的滿刻度值的一半）。然后將Vf與輸入信號(hào)VI比較，如果Vf<VI,則表示輸入量VI值大于滿刻度的一半，故將此位保留，否則被置零。接下來(lái)將逐次逼近寄存器的次高位置1，再重復(fù)剛才的比較，決定是否清零，如此反復(fù)直到最低一位完成這一過(guò)程。最后把逐次逼近寄存器的值送到輸出緩沖寄存器并發(fā)出轉(zhuǎn)換結(jié)束脈沖。此時(shí)輸出緩沖寄存器中的二進(jìn)制數(shù)即為A/D轉(zhuǎn)換的最終結(jié)果。

(2)逼近式A/D－＋逐次逼近寄存器（SAR）時(shí)鐘控制邏輯三態(tài)輸出緩沖器數(shù)模變換器（DAC）控制端

VIDout逐次逼近式A/D的工作原理Vf難以達(dá)到高精度、高分辨率的要求，與CPU的接口復(fù)雜，不便于在多CPU系統(tǒng)中使用等(3)V/F（壓頻）變換式A/D

V/F變換的基本原理是將輸入的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)頻率的脈沖信號(hào)，然后在固定時(shí)間間隔內(nèi)對(duì)此脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。

V/F變換的方式有很多，下面介紹一種應(yīng)用廣泛的電荷平衡式V／F變換的原理。A1和RC組成積分器，A2為零電壓比較器。剛開(kāi)始時(shí)，恒流源IR與模擬開(kāi)關(guān)S作為積分器的放電回路。當(dāng)單穩(wěn)定時(shí)器受觸發(fā)而產(chǎn)生一個(gè)寬度為t0的脈沖時(shí)，模擬開(kāi)關(guān)S接通積分器的放電回路，使積分電容C充入一定量的電荷Qc=IR·t0。O－＋A2Uo1脈沖發(fā)生器Uo－＋A1OR1UiR2OOO－UrCS電荷平衡式V/F變換的原理圖定時(shí)充電，定斜率放電當(dāng)積分器的輸出VINT降為零時(shí)，零電壓比較器發(fā)生跳變，觸發(fā)單穩(wěn)定時(shí)器產(chǎn)生一個(gè)t0寬度的脈沖，使S導(dǎo)通t0時(shí)間。由于恒流源IR在設(shè)計(jì)時(shí)就考慮到使IR>Vi(max)/R，故在t0這段時(shí)間里，IR使積分器放電，使VINT線性上升到某一正電壓。到t0結(jié)束的時(shí)候，只有正的輸入電壓Vi作用于積分器，使其充電，此時(shí)輸出電壓VINT沿斜線下降。當(dāng)VINT下降到0V時(shí)，電壓比較器翻轉(zhuǎn)，又使單穩(wěn)定時(shí)器產(chǎn)生一個(gè)t0寬的脈沖，再次反充電，如此反復(fù)。簡(jiǎn)而言之，整個(gè)電路可以看成一個(gè)振蕩頻率受輸入電壓Vi控制的振蕩器。

tt0u-URtuV/F轉(zhuǎn)換器光電隔離輸出脈沖計(jì)數(shù)器保護(hù)CPU保護(hù)中典型V/F模數(shù)轉(zhuǎn)換原理圖保護(hù)CPU定時(shí)讀取計(jì)數(shù)器在若干個(gè)采樣周期內(nèi)的計(jì)數(shù)值。模數(shù)轉(zhuǎn)換的結(jié)果R相當(dāng)于輸出電壓VINT的頻率在某一時(shí)段內(nèi)對(duì)時(shí)間的積分，即：。上式中R相當(dāng)于從時(shí)刻到時(shí)刻所讀到的計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值。

V/F模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)精度較高，與CPU接口簡(jiǎn)單，易于為多CPU共享，抗干擾能力強(qiáng)，現(xiàn)在應(yīng)用的比較廣泛。A/D變換器的主要性能參數(shù)分辨率是反映A/D對(duì)輸入電壓信號(hào)微小變化的響應(yīng)能力的一種度量

A/D轉(zhuǎn)換分辨率=（輸入信號(hào)的滿刻度值/2n）。以滿刻度為10V的12位A/D轉(zhuǎn)換器為例：10V/212=10V/4096≈0.00244V。

精度是指A/D變換的結(jié)果與實(shí)際輸入的接近程度，也就是準(zhǔn)確度

轉(zhuǎn)換時(shí)間指的是進(jìn)行一次A/D變換所需的時(shí)間

分辨率精度轉(zhuǎn)換時(shí)間5.采樣方式通常微機(jī)保護(hù)在一個(gè)工頻周期內(nèi)的采樣次數(shù)是固定的。例如：每周波12個(gè)點(diǎn)。（1）單一通道的采樣方式根據(jù)采樣點(diǎn)的位置及采樣間隔時(shí)間與輸入波形在時(shí)間上的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可分為同步和異步采樣。a)異步采樣采樣頻率固定為fs

=Nf0(f0為工頻50Hz)，當(dāng)基頻f1發(fā)生變化而偏移工頻時(shí)，fs相對(duì)于f1不再是整倍數(shù)的關(guān)系，即采樣信號(hào)與輸入信號(hào)在時(shí)間位置上發(fā)生異步。每個(gè)周波雖然均采樣N個(gè)點(diǎn)，但各采樣點(diǎn)相對(duì)于輸入信號(hào)在位置上發(fā)生了變化。b)同步采樣跟蹤采樣定位采樣跟蹤采樣使采樣頻率fs跟蹤系統(tǒng)基頻f1的變化，始終保持fs

=Nf1，通過(guò)硬件或軟件測(cè)得基頻周期的變化來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)整采樣周期，使每個(gè)周波的采樣點(diǎn)均位于輸入波形的某些固定位置。（動(dòng)態(tài)調(diào)整采樣間隔和采樣起點(diǎn)）定位采樣在任何情況下，不但要始終保持fs/f1=N為一不變的常數(shù)，而且采樣點(diǎn)總位于基波中事先確定的固定位置上，發(fā)生故障時(shí)信號(hào)波形突變，相位同步破壞，立刻重新同步定位。同步定位方法：利用硬件或軟件方法檢測(cè)基波和其導(dǎo)數(shù)的過(guò)零點(diǎn)。（2）多通道的采樣方式a)同時(shí)采樣同時(shí)A/D轉(zhuǎn)換DBS/HS/HA/DA/DCPUui1uin采樣脈沖啟動(dòng)轉(zhuǎn)換在同一時(shí)刻對(duì)所有信號(hào)同時(shí)進(jìn)行采樣，各通道信號(hào)之間沒(méi)有相角差，同時(shí)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，各信號(hào)的衰減相同，不會(huì)造成幅值誤差。...微機(jī)保護(hù)中通常要對(duì)多個(gè)模擬量進(jìn)行采樣（ia，ib，ic，ua，ub，uc，ux

等）。...a)同時(shí)采樣分時(shí)A/D轉(zhuǎn)換S/HS/Hui1uin采樣脈沖在同一時(shí)刻對(duì)所有信號(hào)同時(shí)進(jìn)行采樣，各通道信號(hào)之間沒(méi)有相角差，通過(guò)MPX分時(shí)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，由于保持電容的漏電流，可能會(huì)造成幅值誤差。MPXA/DCPU啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換......b)順序采樣ui1uin采樣脈沖MPXA/DCPU啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換...S/H結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但由于各輸入信號(hào)的采樣時(shí)刻不同，將產(chǎn)生一定的相角差，設(shè)單通道采樣時(shí)間為單通道A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間為則第一通道與第n通道的角度差為：T1基頻周期(ms)c)分組同時(shí)采樣將所有輸入信號(hào)分成若干組，組內(nèi)各通道同時(shí)采樣，組間人為的增加一段時(shí)延再開(kāi)始采樣，在某些算法中需要把其中一些量滯后一個(gè)角度，以利于計(jì)算。第三節(jié)中央數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)數(shù)字繼電保護(hù)裝置的中央數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成盡管多種多樣、各不相同，但它們一般由CPU、存儲(chǔ)器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、Watchdog等組成。1.CPU（中央處理器）

CPU是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)工作的指揮中樞，計(jì)算機(jī)程序的運(yùn)行依賴于CPU來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，CPU的性能好壞在很大程度上決定了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。

當(dāng)前應(yīng)用于電力系統(tǒng)中的微機(jī)繼電保護(hù)所采用的CPU多種多樣，且多為8位或16位CPU，如Intel公司的8086/8088，8031系列及其兼容產(chǎn)品、8098、8096以及80C196等等。這一類

CPU均是八、九十年代的主流CPU。其中，80C196系列CPU是目前國(guó)內(nèi)微機(jī)繼電保護(hù)裝置中最常采用的一種CPU。這一方面是這一系列CPU具有較高的性能價(jià)格比，另一方面這一系列CPU指令、結(jié)構(gòu)以及尋址方式等均于早期較流行的8098/8096相似，使早期基于8098/8096的微機(jī)繼電保護(hù)裝置可以較順利地移植到80C196上來(lái)。隨著微電子技術(shù)近幾年來(lái)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，新一代32位的CPU伴隨著大規(guī)模/超大規(guī)模集成電路的廣泛應(yīng)用而被新一代微機(jī)繼電保護(hù)裝置中普遍采用。這一類CPU品種較多，如Motorola公司的MC863XX系列就是目前使用較多的一類。另一方面，隨著數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）的廣泛應(yīng)用，微機(jī)繼電保護(hù)裝置采用DSP來(lái)完成保護(hù)功能、實(shí)現(xiàn)保護(hù)算法已成為一種發(fā)展趨勢(shì)。計(jì)算機(jī)利用存儲(chǔ)器把程序和數(shù)據(jù)保存起來(lái)，使計(jì)算機(jī)可以在脫離人的干預(yù)下自動(dòng)地工作，它的存儲(chǔ)容量和訪問(wèn)時(shí)間直接影響著整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能。

2.存儲(chǔ)器

EPROM（紫外線擦除電可編程只讀存儲(chǔ)器）EEPROM（電擦除可編程只讀存儲(chǔ)器）SRAM（靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器）NVRAM（非易失性隨機(jī)存儲(chǔ)器）包括

微機(jī)保護(hù)運(yùn)行程序和一些固定不變的數(shù)據(jù)通常保存在EPROM中，這是由于EPROM的可靠性較高，通常只有紫外線長(zhǎng)時(shí)間照射才可以擦除保存在EPROM中的內(nèi)容。由于EEPROM可以在運(yùn)行時(shí)在線改寫，而且掉電后又可保證內(nèi)容不丟失，因此，在微機(jī)繼電保護(hù)中通常用來(lái)保存整定值。

SRAM主要作用是保存程序運(yùn)行過(guò)程中臨時(shí)需要暫存的數(shù)據(jù)。NVRAM和FLASH都是近幾年來(lái)迅速發(fā)展的非易失性存儲(chǔ)器，由于它們具有掉電后數(shù)據(jù)不丟失，而且讀寫簡(jiǎn)單方便等優(yōu)勢(shì)，在微機(jī)繼電保護(hù)中通常將它們用作保存故障數(shù)據(jù)，以便事后分析事故時(shí)用。

3.定時(shí)器/計(jì)數(shù)器

定時(shí)器/計(jì)數(shù)器在微機(jī)保護(hù)中十分重要，除計(jì)時(shí)作用外，它還有兩個(gè)主要用途，一是用來(lái)觸發(fā)采樣信號(hào)，引起中斷采樣。另外，在V/F變換式A/D中，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器也是把頻率信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的關(guān)鍵部件。

4.Watchdog

當(dāng)微機(jī)繼電保護(hù)裝置受到干擾導(dǎo)致運(yùn)行程序彈飛后，系統(tǒng)可能陷入癱瘓。Watchdog的作用就是監(jiān)視程序的運(yùn)行情況，若微機(jī)繼電保護(hù)裝置受到干擾而失控，則立即動(dòng)作以使程序重新開(kāi)始運(yùn)行，以避免微機(jī)系統(tǒng)失控后產(chǎn)生死機(jī)或誤動(dòng)作

CLR定時(shí)脈沖發(fā)生器

Watchdog原理OUT可被清除的定時(shí)脈沖發(fā)生器通常由單穩(wěn)觸發(fā)器或計(jì)數(shù)器構(gòu)成。若無(wú)CLR清除脈沖信號(hào)，則定時(shí)脈沖發(fā)生器按一定頻率輸出脈沖。通常將此輸出脈沖引到微機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位端。當(dāng)程序正常運(yùn)行時(shí)，不斷發(fā)出CLR清除脈沖信號(hào)，使脈沖發(fā)生器沒(méi)有輸出。當(dāng)運(yùn)行程序受干擾失控后，無(wú)法按時(shí)發(fā)出CLR清除脈沖信號(hào)，于是脈沖發(fā)生器產(chǎn)生輸出，復(fù)位微機(jī)系統(tǒng)。第四節(jié)開(kāi)關(guān)量輸入輸出回路開(kāi)關(guān)量指那些反映“是”或“非”兩種狀態(tài)的邏輯變量，如斷路器的“合閘”或“分閘”狀態(tài)、控制信號(hào)的“有”或“無(wú)”狀態(tài)等。繼電保護(hù)裝置常常需要確知開(kāi)關(guān)量的狀態(tài)才能正確地動(dòng)作。

1)開(kāi)關(guān)量輸入接口部件外部設(shè)備一般通過(guò)其輔助繼電器接點(diǎn)的“閉合”與“斷開(kāi)”來(lái)提供開(kāi)關(guān)量狀態(tài)信號(hào)。開(kāi)關(guān)量輸入接口部件的作用是為正確地反映開(kāi)關(guān)量提供輸入通道，并在微機(jī)保護(hù)裝置內(nèi)外部之間實(shí)現(xiàn)電氣隔離，以保證內(nèi)部弱電電子電路的安全和減少外部干擾。由于開(kāi)關(guān)量的狀態(tài)正好對(duì)應(yīng)二進(jìn)制數(shù)字的“1”或“0”，所以開(kāi)關(guān)量可作為二進(jìn)制數(shù)字量讀入，每一路開(kāi)關(guān)量信號(hào)占用二進(jìn)制數(shù)字的一位。PA0O并列接口4.7kΩ＋5VK1裝置內(nèi)接點(diǎn)輸入回路OOoPA0＋5V＋o－oK1外部觸點(diǎn)裝置端子裝置外接點(diǎn)輸入回路光電耦合器件內(nèi)部由發(fā)光二極管和光敏晶體管組成。當(dāng)外部繼電器接點(diǎn)閉合時(shí)，電流流過(guò)發(fā)光二極管使其發(fā)光，光敏晶體管受光照射而導(dǎo)通，其輸出端呈現(xiàn)低電平“0”；反之，當(dāng)外部繼電器接點(diǎn)斷開(kāi)時(shí)，無(wú)電流流過(guò)發(fā)光二極管，光敏晶體管無(wú)光照射而截止，其輸出端呈現(xiàn)高電平“1”。該“0”、“1”狀態(tài)可作為數(shù)字量由CPU直接讀入并依據(jù)狀態(tài)進(jìn)行處理；也可控制中斷控制器發(fā)出中斷請(qǐng)求，CPU響應(yīng)中斷再進(jìn)行相應(yīng)的處理

使用光電耦合器件實(shí)現(xiàn)電氣隔離2)開(kāi)關(guān)量輸出接口部件

微機(jī)保護(hù)通過(guò)開(kāi)關(guān)量輸出的狀態(tài)來(lái)控制執(zhí)行回路、信號(hào)回路以及完成其它操作的繼電器的動(dòng)作。開(kāi)關(guān)量輸出接口部件的作用是為正確地發(fā)出開(kāi)關(guān)量操作命令提供輸出通道，并在微機(jī)保護(hù)裝置內(nèi)外部之間實(shí)現(xiàn)電氣隔離，以保證內(nèi)部弱電電子電路的安全和減少外部干擾。采用光電耦合器件的開(kāi)關(guān)量輸出回路B1H1

PB0PB1OO

+5vO&OVCKOOK1－1空接點(diǎn)輸出續(xù)流二極管繼電器繞組當(dāng)CPU輸出為“0”（低電平）時(shí)，執(zhí)行回路的出口繼電器常開(kāi)接點(diǎn)閉合；反之，當(dāng)CPU輸出為“1”（高電平）時(shí)，出口繼電器常開(kāi)接點(diǎn)斷開(kāi)。繼電器線圈兩端并聯(lián)的二極管稱為續(xù)流二極管。它在CPU輸出由“0”變?yōu)椤?”，光敏晶體管突然由“導(dǎo)通”變?yōu)椤敖刂埂睍r(shí)為繼電器線圈釋放儲(chǔ)存的能量提供電流通路，這樣一方面加快繼電器的返回，另一方面避免電流突變產(chǎn)生較高的反向電壓而引起相關(guān)元件的損壞和產(chǎn)生強(qiáng)烈的干擾信號(hào)。

在重要的開(kāi)關(guān)量輸出回路如跳閘回路中，往往采用數(shù)字邏輯編碼形成開(kāi)關(guān)量輸出信號(hào)，目的是為了防止因強(qiáng)烈干擾甚至元件損壞在CPU輸出回路出現(xiàn)不正常狀態(tài)改變時(shí)，以及因直流工作電源拉合在CPU輸出回路出現(xiàn)不確定狀態(tài)時(shí)而導(dǎo)致保護(hù)裝置發(fā)生誤動(dòng)。

oR4&oR3oR6&oR5oR2&oR11o微機(jī)保護(hù)內(nèi)部工作電源來(lái)自CPU光隔采用邏輯編碼的開(kāi)關(guān)量輸出回路o啟動(dòng)繼電器開(kāi)放保護(hù)正常運(yùn)行時(shí)，啟動(dòng)繼電器始終處于閉鎖狀態(tài)第五節(jié)人機(jī)聯(lián)系與調(diào)試接口1)人機(jī)對(duì)話接口部件

人機(jī)對(duì)話（也可稱為人機(jī)聯(lián)系）接口部件的作用是建立起微機(jī)保護(hù)裝置與使用者之間的信息聯(lián)系，以便對(duì)裝置進(jìn)行人工操作、調(diào)試和得到反饋信息。

繼電保護(hù)的操作主要包括整定值和控制命令的輸入等；反饋信息主要包括被保護(hù)的一次設(shè)備是否發(fā)生故障、何種性質(zhì)的故障、保護(hù)裝置是否已發(fā)生動(dòng)作以及保護(hù)裝置本身是否運(yùn)行正常等。

微機(jī)保護(hù)采用智能化人機(jī)界面使人機(jī)信息交換功能大為豐富、操作更為方便。

微機(jī)保護(hù)人機(jī)對(duì)話接口部件通常包括以下幾個(gè)部分：

⑴鍵盤輸入電路：用來(lái)修改整定值和輸入控制命令，必要時(shí)輔之以切換開(kāi)關(guān)；⑵液晶顯示回路：通常采用圖形化液晶顯示屏（LCD），用來(lái)實(shí)現(xiàn)漢字、數(shù)據(jù)及圖形的顯示,如整定值、控制命令、采樣值、測(cè)量值、電力系統(tǒng)故障報(bào)告（含故障發(fā)生的時(shí)間、性質(zhì)、保護(hù)動(dòng)作情況）及保護(hù)裝置運(yùn)行狀態(tài)的報(bào)告等；⑶指示燈：通常采用發(fā)光二極管（LED），可對(duì)一些非常重要的事件，如保護(hù)已動(dòng)作、裝置運(yùn)行正常、裝置故障等提供更明顯的監(jiān)視信號(hào)；⑺硬件自復(fù)位電路：防止人機(jī)接口CPU程序出格而裝設(shè)的。

⑷打印機(jī)驅(qū)動(dòng)電路：用來(lái)驅(qū)動(dòng)打印機(jī)形成文字報(bào)告；⑸串行通訊接口電路：①與保護(hù)CPU的通訊實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話和巡檢功能；②與系統(tǒng)機(jī)的通信，用于向RTU設(shè)備或系統(tǒng)機(jī)傳送數(shù)據(jù)，并與變電站綜合自動(dòng)化相配套。⑹硬件時(shí)鐘電路：校對(duì)保護(hù)CPU的軟件時(shí)鐘，以確保保護(hù)的軟件時(shí)鐘的正確性；并可修改時(shí)間；在保護(hù)裝置直流電源掉電時(shí)使保護(hù)軟件時(shí)鐘不丟失。825580318279MC146818RAMEPROMEEPROM三總線鍵盤顯示至ADC插件單CPU結(jié)構(gòu)保護(hù)的人機(jī)接口芯片與保護(hù)CPU的連接接口CPU就由保護(hù)CPU兼任。為減輕保護(hù)CPU的負(fù)擔(dān)，可由可編程鍵盤、顯示器專用接口芯片8279來(lái)完成鍵盤、顯示器與保護(hù)CPU的接口任務(wù)，時(shí)鐘校對(duì)由MC146818獨(dú)立完成在多CPU結(jié)構(gòu)的保護(hù)中，另設(shè)有專用的人機(jī)接口CPU插件。接口CPU除了要完成人機(jī)接口的任務(wù)外，還要完成與各CPU通信管理、巡檢及時(shí)間校對(duì)、程序出格復(fù)位等多項(xiàng)任務(wù)。

8031硬件自復(fù)位EPROMRAMRTU光電隔離至RTU時(shí)鐘PPI光電隔離呼喚至CPU插件總告警開(kāi)入外部觸點(diǎn)復(fù)位各CPU鍵盤多CPU結(jié)構(gòu)保護(hù)的人機(jī)接口插件框圖BUS至各CPU2）鍵盤輸入電路鍵輸入的接口功能

（1）鍵開(kāi)關(guān)狀態(tài)的可靠輸入

（2）按鍵編碼

為了識(shí)別按鍵，通常都對(duì)每個(gè)鍵進(jìn)行編碼，即給定鍵值，不同的鍵盤結(jié)構(gòu)采用不同的編碼方法。軟件中根據(jù)鍵值安排執(zhí)行程序的地址，按鍵值執(zhí)行不同的功能程序。（3）鍵盤檢測(cè)功能

對(duì)是否有鍵按下的監(jiān)測(cè)方式，通常有中斷方式和查詢兩種方式

為了簡(jiǎn)便操作，單片機(jī)鍵盤不必像PC機(jī)那么繁雜，保護(hù)裝置鍵盤的數(shù)量應(yīng)盡可能減少。人機(jī)接口的面板上鍵盤只有七個(gè)鍵：上、下、左、右、返回、復(fù)位和確認(rèn)鍵。復(fù)位和確認(rèn)鍵用于裝置復(fù)位和操作確認(rèn)。

按鍵或鍵盤大都是利用機(jī)械觸點(diǎn)的合斷作用來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3）液晶顯示回路

＋5V8256

P2P1CBLS245A0－7

CB

LCDDB0－7

CB液晶顯示回路液晶顯示器是一種極低功耗的顯示器件，在低功耗保護(hù)中應(yīng)用較廣

液晶顯示接口電路由接口芯片8256的P1、P2端口，驅(qū)動(dòng)芯片74LS245及一塊4×16字符的LCD液晶顯示器組成。接口芯片8256在接口CPU的控制下輸出P2和P1并行端口，分別作為L(zhǎng)CD液晶顯示器的控制線CB和數(shù)據(jù)線DB，其DB通過(guò)總線驅(qū)動(dòng)芯片74LS245驅(qū)動(dòng)，接至LCD數(shù)據(jù)端DB0－7。在控制線CB的控制下，選通LCD行、列及其電極。

4）硬件時(shí)鐘電路（1）正常運(yùn)行方式

當(dāng)接口CPU復(fù)位重新開(kāi)始執(zhí)行程序初始化工作完成后，從硬件時(shí)鐘時(shí)間值通過(guò)CPU串行通信口送到保護(hù)CPU插件內(nèi)部時(shí)鐘存儲(chǔ)單元，去校對(duì)保護(hù)CPU的軟件時(shí)鐘。此外每隔一定時(shí)間，該硬件時(shí)鐘對(duì)保護(hù)內(nèi)部時(shí)鐘的存儲(chǔ)單元同步校正一次，以確保保護(hù)的軟件時(shí)鐘的正確性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)各CPU軟件時(shí)鐘的同步校對(duì)。

（2）修改時(shí)間

運(yùn)行人員欲修改時(shí)間，可在運(yùn)行方式下按提示的格式輸入正確時(shí)間，確認(rèn)后硬件時(shí)鐘按輸入的時(shí)間開(kāi)始運(yùn)行。

（3）保護(hù)裝置直流電源掉電時(shí)

保護(hù)軟件時(shí)鐘丟失，但接口硬件時(shí)鐘由電池供電繼續(xù)運(yùn)行，直流恢復(fù)后又重新把接口硬件時(shí)鐘的時(shí)間通過(guò)串行通信送入保護(hù)內(nèi)部軟件時(shí)鐘存儲(chǔ)單元，確保時(shí)鐘不間斷計(jì)時(shí)。

第六節(jié)數(shù)字通信接口

1）人機(jī)接口與保護(hù)CPU之間的串行通信

人機(jī)接口與保護(hù)CPU之間的串行通信的作用是人機(jī)對(duì)話和巡檢，這個(gè)串行通信系統(tǒng)是主從分布式的系統(tǒng)，接口CPU是主機(jī)，保護(hù)CPU是從機(jī)。主機(jī)發(fā)訊的T端接從機(jī)收訊的R端，從機(jī)發(fā)訊的T端接主機(jī)收訊的R端。

8256TRTRTRTRCPU1CPU2CPU3CPU4CPU保護(hù)裝置的串行通信框圖RT接口插件的串行通信回路，由接口CPU的串行接口與各保護(hù)插件的串行接口按輻射狀相連，每個(gè)保護(hù)插件都可以同人機(jī)接口進(jìn)行雙向的串行通信，而各種插件之間不能互相通信。8256、CPU1、CPU2、CPU3、CPU4分別代表人機(jī)串行通信接口的鍵盤命令或接受保護(hù)CPU插件的數(shù)據(jù)。在運(yùn)行狀態(tài)下，用于巡檢各保護(hù)CPU插件，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障后，則能通過(guò)串行口向主機(jī)傳送故障報(bào)告，并通過(guò)顯示器顯示出來(lái)。正常運(yùn)行狀態(tài)，接口插件不斷的通過(guò)串行口向各CPU插件發(fā)出巡檢命令，當(dāng)各CPU均為正常時(shí)，分別作出回答。如某一保護(hù)CPU插件自檢硬件出錯(cuò)，一方面驅(qū)動(dòng)本CPU告警繼電器切斷跳閘出口繼電器。另一方面在收到巡檢命令后向接口插件傳送故障信息及出錯(cuò)碼，接口插件收到出錯(cuò)碼后，驅(qū)動(dòng)總告警繼電器，并顯示或打印出故障信息。

如果接口插件發(fā)巡檢命令，某一保護(hù)CPU未作回答，則接口插件通過(guò)外部復(fù)位開(kāi)出，強(qiáng)制該CPU復(fù)位，然后再發(fā)巡檢命令，如果仍得不到回答，則驅(qū)動(dòng)總告警開(kāi)出，并顯示或打印CPU出錯(cuò)信息。

采用先復(fù)位后報(bào)警是為了防止某一保護(hù)插件因干擾造成出格，但并無(wú)硬件損壞時(shí)，可在復(fù)位后使其恢復(fù)正常工作，不必告警。

如果人機(jī)接口插件發(fā)生故障而不能執(zhí)行循環(huán)檢測(cè)程序時(shí)，各保護(hù)CPU插件在規(guī)定時(shí)間內(nèi)收不到巡檢命令，就驅(qū)動(dòng)巡檢中斷繼電器告警。

2）人機(jī)接口與系統(tǒng)機(jī)的通信電路

人機(jī)接口與系統(tǒng)機(jī)的通信，用于向RTU設(shè)備或系統(tǒng)機(jī)傳送數(shù)據(jù)，為設(shè)備的集中管理提供了方便，并與變電站綜合自動(dòng)化相配套。由于通信線路較長(zhǎng)，因此有必要采用光電隔離，以防干擾。當(dāng)系統(tǒng)機(jī)有通信信息傳至保護(hù)時(shí)，接收端通過(guò)光隔連接CPU的INT0端申請(qǐng)串行中斷服務(wù)，相應(yīng)中斷時(shí)接受系統(tǒng)機(jī)信息或向系統(tǒng)機(jī)傳送保護(hù)信息。為抗干擾，串行通信的專用電源由保護(hù)電源通過(guò)逆變器件DC/DC隔離后供電。

第七節(jié)微機(jī)保護(hù)裝置的可靠性措施

所謂電磁兼容(EMC)，指的是設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能不受干擾的正常工作，而且其自身所發(fā)出電磁能量也不至于干擾和影響其它設(shè)備的正常運(yùn)行。

簡(jiǎn)單的說(shuō)，電磁兼容就是各種設(shè)備和系統(tǒng)在共同的電磁環(huán)境中互不干擾，并能各自保持正常工作的能力。

1）干擾的形成及其基本要素

干擾產(chǎn)生的原因很多，有的來(lái)自于與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)的外部環(huán)境如雷電、磁暴、開(kāi)關(guān)操作以及各種無(wú)線電發(fā)射等，也有的來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)部的問(wèn)題如系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及元器件布局不合理，生產(chǎn)工藝不完善等等。總之，只要發(fā)射電磁能量者，就可以成為干擾源，而只要接收到此能量并受其影響，就成為被干擾對(duì)象

干擾的形成

干擾源傳播途徑被干擾對(duì)象

三個(gè)基本要素

要將電磁兼容問(wèn)題解決好，必須圍繞這三個(gè)基本要素；抑制干擾源、阻斷干擾傳播通道以及提高設(shè)備自身抗干擾能力。

2）電磁干擾的傳播途徑和耦合方式

電磁干擾的傳播途徑包括兩種：

一種是通過(guò)金屬導(dǎo)體以及電感、電容、變壓器或電抗器等的傳導(dǎo)

特點(diǎn)：這些載體在傳導(dǎo)電磁干擾信號(hào)的同時(shí)也消耗干擾源的能量

一種途徑是以電磁波的形式在空間中的輻射干擾

特點(diǎn)：干擾源對(duì)外輻射能量具有一定的方向性，并且輻射的能量隨著距離的增加而逐漸減弱

兩種傳播途徑在傳播過(guò)程可以相互轉(zhuǎn)換

共阻抗耦合B公共阻抗AIAIB共阻抗性耦合

在兩個(gè)設(shè)備之間存在諸如電源線、數(shù)字量I/O以及公共地線等連線的情況下，它們各自的電流均經(jīng)過(guò)一個(gè)公共阻抗，并在此公共阻抗上分別產(chǎn)生電壓降，從而相互引起電壓波動(dòng)，干擾各自的正常運(yùn)行。

電感性耦合ABM電感性耦合

當(dāng)兩電路之間存在互感時(shí)，任一個(gè)電路中的電流發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)磁通交鏈影響到另一電路。這種耦合所導(dǎo)致的干擾，隨著干擾源的頻率的增加而增加。

R導(dǎo)線1導(dǎo)線2C2GC1GC12電容性耦合

兩個(gè)導(dǎo)線之間的電位差，使一個(gè)導(dǎo)線上的電荷通過(guò)他們之間的分布電容C12耦合到另一個(gè)導(dǎo)線上，即形成了干擾。這種耦合所導(dǎo)致的干擾隨著對(duì)地阻抗R和干擾源的頻率的的增加而增加。因此，降低對(duì)地阻抗，減少線間分布電容，將有利于抑制這種容性耦合所造成的干擾。

電磁耦合

無(wú)線電通信、高頻電子電路以及電暈放電等等均會(huì)向空間中輻射電磁波。而裝置的輸入信號(hào)線，外部電源線以及裝置的機(jī)殼等只要暴露在電磁場(chǎng)中，都象一個(gè)天線，接收外界的電磁信號(hào)，形成電磁干擾

3）電磁干擾的常見(jiàn)分類

共模干擾

差模干擾

共模干擾是作用于信號(hào)回路和地之間的干擾，通常是由于干擾信號(hào)通過(guò)信號(hào)回路和地之間分布電容的耦合，導(dǎo)致回路和地之間的電位發(fā)生突變所引起的。它不但可能造成設(shè)備運(yùn)行異常，甚至有可能由于信號(hào)回路和地之間電壓過(guò)高而導(dǎo)致設(shè)備損壞。

抑制和消除共模干擾的措施：

采用浮空隔離、系統(tǒng)一點(diǎn)接地、使用隔離變壓器以及光電隔離器件等方法

差模干擾是存在于信號(hào)回路之間且與正常信號(hào)相串聯(lián)的一種干擾。

通常由長(zhǎng)線傳輸?shù)幕ジ?、分布電容的影響以?0HZ工頻干擾等等

抑制和消除差模干擾的措施：

采用在信號(hào)回路接入低通濾波器等方法

電力系統(tǒng)中常見(jiàn)的干擾源

（1）隔離開(kāi)關(guān)及斷路器操作

隔離開(kāi)關(guān)及斷路器的開(kāi)合操作，必然伴隨觸頭間一系列電弧的熄燃過(guò)程，并在母線上引起各種高頻的電流和電壓脈沖。此時(shí)，母線上的干擾信號(hào)在通過(guò)電流互感器、電壓互感器等設(shè)備直接耦合到二次設(shè)備的同時(shí)還向空間輻射電磁波，以電磁耦合的方式干擾處于該暫態(tài)電磁場(chǎng)中的二次設(shè)備。

（2）雷電

電力系統(tǒng)遭受到雷擊通常有兩種情況：一種是變電站的防雷系統(tǒng)受到雷擊，另一種是雷電直落到或感應(yīng)到輸電線路上。

雷電從避雷針等防雷系統(tǒng)進(jìn)入變電站接地網(wǎng)并流入大地，一方面將在接地網(wǎng)中產(chǎn)生沖擊，導(dǎo)致接地網(wǎng)電位瞬時(shí)升高。另一方面將在周圍空間中產(chǎn)生強(qiáng)大的暫態(tài)電磁場(chǎng)，從而在二次設(shè)備中產(chǎn)生暫態(tài)過(guò)電壓。影響二次設(shè)備正常運(yùn)行，甚至導(dǎo)致二次設(shè)備損壞

雷電波通過(guò)輸電線路傳到變電站內(nèi)，在經(jīng)過(guò)一次設(shè)備、變電站接地網(wǎng)以及電流互感器、電壓互感器等耦合到控制室中的二次設(shè)備中，對(duì)二次設(shè)備造成影響。

（3）運(yùn)行中的供電設(shè)備和用電設(shè)備

運(yùn)行中的電力設(shè)備周圍存在著干擾微機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的工頻電磁場(chǎng)，特別是在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，故障電流產(chǎn)生的工頻干擾更為強(qiáng)烈。另外，輸電線上的電暈放電、臟污外絕緣表面的局部放電、電力負(fù)荷的變化引起電壓波動(dòng)，補(bǔ)償電容器的投退引起的瞬變干擾等等都是電力系統(tǒng)中常見(jiàn)的干擾源。

（4）無(wú)線電波

隨著現(xiàn)代無(wú)線通信產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用，在空間磁場(chǎng)中充斥著各種電磁輻射干擾。尤其是大量用于電力部門的檢修現(xiàn)場(chǎng)和其它場(chǎng)所的對(duì)講機(jī)，由于其發(fā)射功率較大（1～10W）、發(fā)射頻率較高（100～500MHZ），使與之相距較近的弱電設(shè)備的電路中產(chǎn)生高頻感應(yīng)電壓，這種感應(yīng)電壓可能干擾設(shè)備的正常運(yùn)行甚至導(dǎo)致保護(hù)裝置誤動(dòng)作。

（5）靜電

靜電的起因是由于兩種不同物質(zhì)的物體相互摩擦?xí)r，正負(fù)極性的電荷分別積蓄在兩種物體上形成高壓。靜電放電屬于脈沖式干擾，干擾程度取決于脈沖能量和脈沖寬度。雖然靜電放電的能量較小，但由于作用時(shí)間極短，其瞬時(shí)能量密度可大到干擾裝置運(yùn)行甚至導(dǎo)致設(shè)備損壞的程度。

微機(jī)保護(hù)裝置抑制電磁干擾的基本措施

1.硬件措施

在設(shè)計(jì)繼電保護(hù)裝置的過(guò)程中，若在硬件上采用一些抗干擾措施，可以有效地抑制干擾信號(hào)的侵入，提高裝置的抗干擾能力

（1）隔離

隔離是一種切斷電磁干擾傳播途徑的抗干擾措施。為了有效抑制共模干擾，通常將保護(hù)裝置中與外界相連的信號(hào)線、電源線等經(jīng)過(guò)隔離后再連入裝置內(nèi)部。常見(jiàn)的隔離措施包括光電隔離和隔離變壓器隔離。其中光電隔離主要通過(guò)光電耦合器將外部開(kāi)關(guān)量信號(hào)和內(nèi)部電氣回路進(jìn)行電氣隔離。而隔離變壓器隔離則主要通過(guò)專用變壓器將原副方的交流回路隔離，以抑制共模電壓的干擾。（2）屏蔽

屏蔽主要是用來(lái)阻隔來(lái)自空間電磁場(chǎng)的輻射干擾。屏蔽措施的實(shí)質(zhì)是通過(guò)由具有良好導(dǎo)電性的金屬材料所構(gòu)成的全封閉的殼體來(lái)隔離和衰減電磁干擾。常見(jiàn)的屏蔽方式有抑制寄生電容的耦合干擾的電場(chǎng)屏蔽（包括電壓變換器、電流變換器的原、副方線圈之間的隔離）、防止輻射電磁場(chǎng)產(chǎn)生電磁耦合的電磁屏蔽以及限制低頻磁場(chǎng)產(chǎn)生感性耦合的磁場(chǎng)屏蔽等等。

（3）接地

信號(hào)接地：通過(guò)把裝置中的兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地點(diǎn)用低阻抗的導(dǎo)體連在一起，為內(nèi)部微機(jī)電路提供一個(gè)電位基準(zhǔn)。為了盡量減