1、,電力系統(tǒng)繼電保護原理,電氣工程系 楊 捷,2.5微機保護裝置硬件原理,教學(xué)要求：掌握微機保護裝置基本結(jié)構(gòu)、微機保護數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)工作原理、模塊工作原理、開關(guān)量輸入/輸出回路。,保護實現(xiàn)：傳統(tǒng)保護是利用硬件電路。,微機保護：利用微機硬件的同時還要使用軟件。,2.5.1微機保護裝置硬件結(jié)構(gòu),微機保護主要部分是微機，但還必須配備有關(guān)信息輸入的接口、輸出控制信息接口。同時微機還要輸入有關(guān)計算和操作程序，輸出記錄信息。,2.5 微機保護裝置硬件原理,1、模擬量輸入系統(tǒng),微機系統(tǒng)只能識別數(shù)字量，應(yīng)將模擬轉(zhuǎn)換為微機系統(tǒng)能接受的數(shù)字信號。,2、微機系統(tǒng),故障微機系統(tǒng)作用：用于分析計算電力系統(tǒng)有關(guān)電量，判定系統(tǒng)

2、是否發(fā)生。,微機系統(tǒng)指揮中心是CPU，CPU是依賴于程序的運行。,微機利用存儲器將程序和數(shù)據(jù)保存起來。,常見的存儲器有：紫外線擦除電可編程只讀存儲器EPRROM、電擦除可編程只讀存儲器EEPROM、快擦寫存儲器FLASH等。,3、開關(guān)量輸入/輸出系統(tǒng),開關(guān)量：保護裝置壓板、連接片、屏上切換開關(guān)、其他保護動作的觸點等。,開關(guān)量輸出:如起動繼電器、跳閘出口繼電器、信號繼電器等，完成跳閘或信號報警。,4、人機對話接口,功能：調(diào)試、定值整定、工作方式設(shè)定、動作行為記錄、系統(tǒng)通信等。,主要回路：打印、顯示、鍵盤、信號燈、語音告警等。,5、電源,2.5.2微機保護數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)又稱模擬量輸入系

3、統(tǒng)，采用A/D芯片的A/D式數(shù)字采集系統(tǒng)，由電壓形成、模擬濾波器(ALF)、采樣保持(S/H)、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)(MPX)與模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)幾個環(huán)節(jié)組成 。,A/D式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)圖,1、電壓形成回路,微機保護從被保護對象電流或電壓互感器上取得的信息，需要降低或變換。,微機繼電保護中通常要求輸入信號為土5V或l0V的電壓信號，具體決定于所用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。,2、保持電路與模擬低通濾過器,1）采樣保持,必須對來自被保護元件的模擬量進行模/數(shù)(A/D)變換，在進行A/D變換之前，首先要將連續(xù)的模擬量變?yōu)殡x散量。這就需要對模擬信號進行采樣，即按時間取量化。,要求：電子模擬開關(guān)AS的閉合時間應(yīng)滿足有足夠的

4、充電或放電時間，即采樣時間。,S/H電路的作用：,在一個極短的時間測出模擬量在該時刻的瞬時值；并要求在A/D轉(zhuǎn)換期間保持不變。,采樣保持過程：,同時采樣：每一個采樣周期對所有需要采樣的各個通道的量在同一時刻一起采樣，叫同時采樣。,為了保持各個輸入離散化的同時性對微機繼電保護才有意義。常用的方案是多通道合用一個A/D轉(zhuǎn)換器，同時采樣，依次A/D轉(zhuǎn)換。,2）低通濾波,采樣間隔的倒數(shù)稱為采樣頻率。,要求：采樣頻率必須大于2倍最大頻率,因短路瞬間電流、電壓中含有高頻率信號，為了防止混疊誤差，要求采樣頻率很高，勢必增加對硬件的要求。實際上目前大多數(shù)微機保護原理多是反映工頻量的，或反映某些高次諧波，故可以

5、在采樣之前將最高信號波頻率分量限制在一定頻帶內(nèi)。一般在采樣前用一個低通濾波器（ALF）將高頻分量濾掉。,3）多路轉(zhuǎn)換開關(guān),通常被測量或被控制量往往可能是幾路或幾十路。例如，阻抗、功率方向等都要求對各個模擬量同時采樣，以準(zhǔn)確的獲得各個量之間的相位關(guān)系，以進行保護計算。,為了滿足計算要求，可以利用多路開關(guān)輪流切換各通路，達(dá)到分時轉(zhuǎn)換的目的。,A0、A1、A2、A3：四個路數(shù)選擇線，CPU通過并行接口芯片或其它硬件電路給它們賦以不同的二進制碼，選通SA0-SA15中相應(yīng)的一路電子開關(guān)閉合，將此路接通到輸出端。,EN：使能端，只有在EN端為高電平時多路開關(guān)才工作，否則不論A0-A3在什么狀態(tài)，SA0-

6、A15均處于斷開狀態(tài)。,4、模數(shù)轉(zhuǎn)換器,是一種能把輸入模擬電壓或電流變成與它成正比的數(shù)字量，以便計算機進行處理、存儲、控制和顯示。A/D轉(zhuǎn)換器的種類很多，可以分為以下四種：計數(shù)器式A/D轉(zhuǎn)換器，雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器，逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，并行A/D轉(zhuǎn)換器。,微機保護用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器絕大多數(shù)都是應(yīng)用逐次逼近法實現(xiàn)的。,5）電壓-頻率式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),VFC式的模數(shù)轉(zhuǎn)換是將電壓模擬量成比例地變換為數(shù)字脈沖頻率，然后由計數(shù)器對脈沖計數(shù)，將計數(shù)值送給CPU。,2.5.3 CPU模塊工作原理,1)具有ADC變換接口的保護CPU模塊原理,2)具有VFC接口的保護CPU模塊框圖原理,3)定值固化,定值固化電路

7、由一片E2PROM芯片2817和相應(yīng)的控制電路構(gòu)成。,CPU來的寫信號WR與固化開關(guān)S組成與門1電路才輸出低電平，允許對2817A進行改寫。在寫過程中，由BUSY端給出一個低電平，通知CPU還沒有寫完成。,讀操作：當(dāng)繼電保護工作人員需要檢查固化定值時，通過人機接口面板的鍵盤，下發(fā)查詢命令，在RD讀信號有效時(RD低電平)，軟件將根據(jù)定值區(qū)號，查定值表，它通過數(shù)據(jù)總線D0D7傳送，把所讀定值在液晶顯示器上顯示出來。,開關(guān)量輸出、輸入系統(tǒng)的主要作用是輸出跳閘、信號等信息；與外圍設(shè)備包括打印機和調(diào)試、整定設(shè)備等接口。,開關(guān)：斷路器、隔離開關(guān)狀態(tài)、繼電器和按鍵等。,為了防止干擾，輸入回路需與微機保護主

8、系統(tǒng)進行嚴(yán)格隔離。,2.5.4 開關(guān)量輸入/輸出,教學(xué)要求:掌握開關(guān)量輸入/輸出電路基本原理、人機接口回路原理、微機保護的軟件系統(tǒng)配置。,1、開關(guān)量輸入回路,開關(guān)量類型,從裝置外部經(jīng)過端子排引入裝置的觸點。,2、開關(guān)量輸出回路,對斷路器、隔離開關(guān)的分、合閘控制和對主變壓器分接開關(guān)位置的調(diào)節(jié)命令，以及告警及巡檢中斷都是通過開關(guān)量輸出接口電路去驅(qū)動繼電器，再由繼電器的輔助觸點接通跳、合閘回路或主變壓器分接開關(guān)控制回路而實現(xiàn)的。,輸出電路，一般都采用并行接口的輸出來控制有觸點繼電器的方法，但為提高抗干擾能力，最好也經(jīng)過一級光電隔離 。,PB0輸出“0”，PBl輸出“1”，便可使與非門H1輸出低電平，

9、光敏三極管導(dǎo)通，繼電器K被吸合。在初始化和需要繼電器K返回時，應(yīng)使PB0輸出“1”，PBl輸出“0”。,2.5.5 人機接口回路原理,1、人機接口原理,微機保護的人機接口回路是指鍵盤、顯示器及接口CPU插件電路。,主要作用：通過鍵盤和顯示器完成人機對話任務(wù)、時鐘校對及與各保護CPU插件通信和巡檢任務(wù)。,單CPU結(jié)構(gòu) ：,0831為8位、8255擴展I/O口的鍵盤、顯示器接口。8279鍵盤、顯示器接口，可減輕CPU的負(fù)擔(dān)。,時鐘校對由MC146818獨立完成。,多CPU結(jié)構(gòu) ：,設(shè)有專用的人機接 口CPU插件，該CPU除了要完成人 機接口(鍵盤、顯示器)的任務(wù)外,還 要完成與各CPU通 信管理、

10、巡檢及時間校對、程序出格自復(fù)位等多項任務(wù)。,2、鍵盤、顯示器,因面板上鍵盤只有七個鍵： “”、 “”、“”、“”、 “Q”(返回鍵)、“復(fù)位”和“確認(rèn)”鍵。,單片機擴展的I/O組成的行列式鍵盤，使得電路十分簡單，操作也很方便。,鍵盤處理內(nèi)容,鍵號處理,重鍵處理,4行4列構(gòu)成 ：,落鍵識別：判斷D0D3全是“1”，還是至少有一位是“0”。,鍵號識別：逐行、逐列掃描。,重鍵處理：按下鍵釋放后，才能接收一個按鍵的處理方法。,液晶顯示電路 ：,液晶顯示器也叫LCD顯示器。一般在保護裝置的人機對話面板上設(shè)有液晶顯示模塊，同時保留打印機接口。液晶顯示電路以菜單的形式顯示出各個鍵盤操作及執(zhí)行的結(jié)果，給用戶調(diào)

11、試和檢修保護裝置提供方便，使人機聯(lián)系更加直觀。,電路控制：主要由多功能異步通信接收發(fā)送器8256芯片的兩個并行口控制。,3、硬件時鐘電路,硬件時鐘電路,由一片MC146818時鐘芯片及輔助元器件組成。,MC146818芯片是智能式硬件時鐘，其內(nèi)部由電子鐘和存儲器兩部分組成?？捎嬆?、月、日、時、分、秒、星期；能處理潤月潤年；可將當(dāng)前時間實時存儲，以便人機接口CPU隨時讀取。,正常運行方式,當(dāng)接口CPU復(fù)位重新開始執(zhí)行程序初始化工作完成后，從硬件時鐘取時間值通過CPU串行通信口送到保護CPU插件內(nèi)部時鐘存儲單元，去校對保護CPU的軟件時鐘。此外每隔一定時間,該硬件時鐘對保護內(nèi)部時鐘的存儲單元同步校正一次。,修改時間,運行人員欲修改時間，可在運行方式下按提示的格式輸人正確時間，確認(rèn)后硬件時鐘按所輸入的時間開始運行。,電源掉電,保護軟件時鐘丟失，但接口硬件時鐘由電池供電繼續(xù)運行，直流恢復(fù)后又重新把接口硬件時鐘的時間通過串行通信送入保護內(nèi)部軟件時鐘存儲單元，確保時鐘不間斷計時。,4、硬件自復(fù)位電路,硬件自復(fù)位電路相當(dāng)于“看門狗”電路。其作用是當(dāng)由于干擾信號侵入地址或數(shù)據(jù)總線造成單片機不能正常執(zhí)行程序（程序出格）時，利用該電路自動給單片機一個復(fù)位脈沖，使程序從頭開始運行。,每隔500ms發(fā)送一準(zhǔn)脈沖給計數(shù)器的輸入端1A，程