第一章-硬件原理

微机型继电保护华北电力大学电自教研室 戴志辉

1 微机保护的硬件原理 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7微机保护的构成与结构 数据采集系统的构成与工作原理 微机保护的开关量输入、输出回路 微机保护的主系统构成原理 微机保护的串行通信 微机保护的人机接口电路 微机保护的硬件设计与技术展望

1.1 微机保护的构成与结构1.1.1微机保护硬件功能结构划分 一、微机保护按功能可划分为三大部分： 1.数据采集系统 2.微机主系统 一般智能控制 3.输入/输出系统系统构成均包 含这几部分

微机主系统 来 自 电 流 互 感 器 电 压 互 感 器输入/输出系统 数据采集系统 串行通信

二、按照所采用的CPU的多少来划分1.单CPU微机保护 2. 多CPUR-M结构：一个CPU完成所有保护功能、单独设 置一管理CPU完成人机交互及通讯等功能。 nR-M结构：将一套完整的保护功能分担给多个 CPU分别完成、设置一管理CPU RR-M结构：由一个 CPU完成所有保护功能，设置 同样的CPU构成保护的双重化、设置一管理CPU Rn-M 结构：由多个 CPU 协同工作共同完成保护的 功能，设置一管理CPU微 机 保 护

1.1.2微机保护装置的结构对于一个具体的微机保护装置，通 常将硬件电路按功能分别布置在几个PCB 板上 —— 称为保护的 “ 插件 ” ，各插件安 装于一个机箱中，采用总线把各插件联 系在一起，构成一套完整的保护装置。 从结构上看，一个完整的微机保护 包含以下几部分：机箱、插件、面板、 总线。

现 场 应 用 的 微 机 保 护

发 电 厂 值 班 人 员 监 视 机 组 生 产

小 结1、微机保护的构成的一般包括:数据采集系统、微 机主系统、输入输出系统三部分； 2、根据保护的不同原理，设计制造微机保护装置 可以有单CPU和多CPU等多种方案的选择； 3、应用在现场的微机保护装置，为了便于安装、 调试与维护，通常采用标准机箱的插拔式结构； 4、将构成完整微机保护装置的电路，按功能相近 的原则，分割成若干个PCB板分别制作，形成了 微机保护装置的“插件”。 5、插件置于机箱内，通过总线的方式把它们连接 在一起，构成了微机保护装置。

1.2 数据采集系统的构成与工作原理1.2.1 数据采集系统的作用与构成 1、作用将电流、电压的模拟信号转换为数字信号， 以便保护分析计算，进而确定保护的动作行为。2、数据采集系统构成的两种方式1 ）采用逐次逼近原理的 A/D芯片构成的数据 采集系统； 2）采用VFC芯片构成的积分式数据采集系统。

3、采用A/D构成的数据采集系统电压形成 . . . . LF LF . S/H . S/H M P X A/D电压形成

1.2.2 电压形成一、常识 1.微机保护输入的电气量 1）交流电流：来自TA的二次侧，额定电流为5A或1A 2）交流电压：来自TV的二次侧，额定线电压为100V 3）直流电压：发电机的励磁电压400-600V 2.电力系统短路故障后电气量的变化 1）电流升高，最大一次电流倍数可以通过故障计算得出。 2）相电压降低，最低可达到0V 3）零序电压在发生不对称接地短路时有输出。 3.数据采集系统处理的一般都是电压信号，根据采用的模数 转换器件不同，其输入信号范围不同，如0~5V, 0~10V, 2.5V ~ +2.5v, -5V~+5V, -10V~+10V等。

4. 变换器分类1）按变换的信号 电流变换器 电压互感器 电流电压双用互感器2）按用途分类测量用电流、电压变换器 录波用电流、电压变换器 保护用电流、电压变换器

二、电压变换器作用： 1）将电压互感器二次的电压变换 为适合A/D芯片量程的信号 。 2）电磁隔离。 原理：和变压器的工作原理相同[讨论]变比选取

举例：湖北某公司生产的保护用电压变换器输入 输出电 电压 压 额定 额定值 值 （V） （V） 非线性度 输入电 压 过载倍 数 空载 工频耐 电流 压（V） （mA）规格比差 角差 （±%） （±分）57.7V/3.53V57.73.531.2＜0.1≤10＜0.5＞2500100V/2.88V1002.881.5＜0.1≤10＜0.5＞2500100V/3.53V1003.531.5＜0.1≤10＜0.5＞2500

三、电流变换器作用： 1）将电流互感器二次的电流变换为 适合A/D芯片量程的信号。 2）电磁隔离。 原理：类似电流互感器的工作原理[讨论]变比选取

举例：电流变换器输入 输出 电流 电压 额定 额定 值(A) 值(V) 最 非线性度 大 最大 过 过载 载 时输 比差 角差 电 出电 (±%) (±分) 流 压（V） (A) 20 20 50 100 3.53 7.07 4 3.53 ＜0.1 ＜0.1 ＜0.1 ＜0.1 ≤10 ≤10 ≤10 ≤10 功率 消耗 (VA) 工频耐 压 (V)规格20A/3.53V 20A/7.07V 50A/4V 100A/3.53V1 1 5 50.1765 0.3535 0.4 0.1765＜0.1 ＜0.1 ＜0.1 ＜0.1＞2500 ＞2500 ＞2500 ＞2500

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