1 微机保护装置的硬件构成
微机保护的硬件组成部分

数据采集系统


CPU主系统
输入、输出系统
人机接口与通讯系统
电源系统
电 力 系 统
信号处理
采样及 A/D转换
跳闸信号
CPU
运 行 人 员
打印机
主 系 统
键盘、鼠标
微机保护硬件构成示意图
1 微机保护装置的硬件构成
数据采集系统

以A/D转换器为核心的数据采集系统

6 模数转换器
逐次逼近式A/D 的原理
U s r
D / A
U R
U i
+
控 制 器
比 较 器
数 字 设 定 器
数 字 量 输 出
6 模数转换器
4位A/D的逐次逼近法
第一次设定数字量 1000
第二次设定数字量
UA>Usr 1100
UA<Usr 0100
第三次设定数字量
UA>Usr 1110
UA<Usr 1010

数 据 采 集 系 统 1
高频保护 单片机
综合重合闸 单片机 跳闸
模拟量输入
数 据 采 集 系 统 2 零序电流保护 距离保护 单片机
逻 辑
信号
零序电流保护 单片机
多CPU微机保护硬件逻辑图
1 微机保护装置的硬件构成
开关量输入、输出系统

主要完成外部接点输入计算机，各种保护的 出口跳闸、信号报警和人机对话等功能。 微机保护的人机接口由键盘、液晶显示器、 打印机等构成。 通信系统使得微机保护与综合自动化系统通 信，实现远程监控。
模 拟 量 输 入
电 压 形 成 回 路
样 保 持 器 滤 波 器 采
多 路 转 换 开 关
A / D
2 电压形成回路
作用：降低电压、电流信号幅值

微机保护所使用的电压、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伏、正负10伏的电压
UA>Usr 0110
UA<Usr 0010
第四次设定数字量
UA>Usr 1111
多 路 转 换 开 关
A / D
6 模数转换器
模数转换实质上是对模拟信号进行量化和编码 的过程
模数转换器分为直接式A/D和间接式A/D

直接式A/D是直接将模拟信号转换为数字信号。 例如逐次逼近式A/D 、并行转换式A/D 间接式A/D是将模拟信号转换为中间信号，再 将中间信号转换为数字信号。例如单积分A/D、 双积分A/D

CPU的发展
第一阶段以单个8位的单片机构成的微机保护装置

例如：inter的8086、8088、MC6809
第二阶段以多个8位的单片机构成的微机保护装置 第三阶段以多个16位的单片机构成的微机保护装置

inter的80C196
motorola公司的MC863系列
第四阶段以多个32位的单片机构成的微机保护装置
人机接口与通信系统


2 微机保护装置的几种典型结构
单CPU微机保护装置的构成

单CPU微机保护的硬件装置共用一个单片机

应用在电压等级较低的输电线路微机保护中
多CPU微机保护装置的构成

微机保护装置以多CPU构成 应用在电压等级较高电气设备的微机保护中
3 DSP在微机保护的应用
DSP指令集能够使处理器在每个指令周期内 完成多个操作，从而提高每个指令周期的计 算效率。 DSP将极大地提高微机保护对原始采样数据 的预处理和计算能力，提高运算速度，更容 易做到实时测量和计算 。
电抗变压器具有阻止直流、放大谐波的作用，因
此当一次波形为非正弦时，二次将发生严重畸变。 但是它的动态范围宽广、铁芯不易饱和、具有移 相作用。
3 滤波器
作用：滤除高次谐波 应用：数字滤波器

不需要物理元件，平台比较固定，主要依靠程序 来实现滤波的功能
可靠性高 灵活性高 提高保护的精度

4 采样保持回路
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。
2 电压形成回路

电流变换器和电抗变压器的比较
电流变换器能够不失真地将电流变换为电压，但
是在出现非周期分量、衰减直流分量时，铁芯容 易饱和，线性度差，动态范围小

电压频率转换器（VFC）
1 微机保护装置的硬件构成
CPU主系统


是以CPU为核心，根据不同的保护原理编写的程 序进行分析是否在保护范围内发生故障，进而判 断保护是否动作。 包括处理器、只读存储器、随机存取存储器以及 定时器等。处理器执行存放在只读存储器中的程 序，将数据采集系统得到信息输入至随机存取存 储器进行分析处理，以完成各种继电保护的功能。


2 电压形成回路
对变换器的基本要求：

变换器两侧的相位一致

变换器铁芯磁导率选取合理，保证小信号时 不失真 变换器自身损耗要较小
变换器屏蔽层接地，使整个装置与强电隔离

2 电压形成回路
变换器

电压变换器（TV）
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（TA）：
1.2 A/D构成的数据采集系统
1 数据采集系统的基本构成
2
3
电压形成回路
滤波器
4
5 6
采样保持器
多路转换开关 A/D转换器
1 数据采集系统的基本构成
数据采集系统包括电压形成回路、滤波器、采样保 持器、多路转换开关和A/D转换器
模 拟 量 输 入
电 压 形 成 回 路
样 保 持 器 滤 波 器 采
作用
பைடு நூலகம்
采样保持回路是在极短时间内测量模拟量在 该时刻的瞬时值，并在模拟－数字转换器进 行转换的期间保持输出不变的一个电路 采样频率要大于输入信号频率的2倍。
采样定理

5 多路转换开关
模 拟 量 输 入
电 压 形 成 回 路
样 保 持 器 滤 波 器 采
模 拟 量 输 入
电 压 形 成 回 路
样 保 持 器 滤 波 器 采
微机保护的优点
微机继电保护指的是以数字式计算机(包括微型机) 为基础而构成的继电保护
优点：


维护调试方便
可靠性高

获得附加信息 灵活性大 保护性能得到很好改善 经济性好
一 微机保护硬件装置
1.1 微机保护装置的硬件构成
1 微机保护装置的硬件构成
2 微机保护装置的典型结构 3 DSP在微机保护的应用