[研究生入学考试]09 微机继电保护

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1、1.1第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.1第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护 返回总目录返回总目录返回总目录返回总目录 1.2第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.2本章讲述微机保护原理方面的基础知识，主要包括硬件原理、数据采集、本章讲述微机保护原理方面的基础知识，主要包括硬件原理、数据采集、数字滤波、特征量和保护动作判据的算法、软件流程、抗干扰措施及今后的发展数字滤波、特征量和保护动作判据的算法、软件流程、抗干扰措施及今后的发展趋势等方面的内容。趋势等方面的内容。1.3第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.3本章内容本章内容9.1概概述述9.2微机保护的硬件构成原

2、理微机保护的硬件构成原理9.3微机保护的特征量算法微机保护的特征量算法9.4微机保护装置的软件构成微机保护装置的软件构成9.5提高微机保护可靠性的措施提高微机保护可靠性的措施9.6微机保护技术发展趋势微机保护技术发展趋势思考题与习题思考题与习题1.4第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.49.1 概概 述述9.1.1计算机在继电保护领域中的应用和发展概况计算机在继电保护领域中的应用和发展概况近几十年来电子计算机技术发展很快，其应用已广泛而深入地影响着科学技近几十年来电子计算机技术发展很快，其应用已广泛而深入地影响着科学技术、生产和生活等各个领域，使各行业的面貌发生了巨大的变化，继电保护技

3、术术、生产和生活等各个领域，使各行业的面貌发生了巨大的变化，继电保护技术也不例外。在继电保护技术领域，除了用作故障分析和保护动作性能分析外，也不例外。在继电保护技术领域，除了用作故障分析和保护动作性能分析外，20世纪世纪60年代末期已提出用计算机构成保护装置的倡议。到了年代末期已提出用计算机构成保护装置的倡议。到了20世纪世纪70年代末期，年代末期，出现了一批功能足够强的微型计算机，价格也大幅度降低，因而无论在技术上还出现了一批功能足够强的微型计算机，价格也大幅度降低，因而无论在技术上还是经济上，已具备用一台微型计算机来完成一个电气设备保护功能的条件，从此是经济上，已具备用一台微型计算机来完成

4、一个电气设备保护功能的条件，从此掀起了新一代的继电保护掀起了新一代的继电保护微机保护的研究热潮。微机保护的研究热潮。微机保护是指将微型机、微控制器等器件作为核心部件构成的继电保护。国内在微机保护是指将微型机、微控制器等器件作为核心部件构成的继电保护。国内在微机保护方面的研究工作起步较晚，但进展却很快。微机保护方面的研究工作起步较晚，但进展却很快。1984年上半年，华北电力学年上半年，华北电力学院研制的第一套以院研制的第一套以6809(CPU)为基础的距离保护样机投入试运行。为基础的距离保护样机投入试运行。1984年底在华年底在华中工学院召开了我国第一次计算机继电保护学术会议，这标志着我国计算机

5、保护中工学院召开了我国第一次计算机继电保护学术会议，这标志着我国计算机保护的开发开始进入了重要的发展阶段。经过的开发开始进入了重要的发展阶段。经过10多年的研究、应用、推广与实践，现多年的研究、应用、推广与实践，现在新投入使用的高中压等级继电保护设备几乎均为微机保护产品。在新投入使用的高中压等级继电保护设备几乎均为微机保护产品。1.5第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.5自从微型机引入继电保护以来，微机保护在利用故障分量方面取得了长足自从微型机引入继电保护以来，微机保护在利用故障分量方面取得了长足的进步，另一方面，结合了自适应理论的自适应式微机保护也得到较大发展，的进步，另一方面，结合

6、了自适应理论的自适应式微机保护也得到较大发展，同时，计算机通信和网络技术的发展及其在系统中的广泛应用，使得变电站和同时，计算机通信和网络技术的发展及其在系统中的广泛应用，使得变电站和发电厂的集成控制、综合自动化更易实现。未来几年内，微机保护将朝着高可发电厂的集成控制、综合自动化更易实现。未来几年内，微机保护将朝着高可靠性、简便性、通用性、灵活性和网络化、智能化、模块化等方向发展，并可靠性、简便性、通用性、灵活性和网络化、智能化、模块化等方向发展，并可以与电子式互感器、光学互感器实现连接；同时，充分利用计算机的计算速度、以与电子式互感器、光学互感器实现连接；同时，充分利用计算机的计算速度、数据处

7、理能力、通信能力和硬件集成度不断提高等各方面的优势，结合模糊理数据处理能力、通信能力和硬件集成度不断提高等各方面的优势，结合模糊理论、自适应原理、行波原理、小波技术等，设计出性能更优良和维护工作量更论、自适应原理、行波原理、小波技术等，设计出性能更优良和维护工作量更少的微机保护设备。少的微机保护设备。9.1 概概 述述1.6第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.69.1.2微机继电保护装置特点微机继电保护装置特点1.调试维护方便调试维护方便在微机保护应用之前，整流型或晶体管型继电保护装置的调试工作量很大，在微机保护应用之前，整流型或晶体管型继电保护装置的调试工作量很大，原因是这类保护装置

8、都是布线逻辑的，保护的功能完全依赖硬件来实现。微机保原因是这类保护装置都是布线逻辑的，保护的功能完全依赖硬件来实现。微机保护则不同，除了硬件外，各种复杂的功能均由相应的软件护则不同，除了硬件外，各种复杂的功能均由相应的软件(程序程序)来实现。来实现。2.高可靠性高可靠性微机保护可对其硬件和软件连续自检，有极强的综合分析和判断能力。它能微机保护可对其硬件和软件连续自检，有极强的综合分析和判断能力。它能够自动检测出本身硬件的异常部分，配合多重化可以有效地防止拒动；同时，软够自动检测出本身硬件的异常部分，配合多重化可以有效地防止拒动；同时，软件也具有自检功能，对输入的数据进行校错和纠错，即自动地识别

9、和排除干扰，件也具有自检功能，对输入的数据进行校错和纠错，即自动地识别和排除干扰，因此可靠性很高。目前，国内设计与制造的微机保护均按照国际标准的电磁兼容因此可靠性很高。目前，国内设计与制造的微机保护均按照国际标准的电磁兼容试验试验(EMC，ElectromagneticCompatibility)来考核，进一步保证了装置的可靠性。来考核，进一步保证了装置的可靠性。3.易于获得附加功能易于获得附加功能常规保护装置的功能单一，仅限于保护功能，而微机保护装置除了提供常规常规保护装置的功能单一，仅限于保护功能，而微机保护装置除了提供常规保护功能外，还可以提供一些附加功能。例如，保护动作时间和各部分的动

10、作顺保护功能外，还可以提供一些附加功能。例如，保护动作时间和各部分的动作顺序记录，故障类型和相别及故障前后电压和电流的波形记录等。对于线路保护，序记录，故障类型和相别及故障前后电压和电流的波形记录等。对于线路保护，还可以提供故障点的位置还可以提供故障点的位置(测距测距)，这将有助于运行部门对事故的分析和处理。电，这将有助于运行部门对事故的分析和处理。电压互感器的二次是否发生断线等信息。压互感器的二次是否发生断线等信息。9.1 概概 述述1.7第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.74.灵活性灵活性由于微机保护的特性主要由软件决定，因此替换改变软件就可以改变保护的由于微机保护的特性主要由软

11、件决定，因此替换改变软件就可以改变保护的特性和功能，且软件可实现自适应性，依靠运行状态自动改变整定值和特性，从特性和功能，且软件可实现自适应性，依靠运行状态自动改变整定值和特性，从而可灵活地适应电力系统运行方式的变化。而可灵活地适应电力系统运行方式的变化。5.改善保护性能改善保护性能由于微型机的应用，可以采用一些新原理，解决一些常规保护难以解决的问由于微型机的应用，可以采用一些新原理，解决一些常规保护难以解决的问题。例如，利用模糊识别原理判断振荡过程中的短路故障，对接地距离保护的允题。例如，利用模糊识别原理判断振荡过程中的短路故障，对接地距离保护的允许过渡电阻的能力，大型变压器差动保护如何识别

12、励磁涌流和内部故障，采用自许过渡电阻的能力，大型变压器差动保护如何识别励磁涌流和内部故障，采用自适应原理改善保护的性能等。适应原理改善保护的性能等。6.简便化、网络化简便化、网络化微机保护装置本身消耗功率低，降低了对电流、电压互感器的要求，而正在微机保护装置本身消耗功率低，降低了对电流、电压互感器的要求，而正在研究的数字式电流、电压互感器更易于实现与微机保护的接口。同时，微机保护研究的数字式电流、电压互感器更易于实现与微机保护的接口。同时，微机保护具有完善的网络通信能力，可适应无人或少人值守的自动化变电站。具有完善的网络通信能力，可适应无人或少人值守的自动化变电站。9.1 概概 述述1.8第第

13、9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.89.2 微机保护的硬件构成原理微机保护的硬件构成原理9.2.1微机保护的硬件组成微机保护的硬件组成1.数据采集系统数据采集系统DAS(或模拟量输入系统或模拟量输入系统)数据采集系统包括电压形成、模拟滤波数据采集系统包括电压形成、模拟滤波(ALF)、采样保持、采样保持(S/H)、多路转换、多路转换(MPX)以及模拟转换以及模拟转换(A/D)等功能块，完成将模拟输入量准确地转换为微型机所需的等功能块，完成将模拟输入量准确地转换为微型机所需的数字量。数字量。2.微型机主系统微型机主系统(CPU)微型机主系统包括微处理器微型机主系统包括微处理器(MPU)、只读

14、存储器、只读存储器(ROM)或闪存内存单元或闪存内存单元(FLASH)、随机存取存储器、随机存取存储器(RAM)、定时器、并行接口以及串行接口等。微型机执行存放在、定时器、并行接口以及串行接口等。微型机执行存放在只读存储器中的程序，将数据采集系统输入至只读存储器中的程序，将数据采集系统输入至RAM区的原始数据进行分析处理，区的原始数据进行分析处理，完成各种继电保护的功能。完成各种继电保护的功能。3.开关量开关量(或数字量或数字量)输入输入/输出系统输出系统开关量输入开关量输入/输出系统由微型机若干个并行接口适配器、光电隔离器件及有接输出系统由微型机若干个并行接口适配器、光电隔离器件及有接点的中

15、间继电器等组成，以完成各种保护的出口跳闸、信号报警、外部接点输入及点的中间继电器等组成，以完成各种保护的出口跳闸、信号报警、外部接点输入及人机对话、通信等功能。人机对话、通信等功能。图图9.1为一种典型的微机保护硬件结构示意框图。为一种典型的微机保护硬件结构示意框图。1.9第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.9图图9.1微机保护硬件结构示意框图微机保护硬件结构示意框图9.2 微机保护的硬件构成原理微机保护的硬件构成原理1.10第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.109.2.2数据采集系统数据采集系统1.电压形成回路电压形成回路微机保护要从被保护的电力线路或设备的电流互感器、电压

16、互感器或其他变微机保护要从被保护的电力线路或设备的电流互感器、电压互感器或其他变压器上取得信息，但这些互感器的二次数值、输入范围对典型的微机保护电路却压器上取得信息，但这些互感器的二次数值、输入范围对典型的微机保护电路却不适用，需要降低和变换。在微机保护中，通常根据模数转换器输入范围的要求，不适用，需要降低和变换。在微机保护中，通常根据模数转换器输入范围的要求，将输入信号变换为将输入信号变换为5V或或10V范围内的电压信号。因此，一般采用中间变换器来范围内的电压信号。因此，一般采用中间变换器来实现以上的变换。交流电压信号可以采用小型中间变压器；而将交流电流信号变实现以上的变换。交流电压信号可以

17、采用小型中间变压器；而将交流电流信号变换为成比例的电压信号，可以采用电抗变换器或电流变换器。电抗变换器具有阻换为成比例的电压信号，可以采用电抗变换器或电流变换器。电抗变换器具有阻止直流、放大高频分量的作用，当一次存在非正弦电流时，其二次电压波形将发止直流、放大高频分量的作用，当一次存在非正弦电流时，其二次电压波形将发生严重的畸变，这是不希望的。其优点是线性范围较大，铁芯不易饱和，有移相生严重的畸变，这是不希望的。其优点是线性范围较大，铁芯不易饱和，有移相作用；另外，其抑制非周期分量的作用在某些应用中也可能成为优点。电流变换作用；另外，其抑制非周期分量的作用在某些应用中也可能成为优点。电流变换器

18、的优点是，只要铁芯不饱和，则其二次电流及并联电阻上的二次电压的波形可器的优点是，只要铁芯不饱和，则其二次电流及并联电阻上的二次电压的波形可基本保持与一次电流波形相同且同相，即它的传变信号可使原信息不失真。传变基本保持与一次电流波形相同且同相，即它的传变信号可使原信息不失真。传变信号不失真这点对微机保护是很重要的，因为只有在这种条件下作精确的运算或信号不失真这点对微机保护是很重要的，因为只有在这种条件下作精确的运算或定量的分析才是有意义的。至于移相、提取某一分量等，在微机保护中，根据实定量的分析才是有意义的。至于移相、提取某一分量等，在微机保护中，根据实际需要可以容易地通过软件来实现。但电流中间

19、变换器在非周期分量的作用下容际需要可以容易地通过软件来实现。但电流中间变换器在非周期分量的作用下容易饱和，线性度较差，动态范围也较小，这在设计和使用中应予以注意。易饱和，线性度较差，动态范围也较小，这在设计和使用中应予以注意。9.2 微机保护的硬件构成原理微机保护的硬件构成原理1.11第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.112.采样保持电路和模拟低通滤波器采样保持电路和模拟低通滤波器1)采样基本原理采样基本原理采样保持采样保持(Sample/Hold)电路，其作用是在一个极短的时间内测量模拟输入电路，其作用是在一个极短的时间内测量模拟输入量在该时刻的瞬时值，并在模量在该时刻的瞬时值，并

20、在模/数转换器进行转换的期间内保持其输出不变。数转换器进行转换的期间内保持其输出不变。S/H电路的工作原理可用图电路的工作原理可用图9.2(a)来说明，它由一个电子模拟开关来说明，它由一个电子模拟开关AS、保持电容器、保持电容器Ch以及两个阻抗变换器组成。模拟开关以及两个阻抗变换器组成。模拟开关AS受逻辑输入端的电平控制，该逻辑输入就受逻辑输入端的电平控制，该逻辑输入就是采样脉冲信号。是采样脉冲信号。9.2 微机保护的硬件构成原理微机保护的硬件构成原理1.12第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.12(a)采样保持电路工作原理图采样保持电路工作原理图(b)采样保持过程示意图采样保持过程示

21、意图图图9.2采样保持电路工作原理图及其采样保持过程示意图采样保持电路工作原理图及其采样保持过程示意图9.2 微机保护的硬件构成原理微机保护的硬件构成原理1.13第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.13在输入为高电平时在输入为高电平时AS闭合，此时电路处于采样状态。电容闭合，此时电路处于采样状态。电容Ch迅速充电或放迅速充电或放电到电到usr在采样时刻的电压值。电子模拟开关在采样时刻的电压值。电子模拟开关AS每隔每隔TS(s)闭合一次，将输入信闭合一次，将输入信号接通，实现一次采样。如果开关每次闭合的时间为号接通，实现一次采样。如果开关每次闭合的时间为TC(s)，则输出将是一串重，则输

22、出将是一串重复周期为复周期为TS宽度为宽度为TC的脉冲，而脉冲的幅度则重复着的脉冲，而脉冲的幅度则重复着TC时间内的信号幅度。时间内的信号幅度。AS闭合时间应满足使闭合时间应满足使Ch有足够的充电或放电时间即采样时间，显然希望采样时有足够的充电或放电时间即采样时间，显然希望采样时间越短越好。而应用阻抗变换器间越短越好。而应用阻抗变换器I的目的是它在输入端呈现高阻抗，对输入回路的的目的是它在输入端呈现高阻抗，对输入回路的影响很小；而输出阻抗很低，使充放电回路的时间常数很小，保证影响很小；而输出阻抗很低，使充放电回路的时间常数很小，保证Ch上的电压能上的电压能迅速跟踪到在采样时刻的瞬时值迅速跟踪到

23、在采样时刻的瞬时值usr。电子模拟开关电子模拟开关AS打开时，电容器打开时，电容器Ch上保持住上保持住AS打开瞬间的电压，电路处于打开瞬间的电压，电路处于保持状态。为了提高保持能力，电路中应用了另一个阻抗变换器保持状态。为了提高保持能力，电路中应用了另一个阻抗变换器，它在，它在Ch侧呈侧呈现高阻抗，使现高阻抗，使Ch对应的充放电回路的时间常数很大，而输出阻抗对应的充放电回路的时间常数很大，而输出阻抗(usc侧侧)很低，很低，以增强带负载能力。阻抗变换器以增强带负载能力。阻抗变换器I和和可由运算放大器构成。可由运算放大器构成。采样保持的过程如图采样保持的过程如图9.2(b)所示。图所示。图9.2

24、(b)中，中，TC称为采样脉冲宽度，称为采样脉冲宽度，TS称为采称为采样间隔样间隔(或称采样周期或称采样周期)。等间隔的采样脉冲由微型机控制内部的定时器产生，如。等间隔的采样脉冲由微型机控制内部的定时器产生，如图图9.2(b)中的中的“采样脉冲采样脉冲”，用于对，用于对“信号信号”进行定时采样，从而得到反映输入进行定时采样，从而得到反映输入信号在采样时刻的信息，即图信号在采样时刻的信息，即图9.2(b)中的中的“采样信号采样信号”；随后，在一定时间内保；随后，在一定时间内保持采样信号处于不变的状态，如图持采样信号处于不变的状态，如图9.2(b)中的中的“采样和保持信号采样和保持信号”；因此，在

25、保；因此，在保持阶段，在任何时刻进行模数转换，其转换的结果都反映了采样时刻的信息。持阶段，在任何时刻进行模数转换，其转换的结果都反映了采样时刻的信息。9.2 微机保护的硬件构成原理微机保护的硬件构成原理1.14第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.142)对采样保持电路的要求对采样保持电路的要求高质量的采样保持电路应满足以下几点：高质量的采样保持电路应满足以下几点：(1)电容电容Ch上的电压按一定的精度跟踪上上的电压按一定的精度跟踪上usr所需的最小采样宽度所需的最小采样宽度TC(或称为或称为截获时间截获时间)，对快速变化的信号采样时，要求，对快速变化的信号采样时，要求TC尽量短，以便可

26、用很窄的采样脉尽量短，以便可用很窄的采样脉冲，这样才能更准确地反映某一时刻的冲，这样才能更准确地反映某一时刻的usr值。值。(2)保持时间更长。通常用下降率保持时间更长。通常用下降率来表示保持能力。来表示保持能力。(3)模拟开关的动作延时、闭合电阻和开断时的漏电流要小。模拟开关的动作延时、闭合电阻和开断时的漏电流要小。3)采样频率的选择采样频率的选择采样间隔采样间隔Ts的倒数称为采样频率的倒数称为采样频率fs。采样频率的选择是微机保护硬件设计中。采样频率的选择是微机保护硬件设计中的一个关键问题，为此要综合考虑很多因素，并要从中作出权衡。采样频率越高，的一个关键问题，为此要综合考虑很多因素，并要

27、从中作出权衡。采样频率越高，要求要求CPU的运行速度越高。因为微机保护是一个实时系统，数据采集系统以采样的运行速度越高。因为微机保护是一个实时系统，数据采集系统以采样频率不断地向微型机输入数据，微型机必须要来得及在两个相邻采样间隔时间频率不断地向微型机输入数据，微型机必须要来得及在两个相邻采样间隔时间Ts内处理完对每一组采样值所必须做的各种操作和运算，否则内处理完对每一组采样值所必须做的各种操作和运算，否则CPU跟不上实时节拍跟不上实时节拍而无法工作。相反，采样频率过低，将不能真实地反映采样信号的情况。由采样而无法工作。相反，采样频率过低，将不能真实地反映采样信号的情况。由采样(香农香农)定理

28、可以证明，如果被采样信号中所含最高频率成分的频率为定理可以证明，如果被采样信号中所含最高频率成分的频率为fmax，则采，则采样频率样频率fs必须大于必须大于fmax的的2倍倍(即即fs2fmax)，否则将造成频率混叠。，否则将造成频率混叠。9.2 微机保护的硬件构成原理微机保护的硬件构成原理1.15第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.15下面仅从概念上说明采样频率过低造成频率混叠的原因。设被采样信号下面仅从概念上说明采样频率过低造成频率混叠的原因。设被采样信号x(t)中含有的最高频率为中含有的最高频率为fmax，现将，现将x(t)中这一成分中这一成分xfmax(t)单独画在图单独画在图

29、9.3(a)中。中。从图从图9.3(b)可以看出，当可以看出，当fS=fmax时，采样所看到的为一直流成分；而从时，采样所看到的为一直流成分；而从9-3(c)看看出，当出，当fS略小于略小于fmax时，采样所得到的是一个差拍低频信号。也就是说，一个高时，采样所得到的是一个差拍低频信号。也就是说，一个高于于fS/2的频率成分在采样后将被错误地认为是一低频信号，或称高频信号的频率成分在采样后将被错误地认为是一低频信号，或称高频信号“混叠混叠”到了低频段。显然，在满足香农定理到了低频段。显然，在满足香农定理fS2fmax后，将不会出现这种混叠现象。后，将不会出现这种混叠现象。4)模拟低通滤波器的应用

30、模拟低通滤波器的应用对微机保护来说，在故障初瞬，电压、电流中含有相当高的频率分量对微机保护来说，在故障初瞬，电压、电流中含有相当高的频率分量(如如2kHz以上以上)，为防止混叠，为防止混叠，fs将不得不用得很高，从而对硬件速度提出过高的要将不得不用得很高，从而对硬件速度提出过高的要求。但实际上，目前大多数的微机保护原理都是反映工频量的，在这种情况下，求。但实际上，目前大多数的微机保护原理都是反映工频量的，在这种情况下，可以在采样前用一个低通模拟滤波器可以在采样前用一个低通模拟滤波器(LPF)将高频分量滤掉，这样就可以降低将高频分量滤掉，这样就可以降低fs，从而降低对硬件提出的要求。由于数字滤波

31、器有许多优点，因而通常并不要求图从而降低对硬件提出的要求。由于数字滤波器有许多优点，因而通常并不要求图9.1中的模拟低通滤波器滤掉所有的高频分量，而仅用它滤掉中的模拟低通滤波器滤掉所有的高频分量，而仅用它滤掉fs/2以上的分量，以以上的分量，以消除频率混叠，防止高频分量混叠到工频附近来。低于消除频率混叠，防止高频分量混叠到工频附近来。低于fs/2的其他暂态频率分量，的其他暂态频率分量，可以通过数字滤波器来滤除。实际上，电流互感器、电压互感器对高频分量可以通过数字滤波器来滤除。实际上，电流互感器、电压互感器对高频分量9.2 微机保护的硬件构成原理微机保护的硬件构成原理1.16第第9 9章章 微机

32、继电保护微机继电保护1.16已有相当大的抑制作用，因而不必对抗混叠的模拟低通滤波器的频率特性提出很已有相当大的抑制作用，因而不必对抗混叠的模拟低通滤波器的频率特性提出很严格的要求，例如不一定要求很陡的过渡带，也不一定要求阻带有理想的衰耗特严格的要求，例如不一定要求很陡的过渡带，也不一定要求阻带有理想的衰耗特性，否则高阶的模拟滤波器将带来较长的过渡过程，影响保护的快速动作。最简性，否则高阶的模拟滤波器将带来较长的过渡过程，影响保护的快速动作。最简单的模拟低通滤波器如图单的模拟低通滤波器如图9.4所示。所示。(a)xfmax(t)波形波形(b)fS=fmax采样波形采样波形fSfmax9.2 微机

33、保护的硬件构成原理微机保护的硬件构成原理1.17第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.17fSfmax(c)fSfmax采样波形采样波形图图9.3频率混叠示意图频率混叠示意图图图9.4RC低通滤波器低通滤波器9.2 微机保护的硬件构成原理微机保护的硬件构成原理1.18第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.18采用低通滤波器消除频率混叠问题后，采样频率的选择在很大程度上取决于采用低通滤波器消除频率混叠问题后，采样频率的选择在很大程度上取决于保护的原理和算法的要求，同时还要考虑硬件的速度问题。保护的原理和算法的要求，同时还要考虑硬件的速度问题。3.多路转换开关多路转换开关多路转换开关又

34、称多路转换器，它是将多个采样保持后的信号逐一与多路转换开关又称多路转换器，它是将多个采样保持后的信号逐一与A/D芯芯片接通的控制电路。它一般有多个输入端，一个输出端和几个控制信号端。在实片接通的控制电路。它一般有多个输入端，一个输出端和几个控制信号端。在实际的数据采集系统中，被模数转换的模拟量可能是几路或十几路，利用多路开关际的数据采集系统中，被模数转换的模拟量可能是几路或十几路，利用多路开关(MUX)轮流切换各被测量与轮流切换各被测量与A/D转换电路的通路，达到分时转换的目的。在微机保转换电路的通路，达到分时转换的目的。在微机保护中，各个通道的模拟电压是在同一瞬间采样并保持记忆的，在保持期间

35、各路被护中，各个通道的模拟电压是在同一瞬间采样并保持记忆的，在保持期间各路被采样的模拟电压依次取出并进行模数转换，但微机所得到的仍可认为是同一时刻采样的模拟电压依次取出并进行模数转换，但微机所得到的仍可认为是同一时刻的信息的信息(忽略保持期间的极小衰减忽略保持期间的极小衰减)，这样按保护算法由微机计算得出正确结果。，这样按保护算法由微机计算得出正确结果。4.模数转换器模数转换器(A/D转换器，或简称转换器，或简称ADC)1)模数转换的一般原理模数转换的一般原理由于计算机只能对数字量进行运算，而电力系统中的电流、电压信号均为模由于计算机只能对数字量进行运算，而电力系统中的电流、电压信号均为模拟量

36、，因此必须采用模拟转换器将连续的模拟量转变为离散的数字量。拟量，因此必须采用模拟转换器将连续的模拟量转变为离散的数字量。9.2 微机保护的硬件构成原理微机保护的硬件构成原理1.19第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.19模数转换器可以认为是一个编码电路。它将输入的模拟量模数转换器可以认为是一个编码电路。它将输入的模拟量Usr相对于模拟参相对于模拟参考量考量UR经编码电路转换成数字量经编码电路转换成数字量D输出。一个理想的输出。一个理想的A/D转换器，其输出与输入转换器，其输出与输入的关系式的关系式(9-1)式中式中D一般为小于一般为小于1的二进制数；的二进制数；Usr输入信号；输入信号

37、；UR参考电压，也反映了模拟量的最大输入值。参考电压，也反映了模拟量的最大输入值。对于单极性的模拟量，小数点在最高位前，即要求输入对于单极性的模拟量，小数点在最高位前，即要求输入Usr必须小于必须小于UR。D可表示为可表示为D=B12-1+B22-2+Bn2-n(9-2)式中：式中：B1为其最高位，为其最高位，Bn为最低位。为最低位。B1Bn均为二进制码，其值为均为二进制码，其值为“1”或或“0”。因而，式。因而，式(9-1)又可写为又可写为UsrUR(B12-1+B22-2+Bn2-n)(9-3)式式(9-3)即为即为A/D转换器中，将模拟信号进行量化的表示式。转换器中，将模拟信号进行量化的

38、表示式。由于编码电路的位数总是有限的，如式由于编码电路的位数总是有限的，如式(9-3)中有中有n位，而实际的模拟量公式位，而实际的模拟量公式Usr/UR却可能为任意值，因而对连续的模拟量用有限长位数的而进制数表示时，却可能为任意值，因而对连续的模拟量用有限长位数的而进制数表示时，不可避免地要舍去比最低位不可避免地要舍去比最低位(LSB)更小的数，从而引入一定的误差。因而模数转换更小的数，从而引入一定的误差。因而模数转换编码的位数越多，即数值分得越细，所引入的量化误差就越小，或称分辨率就越编码的位数越多，即数值分得越细，所引入的量化误差就越小，或称分辨率就越高。高。9.2 微机保护的硬件构成原理

39、微机保护的硬件构成原理1.20第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.20模数转换器有模数转换器有V/F型、计数器式、双积分、逐次逼近方式等多种工作方式，型、计数器式、双积分、逐次逼近方式等多种工作方式，这里仅以逐次逼近方式为例，介绍这里仅以逐次逼近方式为例，介绍A/D模数转换器的工作原理。模数转换器的工作原理。2)数模转换器数模转换器(D/A转换器，或简称转换器，或简称DAC)由于逐次逼近式模数转换器一般要用到数模转换器。数模转换器的作用是将由于逐次逼近式模数转换器一般要用到数模转换器。数模转换器的作用是将数字量数字量D经解码电路变成模拟电压或电流输出。数字量是用代码按数位的权组合经解码

40、电路变成模拟电压或电流输出。数字量是用代码按数位的权组合起来表示的，每一位代码都有一定的权，即代表一个具体数值。因此，为了将数起来表示的，每一位代码都有一定的权，即代表一个具体数值。因此，为了将数字量转换成模拟量，必须先将每一位代码按其权的值转换成相应的模拟量，然后字量转换成模拟量，必须先将每一位代码按其权的值转换成相应的模拟量，然后将代表各位的模拟量相加，即可得到与被转换数字量相当的模拟量，即完成了数将代表各位的模拟量相加，即可得到与被转换数字量相当的模拟量，即完成了数模转换。模转换。图图9.5为一个为一个4位数模转换器的原理图。位数模转换器的原理图。图图9.5中，电子开关中，电子开关K0K

41、3分别受输入分别受输入4位数字量位数字量B4B1。在某一位为。在某一位为“0”时，其对应开关合向右侧，即接地。而为时，其对应开关合向右侧，即接地。而为“1”时，开关合向左侧，即接至时，开关合向左侧，即接至运算放大器运算放大器A的反相输入端的反相输入端(虚地虚地)。流向运算放大器反相的总电流。流向运算放大器反相的总电流I反映了反映了4位位输入数字量的大小，它经过带负反馈电阻输入数字量的大小，它经过带负反馈电阻RF的运算放大器，变换成电压的运算放大器，变换成电压usc输出。输出。由于运算放大器由于运算放大器A的的“+”端接参考地，所以其负端为端接参考地，所以其负端为“虚地虚地”，这样运算放大器，这

42、样运算放大器A的反相输入端的电位实际上也是地电位，因此不论图的反相输入端的电位实际上也是地电位，因此不论图9.5中各开关合向哪一侧，中各开关合向哪一侧，对图对图9.5中电阻网络的电流分配是没有影响的。在中电阻网络的电流分配是没有影响的。在图图9.5中，电阻网络有一个特中，电阻网络有一个特点，从点，从-UR、a、b、c四点分别向右看，网络的等值阻抗都是四点分别向右看，网络的等值阻抗都是R，因而，因而a点电位必点电位必定是定是1/2UR，b点电位则为点电位则为1/4UR，c点为点为1/8UR。9.2 微机保护的硬件构成原理微机保护的硬件构成原理1.21第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.2

43、1图图9.54位数模转换器原理图位数模转换器原理图9.2 微机保护的硬件构成原理微机保护的硬件构成原理1.22第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.22与此相应，图与此相应，图9.5中各电流分别为中各电流分别为各电流之间的相对关系正是二进制数每一位之间的权的关系，因而，总电流各电流之间的相对关系正是二进制数每一位之间的权的关系，因而，总电流I必然正比于数字量必然正比于数字量D。式。式(9-2)已给出已给出由图由图9.5得得而输出电压为而输出电压为(9-4)可见，输出模拟电压正比于控制输入的数字量可见，输出模拟电压正比于控制输入的数字量D，比例常数为，比例常数为。如图如图9.5所示数模转换

44、器电路通常被集成在一块芯片上。由于采用激光技术，所示数模转换器电路通常被集成在一块芯片上。由于采用激光技术，集成电阻值可以作得相当精确，因而数模转换器的精度主要取决于参考电压或称集成电阻值可以作得相当精确，因而数模转换器的精度主要取决于参考电压或称基准电压的精度和纹波情况。基准电压的精度和纹波情况。9.2 微机保护的硬件构成原理微机保护的硬件构成原理1.23第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.233)逐次逼近法模数转换器的基本原理逐次逼近法模数转换器的基本原理模数转换器绝大多数是应用逐次逼近法的原理来实现的，逐次逼近法是指模数转换器绝大多数是应用逐次逼近法的原理来实现的，逐次逼近法是指

45、数码设定方式是从最高位到低位逐次设定每位的数码是数码设定方式是从最高位到低位逐次设定每位的数码是“1”或或“0”，并逐位将，并逐位将所设定的数码转换为基准电压与待转换的电压相比较，从而确定各位数码应该是所设定的数码转换为基准电压与待转换的电压相比较，从而确定各位数码应该是“1”还是还是“0”。图。图9.6所示为一个应用微型机控制一片所示为一个应用微型机控制一片16位位D/A转换器和一个转换器和一个比较器，实现模数转换的基本原理比较器，实现模数转换的基本原理框图。框图。图图9.6的模数转换器工作原理如下：并行接口的的模数转换器工作原理如下：并行接口的B口口PB0PB15用作数字输用作数字输出，由

46、出，由CPU通过该口往通过该口往16位位D/A转换器试探性的送数。每送一个数，转换器试探性的送数。每送一个数，CPU通过读通过读取并行口的取并行口的PAO的状态的状态(“1”或或“0”)来试探试送的来试探试送的16位数相对于模拟输入量位数相对于模拟输入量是偏大还是偏小。如果偏大，即是偏大还是偏小。如果偏大，即D/A转换器的输出转换器的输出usc大于待转换的模拟输入电大于待转换的模拟输入电压，则比较器输出压，则比较器输出“0”，否则为，否则为“1”。如此通过软件不断地修正送往如此通过软件不断地修正送往D/A转换转换器的器的16位二进制数，直到找到最相近的值即为转换结果。位二进制数，直到找到最相近

47、的值即为转换结果。9.2 微机保护的硬件构成原理微机保护的硬件构成原理1.24第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.24图图9.6模数转换器基本原理框图模数转换器基本原理框图9.2 微机保护的硬件构成原理微机保护的硬件构成原理1.25第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.259.2.3CPU主系统主系统微机保护的微机保护的CPU主系统包括中央处理器主系统包括中央处理器(CPU)、只读存储器、只读存储器EPROM、电擦、电擦除可编程只读存储器、随机存取存储器除可编程只读存储器、随机存取存储器RAM、定时器等。、定时器等。CPU主要执行控制及运算功能。主要执行控制及运算功能。EPROM

48、主要存储编写好的程序，包括监控、继电保护功能程序等。主要存储编写好的程序，包括监控、继电保护功能程序等。可存放保护定值，保护定值的设定或修改可通过面板上的小键盘来实现。可存放保护定值，保护定值的设定或修改可通过面板上的小键盘来实现。RAM是采样数据及运算过程中数据的暂存器。是采样数据及运算过程中数据的暂存器。定时器用来记数、产生采样脉冲和实时钟等。定时器用来记数、产生采样脉冲和实时钟等。而而CPU主系统中的小键盘、液晶显示器和打印机等常用设备用于实现人机对主系统中的小键盘、液晶显示器和打印机等常用设备用于实现人机对话。话。9.2 微机保护的硬件构成原理微机保护的硬件构成原理1.26第第9 9章

49、章 微机继电保护微机继电保护1.269.2.4开关量输入输出电路开关量输入输出电路1.开关量输出电路开关量输出电路在微机保护装置中设有开关量输出在微机保护装置中设有开关量输出(DO，简称开出，简称开出)电路，用于驱动各种继电电路，用于驱动各种继电器。例如跳闸出口继电器、重合闸出口继电器、装置故障告警继电器等。开关量器。例如跳闸出口继电器、重合闸出口继电器、装置故障告警继电器等。开关量输出电路主要包括保护的跳闸出口、本地和中央信号及通信接口、打印机接口，输出电路主要包括保护的跳闸出口、本地和中央信号及通信接口、打印机接口，一般都采用并行接口的输出口来控制有接点继电器的方法，但为提高抗干扰能力，一

50、般都采用并行接口的输出口来控制有接点继电器的方法，但为提高抗干扰能力，最好经过一级光电隔离。设置多少路开关量应根据具体的保护装置考虑。一般情最好经过一级光电隔离。设置多少路开关量应根据具体的保护装置考虑。一般情况下，对输电线路保护装置，设置况下，对输电线路保护装置，设置616路开关量即可满足要求；对发电机变压路开关量即可满足要求；对发电机变压器组保护、母线保护装置，开关量输入器组保护、母线保护装置，开关量输入/输出电路数量比线路保护要多。具体情输出电路数量比线路保护要多。具体情况应按要求设计。况应按要求设计。开关量电路可分为两类：一类是开出电源受告警，启动继电器的接点闭锁开开关量电路可分为两类

51、：一类是开出电源受告警，启动继电器的接点闭锁开出量；另一类是开出电源不受闭锁的开出量。图出量；另一类是开出电源不受闭锁的开出量。图9.7是一个开出量输出电路原理图。是一个开出量输出电路原理图。并行口并行口B的输出口线驱动两路开出量电路。经过与非门后和组合，再经过的输出口线驱动两路开出量电路。经过与非门后和组合，再经过7400与与非门电路控制光电隔离芯片的输入，光电隔离的输出驱动三极管，开出电源非门电路控制光电隔离芯片的输入，光电隔离的输出驱动三极管，开出电源24V经告警继电器的常闭接点经告警继电器的常闭接点AXJ、光电隔离、三极管驱动出口继电器、光电隔离、三极管驱动出口继电器CKJ1。24V电

52、电源经启动继电器的接点源经启动继电器的接点QDJ控制，增加了开出电路的可靠性。控制，增加了开出电路的可靠性。9.2 微机保护的硬件构成原理微机保护的硬件构成原理1.27第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.27正常运行时，由软件通过并行口发出闭锁开出电路的命令正常运行时，由软件通过并行口发出闭锁开出电路的命令(即、即、)，从而光，从而光电隔离不导通，出口继电器均不动作。电隔离不导通，出口继电器均不动作。图图9.7开关量输出电路图开关量输出电路图9.2 微机保护的硬件构成原理微机保护的硬件构成原理1.28第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.28当线路发生故障后，启动继电器动作，当线

53、路发生故障后，启动继电器动作，QDJ的接点闭合。经计算，如故障位的接点闭合。经计算，如故障位于保护区内，则发出跳闸命令于保护区内，则发出跳闸命令(即、即、)，从而光电隔离导通，三极管导通，从而光电隔离导通，三极管导通，24V电电源经告警继电器的常闭接点、三极管、隔离二极管使出口继电器动作。软件检查源经告警继电器的常闭接点、三极管、隔离二极管使出口继电器动作。软件检查断路器跳闸成功后应收回跳闸命令。断路器跳闸成功后应收回跳闸命令。在微机保护装置正常运行时，软件每隔一段时间对开出量电路进行一次检查。在微机保护装置正常运行时，软件每隔一段时间对开出量电路进行一次检查。检查的方法是：通过并行口发出动作

54、命令检查的方法是：通过并行口发出动作命令(即、即、)，然后从并行口的输入线读取状，然后从并行口的输入线读取状态，当该位为低电平时，说明开出电路正确，否则说明开出电路有断路情况，报态，当该位为低电平时，说明开出电路正确，否则说明开出电路有断路情况，报告开出电路故障。如检查正确，则再发出闭锁命令告开出电路故障。如检查正确，则再发出闭锁命令(即、即、)，然后从并行口的输入，然后从并行口的输入线读取状态，当该位为高电平时，说明开出电路正确，否则说明开出电路有短路线读取状态，当该位为高电平时，说明开出电路正确，否则说明开出电路有短路情况，报告开出电路故障。情况，报告开出电路故障。2.开关量输入电路开关量

55、输入电路微机保护装置中一般应设置几路开关量输入电路。开关量输入微机保护装置中一般应设置几路开关量输入电路。开关量输入(DI，简称开，简称开入入)主要用于识别运行方式、运行条件等，以便控制程序的流程。所谓开关量输入主要用于识别运行方式、运行条件等，以便控制程序的流程。所谓开关量输入电路主要是将外部一些开关接点引入微机保护的电路，通常这些外部接点不能直电路主要是将外部一些开关接点引入微机保护的电路，通常这些外部接点不能直接引入微机保护装置，而必须经过光电隔离芯片引入。开关量输入电路包括断路接引入微机保护装置，而必须经过光电隔离芯片引入。开关量输入电路包括断路器和隔离开关的辅助触点或跳合闸位置继电器

56、接点输入，外部装置闭锁重合闸触器和隔离开关的辅助触点或跳合闸位置继电器接点输入，外部装置闭锁重合闸触点输入，轻瓦斯和重瓦斯继电器接点输入，及装置上连接片位置输入等回路。点输入，轻瓦斯和重瓦斯继电器接点输入，及装置上连接片位置输入等回路。9.2 微机保护的硬件构成原理微机保护的硬件构成原理1.29第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.29对微机保护装置的开关量输入，即接点状态对微机保护装置的开关量输入，即接点状态(接通或断开接通或断开)的输入可以分成的输入可以分成以下两类：以下两类：(1)安装在装置面板上的接点。这类接点主要是指键盘接点及切换装置工作安装在装置面板上的接点。这类接点主要是指

57、键盘接点及切换装置工作方式用的转换开关等。方式用的转换开关等。(2)从装置外部经端子排引入装置的接点。如需要由运行人员不打开装置外从装置外部经端子排引入装置的接点。如需要由运行人员不打开装置外盖而在运行中切换的各种压板、转换开关以及其他保护装置和操作继电器的接点盖而在运行中切换的各种压板、转换开关以及其他保护装置和操作继电器的接点等。等。图图9.8(a)的开关量输入电路的工作原理是：当外部接点接通时，光电隔离导的开关量输入电路的工作原理是：当外部接点接通时，光电隔离导通，其集电极输出低电位；当外部接点断开，光电隔离不导通，其集电极输出高通，其集电极输出低电位；当外部接点断开，光电隔离不导通，其

58、集电极输出高电位，读并行口该位的状态，即可知道外部接点的状态。电位，读并行口该位的状态，即可知道外部接点的状态。图图9.8(b)的开关量输入电路的工作原理是：当外部接点接通时，光电隔离导的开关量输入电路的工作原理是：当外部接点接通时，光电隔离导通，其发射极输出高电位；当外部接点断开，光电隔离不导通，其发射极输出低通，其发射极输出高电位；当外部接点断开，光电隔离不导通，其发射极输出低电位，读并行口该位的状态，也可知道外部接点的状态。电位，读并行口该位的状态，也可知道外部接点的状态。9.2 微机保护的硬件构成原理微机保护的硬件构成原理1.30第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.30图图9.

59、8开关量输入电路开关量输入电路9.2 微机保护的硬件构成原理微机保护的硬件构成原理1.31第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.319.3 微机保护的特征量算法微机保护的特征量算法9.3.1数字滤波数字滤波在微机保护中滤波是一个必要的环节，它用于滤去各种不必要的谐波，前面在微机保护中滤波是一个必要的环节，它用于滤去各种不必要的谐波，前面提到的模拟低通滤波器的作用主要是滤掉提到的模拟低通滤波器的作用主要是滤掉fs/2以上的高频分量，以防止混叠现象产以上的高频分量，以防止混叠现象产生，而数字滤波器的用途是滤去各种特定次数的谐波，特别是接近工频的谐波。数生，而数字滤波器的用途是滤去各种特定次数

60、的谐波，特别是接近工频的谐波。数字滤波器不同于模拟滤波器，它不是纯硬件构成的滤波器，而是由软件编程去实现，字滤波器不同于模拟滤波器，它不是纯硬件构成的滤波器，而是由软件编程去实现，改变算法或某些系数即可改变滤波性能。数字滤波器与模拟滤波器相比，有如下优改变算法或某些系数即可改变滤波性能。数字滤波器与模拟滤波器相比，有如下优点：点：(1)数字滤波器不需增加硬设备，所以系统可靠性高，不存在阻抗匹配问题。数字滤波器不需增加硬设备，所以系统可靠性高，不存在阻抗匹配问题。(2)使用灵活、方便，可根据需要选择不同的滤波方法，或改变滤波器的参数。使用灵活、方便，可根据需要选择不同的滤波方法，或改变滤波器的参

61、数。(3)数字滤波器是靠软件来实现的，没有物理器件，所以不存在特性差异。数字滤波器是靠软件来实现的，没有物理器件，所以不存在特性差异。(4)数字滤波器不存在由于元件老化及温度变化对滤波性能的影响。数字滤波器不存在由于元件老化及温度变化对滤波性能的影响。(5)精度高。精度高。数字滤波器框图如图数字滤波器框图如图9.9所示。所示。图图9.9数字滤波器框图数字滤波器框图1.32第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.329.3.2正弦函数的算法正弦函数的算法1.半周绝对值积分算法半周绝对值积分算法半周绝对值积分算法依据是一个正弦量在任意半个周期内绝对值的积分为一半周绝对值积分算法依据是一个正弦量

62、在任意半个周期内绝对值的积分为一个常数个常数S(即正比于信号的有效值即正比于信号的有效值)。(9-5)从而可求出幅值从而可求出幅值式式(9-5)可用梯形法则近似求得可用梯形法则近似求得(9-6)9.3 微机保护的特征量算法微机保护的特征量算法1.33第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.33式中式中TS采样间隔；采样间隔；Um电压最大值；电压最大值；采样时刻相对于交流信号过零点的相角；采样时刻相对于交流信号过零点的相角；u0、uN/2第第0、K、N/2次的采样值。次的采样值。半周绝对值积分法有一定的滤除高频分量的能力，因为叠加在基频成分上半周绝对值积分法有一定的滤除高频分量的能力，因为叠

63、加在基频成分上的幅度不大的高频分量，在积分中其对称的正负部分相互抵消，剩余的未被抵消的幅度不大的高频分量，在积分中其对称的正负部分相互抵消，剩余的未被抵消的部分占的比重减小了，但它不能抑制直流分量。这种算法适用于要求不高的电的部分占的比重减小了，但它不能抑制直流分量。这种算法适用于要求不高的电流、电压保护，因为它运算量极小，可用非常简单的硬件实现。另外，它所需要流、电压保护，因为它运算量极小，可用非常简单的硬件实现。另外，它所需要的数据仅为半个周期，即数据长度为的数据仅为半个周期，即数据长度为10ms。2.一阶导数算法一阶导数算法导数算法是利用正弦函数求导后为余弦函数的特点来求采样值的幅值和相

64、导数算法是利用正弦函数求导后为余弦函数的特点来求采样值的幅值和相位的一种方法。位的一种方法。设设(9-7)9.3 微机保护的特征量算法微机保护的特征量算法1.34第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.34(9-8)(9-9)(9-10)(9-11)9.3 微机保护的特征量算法微机保护的特征量算法1.35第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.359.3 微机保护的特征量算法微机保护的特征量算法在计算机中，常用差分来代替求导数，设在计算机中，常用差分来代替求导数，设u，i对应对应时刻为时刻为，对应，对应时刻为时刻为，计算时刻，计算时刻t1位于位于和和的中间，则的中间，则，而该时刻电压的

65、导数，而该时刻电压的导数。3.采样值积算法采样值积算法导数算法的优点是计算速度快，缺点是当采样频率较低是，计算误差较大。导数算法的优点是计算速度快，缺点是当采样频率较低是，计算误差较大。采样值积算法是利用采样值的乘积来计算电流、电压、阻抗幅值等参数的方法。采样值积算法是利用采样值的乘积来计算电流、电压、阻抗幅值等参数的方法。特点是计算的判定时间较短。特点是计算的判定时间较短。1)两采样值积算法两采样值积算法设设(9-12)(9-13)式中式中两采样值的时间间隔两采样值的时间间隔。1.36第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.369.3 微机保护的特征量算法微机保护的特征量算法取取、和和、

66、两采样值的乘积两采样值的乘积(9-14)取取、和和、两采样值乘积得两采样值乘积得(9-15)(9-16)1.37第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.379.3 微机保护的特征量算法微机保护的特征量算法综合以上各式得综合以上各式得(9-17)(9-18)将式将式(9-18)乘以乘以后与式后与式(9-17)相减，得相减，得(9-19)同理用式同理用式(9-15)与与(9-16)相减消去相减消去t1项，从而得到项，从而得到(9-20)在式在式(9-14)中，若用同一电压或电流信号的采样值相乘，则中，若用同一电压或电流信号的采样值相乘，则=0，此时可得，此时可得1.38第第9 9章章 微机继电

67、保护微机继电保护1.38(9-21)(9-22)由于由于、是常数，只要送入时间间隔是常数，只要送入时间间隔的两次的两次采样值，便可按采样值，便可按式式(9-21)和式和式(9-22)计算出计算出Um和和Im。用式用式(9-22)除去式除去式(9-19)和式和式(9-20)也可求出测量阻抗的电阻分量和电抗分也可求出测量阻抗的电阻分量和电抗分量。量。2)三采样值积算法三采样值积算法三采样值积算法是利用三个连续的等时间间隔三采样值积算法是利用三个连续的等时间间隔的采样值中两两相乘，通的采样值中两两相乘，通过适当组合消去过适当组合消去项求出信号幅值和其他电气参数的方法。项求出信号幅值和其他电气参数的方

68、法。9.3 微机保护的特征量算法微机保护的特征量算法1.39第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.39设设(9-23)(9-24)(9-25)取取的乘积，得的乘积，得(9-26)9.3 微机保护的特征量算法微机保护的特征量算法1.40第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.40将将与与相加，得相加，得(9-27)将式将式(9-27)与式与式(9-26)经过适当组合便可消去经过适当组合便可消去项，得项，得(9-28)当同时取电压或电流信号的采样值时，则当同时取电压或电流信号的采样值时，则，此时可得，此时可得(9-29)(9-30)当选定当选定，则上式变为，则上式变为9.3 微机保护的特

69、征量算法微机保护的特征量算法1.41第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.41(9-31)(9-32)同样可求得同样可求得R和和X的值的值三采样值积算法的数据窗是二倍的采样周期，从精度角度看，若输入信三采样值积算法的数据窗是二倍的采样周期，从精度角度看，若输入信号波形是纯正弦的，则这种算法没有误差，因为该算法的基础是考虑了采样号波形是纯正弦的，则这种算法没有误差，因为该算法的基础是考虑了采样值在正弦信号中的实际值。值在正弦信号中的实际值。9.3 微机保护的特征量算法微机保护的特征量算法1.42第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.429.3.3傅里叶算法傅里叶算法正弦函数模型算法只

70、是对理想情况的电流和电压波形进行了粗略的计算，正弦函数模型算法只是对理想情况的电流和电压波形进行了粗略的计算，而故障时的电流和电压波形畸变较大，通常假设包含各种分量的周期函数。在而故障时的电流和电压波形畸变较大，通常假设包含各种分量的周期函数。在微机保护装置中，针对这种模型，提出了傅里叶算法。傅里叶算法是一个被广微机保护装置中，针对这种模型，提出了傅里叶算法。傅里叶算法是一个被广泛应用的算法，它本身具有滤波作用。泛应用的算法，它本身具有滤波作用。设被采样的模拟信号是一个周期性时间函数，可表示为设被采样的模拟信号是一个周期性时间函数，可表示为(9-33)式中式中、分别为直流、基波和各次谐波分量的

71、正弦项和余弦项系分别为直流、基波和各次谐波分量的正弦项和余弦项系数；数；基波角频率；基波角频率；n谐波次数。谐波次数。对于基波分量，取对于基波分量，取n=1，则可得，则可得(9-34)9.3 微机保护的特征量算法微机保护的特征量算法1.43第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.43式中式中(9-35)(9-36)也可将正弦基波信号表示为另一种形式，即也可将正弦基波信号表示为另一种形式，即(9-37)由此可得，由此可得，。因此，可根据因此，可根据a1、b1，求出基波分量的有效值和相角。，求出基波分量的有效值和相角。9.3 微机保护的特征量算法微机保护的特征量算法1.44第第9 9章章 微机

72、继电保护微机继电保护1.44在用微机处理时，取一周期的采样数据进行离散傅里叶变换，得在用微机处理时，取一周期的采样数据进行离散傅里叶变换，得(9-38)(9-39)9.3 微机保护的特征量算法微机保护的特征量算法1.45第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.45式中式中N工频每周采样点数。工频每周采样点数。、经过离散傅里叶变换后基波分量的虚部和实部。经过离散傅里叶变换后基波分量的虚部和实部。式式(9-38)和式和式(9-39)是求基波分量的离散计算公式。由是求基波分量的离散计算公式。由、即可求即可求出基波分量的有出基波分量的有(9-40)(9-41)类似地，可得出求类似地，可得出求n次谐

73、波的虚部和实部分量的公式为次谐波的虚部和实部分量的公式为(9-42)(9-43)9.3 微机保护的特征量算法微机保护的特征量算法1.46第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.461.全周波傅里叶算法全周波傅里叶算法全周波傅里叶算法是用连续一个周期的采样值求出信号幅值的方法。按照全周波傅里叶算法是用连续一个周期的采样值求出信号幅值的方法。按照式式(9-42)和和式式(9-43)求出某次谐波分量的实部和虚部求出某次谐波分量的实部和虚部、，即可求出信号，即可求出信号的幅值和相角。式的幅值和相角。式(9-38)和式和式(9-39)中的中的和和是一个离散数字序是一个离散数字序列，当采样频率确定后可

74、事先离线计算出。用傅里叶算法求基波分量幅值为例，列，当采样频率确定后可事先离线计算出。用傅里叶算法求基波分量幅值为例，当当时，基波正弦和余弦的系数如表时，基波正弦和余弦的系数如表9-1所示。所示。表表9-1N=12时，正弦和余弦的系数时，正弦和余弦的系数k0123456789101100.50.86610.8660.50- -0.5- -0.866- -1- -0.866- -0.510.8660.50- -0.5- -0.866- -1- -0.866- -0.500.50.8669.3 微机保护的特征量算法微机保护的特征量算法1.47第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.47所以所以

75、当当N=12时，上式为时，上式为在微机保护中，利用全周波傅里叶算法求有效值可以按上面介绍的公式计算。在微机保护中，利用全周波傅里叶算法求有效值可以按上面介绍的公式计算。结合结合表表9-1的特点，也可以用下式求出的特点，也可以用下式求出、：9.3 微机保护的特征量算法微机保护的特征量算法1.48第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.48为了求出正确的故障参数，为了求出正确的故障参数，x(0)x(11)都必须是故障后的采样值。因此，都必须是故障后的采样值。因此，全周波傅里叶算法所需的数据窗为一个周波，即必须在故障后全周波傅里叶算法所需的数据窗为一个周波，即必须在故障后20ms数据齐全数据齐全

76、的前提下，方可采用全周波傅里叶算法。为了加快保护动作速度，可以采用半的前提下，方可采用全周波傅里叶算法。为了加快保护动作速度，可以采用半周波傅里叶算法。周波傅里叶算法。2.半周波傅里叶算法半周波傅里叶算法半周波傅里叶算法是仅用半周波的数据计算信号的幅值和相角。对基波分量的半周波傅里叶算法是仅用半周波的数据计算信号的幅值和相角。对基波分量的具体计算方法如下具体计算方法如下9.3 微机保护的特征量算法微机保护的特征量算法1.49第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.49当当N=12时，上式，上式为虽然半周傅里叶算法保护的动作速度减少了半个周期。但半周傅里叶算法虽然半周傅里叶算法保护的动作速度

77、减少了半个周期。但半周傅里叶算法不能滤除恒定直流分量和偶次谐波分量，因此计算误差较大。为改善计算精度，不能滤除恒定直流分量和偶次谐波分量，因此计算误差较大。为改善计算精度，而又不增加计算的复杂程度，可在应用半周傅里叶算法之前，先作一次差分运而又不增加计算的复杂程度，可在应用半周傅里叶算法之前，先作一次差分运算。算。9.3 微机保护的特征量算法微机保护的特征量算法1.50第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.509.3.4解微分方程算法解微分方程算法解微分方程算法是目前在距离保护中应用最多的一种方法。对于一般的解微分方程算法是目前在距离保护中应用最多的一种方法。对于一般的输电线路，在短路情

78、况下，线路分布电容产生的影响主要表现为高频分量。如输电线路，在短路情况下，线路分布电容产生的影响主要表现为高频分量。如果采用低通滤波器将高频分量滤除掉，就相当于可以忽略被保护输电线分布电果采用低通滤波器将高频分量滤除掉，就相当于可以忽略被保护输电线分布电容的影响，故障点到安装处的线路段可用一电阻和电感串联电路来表示，即将容的影响，故障点到安装处的线路段可用一电阻和电感串联电路来表示，即将输电线路等效为输电线路等效为RL串联模型。这样，在短路时，下列方程成立串联模型。这样，在短路时，下列方程成立(9-44)式中式中、故障点至保护安装处线路段的正序电阻和电感；故障点至保护安装处线路段的正序电阻和电

79、感；u(t)、i(t)保护安装处的电压、电流。保护安装处的电压、电流。对于相间短路，应采用对于相间短路，应采用和和，例如，例如AB相间短路时，取相间短路时，取、。对于单相接地短路，取相电压及相电流加零序补偿电流，以。对于单相接地短路，取相电压及相电流加零序补偿电流，以A相接地为例，相接地为例，式式(9-44)将改写成将改写成(9-45)9.3 微机保护的特征量算法微机保护的特征量算法1.51第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.51式中式中、电阻及电感分量的零序补偿系数，电阻及电感分量的零序补偿系数，；、输电线每公里的零序和正序电阻和电感。输电线每公里的零序和正序电阻和电感。式式(9-4

80、4)中的中的、和和都是可以测量和计算的，都是可以测量和计算的，R1和和L1是待是待求解的未知数，其求解方法有差分法和积分法两类。求解的未知数，其求解方法有差分法和积分法两类。1.差分法差分法为解得为解得R1、L1必须有两个方程式，常用的方法是在两个不同的时刻必须有两个方程式，常用的方法是在两个不同的时刻t1和和t2分别测量分别测量、和和，就可得到两个独立的方程，就可得到两个独立的方程式中，式中，D表示表示，下标，下标“1”和和“2”分别表示测量时刻分别表示测量时刻t1和和t2。联立解以。联立解以上两上两式，即可求得两个未知数式，即可求得两个未知数R1和和L1，即，即9.3 微机保护的特征量算法

81、微机保护的特征量算法1.52第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.52(9-45)(9-46)在用计算机处理时，可用差分来近似计算电流的导数，最简单的方法是在用计算机处理时，可用差分来近似计算电流的导数，最简单的方法是取取t1和和t2分别为两个相邻的采样瞬间的中间值，于是近似有分别为两个相邻的采样瞬间的中间值，于是近似有9.3 微机保护的特征量算法微机保护的特征量算法1.53第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.532.积分法积分法用分段积分法对式用分段积分法对式(9-44)分别在两个不同的时间段内积分，从而得到两个分别在两个不同的时间段内积分，从而得到两个独立的方程独立的方程(9

82、-47)(9-48)式式(9-47)及式及式(9-48)中，中，T0为积分时间长度，为积分时间长度，t1和和t2则为两个不同的积分则为两个不同的积分起始时刻。起始时刻。以上两积分式中以上两积分式中9.3 微机保护的特征量算法微机保护的特征量算法1.54第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.54其余各项积分在用计算机处理时可用梯形法近似求得。联立解式其余各项积分在用计算机处理时可用梯形法近似求得。联立解式(9-47)和和式式(9-48)也可求得两个未知数也可求得两个未知数R1和和L1。解微分方程算法所依据的微分方程式解微分方程算法所依据的微分方程式(9-44)忽略了输电线分布电容，由此忽略

83、了输电线分布电容，由此带来的误差，通过一个低通滤波器预先滤除电流和电压中的高频分量就可以基带来的误差，通过一个低通滤波器预先滤除电流和电压中的高频分量就可以基本消除。因为分布电容只有对高频分量才是不可忽略的。解微分方程算法不受本消除。因为分布电容只有对高频分量才是不可忽略的。解微分方程算法不受电网频率的影响，它要求的采样频率应远大于工频，否则将导致较大误差，这电网频率的影响，它要求的采样频率应远大于工频，否则将导致较大误差，这是因为积分和求导是用采样值来近似计算的。是因为积分和求导是用采样值来近似计算的。9.3 微机保护的特征量算法微机保护的特征量算法1.55第第9 9章章 微机继电保护微机继

84、电保护1.559.3.5与信号频率无关的算法与信号频率无关的算法前面介绍的基于正弦信号和周期函数模型的算法都与信号的频率直接有关。前面介绍的基于正弦信号和周期函数模型的算法都与信号的频率直接有关。当频率发生变化时，计算结果会发生变化，产生较大的误差。因此，应研究与当频率发生变化时，计算结果会发生变化，产生较大的误差。因此，应研究与频率无关的算法。这里介绍两种与频率无关的算法。频率无关的算法。这里介绍两种与频率无关的算法。1.与频率无关的三采样值积算法与频率无关的三采样值积算法设有相邻的连续三点的采样值设有相邻的连续三点的采样值(9-49)(9-50)(9-51)由式由式(9-21)可得可得(9

85、-52)(9-53)9.3 微机保护的特征量算法微机保护的特征量算法1.56第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.56由式由式(9-52)减去式减去式(9-53)经整理得经整理得(9-54)将式将式(9-54)代入式代入式(9-53)得得(9-55)从而可求出电压的有效值为从而可求出电压的有效值为(9-56)9.3 微机保护的特征量算法微机保护的特征量算法1.57第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.57由式由式(9-56)看出，计算结果与频率无关。但是由于推导该式时基于连续三看出，计算结果与频率无关。但是由于推导该式时基于连续三个正弦信号的采样值，所以对直流分量个正弦信号的采样值

86、，所以对直流分量()计算结果不正确。计算结果不正确。2.与频率无关的全周积分算法与频率无关的全周积分算法由式由式(5-1)可知，对于一个正弦信号，在任意半周内绝对值积分值为常数。可知，对于一个正弦信号，在任意半周内绝对值积分值为常数。在一周期的积分则为在一周期的积分则为从而可得有效值为从而可得有效值为(9-57)在微机保护中，面积在微机保护中，面积S用梯形法求得。在一周期内得面积为用梯形法求得。在一周期内得面积为(9-58)将式将式(9-58)代入式代入式(9-57)得得9.3 微机保护的特征量算法微机保护的特征量算法1.58第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.58由上式可以看出，该算

87、法与信号频率无关。但与一周期内的采样点数由上式可以看出，该算法与信号频率无关。但与一周期内的采样点数N有关。有关。当采样间隔固定不变，而频率发生变化时当采样间隔固定不变，而频率发生变化时N会变化。因此，必须先求得会变化。因此，必须先求得f，从而可，从而可求出求出N来。来。9.3 微机保护的特征量算法微机保护的特征量算法1.59第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.599.3.6滤序算法和频率算法滤序算法和频率算法1.零序分量算法零序分量算法零序分量的算法通常是由以下两式得到，即零序分量的算法通常是由以下两式得到，即上式是用上式是用A、B、C三相电压三相电压k时刻的采样值相加求出时刻的采样

88、值相加求出k时刻零序电压值。这种时刻零序电压值。这种方法得到的零序电压通常称为自产零序电压，以区别于由电压互感器开口三角经方法得到的零序电压通常称为自产零序电压，以区别于由电压互感器开口三角经数据采集通道得到的零序电压。在微机保护中，除在采样中断服务程序中，进行数据采集通道得到的零序电压。在微机保护中，除在采样中断服务程序中，进行数据检查或电压互感器二次一相或两相断线时，用数据检查或电压互感器二次一相或两相断线时，用uak+ubk+uck与来自电压互感与来自电压互感器开口三角的器开口三角的3u0k进行比较外，其他反映零序电压的保护多数要在计算零序电压进行比较外，其他反映零序电压的保护多数要在计

89、算零序电压前，经过一个三次谐波滤过器前，经过一个三次谐波滤过器(即三次谐波是滤波器的零点即三次谐波是滤波器的零点)，以消除三次谐波的，以消除三次谐波的影响，提高零序电压保护的灵敏度。影响，提高零序电压保护的灵敏度。用用A、B、C三相电流三相电流k时刻的采样值相加求出时刻的采样值相加求出k时刻零序电流值。这一方法时刻零序电流值。这一方法在微机保护的采样中断服务程序中用于进行数据检查。对于变压器接地保护，除在微机保护的采样中断服务程序中用于进行数据检查。对于变压器接地保护，除反映变压器中性线零序电流互感器的零序电流实现接地保护，用户往往还要求反反映变压器中性线零序电流互感器的零序电流实现接地保护，

90、用户往往还要求反映变压器套管电流互感器的三相电流产生的零序电流构成变压器的接地保护。映变压器套管电流互感器的三相电流产生的零序电流构成变压器的接地保护。9.3 微机保护的特征量算法微机保护的特征量算法1.60第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.602.负序分量的算法负序分量的算法负序分量的算法有两种：一种是用对称分量法中负序分量的定义计算出负序负序分量的算法有两种：一种是用对称分量法中负序分量的定义计算出负序分量；另一种是利用傅氏算法的结果求负序分量。分量；另一种是利用傅氏算法的结果求负序分量。1)用对称分量法中负序分量的定义求负序电压和负序电流的方法用对称分量法中负序分量的定义求负序

91、电压和负序电流的方法将上式变换将上式变换当采样频率为当采样频率为600Hz时，相邻两个采样点的角度为时，相邻两个采样点的角度为30，这样即可求出各采，这样即可求出各采样点对应的负序电压值。因此，上式可写为样点对应的负序电压值。因此，上式可写为9.3 微机保护的特征量算法微机保护的特征量算法1.61第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.61同样，可求出负序电流的值。同样，可求出负序电流的值。负序分量的有效值可由前面求有效值的方法求得。负序分量的有效值可由前面求有效值的方法求得。2)利用傅氏算法求负序分量利用傅氏算法求负序分量120120)120120)负序电压的实部分量为负序电压的实部分量

92、为9.3 微机保护的特征量算法微机保护的特征量算法1.62第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.62负序电压的虚部分量为负序电压的虚部分量为负序电压的有效值为负序电压的有效值为同样，可求得负序电流的实部、虚部分量和有效值。同样，可求得负序电流的实部、虚部分量和有效值。9.3 微机保护的特征量算法微机保护的特征量算法1.63第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.63第一种方法是先滤出负序分量的瞬时值，如需求出有效值，还要利用其他有第一种方法是先滤出负序分量的瞬时值，如需求出有效值，还要利用其他有关算法。但在有些保护中，可直接应用负序分量的瞬时值。第二种方法本身具有关算法。但在有些保护

93、中，可直接应用负序分量的瞬时值。第二种方法本身具有先滤波后滤序的作用，它求出的负序分量不是瞬时值，而是实部、虚部分量，求先滤波后滤序的作用，它求出的负序分量不是瞬时值，而是实部、虚部分量，求有效值时需作开方运算。有效值时需作开方运算。3.频率算法频率算法在微机保护中，有时需要计算频率。求频率的方法通常有硬件测频率法和软在微机保护中，有时需要计算频率。求频率的方法通常有硬件测频率法和软件计算频率方法。这里主要是介绍用采样值计算交流信号频率的方法。件计算频率方法。这里主要是介绍用采样值计算交流信号频率的方法。设采样频率为设采样频率为600Hz。电压的采样值为。电压的采样值为则有则有9.3 微机保护

94、的特征量算法微机保护的特征量算法1.64第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.64从而可求出从而可求出时，时，0时，时，f在在0Hz50Hz之间。之间。0时，时，f在在50Hz100Hz之间。实际频率为从之间。实际频率为从100Hz中减去中减去查表的结果。查表的结果。为使计算频率更为精确，采样信号最好用线电压。为使计算频率更为精确，采样信号最好用线电压。例如，对于一个频率为例如，对于一个频率为45Hz的交流信号按的交流信号按进行采样，取进行采样，取、t=0得得0)9.3 微机保护的特征量算法微机保护的特征量算法1.65第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.65则则注意计算过程中反余

95、弦函数值应以弧度表示。在微机保护的程序中，如果用注意计算过程中反余弦函数值应以弧度表示。在微机保护的程序中，如果用该方法计算频率，则可直接建立一个该方法计算频率，则可直接建立一个与频率的对应关系表，由查表与频率的对应关系表，由查表法求出频率。其精度一方面决定于采样值的精度，另一方面与表的细分程度有关。法求出频率。其精度一方面决定于采样值的精度，另一方面与表的细分程度有关。9.3 微机保护的特征量算法微机保护的特征量算法1.66第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.669.3.7复数求模值方法复数求模值方法前已述及，在微机保护中，傅里叶算法是一个被广泛应用的方法。在应用傅前已述及，在微机保

96、护中，傅里叶算法是一个被广泛应用的方法。在应用傅氏算法时总是分别求出某次谐波分量的实部氏算法时总是分别求出某次谐波分量的实部和虚部和虚部，然后用下式求幅值。，然后用下式求幅值。在这里遇到了开方运算，开方运算的计算量很大，尤其是用汇编语言编程时在这里遇到了开方运算，开方运算的计算量很大，尤其是用汇编语言编程时更为复杂。为此，我们应寻求一和简便的方法求出复数的模值。这里介绍几种复更为复杂。为此，我们应寻求一和简便的方法求出复数的模值。这里介绍几种复数求模值的近似方法。数求模值的近似方法。设设即即为为中的大数，而中的大数，而S为为的小数。的小数。令令19.3 微机保护的特征量算法微机保护的特征量算法

97、1.67第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.67因为因为令令则则所以所以所以所以经过计算，可以得到经过计算，可以得到与与r的关系近似为线性关系。以下介绍几种近似方法。的关系近似为线性关系。以下介绍几种近似方法。1.取取K0.42859.3 微机保护的特征量算法微机保护的特征量算法1.68第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.68定义相对误差为定义相对误差为则则当当r=1时。相对误差：时。相对误差：。2.取取K0.0075+0.414r定义相对误差为定义相对误差为9.3 微机保护的特征量算法微机保护的特征量算法1.69第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.69当当r=1时，相

98、对误差：时，相对误差：=0.005。3.令令K常数常数分析表明，当分析表明，当M的幅角在的幅角在045范围内时，可取范围内时，可取可使正负误差的量大致相等，约为可使正负误差的量大致相等，约为5.5%。为计算简便，可取。为计算简便，可取则则4.泰勒级数展开法泰勒级数展开法，M是该方程的一个根。则必有：是该方程的一个根。则必有：假设有一个接近假设有一个接近M的近似根的近似根C，且满足：，且满足：。9.3 微机保护的特征量算法微机保护的特征量算法1.70第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.70将将f(x)在点在点C处展开为泰勒级数。由于处展开为泰勒级数。由于f(x)的各阶导数为的各阶导数为故

99、有故有f(x)在点在点C处的精确泰勒级数展开式处的精确泰勒级数展开式以以x=M代如上式得代如上式得从而可求出从而可求出式中式中M的近似值；的近似值；误差项。误差项。9.3 微机保护的特征量算法微机保护的特征量算法1.71第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.71，则，则相对误差为相对误差为当当r=1时，相对误差时，相对误差=0.0017。可见，以上算法用到加法、乘法和除法运。可见，以上算法用到加法、乘法和除法运算，简化了开平方的方法。算，简化了开平方的方法。9.3 微机保护的特征量算法微机保护的特征量算法1.72第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.729.4 微机保护装置的软件构

100、成微机保护装置的软件构成微机保护的硬件分为人机接口和保护接口两大部分，与之相对应的软件也分微机保护的硬件分为人机接口和保护接口两大部分，与之相对应的软件也分为接口软件和保护软件两大部分。为接口软件和保护软件两大部分。1.接口软件接口软件接口软件是指人机接口部分的软件，其程序分为监控程序和运行程序。监控接口软件是指人机接口部分的软件，其程序分为监控程序和运行程序。监控程序主要是键盘命令处理程序，是为接口插件及各程序主要是键盘命令处理程序，是为接口插件及各CPU保护插件进行调节和整定保护插件进行调节和整定而设置的程序。运行程序由主程序和定时中断服务程序构成。主程序的任务是完而设置的程序。运行程序由

101、主程序和定时中断服务程序构成。主程序的任务是完成巡检、键盘扫描和处理及故障信息的排列和打印；定时中断服务程序包括软件成巡检、键盘扫描和处理及故障信息的排列和打印；定时中断服务程序包括软件时钟程序，以硬件时钟控制并同步各时钟程序，以硬件时钟控制并同步各CPU插件的软时钟，和检测各插件的软时钟，和检测各CPU插件启动插件启动元件是否动作的检测启动程序。元件是否动作的检测启动程序。2.保护软件保护软件保护软件为主程序和两个中断服务程序。主程序包括初始化和自检循环模块、保护软件为主程序和两个中断服务程序。主程序包括初始化和自检循环模块、保护逻辑判断模块及跳闸处理模块。中断服务程序有定时采样中断服务程序

102、和串保护逻辑判断模块及跳闸处理模块。中断服务程序有定时采样中断服务程序和串行口通信中断服务程序。行口通信中断服务程序。3.中断服务程序中断服务程序绝大多数的工程计算机的应用软件都采用了中断技术，特别是实时性要求较绝大多数的工程计算机的应用软件都采用了中断技术，特别是实时性要求较强的系统，更离不开中断的工作方式。继电保护系统是一种对时间要求很高的强的系统，更离不开中断的工作方式。继电保护系统是一种对时间要求很高的1.73第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.73实时系统，一方面要求实时地采集各种输入信号，随时跟踪系统运行工况；另一实时系统，一方面要求实时地采集各种输入信号，随时跟踪系统运行

103、工况；另一方面，在电力系统短路时，应快速判别短路的位置或区域，尽快切除短路故障。方面，在电力系统短路时，应快速判别短路的位置或区域，尽快切除短路故障。实时系统是对具有苛刻时间条件的活动及外来信息要求以足够快速度进行快速处实时系统是对具有苛刻时间条件的活动及外来信息要求以足够快速度进行快速处理，并在一定的时间内做出响应。理，并在一定的时间内做出响应。保护要对外来事件做出及时反应，就要求保护中断自己正在执行的程序，而保护要对外来事件做出及时反应，就要求保护中断自己正在执行的程序，而转去执行服务于外来事件的操作任务和程序；另外，系统的各种操作的优先等级转去执行服务于外来事件的操作任务和程序；另外，系

104、统的各种操作的优先等级是不同的，高一级的优先操作应先得到处理，而将低一级的操作任务中断。是不同的，高一级的优先操作应先得到处理，而将低一级的操作任务中断。对保护装置而言，电力系统状态是保护最关心的外部事件，必须每时每刻掌对保护装置而言，电力系统状态是保护最关心的外部事件，必须每时每刻掌握保护对象的系统状态，这就要求保护定时采样系统状态，常采用定时器中断方握保护对象的系统状态，这就要求保护定时采样系统状态，常采用定时器中断方式式(较高级别的中断较高级别的中断)，每经过，每经过1.66ms中断原程序的运行，转去执行采样计算的服中断原程序的运行，转去执行采样计算的服务程序。采样结束后，通过存储器中的

105、特定存储单元将采样计算结果送给原程序，务程序。采样结束后，通过存储器中的特定存储单元将采样计算结果送给原程序，然后再去执行被中断了的程序，这就是定时采样中断服务程序。然后再去执行被中断了的程序，这就是定时采样中断服务程序。保护装置应随时接受工作人员利用人机对话方式进行的干预保护装置应随时接受工作人员利用人机对话方式进行的干预(即改变保护装置即改变保护装置的工作状态、查询系统运行参数、调试保护装置的工作状态、查询系统运行参数、调试保护装置)保护工作。保护工作。对保护的高层次干预是系统机与保护的通信要求，这种通信要求常用主从式对保护的高层次干预是系统机与保护的通信要求，这种通信要求常用主从式串行口

106、通信实现。当主机对保护装置有通信要求时，或者接口串行口通信实现。当主机对保护装置有通信要求时，或者接口CPU对保护对保护CPU提提出巡检要求时，保护串行通信口提出中断请求，在中断响应时，转去执行串行口出巡检要求时，保护串行通信口提出中断请求，在中断响应时，转去执行串行口通信的中断服务程序。通信的中断服务程序。9.4 微机保护装置的软件构成微机保护装置的软件构成1.74第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.744.程序流程的基本结构程序流程的基本结构微机保护的流程图能够比较直观、形象、清楚地反映保护的工作过程和逻辑微机保护的流程图能够比较直观、形象、清楚地反映保护的工作过程和逻辑关系。微机

107、保护的程序结构可以有很多种不同的构成方案，如多任务型、多线程关系。微机保护的程序结构可以有很多种不同的构成方案，如多任务型、多线程型等。型等。各种不同功能、不同原理的微机保护，主要的区别体现在软件上，因此，将各种不同功能、不同原理的微机保护，主要的区别体现在软件上，因此，将算法与程序结合，并合理安排程序结构就能够实现不同保护功能。不论是什么原算法与程序结合，并合理安排程序结构就能够实现不同保护功能。不论是什么原理和功能的保护，微机保护装置的硬件原理基本相同，在介绍或学习程序流程图理和功能的保护，微机保护装置的硬件原理基本相同，在介绍或学习程序流程图时，几乎用不着对照硬件的详细电路图。当然，熟悉

108、模拟型保护的逻辑和工作过时，几乎用不着对照硬件的详细电路图。当然，熟悉模拟型保护的逻辑和工作过程必将有助于设计或阅读微机保护的程序流程。程必将有助于设计或阅读微机保护的程序流程。程序流程可以大致分为粗略流程和详细流程。详细流程能够具体地了解工作程序流程可以大致分为粗略流程和详细流程。详细流程能够具体地了解工作过程和逻辑关系的细节，便于进行事故分析；粗略流程易于理解总体的逻辑配合过程和逻辑关系的细节，便于进行事故分析；粗略流程易于理解总体的逻辑配合和工作过程。把粗略流程中的模块再画出其详细的工作流程，就可以得到更详细和工作过程。把粗略流程中的模块再画出其详细的工作流程，就可以得到更详细一些的流程

109、。一些的流程。微机保护的程序结构与微型机的运行速度、功能的构成等诸多因素有较大关微机保护的程序结构与微型机的运行速度、功能的构成等诸多因素有较大关系，可以有多种多样的实现方案。在微机保护中，定时中断通常是最主要的中断系，可以有多种多样的实现方案。在微机保护中，定时中断通常是最主要的中断方式。以其为例，下面介绍三种典型的流程结构。在每次执行定时中断服务程序方式。以其为例，下面介绍三种典型的流程结构。在每次执行定时中断服务程序9.4 微机保护装置的软件构成微机保护装置的软件构成1.75第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.75的过程中，可能会因运行条件的不一样，引起执行的时间有长有短，但是，

110、必须的过程中，可能会因运行条件的不一样，引起执行的时间有长有短，但是，必须保证最长的定时中断服务程序所执行的时间一定要小于采样间隔时间保证最长的定时中断服务程序所执行的时间一定要小于采样间隔时间TS，并留有，并留有一定的时间裕度。否则，将造成微型机还没有从中断返回时，又出现一次中断，一定的时间裕度。否则，将造成微型机还没有从中断返回时，又出现一次中断，导致微型机工作紊乱，无法正常工作。导致微型机工作紊乱，无法正常工作。1)顺序结构顺序结构在图在图9.10(a)所示的一次中断服务流程中，将功能所示的一次中断服务流程中，将功能1，2，N完全按顺序执完全按顺序执行一遍。这种结构的特点是流程较清晰，行

111、一遍。这种结构的特点是流程较清晰，N个功能的地位完全相同，不突出任何一个功能的地位完全相同，不突出任何一个功能。要求个功能。要求N个功能的执行时间之和小于中断服务程序被允许执行的时间个功能的执行时间之和小于中断服务程序被允许执行的时间(如采如采样间隔样间隔)。当微型机的运行速度较快，尤其是结合。当微型机的运行速度较快，尤其是结合DSP技术后，完全可以采取顺序技术后，完全可以采取顺序结构的方法来实现继电保护的功能。结构的方法来实现继电保护的功能。2)切换结构切换结构在图在图9.10(b)中，采用分时切换的方法，每一次的中断流程只执行中，采用分时切换的方法，每一次的中断流程只执行1，2，N功能模块

112、中的一个功能。这种结构中，功能模块中的一个功能。这种结构中，N个功能的地位完全相同，不突出任何一个功能的地位完全相同，不突出任何一个功能。同时，每个功能模块在个功能。同时，每个功能模块在N次采样间隔中只执行一次。要求次采样间隔中只执行一次。要求N个功能中，最个功能中，最长一个功能的执行时间应小于采样间隔。这种方法的采样间隔时间小于顺序结构长一个功能的执行时间应小于采样间隔。这种方法的采样间隔时间小于顺序结构的采样间隔。图的采样间隔。图9.10(b)所示，所示，P为按模为按模N进行加法的计数器，每次中断流程中，进行加法的计数器，每次中断流程中，9.4 微机保护装置的软件构成微机保护装置的软件构成

113、1.76第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.76均进行一次均进行一次P+1计数，当计数，当P计数到计数到N时归时归0，这样，这样，P就相当于分时切换开关的功能，就相当于分时切换开关的功能，控制着每次中断流程的走向，保证控制着每次中断流程的走向，保证1，2，N的每个功能都能顺序执行到。的每个功能都能顺序执行到。图图9.10典型流程结构典型流程结构9.4 微机保护装置的软件构成微机保护装置的软件构成1.77第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.773)混合结构混合结构图图9.10(c)所示的混合结构方法介于顺序结构和切换结构之间，突出了所示的混合结构方法介于顺序结构和切换结构之间，突

114、出了1功能功能的实时执行，而的实时执行，而2，N的的(N-1)个功能采用分时切换执行的办法。要求个功能采用分时切换执行的办法。要求2，N功能中，最长执行时间加上功能中，最长执行时间加上1功能的执行时间应小于采样间隔。由于功能的执行时间应小于采样间隔。由于2，N中，只有中，只有(N-1)个功能，所以个功能，所以P按模按模(N-1)进行计数。进行计数。如果假设如果假设1，2，N个功能的最长执行时间分别为个功能的最长执行时间分别为t1，t2，tN，时间，时间裕度为裕度为tY，那么，仅就中断流程的执行时间来说，具体的采样间隔时间应满足如，那么，仅就中断流程的执行时间来说，具体的采样间隔时间应满足如下要

115、求：下要求：顺序法：顺序法：；切换法：切换法：；混合法：混合法：。9.4 微机保护装置的软件构成微机保护装置的软件构成1.78第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.789.5 提高微机保护可靠性的措施提高微机保护可靠性的措施以微机实现的保护装置同常规继电保护的基本要求是相同的：选择性、快以微机实现的保护装置同常规继电保护的基本要求是相同的：选择性、快速性、灵敏性和可靠性。可靠性包括两个方面，不误动和不拒动。速性、灵敏性和可靠性。可靠性包括两个方面，不误动和不拒动。1.79第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.799.5.1干扰和干扰源干扰和干扰源干扰信号产生于干扰源。干扰来自于微机

116、保护装置外部的称外干扰源，来自干扰信号产生于干扰源。干扰来自于微机保护装置外部的称外干扰源，来自于微机保护装置内部的称内干扰源。外干扰是来自于与系统结构无关的外环境于微机保护装置内部的称内干扰源。外干扰是来自于与系统结构无关的外环境(如雷电、开关操作等如雷电、开关操作等)产生的干扰；而内部干扰是来自于系统内部的问题产生的干扰；而内部干扰是来自于系统内部的问题(如系如系统结构，元器件布局不合理、生产工艺不完善等统结构，元器件布局不合理、生产工艺不完善等)产生的干扰。干扰的形成包括产生的干扰。干扰的形成包括干扰源、传播途径和被干扰对象三个基本要素。如想解决干扰问题，必须围绕这干扰源、传播途径和被干

117、扰对象三个基本要素。如想解决干扰问题，必须围绕这三个基本要素：抑制干扰源、阻断干扰传播途径及提高设备自身抗干扰能力。三个基本要素：抑制干扰源、阻断干扰传播途径及提高设备自身抗干扰能力。1.干扰的分类干扰的分类根据干扰作用方式的差异，一般将干扰分为：共模干扰形式和差模干扰形式。根据干扰作用方式的差异，一般将干扰分为：共模干扰形式和差模干扰形式。共模干扰共模干扰(又称共模噪声，地感应噪声，纵向噪声，不对称噪声又称共模噪声，地感应噪声，纵向噪声，不对称噪声)是指干扰源是指干扰源引起回路对地电位发生变化产生的干扰。它不但可能造成设备运行异常，甚至可引起回路对地电位发生变化产生的干扰。它不但可能造成设备

118、运行异常，甚至可能由于信号回路和地之间电压过高而导致设备损坏。因此，必须十分注意共模干能由于信号回路和地之间电压过高而导致设备损坏。因此，必须十分注意共模干扰的抑制和消除。扰的抑制和消除。图图9.11中，中，IS为信号电流，为信号电流，IN为噪声电流。可见信号电流在两线间形成回路。为噪声电流。可见信号电流在两线间形成回路。而噪声电流在信号线与地线之间传输，由噪声源经两条传输线通过地回路产生噪而噪声电流在信号线与地线之间传输，由噪声源经两条传输线通过地回路产生噪声电压声电压UN，从而改变了地电位，对有用信号造成干扰。消除共模干扰的方法，从而改变了地电位，对有用信号造成干扰。消除共模干扰的方法9.

119、5 提高微机保护可靠性的措施提高微机保护可靠性的措施1.80第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.80图图9.11共模干扰电路示意图共模干扰电路示意图主要有：浮空隔离技术；双层屏蔽技术；系统一点接地；采用隔离变压器；采主要有：浮空隔离技术；双层屏蔽技术；系统一点接地；采用隔离变压器；采用光电耦合等方法。用光电耦合等方法。9.5 提高微机保护可靠性的措施提高微机保护可靠性的措施1.81第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.81差模干扰差模干扰(又称差模噪声，线间感应噪声，常模噪声，对称噪声又称差模噪声，线间感应噪声，常模噪声，对称噪声)是指存在是指存在于信号回路之间且与正常信号相串联

120、的一种干扰。这种干扰对微机保护的威胁一于信号回路之间且与正常信号相串联的一种干扰。这种干扰对微机保护的威胁一般不大，因为各模拟量输入回路首先要经过一个防止频率混叠的模拟低通滤波器，般不大，因为各模拟量输入回路首先要经过一个防止频率混叠的模拟低通滤波器，它能很好地吸收差模浪涌，同时数字滤波器能有效地抑制差模对计算结果的影响。它能很好地吸收差模浪涌，同时数字滤波器能有效地抑制差模对计算结果的影响。如图如图9.12所示，所示，IS为信号电流，为信号电流，IN为噪声电流。可见，噪声电流与信号电流同时为噪声电流。可见，噪声电流与信号电流同时在两条信号线之间传输。差模干扰一般是由长线传输的互感耦合或线间分

121、布电容在两条信号线之间传输。差模干扰一般是由长线传输的互感耦合或线间分布电容耦合产生。耦合产生。图图9.12差模干扰电路示意图差模干扰电路示意图9.5 提高微机保护可靠性的措施提高微机保护可靠性的措施1.82第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.822.干扰的传播途径和耦合方式干扰的传播途径和耦合方式电磁干扰的传播途径有两种：一种是通过金属导体以及电感、电容、变压器电磁干扰的传播途径有两种：一种是通过金属导体以及电感、电容、变压器或电抗器等的传导。其特点是这些载体在传导电磁干扰信号的同时也消耗干扰源或电抗器等的传导。其特点是这些载体在传导电磁干扰信号的同时也消耗干扰源的能量。另一种途径是

122、以电磁波的形式在空间中的辐射干扰。其特点是干扰源对的能量。另一种途径是以电磁波的形式在空间中的辐射干扰。其特点是干扰源对外辐射能量具有一定的方向性，并且辐射的能量随着距离的增加而逐渐减弱。这外辐射能量具有一定的方向性，并且辐射的能量随着距离的增加而逐渐减弱。这两种传播途径在传播过程中可以相互转换。两种传播途径在传播过程中可以相互转换。干扰的耦合方式主要有以下四种方式。干扰的耦合方式主要有以下四种方式。1)静电耦合方式静电耦合方式静电耦合方式又称电容耦合方式。这是指导电位变化在干扰源与受扰对象之静电耦合方式又称电容耦合方式。这是指导电位变化在干扰源与受扰对象之间引起的静电感应。微机保护装置的电路

123、元件之间、导线之间、导线与元件之间间引起的静电感应。微机保护装置的电路元件之间、导线之间、导线与元件之间都存在着分布电容。如果一个导体上的电压发生变化通过分布电容使另一个导体都存在着分布电容。如果一个导体上的电压发生变化通过分布电容使另一个导体上的电位发生变化，则会造成另一导体信号的干扰，从而影响装置的正常工作。上的电位发生变化，则会造成另一导体信号的干扰，从而影响装置的正常工作。这种形式的干扰会随着对地电阻和干扰源的频率的增加而增强。若想抑制这种干这种形式的干扰会随着对地电阻和干扰源的频率的增加而增强。若想抑制这种干扰，可降低对地电阻和减少线间分布电容。扰，可降低对地电阻和减少线间分布电容。

124、图图9.13(a)、(b)是两平行导体通过分布电容耦合产生干扰的示意图。为方便是两平行导体通过分布电容耦合产生干扰的示意图。为方便起见，分布电容用集中参数表示。起见，分布电容用集中参数表示。9.5 提高微机保护可靠性的措施提高微机保护可靠性的措施1.83第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.83(a)静电耦合方式静电耦合方式(b)等值电路等值电路图图9.13(a)、(b)静电耦合方式及等值电路静电耦合方式及等值电路9.5 提高微机保护可靠性的措施提高微机保护可靠性的措施1.84第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.84图中图中Cm为两导线间的分布电容。为两导线间的分布电容。C1G和

125、和C2G分别为导线分别为导线1和导线和导线2的对地电的对地电容。容。R为导线为导线2的对地电阻，的对地电阻，US为施加于导线为施加于导线1的信号电压。若为信号电压的解的信号电压。若为信号电压的解频率，当不考虑导线频率，当不考虑导线1的对地电容的对地电容C1G时，由分布电容耦合在导线时，由分布电容耦合在导线2上产生的对上产生的对地噪声电压地噪声电压UN为为当当时，有时，有可见，此时可见，此时UN的大小仅与的大小仅与Cm和和C2G的值有关，而与信号的频率无关。的值有关，而与信号的频率无关。当当时，有时，有9.5 提高微机保护可靠性的措施提高微机保护可靠性的措施1.85第第9 9章章 微机继电保护微

126、机继电保护1.85此时此时UN的大小不仅与的大小不仅与Cm和和R的值有关，而与信号的频率有关。显然，如果的值有关，而与信号的频率有关。显然，如果能够减小导线能够减小导线2的对地电阻，则可降低干扰电压。的对地电阻，则可降低干扰电压。2)互感耦合方式互感耦合方式互感耦合方式又称电磁感应耦合方式。当两回路之间存在互感时，任意一个互感耦合方式又称电磁感应耦合方式。当两回路之间存在互感时，任意一个电路中通过交变的电流时，都会通过磁通交链影响到另一个电路，从而形成干扰电路中通过交变的电流时，都会通过磁通交链影响到另一个电路，从而形成干扰信号。干扰电压为：信号。干扰电压为：可见，干扰电压的大小与信号的频率、

127、电流和两导线间的互感成正比。其示可见，干扰电压的大小与信号的频率、电流和两导线间的互感成正比。其示意图和等效电路如图意图和等效电路如图9.14所示。所示。9.5 提高微机保护可靠性的措施提高微机保护可靠性的措施1.86第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.86图图9.14互感耦合示意图及等值电路互感耦合示意图及等值电路9.5 提高微机保护可靠性的措施提高微机保护可靠性的措施1.87第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.873)公共阻抗耦合方式公共阻抗耦合方式当两个或几个电路的电流流经同一公共阻抗时，一个电路在该阻抗上的压当两个或几个电路的电流流经同一公共阻抗时，一个电路在该阻抗上的

128、压降会影响到另一个电路。为防止公共阻抗耦合，应使耦合阻抗趋近于零，这样降会影响到另一个电路。为防止公共阻抗耦合，应使耦合阻抗趋近于零，这样通过耦合阻抗产生的干扰电压将趋于零。此时，接收回路与干扰回路即使存在通过耦合阻抗产生的干扰电压将趋于零。此时，接收回路与干扰回路即使存在电气连接，也不会产生干扰。电气连接，也不会产生干扰。4)辐射耦合方式辐射耦合方式当高频电流流过导体时，在该导体的周围便会产生电力线和磁力线。由于当高频电流流过导体时，在该导体的周围便会产生电力线和磁力线。由于电流的变化频率很快，从而形成一种在空间传播的高频电磁波。处于电磁波辐电流的变化频率很快，从而形成一种在空间传播的高频电

129、磁波。处于电磁波辐射范围内的导体就会感应电势。电磁场辐射干扰是一种无规则的干扰。这种干射范围内的导体就会感应电势。电磁场辐射干扰是一种无规则的干扰。这种干扰非常容易通过电源线传播到系统中。此外当信号传输线扰非常容易通过电源线传播到系统中。此外当信号传输线(输入线、输出线、控输入线、输出线、控制线等制线等)较长时，它们发射和接收电磁波的能力变强，这称为天线效应。因此，较长时，它们发射和接收电磁波的能力变强，这称为天线效应。因此，微机保护装置的内、外引线应尽量短。微机保护装置的内、外引线应尽量短。3.干扰对微机保护装置的影响干扰对微机保护装置的影响(1)干扰可使数据采集系统造成数据出错，从而造成计

130、算结果的错误，最干扰可使数据采集系统造成数据出错，从而造成计算结果的错误，最终导致保护的不正确动作；终导致保护的不正确动作；(2)干扰侵入数据、地址、控制总线可造成逻辑错误，程序干扰侵入数据、地址、控制总线可造成逻辑错误，程序“跑飞跑飞”，引，引其装置拒动或误动；其装置拒动或误动；9.5 提高微机保护可靠性的措施提高微机保护可靠性的措施1.88第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.88(3)严重的干扰信号侵入微机保护装置内部，可能造成某些元件的损坏。严重的干扰信号侵入微机保护装置内部，可能造成某些元件的损坏。4.电力系统中常见的干扰源电力系统中常见的干扰源电力系统中常见的干扰源包括隔离开

131、关及断路器操作、雷电、无线电波和电力系统中常见的干扰源包括隔离开关及断路器操作、雷电、无线电波和静电。这些干扰源通常产生脉冲干扰和瞬变干扰。静电。这些干扰源通常产生脉冲干扰和瞬变干扰。9.5 提高微机保护可靠性的措施提高微机保护可靠性的措施1.89第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.899.5.2微机保护装置的硬件抗干扰措施微机保护装置的硬件抗干扰措施对于来自外部的干扰信号，主要是采取防止干扰进入保护装置的措施，而对对于来自外部的干扰信号，主要是采取防止干扰进入保护装置的措施，而对于装置内部产生的干扰信号，主要是采取减少或消除的措施。于装置内部产生的干扰信号，主要是采取减少或消除的措施

132、。近年来，在微机保护装置的硬件设计方面，为提高装置的可靠性，在芯片选近年来，在微机保护装置的硬件设计方面，为提高装置的可靠性，在芯片选择、印刷电路板制作、焊接组装、总线形式、屏柜结构等方面采取了许多提高可择、印刷电路板制作、焊接组装、总线形式、屏柜结构等方面采取了许多提高可靠性的措施。就硬件抗干扰措施来说，可主要归纳为隔离、屏蔽和接地三项措施。靠性的措施。就硬件抗干扰措施来说，可主要归纳为隔离、屏蔽和接地三项措施。1.微机保护屏采取的抗干扰措施微机保护屏采取的抗干扰措施电力系统继电保护及安全自动装置反事故措施要点电力系统继电保护及安全自动装置反事故措施要点中，有关微机保护屏中，有关微机保护屏抗

133、干扰措施主要的有以下几点要求：抗干扰措施主要的有以下几点要求：(1)保护屏必须有接地端子，并用截面不小于保护屏必须有接地端子，并用截面不小于4mm2的多股铜导线与接地网的多股铜导线与接地网直接连通，微机保护屏间应用截面不小于直接连通，微机保护屏间应用截面不小于100mm2的专用接地铜排首尾相连，然的专用接地铜排首尾相连，然后在接地网的一点经铜排与控制室的接地网相连。后在接地网的一点经铜排与控制室的接地网相连。(2)引到微机保护装置的交流和直流电缆线，应先经过抗干扰电容，然后再引到微机保护装置的交流和直流电缆线，应先经过抗干扰电容，然后再进入保护屏内。抗干扰电容的一端直接与电缆引入端连接，另一端

134、并接后与保护进入保护屏内。抗干扰电容的一端直接与电缆引入端连接，另一端并接后与保护屏接地端子可靠屏接地端子可靠连接。连接。9.5 提高微机保护可靠性的措施提高微机保护可靠性的措施1.90第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.90(3)引入微机保护装置的电流、电压和信号角点线，应采用屏蔽电缆，屏蔽引入微机保护装置的电流、电压和信号角点线，应采用屏蔽电缆，屏蔽层在开关场与控制室同时接地。层在开关场与控制室同时接地。(4)经控制室令相小母线经控制室令相小母线(N600)连通的几组电压互感器二次回路，只应在控连通的几组电压互感器二次回路，只应在控制室将制室将N600一点接地，各电压互感器二次侧中

135、性点在开关场的接地点应断开。为一点接地，各电压互感器二次侧中性点在开关场的接地点应断开。为保证可靠接地，电压互感器的中性点不允许接有可能断开的断路器或接触器。保证可靠接地，电压互感器的中性点不允许接有可能断开的断路器或接触器。2.接地处理接地处理在微机保护装置中有多种地线。一般在微机保护装置中有下列几种地线：在微机保护装置中有多种地线。一般在微机保护装置中有下列几种地线：(1)数字地。也称逻辑地线。这是指微机系统工作电源的地线，在模数转换数字地。也称逻辑地线。这是指微机系统工作电源的地线，在模数转换芯片中该引脚以芯片中该引脚以DGND表示。例如微机系统工作在表示。例如微机系统工作在5V电源下。

136、电源下。5V电源的地即为数电源的地即为数字地。字地。(2)模拟地。这是指微机保护装置的数据采集系统中模拟信号的公共端。在模拟地。这是指微机保护装置的数据采集系统中模拟信号的公共端。在实现模数转换的芯片上该引脚以实现模数转换的芯片上该引脚以AGNG表示。模拟地和数字地应在一点以可能最表示。模拟地和数字地应在一点以可能最短的连接可靠连接。短的连接可靠连接。(3)屏蔽地。是将保护装置外壳以及电流、电压变换器的屏蔽层接地，以防屏蔽地。是将保护装置外壳以及电流、电压变换器的屏蔽层接地，以防止外部电磁场干扰以及输入回路串入的干扰。止外部电磁场干扰以及输入回路串入的干扰。9.5 提高微机保护可靠性的措施提高

137、微机保护可靠性的措施1.91第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.91(4)电源地。微机保护装置中一般有多级直流电压，分别供不同的电路。一电源地。微机保护装置中一般有多级直流电压，分别供不同的电路。一般有般有5V电源，供微机系统使用；电源，供微机系统使用；15V(或或12V)电源，供数据采集系统使用；第电源，供数据采集系统使用；第一组一组24V电源，供微机保护装置中的开关量输出驱动的各类继电器使用；第二组电源，供微机保护装置中的开关量输出驱动的各类继电器使用；第二组24V电源，供外部开关量输入使用。这些电源均采用不共地的方式。数据采集系电源，供外部开关量输入使用。这些电源均采用不共地的方

138、式。数据采集系统的电源地应和模拟地连在一起。统的电源地应和模拟地连在一起。(5)机壳地。在微机保护装置的机箱上设有一个接地端子。屏蔽地应与这个机壳地。在微机保护装置的机箱上设有一个接地端子。屏蔽地应与这个端子连接，最近通过这个端子与保护屏上的接地端连接，最终与变电站的接地网端子连接，最近通过这个端子与保护屏上的接地端连接，最终与变电站的接地网相连。相连。此外，信号地是指通过把装置中的两点或多点接地点用低阻抗的导体连在此外，信号地是指通过把装置中的两点或多点接地点用低阻抗的导体连在一起，为内部微机电路提供一个电位基准。功率地是将微机保护电源回路串入的一起，为内部微机电路提供一个电位基准。功率地是

139、将微机保护电源回路串入的以及低通滤波器回路耦合进的各种干扰信号滤除。微机保护装置通常是由多个插以及低通滤波器回路耦合进的各种干扰信号滤除。微机保护装置通常是由多个插件组成，各插件板应遵循一点接地的原则。由于芯片集成度的提高和功能的加强，件组成，各插件板应遵循一点接地的原则。由于芯片集成度的提高和功能的加强，在每个插件上又可能包括多种功能模块。例如，在一个保护功能插件上包括了单在每个插件上又可能包括多种功能模块。例如，在一个保护功能插件上包括了单片机系统、数据采集系统、开关量输入系统和开关量输出系统。各个系统采用的片机系统、数据采集系统、开关量输入系统和开关量输出系统。各个系统采用的电压又不同。

140、在电源线和地线的布置上可采用的方案有：采用多层板技术，将电电压又不同。在电源线和地线的布置上可采用的方案有：采用多层板技术，将电源、地线布置在不同印制板层；当同一印制电路板上有多个不同功能模块时，可源、地线布置在不同印制板层；当同一印制电路板上有多个不同功能模块时，可将同一功能模块的元件集中在一起一点接地；电源线、地线走向应与信号线走向将同一功能模块的元件集中在一起一点接地；电源线、地线走向应与信号线走向一致，有助于增强抗噪声的能力。一致，有助于增强抗噪声的能力。9.5 提高微机保护可靠性的措施提高微机保护可靠性的措施1.92第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.92电源线和地线的宽度应

141、使它能通过三倍于印制板上的电流。地线宽度应不电源线和地线的宽度应使它能通过三倍于印制板上的电流。地线宽度应不小于小于3mm，地线宽度的增加，可降低地线电阻，减小地线压降产生的噪声干扰。，地线宽度的增加，可降低地线电阻，减小地线压降产生的噪声干扰。在可能的条件下，地线应布置成环状或网状。在可能的条件下，地线应布置成环状或网状。为了有效地抑制共模干扰，装置内部的零电位应全部悬浮，即不与机壳连为了有效地抑制共模干扰，装置内部的零电位应全部悬浮，即不与机壳连接。并且尽量提高零电位与机壳之间的绝缘强度和减少分布电容。为此，可将印接。并且尽量提高零电位与机壳之间的绝缘强度和减少分布电容。为此，可将印制板周

142、围都用零线或制板周围都用零线或5V线封闭起来，以减少板上电路元件与机壳之间的耦合。线封闭起来，以减少板上电路元件与机壳之间的耦合。3.屏蔽措施屏蔽措施隔离和屏蔽技术是防止外部电磁干扰进入装置内部的有效措施。屏蔽是指隔离和屏蔽技术是防止外部电磁干扰进入装置内部的有效措施。屏蔽是指用屏蔽体把通过空间电场、磁场耦合的干扰部分隔离开，割断其空间传播的途径，用屏蔽体把通过空间电场、磁场耦合的干扰部分隔离开，割断其空间传播的途径，即阻隔来自空间电磁场的辐射干扰。良好的屏蔽和接地紧密相连，可大大降低噪即阻隔来自空间电磁场的辐射干扰。良好的屏蔽和接地紧密相连，可大大降低噪声耦合，取得较好的抗干扰效果。根据干扰

143、的耦合通道性质，屏蔽可分为电场屏声耦合，取得较好的抗干扰效果。根据干扰的耦合通道性质，屏蔽可分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁屏蔽。蔽、磁场屏蔽和电磁屏蔽。在微机保护装置中采用的屏蔽措施有：在微机保护装置中采用的屏蔽措施有：(1)保护小间屏蔽。微机保护的出现使保护放置于开关场成为可能。为减少保护小间屏蔽。微机保护的出现使保护放置于开关场成为可能。为减少开关场的强电磁场对微机保护装置的干扰，可将微机保护装置安装在保护小间内。开关场的强电磁场对微机保护装置的干扰，可将微机保护装置安装在保护小间内。这个保护小间构成了一个屏蔽体。有两种方案，一种是全密封式，一种是网孔式，这个保护小间构成了一个屏蔽体。有两种

144、方案，一种是全密封式，一种是网孔式，为加强屏蔽效果，可采用双层屏蔽措施。为加强屏蔽效果，可采用双层屏蔽措施。9.5 提高微机保护可靠性的措施提高微机保护可靠性的措施1.93第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.93(2)保护柜屏蔽。将保护装置安装于密封的保护柜内，保护柜安装于开关场。保护柜屏蔽。将保护装置安装于密封的保护柜内，保护柜安装于开关场。为保证保护装置正常工作，柜内设有温度调节系统。此时，保护柜起到了屏蔽作为保证保护装置正常工作，柜内设有温度调节系统。此时，保护柜起到了屏蔽作用。用。(3)机箱屏蔽。连成一体的保护机箱可起到一定屏蔽作用。机箱屏蔽。连成一体的保护机箱可起到一定屏蔽作

145、用。(4)模拟变换器的原副边设有屏蔽层。模拟变换器的原副边设有屏蔽层。(5)印制板内的布线屏蔽。印制板内的布线屏蔽。4.隔离措施隔离措施隔离实质是一种切断电磁干扰传播途径的抗干扰措施，在电路上把干扰源隔离实质是一种切断电磁干扰传播途径的抗干扰措施，在电路上把干扰源与受干扰的部分从电气上完全隔开。通常将保护装置中与外界相连的导线、电源与受干扰的部分从电气上完全隔开。通常将保护装置中与外界相连的导线、电源线等经过隔离后再连入装置，这种方法能有效抑制共模干扰。线等经过隔离后再连入装置，这种方法能有效抑制共模干扰。在微机保护装置中，采用的隔离措施主要有：在微机保护装置中，采用的隔离措施主要有：(1)光

146、电隔离。光电隔离主要是采用了光电耦合器件。采用光电隔离器件后，光电隔离。光电隔离主要是采用了光电耦合器件。采用光电隔离器件后，输入、输出电路完全没有电的联系。因此，输入电路与输出电路可采用完全不同输入、输出电路完全没有电的联系。因此，输入电路与输出电路可采用完全不同的工作电压。在微机保护中采用光电隔离的电路主要有：的工作电压。在微机保护中采用光电隔离的电路主要有：VFC式数据采集系统的式数据采集系统的光电隔离，开关量输入电路的光电隔离，开关量输出电路的光电隔离，驱动打印光电隔离，开关量输入电路的光电隔离，开关量输出电路的光电隔离，驱动打印机电路的光电隔离等。机电路的光电隔离等。(2)变压器隔离

147、。变压器隔离。9.5 提高微机保护可靠性的措施提高微机保护可靠性的措施1.94第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.94(3)继电器隔离。继电器的线圈与接点之间没有电气的联系，因此继电器线继电器隔离。继电器的线圈与接点之间没有电气的联系，因此继电器线圈、接点之间是相互隔离的。这也是微机保护装置的最终跳闸出口仍然采用有触圈、接点之间是相互隔离的。这也是微机保护装置的最终跳闸出口仍然采用有触点的继电器的原因。在微机保护装置的硬件设计上，对驱动跳闸的开关量输出非点的继电器的原因。在微机保护装置的硬件设计上，对驱动跳闸的开关量输出非常重视，为保证其可靠性，通常加有告警继电器或总闭锁继电器的触点控

148、制，实常重视，为保证其可靠性，通常加有告警继电器或总闭锁继电器的触点控制，实际上就是继电器隔离措施。际上就是继电器隔离措施。5.滤波与退耦滤波与退耦抑制差模干扰的主要措施是采用滤波和退耦电路。在数据采集系统中，电压、抑制差模干扰的主要措施是采用滤波和退耦电路。在数据采集系统中，电压、电流变换器的二次信号通常要经过模拟低通滤波器和运算放大器后才进入采样电流变换器的二次信号通常要经过模拟低通滤波器和运算放大器后才进入采样/保持电路。模拟低通滤波器采用一阶或两阶保持电路。模拟低通滤波器采用一阶或两阶RC低通滤波器。低通滤波器的设置低通滤波器。低通滤波器的设置除了要满足采样定理的要求外，它还兼有抗菌素

149、干扰的作用。另外，为防止直流除了要满足采样定理的要求外，它还兼有抗菌素干扰的作用。另外，为防止直流系统引入的干扰，通常在直流电源的入口接有滤波元件。系统引入的干扰，通常在直流电源的入口接有滤波元件。由于微机保护装置工作于高频率的数字信号环境下，信号电平的转换过程中由于微机保护装置工作于高频率的数字信号环境下，信号电平的转换过程中会产生很大的尖峰冲击电流，并在传输线和电源内阻上产生较大的压降，形成严会产生很大的尖峰冲击电流，并在传输线和电源内阻上产生较大的压降，形成严重的干扰。为抑制这种干扰，一种方法是在布线上采取措施，尽量使杂散电容降重的干扰。为抑制这种干扰，一种方法是在布线上采取措施，尽量使

150、杂散电容降到最小。另一种方法是设法降低电源内阻。但常用的方法是在每个集成电路芯片到最小。另一种方法是设法降低电源内阻。但常用的方法是在每个集成电路芯片的电源线与地线之间接入去耦电容。去耦电容一方面提供和吸收该集成电路的电源线与地线之间接入去耦电容。去耦电容一方面提供和吸收该集成电路9.5 提高微机保护可靠性的措施提高微机保护可靠性的措施1.95第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.95开关瞬间的充放电能量，另一方面旁路掉该元件的高频噪声。对微机保护装置，开关瞬间的充放电能量，另一方面旁路掉该元件的高频噪声。对微机保护装置，其值一般在其值一般在0.10.01范围内均可。范围内均可。此外，还

151、应在每个插件的供电电源入口接入两个抗干扰电容。容量较大的电此外，还应在每个插件的供电电源入口接入两个抗干扰电容。容量较大的电容主要是抗低频干扰，而容量小的电容主要是抗高频干扰。容主要是抗低频干扰，而容量小的电容主要是抗高频干扰。6.硬件设计采用容错设计硬件设计采用容错设计目前，在微机保护中的容错设计主要是硬件结构的冗余设计。主要有以下几目前，在微机保护中的容错设计主要是硬件结构的冗余设计。主要有以下几个方面。个方面。(1)完全双重化的保护配置方案。在完全双重化的保护配置方案。在220kV及以上的高压、超高压输电线路及以上的高压、超高压输电线路上，配置两套完全独立的微机保护装置，要求主保护的原理

152、不同，以相互补充。上，配置两套完全独立的微机保护装置，要求主保护的原理不同，以相互补充。两套保护的出口应分别作用于高压断路器的不同跳闸线圈。对两套保护的出口应分别作用于高压断路器的不同跳闸线圈。对500kV变压器，大变压器，大容量发电机一变压器组也提出了主保护双重化的配置方案。容量发电机一变压器组也提出了主保护双重化的配置方案。(2)在微机保护装置内部实现部分插件的双重化或热备用。在有些厂家的保在微机保护装置内部实现部分插件的双重化或热备用。在有些厂家的保护装置中，输电线路的保护装置配置了两块护装置中，输电线路的保护装置配置了两块VFC插件插件(大多数为一块大多数为一块VFC插件插件)，有些配

153、置了两个逆变稳压电源。有些配置了两个逆变稳压电源。(3)部分元件采用了三取二表决方案。在部分元件采用了三取二表决方案。在WXB-11系列微机保护装置中，为系列微机保护装置中，为防止突变量启动元件故障造成误动，采用了三取二表决法。即当高频保护、距离防止突变量启动元件故障造成误动，采用了三取二表决法。即当高频保护、距离保护、零序保护三种保护的启动元件中，至少有两种保护的启动元件动作，才将保护、零序保护三种保护的启动元件中，至少有两种保护的启动元件动作，才将9.5 提高微机保护可靠性的措施提高微机保护可靠性的措施1.96第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.96出口跳闸回路的负电源开放。出口跳

154、闸回路的负电源开放。7.出口跳闸回路的多重闭锁措施出口跳闸回路的多重闭锁措施在保护装置的跳闸出口回路设计的闭锁措施有：在保护装置的跳闸出口回路设计的闭锁措施有：(1)采用双线驱动命令编码方式。采用双线驱动命令编码方式。(2)出口电源受告警继电器和启动元件三选二闭锁。出口电源受告警继电器和启动元件三选二闭锁。(3)5V驱动电路与驱动电路与24V驱动电路之间的光电隔离措施。驱动电路之间的光电隔离措施。9.5 提高微机保护可靠性的措施提高微机保护可靠性的措施1.97第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.979.5.3微机保护装置的软件抗干扰措施微机保护装置的软件抗干扰措施电力系统经常处于正常运

155、行状况下，保护装置是不应该动作的。但由于自然电力系统经常处于正常运行状况下，保护装置是不应该动作的。但由于自然和人为的原因可能导致故障。一旦发生故障，继电保护装置应迅速、有选择性地和人为的原因可能导致故障。一旦发生故障，继电保护装置应迅速、有选择性地将故障设备从系统中切除。对于常规保护装置，它在不动作状态时除了测量元件将故障设备从系统中切除。对于常规保护装置，它在不动作状态时除了测量元件在监视系统状态外，其逻辑部分是处于待命状态的情况下。逻辑电路是否存在隐在监视系统状态外，其逻辑部分是处于待命状态的情况下。逻辑电路是否存在隐患是无法知道的，只有在定期的检验中才能发现。由于存在隐患而未被发现和排

156、患是无法知道的，只有在定期的检验中才能发现。由于存在隐患而未被发现和排除，故障时即可造成保护的误动或拒动。微机保护的出现，使得实时在线自检成除，故障时即可造成保护的误动或拒动。微机保护的出现，使得实时在线自检成为可能。利用软件实时检测微机保护装置的硬件电路各部分。一旦发现故障，立为可能。利用软件实时检测微机保护装置的硬件电路各部分。一旦发现故障，立即闭锁出口跳闸回路，同时发出故障告警信号。因此，微机保护装置的可靠性较即闭锁出口跳闸回路，同时发出故障告警信号。因此，微机保护装置的可靠性较常规保护有了很大的提高。常规保护有了很大的提高。1.自动检测自动检测1)EPROM芯片的检测芯片的检测EPRO

157、M是紫外线擦除的可编程只读存储器芯片。其片内存放着微机保护的是紫外线擦除的可编程只读存储器芯片。其片内存放着微机保护的程序和参数。实际上就是一些程序和参数。实际上就是一些0和和1的二进制代码，若某位或某几位一旦发生变化，的二进制代码，若某位或某几位一旦发生变化，将会导致十分严重的后果。为此，应对将会导致十分严重的后果。为此，应对EPROM中的内容进行检查。发现错误，中的内容进行检查。发现错误，立即闭锁保护，并给出告警信号。检查的方法目前有三种：立即闭锁保护，并给出告警信号。检查的方法目前有三种：9.5 提高微机保护可靠性的措施提高微机保护可靠性的措施1.98第第9 9章章 微机继电保护微机继电

158、保护1.98(1)补奇校验法。这种方法是事先求得一个校验字节补奇校验法。这种方法是事先求得一个校验字节(或字或字)并固化于并固化于EPROM的某个地址单元，运行过程中将的某个地址单元，运行过程中将EPROM的全部字节的全部字节(或字或字)内容按位进内容按位进行行“异或异或”运算，当其结果各位全为运算，当其结果各位全为1时，说明程序内容正确。否则，为错误。时，说明程序内容正确。否则，为错误。(2)循环冗余码校验法。这种方法是对程序代码的每一字节的每一位逐个循环冗余码校验法。这种方法是对程序代码的每一字节的每一位逐个进行校验。根据该位为进行校验。根据该位为“0”或为或为“1”，改变一个寄存器中的内

159、容。将全部程式，改变一个寄存器中的内容。将全部程式序代码校验后。在该寄存器中产生的数据为序代码校验后。在该寄存器中产生的数据为“CRC码码”。在程序完成后，将此代。在程序完成后，将此代码写入码写入EPROM的最末地址单元。用户在执行这个命令时，将校验的结果和原存的最末地址单元。用户在执行这个命令时，将校验的结果和原存于于EPROM中的中的“CRC码码”进行比较，若不一致，则说明程序代码有变化。此种进行比较，若不一致，则说明程序代码有变化。此种校验方法误码检出率相当高，但耗时较长。校验方法误码检出率相当高，但耗时较长。(3)求和校验法。这是一种最简便的校验方法。将程序代码从第一字求和校验法。这是

160、一种最简便的校验方法。将程序代码从第一字(或字或字节节)逐个相加，直到程序的最末一个字逐个相加，直到程序的最末一个字(或字节或字节)，相加的和数保留，相加的和数保留16位，溢出内位，溢出内容丢掉。将程序完成时的求和结果存于容丢掉。将程序完成时的求和结果存于EPROM的最后地址单元。运行时重新按的最后地址单元。运行时重新按求和校验方法，将求和结果与原存于求和校验方法，将求和结果与原存于EPROM中的内容比较，若不一致，说明程中的内容比较，若不一致，说明程序发生代码变化或序发生代码变化或EPROM错误。错误。2)SRAM芯片的检测芯片的检测9.5 提高微机保护可靠性的措施提高微机保护可靠性的措施1

161、.99第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.99SRAM为静态随机存储器芯片。用于存放微机保护中的采样数据、中间结为静态随机存储器芯片。用于存放微机保护中的采样数据、中间结果、各种标志、各种报告等内容。在微机保护装置正常工作时，果、各种标志、各种报告等内容。在微机保护装置正常工作时，SRAM的每个单的每个单元应能正确读写。因此应对元应能正确读写。因此应对SRAM进行读写正确性的检查。这不仅可检查出进行读写正确性的检查。这不仅可检查出RAM芯片的损坏，还可发现地址、数据线的错误。例如，两条地址线或数据线的粘连。芯片的损坏，还可发现地址、数据线的错误。例如，两条地址线或数据线的粘连。检查的方

162、法是选择一定的数据模式进行读写正确性检查。一般是用四个内型数据检查的方法是选择一定的数据模式进行读写正确性检查。一般是用四个内型数据检查，即检查，即00H，0FFH，0AAH，55H。将数据写入某个。将数据写入某个RAM单元，然后再从单元，然后再从RAM单元读出，比较读出的内容是否与刚才写入的内容一致，如不一致，则说明单元读出，比较读出的内容是否与刚才写入的内容一致，如不一致，则说明RAM出错。在微机保护装置刚上电的全面自检中，可对所有出错。在微机保护装置刚上电的全面自检中，可对所有RAM单元检查一遍。单元检查一遍。在运行过程中对在运行过程中对RAM进行自检时，应注意检查时必须保护进行自检时，

163、应注意检查时必须保护RAM单元的内容，否单元的内容，否则会由于读写检查破坏有用数据，产生不良后果。则会由于读写检查破坏有用数据，产生不良后果。3)芯片的检测芯片的检测是电擦除、电改写的只读存储器芯片，用于存放微机保护的定值。对其检查是电擦除、电改写的只读存储器芯片，用于存放微机保护的定值。对其检查的方法与对的方法与对EPROM的求和尾数校验法相同。的求和尾数校验法相同。4)开关量输出电路的检测开关量输出电路的检测开关量输出电路的自检功能应当设置在最高优先级的中断服务程序中，或开关量输出电路的自检功能应当设置在最高优先级的中断服务程序中，或者先屏蔽中断再检测，否则，如在者先屏蔽中断再检测，否则，

164、如在CPU发生检测驱动信号后被中断打断，就可能发生检测驱动信号后被中断打断，就可能无法及时收回检测信号，从而导致继电器误吸合。检查的方法是送出驱动命令，无法及时收回检测信号，从而导致继电器误吸合。检查的方法是送出驱动命令，9.5 提高微机保护可靠性的措施提高微机保护可靠性的措施1.100第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.100读自检反馈端的电位状态；送出闭锁命令，读自检反馈端的电位状态；无论是驱读自检反馈端的电位状态；送出闭锁命令，读自检反馈端的电位状态；无论是驱动命令或闭锁命令，如自检反馈的状态不正确，说明开关量输出电路有故障。动命令或闭锁命令，如自检反馈的状态不正确，说明开关量输

165、出电路有故障。5)开关量输入通道的检测开关量输入通道的检测对开关量输入通道的检查主要是监视各开关量是否发生变位。由于保护动作对开关量输入通道的检查主要是监视各开关量是否发生变位。由于保护动作(例如启动重合闸的开入量例如启动重合闸的开入量)或运行人员的操作或运行人员的操作(投退保护压板投退保护压板)时，会发生开关量时，会发生开关量输入的变化。所以，有开入变位不一定是开入回路有故障，因此，软件只是监视输入的变化。所以，有开入变位不一定是开入回路有故障，因此，软件只是监视这种变化，发生变化时给出提示信息，不告警。这种变化，发生变化时给出提示信息，不告警。6)CPU的工作状态检测的工作状态检测在多在多

166、CPU(或多单片机或多单片机)系统中，一般是采用相互检查的方法。例如在有一个系统中，一般是采用相互检查的方法。例如在有一个管理单片机和管理单片机和N个保护功能单片机时，它们之间必然要通过串行口通信。因此，可个保护功能单片机时，它们之间必然要通过串行口通信。因此，可用一个通信编码实现相互联系，一旦这种联系中断，说明单片机故障，或通信故用一个通信编码实现相互联系，一旦这种联系中断，说明单片机故障，或通信故障。障。2.数据采集系统的检测数据采集系统的检测这部分的检测对象主要是采样保持器、模拟量多路开关、模数转换器和电流、这部分的检测对象主要是采样保持器、模拟量多路开关、模数转换器和电流、电压回路。在

167、对输入采样值的抗干扰纠错时，我们常利用各模拟量之间存在的规电压回路。在对输入采样值的抗干扰纠错时，我们常利用各模拟量之间存在的规律进行自动检测。如果某一通道损坏，将破坏这种规律而被检测到。例如，律进行自动检测。如果某一通道损坏，将破坏这种规律而被检测到。例如，9.5 提高微机保护可靠性的措施提高微机保护可靠性的措施1.101第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.101零序电流和零序电压通道。根据对称分量法，可由零序电流和零序电压通道。根据对称分量法，可由A、B、C三相电压求出零序电三相电压求出零序电压，由压，由A、B、C三相电流求出零序电流。然后分别与由零序电压采样通道和零序三相电流求出

168、零序电流。然后分别与由零序电压采样通道和零序电流采样通道的数据进行比较，可检查数据采集通道的故障，或电压互感器二次、电流采样通道的数据进行比较，可检查数据采集通道的故障，或电压互感器二次、电流互感器二次的不对称故障。电流互感器二次的不对称故障。式中式中、电流、电压检查的门槛值。电流、电压检查的门槛值。为防止偶然的干扰造成数据满足该条件，一般是连续一段时间满足上式，为防止偶然的干扰造成数据满足该条件，一般是连续一段时间满足上式，即判为出错。即判为出错。3.其他软件抗干扰措施其他软件抗干扰措施1)设置上电标志设置上电标志微机保护装置中的单片机均设有微机保护装置中的单片机均设有RESET引脚，即复位

169、引脚。当装置上电时，引脚，即复位引脚。当装置上电时，通过复位电路在该引脚上产生规定的复位信号后，装置进入复位状态，软件从中通过复位电路在该引脚上产生规定的复位信号后，装置进入复位状态，软件从中断相量地址单元取指令，程序开始运行。进入复位状态的方式除上面提到的上电断相量地址单元取指令，程序开始运行。进入复位状态的方式除上面提到的上电复位还有软件复位复位还有软件复位(执行复位指令执行复位指令)和手动复位。手动复位是指装置已经上和手动复位。手动复位是指装置已经上9.5 提高微机保护可靠性的措施提高微机保护可靠性的措施1.102第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.102电，操作人员按下装置的复

170、位按键进入复位状态的情况。我们把上电复位称为电，操作人员按下装置的复位按键进入复位状态的情况。我们把上电复位称为“冷启动冷启动”，把手动复位称为，把手动复位称为“热启动热启动”。冷启动时需进行全面初始化；而热启动。冷启动时需进行全面初始化；而热启动则不需要全面初始化，只需部分初始化。为区别两种情况，可设置上电标志。则不需要全面初始化，只需部分初始化。为区别两种情况，可设置上电标志。2)指令冗余技术指令冗余技术在单字节指令和三字节指令的后面插入两条空操作在单字节指令和三字节指令的后面插入两条空操作(NOP)指令。可保证其后的指令。可保证其后的指令不被拆散。由于干扰造成程序指令不被拆散。由于干扰造

171、成程序“出格出格”时，可能使取指令的第一个数据变为时，可能使取指令的第一个数据变为操作数，而不是指令代码。由于空操作指令的存在，避免了把操作数当作指令执操作数，而不是指令代码。由于空操作指令的存在，避免了把操作数当作指令执行，从而可使程序正确运行。对重要的指令重复执行。例如影响程序执行顺序的行，从而可使程序正确运行。对重要的指令重复执行。例如影响程序执行顺序的指令，如指令，如RET、RETI、LJMP等指令。等指令。3)软件陷阱技术软件陷阱技术软件陷阱就是用引导指令强行使软件陷阱就是用引导指令强行使“飞掉飞掉”的程序进入复位地址，使程序能从的程序进入复位地址，使程序能从开始执行。例如在开始执行

172、。例如在EPROM的非程序区设置软件陷阱。在的非程序区设置软件陷阱。在EPROM的空白区为的空白区为FFH，对于，对于8031单片机，这是一条数据传送指令：单片机，这是一条数据传送指令：MOVR7，A。因此，若程序。因此，若程序“飞飞掉掉”进入非程序区将执行这一指令，改变进入非程序区将执行这一指令，改变R7的内容，甚至造成的内容，甚至造成“死机死机”。设置软。设置软件陷阱可防止这种情况。对于件陷阱可防止这种情况。对于MCS-96系列的单片机，系列的单片机，FFH是一条软件复位指令：是一条软件复位指令：RST。该指令刚好使程序从。该指令刚好使程序从2080H的地址开始执行。的地址开始执行。9.5

173、 提高微机保护可靠性的措施提高微机保护可靠性的措施1.103第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.103单片机一般可响应多个中断请求。但用户往往只使用了少部分的中断源。在单片机一般可响应多个中断请求。但用户往往只使用了少部分的中断源。在未使用的中断相量地址单元设置软件陷阱，使系统复位。一旦干扰使未设置的中未使用的中断相量地址单元设置软件陷阱，使系统复位。一旦干扰使未设置的中断得到响应，可执行软件复位或利用单片机的软件断得到响应，可执行软件复位或利用单片机的软件“看门狗看门狗”使系统复位。使系统复位。4)软件软件“看门狗看门狗”技术技术在有些多单片机内部设有监视定时器。监视定时器的作用就是

174、当干扰造成程在有些多单片机内部设有监视定时器。监视定时器的作用就是当干扰造成程序序“出格出格”时使系统恢复正常运行。监视定时器按一定频率进行计数，当其溢出时使系统恢复正常运行。监视定时器按一定频率进行计数，当其溢出时产生中断，在中断中可安排软件复位命令，使程序恢复正常运行。在编制软件时产生中断，在中断中可安排软件复位命令，使程序恢复正常运行。在编制软件时，可在程序的主要部位安排对监视定时器的清零指令，且应保证程序正常运行时，可在程序的主要部位安排对监视定时器的清零指令，且应保证程序正常运行时监视定时器不会溢出。一旦程序时监视定时器不会溢出。一旦程序“出格出格”，必然不会按正常的顺序执行，当然，

175、必然不会按正常的顺序执行，当然，也无法使监视定时器清零。这样，经一短延时，监视定时器溢出，产生中断，使也无法使监视定时器清零。这样，经一短延时，监视定时器溢出，产生中断，使程序从开始执行。程序从开始执行。5)密码和逻辑顺序校验密码和逻辑顺序校验对微机保护装置来说，出口跳闸回路无疑是最重要的部分。因此在硬件和软对微机保护装置来说，出口跳闸回路无疑是最重要的部分。因此在硬件和软件的设计中都十分重视其可靠性。除了在硬件上对跳闸出口电路设计了多重闭锁件的设计中都十分重视其可靠性。除了在硬件上对跳闸出口电路设计了多重闭锁措施外，在软件上也设计了增加其可靠性的许多措施。主要是：措施外，在软件上也设计了增加

176、其可靠性的许多措施。主要是：跳闸出口命令采用编码逻辑，而不是简单的清零或置跳闸出口命令采用编码逻辑，而不是简单的清零或置1。在故障处理的各个逻辑。在故障处理的各个逻辑9.5 提高微机保护可靠性的措施提高微机保护可靠性的措施1.104第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.104功能块设置相应的标志，在判为区内故障后，发出跳闸命令前，逐一校验这些标功能块设置相应的标志，在判为区内故障后，发出跳闸命令前，逐一校验这些标志是否正确，只有全部正确才能发出跳闸命令。志是否正确，只有全部正确才能发出跳闸命令。6)采用软件滤波技术采用软件滤波技术在微机保护装置中，可采用一些软件的手段消除或减少干扰对保护

177、装置的在微机保护装置中，可采用一些软件的手段消除或减少干扰对保护装置的影响。例如，根据分析相邻两次采样值的最大差别不超过，说明采样值受到干扰，影响。例如，根据分析相邻两次采样值的最大差别不超过，说明采样值受到干扰，应去掉本次采样值。对开关量的采集，为防止干扰造成的误判，可采用连续多次应去掉本次采样值。对开关量的采集，为防止干扰造成的误判，可采用连续多次的判别法。此外，根据软件的功能和要求，在不影响保护的性能指标的前提下，的判别法。此外，根据软件的功能和要求，在不影响保护的性能指标的前提下，可采用中位值滤波法、算术平均滤波法、递推平均滤波法等都具有消除或减弱干可采用中位值滤波法、算术平均滤波法、

178、递推平均滤波法等都具有消除或减弱干扰的作用。扰的作用。9.5 提高微机保护可靠性的措施提高微机保护可靠性的措施1.105第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.1059.6 微机保护技术发展趋势微机保护技术发展趋势9.6.1高速数据处理芯片的应用高速数据处理芯片的应用微机保护的巨大优越性不容置疑，并已被普遍接受。随着计算机硬件的迅猛微机保护的巨大优越性不容置疑，并已被普遍接受。随着计算机硬件的迅猛发展，微机保护硬件也在不断发展。我国微机保护装置硬件设计已经历了从发展，微机保护硬件也在不断发展。我国微机保护装置硬件设计已经历了从8位位微处理器、微处理器、16位微处理器到位微处理器到32位微处

179、理器的几个发展阶段。为提高保护装置的抗位微处理器的几个发展阶段。为提高保护装置的抗干扰能力，提出了总线不安出板、总线不出芯片的设计思想。干扰能力，提出了总线不安出板、总线不出芯片的设计思想。电力系统对微机保护的要求不断提高。除了保护的基本功能外，还要求大容电力系统对微机保护的要求不断提高。除了保护的基本功能外，还要求大容量故障信息和数据的长期存放空间、快速的数据处理功能、强大的通信能力、与量故障信息和数据的长期存放空间、快速的数据处理功能、强大的通信能力、与其他保护或控制装置和调度联网以共享全系统数据、信息和网络资源的能力、高其他保护或控制装置和调度联网以共享全系统数据、信息和网络资源的能力、

180、高级语言编程等。目前已研制出以级语言编程等。目前已研制出以32位数字信号处理器为硬件基础的保护、控制、位数字信号处理器为硬件基础的保护、控制、测量一体化的微机保护综合控制装置。测量一体化的微机保护综合控制装置。为了适应变电站自动化的需要，微机保护的对外通信功能不断加强，从现场为了适应变电站自动化的需要，微机保护的对外通信功能不断加强，从现场总线到嵌入式以太网的应用，网络可靠性和性能的不断提高，方便灵活扩展性强总线到嵌入式以太网的应用，网络可靠性和性能的不断提高，方便灵活扩展性强的网络特点，使微机保护内部网络化的潜在优势日益明显，使网络化硬件设计思的网络特点，使微机保护内部网络化的潜在优势日益明

181、显，使网络化硬件设计思想开始深入到保护装置内部。想开始深入到保护装置内部。实际上，在实际上，在20世纪世纪90年代中后期，国外著名继电保护制造商年代中后期，国外著名继电保护制造商GE、ABB等公等公司已经在向保护测控装置网络化设计的方向发展，开始将网络设计思想引入到司已经在向保护测控装置网络化设计的方向发展，开始将网络设计思想引入到1.106第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.106装置内部硬件设计中。装置内部硬件设计中。ABB公司于公司于1998年推出的保护是全面实现网络硬件平台年推出的保护是全面实现网络硬件平台设计的新一代保护。不仅对外通信具有不同通信接口，装置内部不同模块间互联设

182、计的新一代保护。不仅对外通信具有不同通信接口，装置内部不同模块间互联也采用了网络总线。其中，也采用了网络总线。其中，A/D模块与主处理器模块间采样数据传送经由模块与主处理器模块间采样数据传送经由RS-485总线实现，主处理器模块与其他各模块间总线实现，主处理器模块与其他各模块间(包括输入、输出模块包括输入、输出模块)，通过，通过CAN总线互联，并互相交换信息。总线互联，并互相交换信息。9.6 微机保护技术发展趋势微机保护技术发展趋势1.107第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.1079.6.2微机保护的网络化微机保护的网络化计算机网络作为信息和数据通信工具已成为信息时代的技术支柱，使人

183、类生计算机网络作为信息和数据通信工具已成为信息时代的技术支柱，使人类生产活动和社会生活的面貌发生了根本的变化。它深刻地影响着各个工业领域，也为产活动和社会生活的面貌发生了根本的变化。它深刻地影响着各个工业领域，也为各个工业领域提供了强有力的通信手段。到目前为止，所有继电保护装置除了纵差各个工业领域提供了强有力的通信手段。到目前为止，所有继电保护装置除了纵差动保护和纵联保护外，都只能反应保护安装处的电气量。继电保护的作用也只限于动保护和纵联保护外，都只能反应保护安装处的电气量。继电保护的作用也只限于切除故障元件，缩小事故影响的范围。这主要是由于缺乏强有力的数据通信手段。切除故障元件，缩小事故影响

184、的范围。这主要是由于缺乏强有力的数据通信手段。国外早已提出过系统保护的概念。虽然当时限于技术条件主要指安全自动装置，但国外早已提出过系统保护的概念。虽然当时限于技术条件主要指安全自动装置，但在目前的技术条件下可以为继电保护的作用赋予新的含义。即它不只限于切除故障在目前的技术条件下可以为继电保护的作用赋予新的含义。即它不只限于切除故障元件和限制事故影响范围元件和限制事故影响范围(这是首要任务这是首要任务)，而还要保证全系统的安全稳定运行。这，而还要保证全系统的安全稳定运行。这就要求每个保护单元都能共享全系统的运行和故障信息与数据。各个保护单元与重就要求每个保护单元都能共享全系统的运行和故障信息与

185、数据。各个保护单元与重合闸装置在分析这些信息和数据的基础上协调运作，以确保系统的安全稳定运行。合闸装置在分析这些信息和数据的基础上协调运作，以确保系统的安全稳定运行。显然实现这种系统保护的基本条件是将全系统各主要设备的保护装置用计算机网络显然实现这种系统保护的基本条件是将全系统各主要设备的保护装置用计算机网络连接起来，亦即实现微机保护装置的网络化。另外，继电保护装置能够得到的系统连接起来，亦即实现微机保护装置的网络化。另外，继电保护装置能够得到的系统故障信息越多，则对故障性质、故障位置判断和故障距离的检测越准确。故障信息越多，则对故障性质、故障位置判断和故障距离的检测越准确。9.6 微机保护技

186、术发展趋势微机保护技术发展趋势1.108第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.108全球卫星定位系统全球卫星定位系统(GPS)和光纤通信技术对网络化的各微机保护装置实现同和光纤通信技术对网络化的各微机保护装置实现同步相量提供了条件。步相量提供了条件。GPS在各领域中已得到广泛应用，在电力系统中主要用于同在各领域中已得到广泛应用，在电力系统中主要用于同步相量测量。在步相量测量。在GPS系统中，共有系统中，共有24颗卫星绕地球轨道运行。它们距地面约颗卫星绕地球轨道运行。它们距地面约20000km。地球表面任一点均可接收到卫星发出的精度在。地球表面任一点均可接收到卫星发出的精度在1微秒以内的时

187、间脉冲。微秒以内的时间脉冲。这样，电力系统中任一变电站均可接收这样，电力系统中任一变电站均可接收GPS发来的精确时间脉冲给当地测量电压发来的精确时间脉冲给当地测量电压或电流波形以时间标记。光纤通信系统将各变电站的测量量收集汇总处理后，即或电流波形以时间标记。光纤通信系统将各变电站的测量量收集汇总处理后，即可得到各变电站之间动态相量的变化，并据此实施电力系统的保护与控制。可得到各变电站之间动态相量的变化，并据此实施电力系统的保护与控制。9.6 微机保护技术发展趋势微机保护技术发展趋势1.109第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.1099.6.3保护、控制、测量、信号、数据通信一体化保护、

188、控制、测量、信号、数据通信一体化保护装置实际上就是一台高性能、多功能的计算机。是电力系统计算机网保护装置实际上就是一台高性能、多功能的计算机。是电力系统计算机网络上的一个智能终端。它可以从网上获取电力系统运行和故障的任何信息和数据，络上的一个智能终端。它可以从网上获取电力系统运行和故障的任何信息和数据，也可将它所获得的被保护元件的任何信息和数据传送给网络控制中心或任一终端。也可将它所获得的被保护元件的任何信息和数据传送给网络控制中心或任一终端。因此每个微机保护装置不仅可以完成继电保护功能，而且在无故障正常运行情况因此每个微机保护装置不仅可以完成继电保护功能，而且在无故障正常运行情况下还可以完成

189、测量、控制、数据通信的功能，亦即实现保护、控制、测量、数据下还可以完成测量、控制、数据通信的功能，亦即实现保护、控制、测量、数据通信一体化。过去为了测量、保护和控制的需要，户外变电站的所有设备，如变通信一体化。过去为了测量、保护和控制的需要，户外变电站的所有设备，如变压器、线路等的二次电压、电流都必须用控制电缆引到主控室。大量控制电缆的压器、线路等的二次电压、电流都必须用控制电缆引到主控室。大量控制电缆的铺设，不但需要大量投资，而且使二次回路非常复杂。如果将上述的保护、控制、铺设，不但需要大量投资，而且使二次回路非常复杂。如果将上述的保护、控制、测量、数据通信一体化的微机保护综合装置，就地安装

190、在户外变电站的被保护设测量、数据通信一体化的微机保护综合装置，就地安装在户外变电站的被保护设备旁备旁,将被保护设备的电压、电流量在此装置内转换成数字量后，通过计算机网将被保护设备的电压、电流量在此装置内转换成数字量后，通过计算机网络送到主控室，则可减少大量控制电缆。并且如果用光纤作为网络的传输介质还络送到主控室，则可减少大量控制电缆。并且如果用光纤作为网络的传输介质还可免除电磁干扰。现在光电流互感器可免除电磁干扰。现在光电流互感器(OCT)和光电压互感器和光电压互感器(OPT)已在研究试验阶已在研究试验阶段，将来必然在电力系统中得到应用。在采用段，将来必然在电力系统中得到应用。在采用OCT和和

191、OPT的情况下，保护装置的情况下，保护装置应放在距应放在距OCT和和OPT最近的地方，亦即应放在被保护设备附近。最近的地方，亦即应放在被保护设备附近。OCT和和OPT采采集光信号输入到此一体化装置中并转换成电信号后集光信号输入到此一体化装置中并转换成电信号后9.6 微机保护技术发展趋势微机保护技术发展趋势1.110第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.110，一方面用作保护的计算判断，另一方面作为测量，通过网络送到主控室实现测，一方面用作保护的计算判断，另一方面作为测量，通过网络送到主控室实现测量与监视。反之，从主控室也可通过网络将被保护设备的操作控制命令送到此一量与监视。反之，从主控室

192、也可通过网络将被保护设备的操作控制命令送到此一体化装置，执行断路器的操作。体化装置，执行断路器的操作。9.6 微机保护技术发展趋势微机保护技术发展趋势1.111第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.1119.6.4继电保护的智能化继电保护的智能化进入进入20世纪世纪90年代，电力系统保护领域内的很多研究工作转至人工智能的年代，电力系统保护领域内的很多研究工作转至人工智能的应用。相继出现了用人工神经网络、模糊理论来实现故障类型的判别、故障距离应用。相继出现了用人工神经网络、模糊理论来实现故障类型的判别、故障距离的确定、方向保护、主设备保护等新方法，用小波理论的数学手段分析故障产生的确定、方

193、向保护、主设备保护等新方法，用小波理论的数学手段分析故障产生信号的整个频带的信息并用于实现故障检测。这些人工智能技术不仅为提高故障信号的整个频带的信息并用于实现故障检测。这些人工智能技术不仅为提高故障判别精确度提供了手段，而且能够使某些基于单一工频信号的传统算法难以识别判别精确度提供了手段，而且能够使某些基于单一工频信号的传统算法难以识别的问题得到解决。然而到目前为止，人工智能的应用还不能够取代传统保护原理，的问题得到解决。然而到目前为止，人工智能的应用还不能够取代传统保护原理，而且这些方法的应用同样受传感器频宽的限制，其结果往往使通过复杂的计算和而且这些方法的应用同样受传感器频宽的限制，其结

194、果往往使通过复杂的计算和烦琐的工作只能换取故障识别的准确度或可靠性的有限的提高。下面介绍几种研烦琐的工作只能换取故障识别的准确度或可靠性的有限的提高。下面介绍几种研制中的新型保护原理。制中的新型保护原理。1.自适应继电保护自适应继电保护自适应继电保护是在自适应继电保护是在20世纪世纪80年代提出的一个较新的研究课题。自适应继年代提出的一个较新的研究课题。自适应继电保护可以定义为能根据电力系统运行方式和故障状态的变化而实时改变保护性电保护可以定义为能根据电力系统运行方式和故障状态的变化而实时改变保护性能、特性或定值的保护。自适应继电保护的基本思想是使保护尽可能地适应电力能、特性或定值的保护。自适

195、应继电保护的基本思想是使保护尽可能地适应电力系统的各种变化，进一步改善保护的性能。电力系统由为数众多的电源设备、送系统的各种变化，进一步改善保护的性能。电力系统由为数众多的电源设备、送变电设备、线路和各种负荷组成，其运行状态变电设备、线路和各种负荷组成，其运行状态(其中包括用户负荷的变化、设备其中包括用户负荷的变化、设备9.6 微机保护技术发展趋势微机保护技术发展趋势1.112第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.112的投切、发电机出力的变化等的投切、发电机出力的变化等)处于频繁的变化之中。除上述正常运行情况外，处于频繁的变化之中。除上述正常运行情况外，电力系统中还可能发生各种类型的故

196、障，故障可能是瞬间性或永久性的，又可能电力系统中还可能发生各种类型的故障，故障可能是瞬间性或永久性的，又可能是金属性短路或经过渡电阻短路，因此要适应电力系统的变化，的确是一项十分是金属性短路或经过渡电阻短路，因此要适应电力系统的变化，的确是一项十分困难地工作。困难地工作。事实上，传统的继电保护也力图适应系统运行方式的变化和故障状态。例事实上，传统的继电保护也力图适应系统运行方式的变化和故障状态。例如电流速断保护地整定值是按系统最大运行方式下线路末端发生三相短路考虑，如电流速断保护地整定值是按系统最大运行方式下线路末端发生三相短路考虑，过电流保护定值按线路的最大负荷考虑。这种按最严重的条件确定保

197、护定值的方过电流保护定值按线路的最大负荷考虑。这种按最严重的条件确定保护定值的方法，能保证所有可能的正常和故障条件下保护都不会错误地切除被保护的线路，法，能保证所有可能的正常和故障条件下保护都不会错误地切除被保护的线路，但却存在以下两个缺点：一是按该方法设定的定值，在其他运行方式但却存在以下两个缺点：一是按该方法设定的定值，在其他运行方式(其中包括其中包括系统的主要运行方式系统的主要运行方式)下不是最佳的。另外，在最小运行方式或最不利的短路条下不是最佳的。另外，在最小运行方式或最不利的短路条件下，保护可能失效或性能严重变差。同时，应该指出的是，在某些传统保护中件下，保护可能失效或性能严重变差。

198、同时，应该指出的是，在某些传统保护中也具有许多自适应性能，例如，过电流保护的反时限特性、差动保护中的制动特也具有许多自适应性能，例如，过电流保护的反时限特性、差动保护中的制动特性等。由此可见，自适应保护并不是一个新提出的概念，它早已存在与传统继电性等。由此可见，自适应保护并不是一个新提出的概念，它早已存在与传统继电保护之中。目前计算机在电力系统保护和控制中的应用以及相关技术的发展，更保护之中。目前计算机在电力系统保护和控制中的应用以及相关技术的发展，更为自适应继电保护的发展提供了前所未有的良机。自适应技术的应用，将使继电为自适应继电保护的发展提供了前所未有的良机。自适应技术的应用，将使继电保护

199、在如下几个方面有所改进：保护在如下几个方面有所改进：9.6 微机保护技术发展趋势微机保护技术发展趋势1.113第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.1131)保护性能最佳化保护性能最佳化保护性能最佳化是在考察现有保护存在问题的基础上提出的。对电力系统继保护性能最佳化是在考察现有保护存在问题的基础上提出的。对电力系统继电保护的四个基本要求是选择性、速动性、灵敏性、可靠性，它们之间既矛盾又电保护的四个基本要求是选择性、速动性、灵敏性、可靠性，它们之间既矛盾又统一，问题在于如何根据实际情况正确处理这四个基本要求之间的辩证统一关系。统一，问题在于如何根据实际情况正确处理这四个基本要求之间的辩证统

200、一关系。例如，传统的观点是必须在最不利的条件下考虑选择性和灵敏性，从而最大限度例如，传统的观点是必须在最不利的条件下考虑选择性和灵敏性，从而最大限度地满足了选择性和灵敏性的要求。其效果虽不是最佳的，但却是正确合理的。因地满足了选择性和灵敏性的要求。其效果虽不是最佳的，但却是正确合理的。因为这种思维方式和决策方法与传统继电保护装置的情况相适应，或者说是由传统为这种思维方式和决策方法与传统继电保护装置的情况相适应，或者说是由传统的保护装置不能在线自动识别千变万化的一次系统的运行状态和故障状态所决定的保护装置不能在线自动识别千变万化的一次系统的运行状态和故障状态所决定的。与传统保护不同，自适应保护的

201、突出特点之一就是具有自动识别系统运行状的。与传统保护不同，自适应保护的突出特点之一就是具有自动识别系统运行状态和故障状态的能力，并针对状态的改变，实时自动地调整保护的性能，其中包态和故障状态的能力，并针对状态的改变，实时自动地调整保护的性能，其中包括动作原理、动态特性和整定值，从而使其达到最佳效果。括动作原理、动态特性和整定值，从而使其达到最佳效果。2)整定计算在线化整定计算在线化继电保护装置整定计算的目的是对电力系统中已经配置安装好的各种保护装继电保护装置整定计算的目的是对电力系统中已经配置安装好的各种保护装置，按照具体电力系统的有关参数和运行要求，通过计算分析给出所需要的各项置，按照具体电

202、力系统的有关参数和运行要求，通过计算分析给出所需要的各项整定值，以使全系统中的保护装置正确协调地工作，有效地发挥其作用。由于电整定值，以使全系统中的保护装置正确协调地工作，有效地发挥其作用。由于电力系统的结构变化和运行情况的复杂性，继电保护的整定计算是一项复杂而又力系统的结构变化和运行情况的复杂性，继电保护的整定计算是一项复杂而又9.6 微机保护技术发展趋势微机保护技术发展趋势1.114第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.114艰巨的工作。目前因为已进入计算机辅助整定计算的阶段，尽管还存在着不足，艰巨的工作。目前因为已进入计算机辅助整定计算的阶段，尽管还存在着不足，但整定计算工作效率已

203、显著提高。迄今，所有的整定计算都是离线进行的。但整定计算工作效率已显著提高。迄今，所有的整定计算都是离线进行的。自适应继电保护技术的发展预示出未来整定计算在线化的可能性，国内外已有这自适应继电保护技术的发展预示出未来整定计算在线化的可能性，国内外已有这方面的文章发表。随着电力系统继电保护信息网的形成和发展，可以预见整定计方面的文章发表。随着电力系统继电保护信息网的形成和发展，可以预见整定计算在线化的时刻一定会到来。算在线化的时刻一定会到来。3)使用简便化使用简便化微机保护之所以能在短短的十余年间取得如此迅猛的发展，是因为它有着传微机保护之所以能在短短的十余年间取得如此迅猛的发展，是因为它有着传

204、统的模拟式保护不可比拟的优点。微机保护装置现场调试、维护简便深受用户的统的模拟式保护不可比拟的优点。微机保护装置现场调试、维护简便深受用户的欢迎。自适应继电保护将进一步发展计算机的智能作用，使装置使用更加简便化。欢迎。自适应继电保护将进一步发展计算机的智能作用，使装置使用更加简便化。2.暂态保护暂态保护“通过检测故障暂态产生的高频信号来实现传输线及电力设备的保护通过检测故障暂态产生的高频信号来实现传输线及电力设备的保护”是新是新一代的电力系统继电保护思想，简称一代的电力系统继电保护思想，简称“暂态保护暂态保护”。故障暂态产生的信号中含有。故障暂态产生的信号中含有大量的信息，其中包括故障的类型、

205、方向、位置、持续时间等。这些信息贯穿于大量的信息，其中包括故障的类型、方向、位置、持续时间等。这些信息贯穿于信号的整个频域，从直流、工频到高频分量。在基于工频的保护原理中，故障产信号的整个频域，从直流、工频到高频分量。在基于工频的保护原理中，故障产生的高频量被当作干扰滤掉，很多研究工作用于设计滤掉高频信号的滤波器上。生的高频量被当作干扰滤掉，很多研究工作用于设计滤掉高频信号的滤波器上。9.6 微机保护技术发展趋势微机保护技术发展趋势1.115第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.115“暂态保护暂态保护”首先通过特殊设计的高频检测装置及算法从故障暂态中提取所需的首先通过特殊设计的高频检测

206、装置及算法从故障暂态中提取所需的高频信号，利用专门设计的快速信号处理算法来判断故障性质。微处理机技术的高频信号，利用专门设计的快速信号处理算法来判断故障性质。微处理机技术的发展使得暂态保护的实现成为可能。发展使得暂态保护的实现成为可能。9.6 微机保护技术发展趋势微机保护技术发展趋势1.116第第9 9章章 微机继电保护微机继电保护1.116思考题与习题思考题与习题9.1简述微机保护的发展历程。简述微机保护的发展历程。9.2微机保护有哪些特点和优点？微机保护有哪些特点和优点？9.3简述微机保护硬件电路的构成及各部分的作用。简述微机保护硬件电路的构成及各部分的作用。9.4微机保护的哪些算法能减小

207、或消除直流分量的影响？微机保护的哪些算法能减小或消除直流分量的影响？9.5为什么说解微分方程的算法只能用于距离保护？为什么说解微分方程的算法只能用于距离保护？9.6RC低通模拟滤波器有何作用？低通模拟滤波器有何作用？9.7说出微机保护软件的构成。说出微机保护软件的构成。9.8微机保护中常见的流程基本结构是什么？微机保护中常见的流程基本结构是什么？9.9什么是定时采样中断服务程序？并简述其工作过程。什么是定时采样中断服务程序？并简述其工作过程。9.10试说明接口软件和保护软件的构成。试说明接口软件和保护软件的构成。9.11在微机保护中常见的干扰和干扰源有哪些？在微机保护中常见的干扰和干扰源有哪些？9.12干扰的传播途径和耦合方式有哪些？干扰的传播途径和耦合方式有哪些？9.13提高微机保护可靠性的措施有哪些？提高微机保护可靠性的措施有哪些？9.14说出微机保护的发展趋势。说出微机保护的发展趋势。9.15请举出三种自适应理论在微机保护中的应用实例。请举出三种自适应理论在微机保护中的应用实例。