【文章內容簡介】 D 轉換，如圖[３－１]所示。交 流 (AC)板 模 數(shù) 轉 換 (A/D)板多路轉換開關 采樣保持 處 理 器濾 波濾 波濾 波濾 波I12nUa(b)圖３－１　多路 A/D 轉換系統(tǒng)框圖這種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)使用的芯片比較多，電路復雜，抗干擾性差，因此，在其改進型產品中使用了電壓頻率轉換原理的計數(shù)式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。電壓頻率轉換原理的計數(shù)式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)VFC(電壓頻率轉換)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框圖及轉換特性見圖３－２，為了提高數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采集速度，每個模擬量輸入通道都需要使用單獨的電壓頻率轉換/光耦合器，在每個數(shù)據(jù)采集周期由 CPU 讀取可編程計數(shù)器的計數(shù)值，并進行標度變換以獲得實際的采樣值。其優(yōu)點是通過光電耦合器與 CPU 接口，抗干擾能力強。由于高性能單片機內部計數(shù)器、定時器數(shù)量有限，因此，模擬量輸入通道數(shù)量不宜太多。這種類型的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)適宜于微機線路保護。 轉 換 器圖３－２　電壓頻率轉換原理框圖及轉換特性圖二、處理器處理器是微機保護裝置的核心，目前在微機保護裝置中已采用了單片機、數(shù)字信號處理器和工控機作為處理器。單片機通過大規(guī)模集成電路技術將 CPU，ROM ， RAM 和 I/O 接口電路封裝在一塊芯片中，因此具有可靠性高、接口設計簡易、運行速度快、功耗低的優(yōu)點。由于新型單片機的性能卓越，現(xiàn)階段使用單片機的微機保護仍將是我國微機保護的主流產品。數(shù)字信號處理器 DSP (Digital Signal Processing)與目前通用的 CPU 不同，是一種為了達到快速數(shù)學運算而具有特殊結構的微處理器。DSP 具有相當強大的處理能力，在相同的主頻率下，甚至比目前最先進的個人計算機快 10～50 倍?！　SP 的突出特點是計算能力強、精度高、總線速度快、吞吐量大。將數(shù)字信號處理器應用于微機繼電保護，極大地縮短了數(shù)字濾波、濾序和傅立葉變換算法的計算時間[22]，不但可以完成數(shù)據(jù)采集、信號處理的功能，還可以完成以往主要由 CPU 完成的運算功能，甚至完成獨立的繼電保護功能。工控機比單片機有更高的計算速度和精度，更強的控制能力，因此，往往應用于電力系統(tǒng)主設備的微機繼電保護裝置中。三、微機保護裝置的硬件結構圖[３－３ ]所示，微機保護裝置通?？煞譃榻涣鞑蓸幽＜?、CPU 模件、開入/開出/信號模件、人機對話/通信模件和電源模件幾部分。 Ua(b)濾 波I21濾 波濾 波交 流 /采 樣 模 件 CPUVF轉 換轉 換轉 換開 關 量輸 入 光 電 隔 離 RAMEO計 數(shù) 器 /定 時 器開 關 量輸 出 DO繼 電 器 出 口 驅 動 模 件開 入 /開 出 信 號 模 件 STD總 線 LCD鍵 盤打 印 機監(jiān) 控 系 統(tǒng)RTU人 機 對 話 通 信 模 件直 流 電 源 模 件C20V/1圖[３－３ ]微機保護裝置硬件系統(tǒng)框圖交流模件提供多個電壓輸入和電流輸入回路，供給保護和測量用，每個交流量經變換后使用單獨的電壓頻率轉換/光耦合器，由 CPU 進行標度變換以獲得實際的采樣值，或如圖３－１所示通過有源低通濾波、采樣保持、多路轉換送到保護 CPU模件。CPU 模件由 CPU、RAM、ROM、Flash Memory 和串行 EEPROM 構成?？梢詫崿F(xiàn)各種復雜的故障處理功能，使各種事件都得到快速響應。開入/開出/信號模件提供的所有開入量均經過光耦進行電氣隔離，開出量和信號以繼電器空接點形式輸出，并提供當?shù)?、遠動和檢測車接點。人機對話和通信模件負責鍵盤處理、屏幕顯示、數(shù)據(jù)打印、保護報文存儲和網絡通信等工作。電源模件提供多組穩(wěn)壓電源，分別用于 CPU 模件、人機對話模件、交流采樣、驅動繼電器和外部開入。第三節(jié)　微機保護的特點微機繼電保護系統(tǒng)與傳統(tǒng)式繼電保護裝置相比較，具有如下特點：1．可實現(xiàn)多種功能傳統(tǒng)式繼電保護裝置的功能較單一，即檢測電力系統(tǒng)的短路故障并發(fā)出相應信號。微機繼電保護系統(tǒng)除實現(xiàn)保護功能外，還可實現(xiàn)諸如系統(tǒng)參數(shù)測量、監(jiān)視、故障錄波、負荷錄波、數(shù)據(jù)打印及人機對話等功能，微機保護裝置可設置有與計算機相連的通信接口，并為計算機提供必要的功能軟件，如通信及維護軟件、定值整定輔助軟件、故障記錄分析軟件、調試輔助軟件等。目前微機保護傾向于向集成完善的保護功能、簡單可靠的操作功能、遠程監(jiān)控終端功能及網絡化功能的綜合自動化方面發(fā)展。2．可獲得多種保護特性，且容易實現(xiàn)較復雜的保護功能對傳統(tǒng)式繼電保護裝置，不同的保護特性需用不同的電氣線路，即有不可替代性。微機保護裝置能夠由通用部件構成，不同的保護原理與特性可以由不同的算法模型程序、存儲數(shù)據(jù)來實現(xiàn)，使保護特性的實現(xiàn)比較靈活，受系統(tǒng)硬件約束較小。微機繼電保護裝置不僅可以人為改變存儲的算法程序與數(shù)據(jù)以改變保護的功能與特性，而且還可以自動調整改變整定值或測量值，很方便地實現(xiàn)具有自適應能力的繼電保護。3．微機保護裝置的性能參數(shù)更穩(wěn)定，運行中的整定調試工作量更少傳統(tǒng)式繼電保護裝置由機械部件或電阻、電容、半導體元器件等構成。機械部件在運行過程中的磨耗，電阻等元件的老化使參數(shù)發(fā)生變化等，都會對保護裝置的性能參數(shù)( 如動作特性、整定值、返回系數(shù)等)產生影響。嚴重時可引起保護裝置的誤動或拒動。微機繼電保護裝置的動作特性及整定值等是由編制好的程序確定并保存下來的，只要能確保程序和數(shù)據(jù)不丟失，則保護裝置的性能參數(shù)就不會變化。另外，對傳統(tǒng)式繼電保護裝置，有較大的整定調試及檢修工作量；而微機繼電保護裝置配有較完善的服務程序的支持，其檢調過程更簡單，系統(tǒng)維護工作和系統(tǒng)的擴展更加方便[3P163]。4．微機繼電保護裝置有較高的可靠性傳統(tǒng)式繼電保護裝置一般不具備檢查自身故障的能力；晶體管式繼電保護裝置配置巡檢設備后，可檢出設備故障并閉鎖跳閘出口回路；微機繼電保護裝置可具有在線自動檢測功能，對保護裝置硬件損壞、功能失效和二次回路異常運行狀態(tài)進行自動檢測，并給出報警信號，同時閉鎖跳閘出口回路，滿足狀態(tài)檢修的需求。5．微機保護裝置可方便地實現(xiàn)組網目前微機保護裝置通常都具有多種網絡接口，如以太網（Ether） 、LonWorks網、控制器局域網 CAN（Controller Area Network） 、RS485 網等，可選用光纖或雙絞線作為通信介質將變電所微機饋線保護裝置、微機變壓器保護裝置、微機電容器保護裝置及測控裝置、通信管理裝置及當?shù)乇O(jiān)控裝置連接起來，實現(xiàn)變電所綜合自動化[7P7]。6．微機繼電保護裝置的弱點微機繼電保護裝置受環(huán)境溫度、濕度、電磁干擾等因素的影響較大，對采入量的諧波較為敏感，對使用者的操作和維護技術要求較高。因此，微機保護裝置一般均需考慮高次諧波制動或抑制。第四節(jié)　微機饋線保護的功能由于微機保護容易實現(xiàn)各種復雜的保護特性和功能，目前的微機饋線保護裝置通常均由多種保護功能組成，各種保護通過合理的配合構成了可靠、完善的牽引網保護。目前國內較完善的微機饋線保護裝置可實現(xiàn)以下功能：保護功能：帶方向的電流速斷保護及諧波閉鎖的過電流保護、過負荷保護（定時限或反時限） 、過熱保護、失壓保護、諧波閉鎖的三段式自適應阻抗保護、三段式高阻接地保護、一次自動重合閘、PT 斷線閉鎖、故障測距及故障再現(xiàn)等?！叭b功能”：母線電壓、饋線電流、有功/無功功率、功率因數(shù)、線路負荷角、負荷錄波、故障錄波、故障報告、電壓/電流峰值統(tǒng)計等遙測功能；斷路器、隔離開關及裝置信號復歸、保護及重合閘軟壓板的投退等遙控功能；斷路器/隔離開關位置、斷路器手車位置及儲能狀態(tài)、保護動作及裝置異常等遙信功能。裝置可預設多套保護定值，方便實現(xiàn)遠方或當?shù)厍袚Q。可實現(xiàn)在線自動檢測功能，發(fā)出裝置異常信號并閉鎖保護出口?？删邆?Ether、LonWorks、CAN 網或RS485 網絡接口，與變電所自動化系統(tǒng)配套使用，并可通過網絡打印機實現(xiàn)當?shù)卮蛴　？墒褂么型ㄐ沤涌冢≧S232C ）與便攜計算機通信，實現(xiàn)故障報告收集、故障再現(xiàn)、保護運行參數(shù)修改等功能。裝置通常具有數(shù)碼管（LED）或液晶顯示器（LCD）及操作鍵盤，以實現(xiàn)當?shù)乇O(jiān)控及參數(shù)修改?；谇笆鰻恳W及其負荷的特點，在牽引網的保護中通常均以距離保護作為主保護，而用電流保護作為輔助保護，以消除距離保護在變電所近端短路時的保護死區(qū)。距離保護中又趨向于采用具有四邊形特性的阻抗元件，而且在微機保護中均采取了相應的措施來消除波形畸變對保護裝置的不良影響。由于牽引重負荷與再生制動電流迭加和牽引重負荷與勵磁涌流迭加都有可能導致常規(guī)阻抗保護誤動作，同時牽引網負荷電流中總含有諧波分量。而牽引網短路電流接近于正弦波，因此可利用三次諧波的含量區(qū)分正常工作與故障狀態(tài)。為了提高饋線保護的靈敏度，目前微機保護裝置可利用負荷電流中的諧波含量作為控制量，自適應地調節(jié)阻抗繼電器的動作邊界或測量值。在牽引網發(fā)生高阻接地故障時，距離保護及電流速斷保護已經不能有效地檢出故障。饋線微機保護可采用自適應電流增量保護、功率因數(shù)角保護和電流比保護來構成三段高阻接地保護，實現(xiàn)對牽引網高阻接地情況的保護。由于方向阻抗保護在變電所近端短路時存在保護死區(qū)，通常采用增設電流速斷保護或采用偏移四邊形阻抗來消除死區(qū)。此外，還可利用牽引負荷諧波含量高的特點采用諧波閉鎖過電流保護，以提高電流保護的靈敏度。采用定時限或反時限過負荷保護作為阻抗保護的后備保護。近年來，隨著導線發(fā)熱理論的完善，接觸網發(fā)熱保護也在微機饋線保護中得到了應用。第四章　電流保護第一節(jié) 電流速斷保護當饋線發(fā)生近端短路時，將產生很大的短路電流，電流速斷保護就是為快速出口切斷故障保證系統(tǒng)和設備的安全而設，其動作時限一般整定為 ，躲過機車斷路器動作時間（電力機車保護及機車斷路器整組動作時間一般不超過 60mS）[18P1]。為保證其選擇性，要求當分區(qū)所后發(fā)生短路時或在最大負荷電流時保護不應動作，即應按躲過饋線最大負荷電流、最大勵磁涌流和最大運行方式下本段線路末端(分區(qū)所處) 的短路電流中最大的電流來整定。Isd=Kkmax(。)/NLH （4－1）Kk：可靠系數(shù)，取 ~：本線路最大負荷電流，：最大勵磁涌流，：最大運行方式下分區(qū)所處短路時流過變電所饋線斷路器的電流NLH：電流互感器變比由于電流速斷保護不了線路全長，故不作靈敏度校驗，僅計算保護范圍一般不少于線路長度的 15%~20%。電流速斷保護是為當饋線發(fā)生近端短路時保護裝置快速動作而設，作為阻抗保護死區(qū)的輔助保護，必須保留。有的電流速斷保護帶有二次諧波閉鎖，當二次諧波含量 K2 達到整定值時閉鎖電流速斷保護出口，從而更可靠地躲過線路最大負荷電流，避免勵磁涌流引起的誤動。第二節(jié) 過電流保護過