【文章內(nèi)容簡介】 D 轉(zhuǎn)換，如圖[３－１]所示。交 流 (AC)板 模 數(shù) 轉(zhuǎn) 換 (A/D)板多路轉(zhuǎn)換開關(guān) 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(zhuǎn)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(fù)雜，抗干擾性差，因此，在其改進(jìn)型產(chǎn)品中使用了電壓頻率轉(zhuǎn)換原理的計數(shù)式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。電壓頻率轉(zhuǎn)換原理的計數(shù)式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)VFC(電壓頻率轉(zhuǎn)換)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框圖及轉(zhuǎn)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(dú)的電壓頻率轉(zhuǎn)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(jìn)行標(biāo)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(qiáng)。由于高性能單片機(jī)內(nèi)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(jī)線路保護(hù)。 轉(zhuǎn) 換 器圖３－２　電壓頻率轉(zhuǎn)換原理框圖及轉(zhuǎn)換特性圖二、處理器處理器是微機(jī)保護(hù)裝置的核心，目前在微機(jī)保護(hù)裝置中已采用了單片機(jī)、數(shù)字信號處理器和工控機(jī)作為處理器。單片機(jī)通過大規(guī)模集成電路技術(shù)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(shè)計簡易、運(yùn)行速度快、功耗低的優(yōu)點。由于新型單片機(jī)的性能卓越，現(xiàn)階段使用單片機(jī)的微機(jī)保護(hù)仍將是我國微機(jī)保護(hù)的主流產(chǎn)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(dá)到快速數(shù)學(xué)運(yùn)算而具有特殊結(jié)構(gòu)的微處理器。DSP 具有相當(dāng)強(qiáng)大的處理能力，在相同的主頻率下，甚至比目前最先進(jìn)的個人計算機(jī)快 10～50 倍。　　DSP 的突出特點是計算能力強(qiáng)、精度高、總線速度快、吞吐量大。將數(shù)字信號處理器應(yīng)用于微機(jī)繼電保護(hù)，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(yùn)算功能，甚至完成獨(dú)立的繼電保護(hù)功能。工控機(jī)比單片機(jī)有更高的計算速度和精度，更強(qiáng)的控制能力，因此，往往應(yīng)用于電力系統(tǒng)主設(shè)備的微機(jī)繼電保護(hù)裝置中。三、微機(jī)保護(hù)裝置的硬件結(jié)構(gòu)圖[３－３ ]所示，微機(jī)保護(hù)裝置通?？煞譃榻涣鞑蓸幽＜PU 模件、開入/開出/信號模件、人機(jī)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(zhuǎn) 換轉(zhuǎn) 換轉(zhuǎn) 換開 關(guān) 量輸 入 光 電 隔 離 RAMEO計 數(shù) 器 /定 時 器開 關(guān) 量輸 出 DO繼 電 器 出 口 驅(qū) 動 模 件開 入 /開 出 信 號 模 件 STD總 線 LCD鍵 盤打 印 機(jī)監(jiān) 控 系 統(tǒng)RTU人 機(jī) 對 話 通 信 模 件直 流 電 源 模 件C20V/1圖[３－３ ]微機(jī)保護(hù)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(hù)和測量用，每個交流量經(jīng)變換后使用單獨(dú)的電壓頻率轉(zhuǎn)換/光耦合器，由 CPU 進(jìn)行標(biāo)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(zhuǎn)換送到保護(hù) CPU模件。CPU 模件由 CPU、RAM、ROM、Flash Memory 和串行 EEPROM 構(gòu)成。可以實現(xiàn)各種復(fù)雜的故障處理功能，使各種事件都得到快速響應(yīng)。開入/開出/信號模件提供的所有開入量均經(jīng)過光耦進(jìn)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(dāng)?shù)亍⑦h(yuǎn)動和檢測車接點。人機(jī)對話和通信模件負(fù)責(zé)鍵盤處理、屏幕顯示、數(shù)據(jù)打印、保護(hù)報文存儲和網(wǎng)絡(luò)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(jī)對話模件、交流采樣、驅(qū)動繼電器和外部開入。第三節(jié)　微機(jī)保護(hù)的特點微機(jī)繼電保護(hù)系統(tǒng)與傳統(tǒng)式繼電保護(hù)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(hù)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(yīng)信號。微機(jī)繼電保護(hù)系統(tǒng)除實現(xiàn)保護(hù)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(fù)荷錄波、數(shù)據(jù)打印及人機(jī)對話等功能，微機(jī)保護(hù)裝置可設(shè)置有與計算機(jī)相連的通信接口，并為計算機(jī)提供必要的功能軟件，如通信及維護(hù)軟件、定值整定輔助軟件、故障記錄分析軟件、調(diào)試輔助軟件等。目前微機(jī)保護(hù)傾向于向集成完善的保護(hù)功能、簡單可靠的操作功能、遠(yuǎn)程監(jiān)控終端功能及網(wǎng)絡(luò)化功能的綜合自動化方面發(fā)展。2．可獲得多種保護(hù)特性，且容易實現(xiàn)較復(fù)雜的保護(hù)功能對傳統(tǒng)式繼電保護(hù)裝置，不同的保護(hù)特性需用不同的電氣線路，即有不可替代性。微機(jī)保護(hù)裝置能夠由通用部件構(gòu)成，不同的保護(hù)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(hù)特性的實現(xiàn)比較靈活，受系統(tǒng)硬件約束較小。微機(jī)繼電保護(hù)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(hù)的功能與特性，而且還可以自動調(diào)整改變整定值或測量值，很方便地實現(xiàn)具有自適應(yīng)能力的繼電保護(hù)。3．微機(jī)保護(hù)裝置的性能參數(shù)更穩(wěn)定，運(yùn)行中的整定調(diào)試工作量更少傳統(tǒng)式繼電保護(hù)裝置由機(jī)械部件或電阻、電容、半導(dǎo)體元器件等構(gòu)成。機(jī)械部件在運(yùn)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(hù)裝置的性能參數(shù)( 如動作特性、整定值、返回系數(shù)等)產(chǎn)生影響。嚴(yán)重時可引起保護(hù)裝置的誤動或拒動。微機(jī)繼電保護(hù)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(hù)裝置的性能參數(shù)就不會變化。另外，對傳統(tǒng)式繼電保護(hù)裝置，有較大的整定調(diào)試及檢修工作量；而微機(jī)繼電保護(hù)裝置配有較完善的服務(wù)程序的支持，其檢調(diào)過程更簡單，系統(tǒng)維護(hù)工作和系統(tǒng)的擴(kuò)展更加方便[3P163]。4．微機(jī)繼電保護(hù)裝置有較高的可靠性傳統(tǒng)式繼電保護(hù)裝置一般不具備檢查自身故障的能力；晶體管式繼電保護(hù)裝置配置巡檢設(shè)備后，可檢出設(shè)備故障并閉鎖跳閘出口回路；微機(jī)繼電保護(hù)裝置可具有在線自動檢測功能，對保護(hù)裝置硬件損壞、功能失效和二次回路異常運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)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(jī)保護(hù)裝置可方便地實現(xiàn)組網(wǎng)目前微機(jī)保護(hù)裝置通常都具有多種網(wǎng)絡(luò)接口，如以太網(wǎng)（Ether） 、LonWorks網(wǎng)、控制器局域網(wǎng) CAN（Controller Area Network） 、RS485 網(wǎng)等，可選用光纖或雙絞線作為通信介質(zhì)將變電所微機(jī)饋線保護(hù)裝置、微機(jī)變壓器保護(hù)裝置、微機(jī)電容器保護(hù)裝置及測控裝置、通信管理裝置及當(dāng)?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(jī)繼電保護(hù)裝置的弱點微機(jī)繼電保護(hù)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(hù)技術(shù)要求較高。因此，微機(jī)保護(hù)裝置一般均需考慮高次諧波制動或抑制。第四節(jié)　微機(jī)饋線保護(hù)的功能由于微機(jī)保護(hù)容易實現(xiàn)各種復(fù)雜的保護(hù)特性和功能，目前的微機(jī)饋線保護(hù)裝置通常均由多種保護(hù)功能組成，各種保護(hù)通過合理的配合構(gòu)成了可靠、完善的牽引網(wǎng)保護(hù)。目前國內(nèi)較完善的微機(jī)饋線保護(hù)裝置可實現(xiàn)以下功能：保護(hù)功能：帶方向的電流速斷保護(hù)及諧波閉鎖的過電流保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)（定時限或反時限） 、過熱保護(hù)、失壓保護(hù)、諧波閉鎖的三段式自適應(yīng)阻抗保護(hù)、三段式高阻接地保護(hù)、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(fù)荷角、負(fù)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(guān)及裝置信號復(fù)歸、保護(hù)及重合閘軟壓板的投退等遙控功能；斷路器/隔離開關(guān)位置、斷路器手車位置及儲能狀態(tài)、保護(hù)動作及裝置異常等遙信功能。裝置可預(yù)設(shè)多套保護(hù)定值，方便實現(xiàn)遠(yuǎn)方或當(dāng)?shù)厍袚Q?？蓪崿F(xiàn)在線自動檢測功能，發(fā)出裝置異常信號并閉鎖保護(hù)出口。可具備 Ether、LonWorks、CAN 網(wǎng)或RS485 網(wǎng)絡(luò)接口，與變電所自動化系統(tǒng)配套使用，并可通過網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)實現(xiàn)當(dāng)?shù)卮蛴??？墒褂么型ㄐ沤涌冢≧S232C ）與便攜計算機(jī)通信，實現(xiàn)故障報告收集、故障再現(xiàn)、保護(hù)運(yùn)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(dāng)?shù)乇O(jiān)控及參數(shù)修改。基于前述牽引網(wǎng)及其負(fù)荷的特點，在牽引網(wǎng)的保護(hù)中通常均以距離保護(hù)作為主保護(hù)，而用電流保護(hù)作為輔助保護(hù)，以消除距離保護(hù)在變電所近端短路時的保護(hù)死區(qū)。距離保護(hù)中又趨向于采用具有四邊形特性的阻抗元件，而且在微機(jī)保護(hù)中均采取了相應(yīng)的措施來消除波形畸變對保護(hù)裝置的不良影響。由于牽引重負(fù)荷與再生制動電流迭加和牽引重負(fù)荷與勵磁涌流迭加都有可能導(dǎo)致常規(guī)阻抗保護(hù)誤動作，同時牽引網(wǎng)負(fù)荷電流中總含有諧波分量。而牽引網(wǎng)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(hù)的靈敏度，目前微機(jī)保護(hù)裝置可利用負(fù)荷電流中的諧波含量作為控制量，自適應(yīng)地調(diào)節(jié)阻抗繼電器的動作邊界或測量值。在牽引網(wǎng)發(fā)生高阻接地故障時，距離保護(hù)及電流速斷保護(hù)已經(jīng)不能有效地檢出故障。饋線微機(jī)保護(hù)可采用自適應(yīng)電流增量保護(hù)、功率因數(shù)角保護(hù)和電流比保護(hù)來構(gòu)成三段高阻接地保護(hù)，實現(xiàn)對牽引網(wǎng)高阻接地情況的保護(hù)。由于方向阻抗保護(hù)在變電所近端短路時存在保護(hù)死區(qū)，通常采用增設(shè)電流速斷保護(hù)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(fù)荷諧波含量高的特點采用諧波閉鎖過電流保護(hù)，以提高電流保護(hù)的靈敏度。采用定時限或反時限過負(fù)荷保護(hù)作為阻抗保護(hù)的后備保護(hù)。近年來，隨著導(dǎo)線發(fā)熱理論的完善，接觸網(wǎng)發(fā)熱保護(hù)也在微機(jī)饋線保護(hù)中得到了應(yīng)用。第四章　電流保護(hù)第一節(jié) 電流速斷保護(hù)當(dāng)饋線發(fā)生近端短路時，將產(chǎn)生很大的短路電流，電流速斷保護(hù)就是為快速出口切斷故障保證系統(tǒng)和設(shè)備的安全而設(shè)，其動作時限一般整定為 ，躲過機(jī)車斷路器動作時間（電力機(jī)車保護(hù)及機(jī)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(dāng)分區(qū)所后發(fā)生短路時或在最大負(fù)荷電流時保護(hù)不應(yīng)動作，即應(yīng)按躲過饋線最大負(fù)荷電流、最大勵磁涌流和最大運(yùn)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(fù)荷電流，：最大勵磁涌流，：最大運(yùn)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(hù)不了線路全長，故不作靈敏度校驗，僅計算保護(hù)范圍一般不少于線路長度的 15%~20%。電流速斷保護(hù)是為當(dāng)饋線發(fā)生近端短路時保護(hù)裝置快速動作而設(shè)，作為阻抗保護(hù)死區(qū)的輔助保護(hù)，必須保留。有的電流速斷保護(hù)帶有二次諧波閉鎖，當(dāng)二次諧波含量 K2 達(dá)到整定值時閉鎖電流速斷保護(hù)出口，從而更可靠地躲過線路最大負(fù)荷電流，避免勵磁涌流引起的誤動。第二節(jié) 過電流保護(hù)過