【正文】 技術(shù)規(guī)程》（以下簡(jiǎn)稱“技術(shù)規(guī)程”）規(guī)定，都裝設(shè)了零序電流方向保護(hù)裝置。利用上述的特征電氣量可構(gòu)成保護(hù)接地短路故障的零序電流方向保護(hù)。這種算法在RCS900保護(hù)中得到了應(yīng)用。再根據(jù)（121）式求出正序電壓的有效值和初相角為： （123）同理，負(fù)序電壓的算式為： （124）零序電壓的算式為： （125）這種算法由于用全周傅氏算法計(jì)算實(shí)部和虛部，所以濾波性能好。眾所周知，已知A、B、C相的相電壓求正、負(fù)、零序電壓的方法為： （119） 式中為算子。也就是說(shuō)這種算法有很強(qiáng)的濾波功能，其幅頻特性為在所求的頻率上輸出的幅值最大，在其它整數(shù)次的諧波頻率（包括直流）上幅值為零。所以在繼電保護(hù)中根據(jù)保護(hù)的原理也經(jīng)常用這種算法求得二次、三次、五次諧波分量的幅值。考慮到在一個(gè)工頻周期內(nèi)，基準(zhǔn)余弦函數(shù)的采樣值為的關(guān)系后，（19）式為： 　　 （111）將采樣周期的關(guān)系代入上式，可得第次諧波分量的實(shí)部為： 　　 （112）同理可得第次諧波分量的虛部為： 　 （113）得知第次諧波分量的實(shí)部和虛部以后，根據(jù)（15）式可求得次諧波分量的有效值和初相角為： 　 （114）一般的繼電保護(hù)原理是反應(yīng)工頻電氣量的，所以關(guān)心的是基波分量。按復(fù)相量的表示方法，在初相角為時(shí)的第次諧波分量可表示為： （15）式中的實(shí)部和虛部分別為： （16） （17）將（14）式展開(kāi)并考慮到（16）和（17）式的關(guān)系可得到： 　　（18）根據(jù)三角函數(shù)在一個(gè)工頻周期內(nèi)的正交性可求得第次諧波分量的實(shí)部和虛部的計(jì)算公式： 　　 （19） 　　 （110）（19）式中在其間的積分值是的函數(shù)波形在期間的面積。 、——第次諧波分量的幅值、初相角和角頻率?？杀硎緸椋? （14）式中：——直流分量。3. 全周傅氏算法目前在微機(jī)保護(hù)中應(yīng)用得最廣泛的是全周傅里葉（傅氏）算法，它的理論基礎(chǔ)是傅里葉級(jí)數(shù)。該電流信號(hào)絕對(duì)值的半周積分值為： （12）于是該電流信號(hào)的有效值為： （13） 對(duì)輸入信號(hào)絕對(duì)值進(jìn)行半周積分其物理概念是求輸入信號(hào)在半周內(nèi)的面積絕對(duì)值之和。2．半周積分算法RCS900保護(hù)中有些繼電器是用半周積分算法實(shí)現(xiàn)的，例如兩相電流差的突變量起動(dòng)元件、工頻變化量的阻抗繼電器等。如果在和之間系統(tǒng)發(fā)生短路了。該式表示工頻電流的變化量（瞬時(shí)值）是把當(dāng)前時(shí)刻的電流瞬時(shí)值減去一周前的電流瞬時(shí)值而得到的。在實(shí)現(xiàn)這些繼電器時(shí)先要計(jì)算出工頻變化量的電流和電壓值。例如工頻變化量（有時(shí)稱做突變量）的電氣量（電流、電壓）的計(jì)算，基波或某次諧波分量電氣量幅值的計(jì)算，相序分量電氣量幅值的計(jì)算，兩電氣量相角差的計(jì)算，相位比較動(dòng)作方程的算法等等。當(dāng)保護(hù)裝置欲使輸出開(kāi)關(guān)量接點(diǎn)閉合時(shí)，只要在控制端輸入一個(gè)低電平使光電耦合器的二極管內(nèi)流過(guò)驅(qū)動(dòng)電流，二極管發(fā)出的光使三極管導(dǎo)通，從而使繼電器J動(dòng)作，其閉合的接點(diǎn)作為開(kāi)關(guān)量輸出。對(duì)于某些距離遠(yuǎn)的接點(diǎn)必要時(shí)也可用變電站的220/110V直流電源，裝置提供強(qiáng)電的光電耦合電路。微機(jī)系統(tǒng)只要測(cè)量輸出電平的高低就可以得知外部開(kāi)關(guān)量的狀態(tài)。當(dāng)外部接點(diǎn)閉合時(shí)，光耦的二極管內(nèi)流過(guò)驅(qū)動(dòng)電流，二極管發(fā)出的光使三極管導(dǎo)通，因此輸出低電平。由于微機(jī)系統(tǒng)與外部接點(diǎn)之間經(jīng)過(guò)了電信號(hào)光信號(hào)電信號(hào)的光電轉(zhuǎn)換，兩者之間沒(méi)有直接的電與磁的聯(lián)系，保護(hù)了微機(jī)系統(tǒng)免受外界干擾影響。其中有些開(kāi)關(guān)量是經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)的電纜才引到保護(hù)裝置的，因而也給保護(hù)引入了很多干擾。四 開(kāi)關(guān)量的輸入輸出系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)有很多的開(kāi)關(guān)量（接點(diǎn)）的輸入，例如有些保護(hù)的投退接點(diǎn)、重合閘方式接點(diǎn)、跳閘位置繼電器接點(diǎn)、收信機(jī)的收信接點(diǎn)、斷路器的合閘壓力閉鎖接點(diǎn)以及對(duì)時(shí)接點(diǎn)等等。由于模擬信號(hào)的瞬時(shí)值是離散的，所以相應(yīng)的數(shù)字值也是離散的。它的作用是把模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。將由S/H送來(lái)的多路模擬量分時(shí)接到A/D的輸入端，完成用一個(gè)A/D對(duì)若干個(gè)模擬量進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換工作。MPX是一種多路輸入、單路輸出的電子切換開(kāi)關(guān)。各個(gè)模擬量的同時(shí)采樣保證了反應(yīng)兩個(gè)及兩個(gè)以上電氣量的繼電器，例如方向繼電器、阻抗繼電器、相序分量繼電器計(jì)算的正確性。② 由于各個(gè)模擬量采樣通道中的采樣保持器是同時(shí)接受到采樣脈沖的，所以各個(gè)模擬量是同時(shí)采樣的。（3）S/H采樣保持器。這一方面是為了在采樣時(shí)滿足采樣定理，另一方面是為了減少算法的誤差，因?yàn)橛行┧惴ㄊ腔诠ゎl正弦量得到的，諧波分量將加大算法的誤差。（2） LPF模擬低通濾波器。從TV、TA來(lái)的電氣量經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)電纜接到保護(hù)裝置，也引入了大量的共模干擾。它的作用有兩個(gè)：① 將從TV、TA來(lái)的高電壓、大電流變換成保護(hù)裝置內(nèi)部電子電路所需要和允許的小的電壓信號(hào)。下面對(duì)圖12所示的原理框圖中的各個(gè)環(huán)節(jié)加以說(shuō)明。而電壓不從TV的開(kāi)口三角處采樣，而用三個(gè)相電壓相加的自產(chǎn)方法獲得。圖12畫出了該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的原理框圖。由逐次逼近式原理的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。采樣頻率必須大于輸入信號(hào)中的最高次頻率的兩倍，這就是著名的采樣定理。采樣頻率為600Hz、1000Hz、1200Hz時(shí)相應(yīng)的N值為124。 ⑷ 每周波采樣次數(shù)N。顯然采樣同期與采樣頻率互為倒數(shù)。⑶ 采樣周期。在南瑞繼保電器公司原先生產(chǎn)的LFP900保護(hù)中使用的采樣頻率是600Hz和1000Hz。否則將造成數(shù)據(jù)的堆積而導(dǎo)致運(yùn)算的紊亂。采樣頻率越高對(duì)模擬信號(hào)的測(cè)量越正確。 ⑵ 采樣頻率。每隔相同的時(shí)刻對(duì)模擬信號(hào)測(cè)量一次稱做理想采樣。⑴ 采樣。三 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的作用是將從電壓、電流互感器輸入的電壓、電流的連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字量供給微機(jī)主系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)的計(jì)算工作。還有一種與EEPROM有類似功能的器件稱作快閃（快擦寫）存儲(chǔ)器（Flash Memory），它的存儲(chǔ)容量更大，讀/寫更方便。由于它可以在線改寫數(shù)據(jù)，所以它的安全性不如EPROM。因此在保護(hù)中EEPROM適宜于存放定值。⒊ 電可擦除且可編程的只讀存儲(chǔ)器（EEPROM）。要改寫EPROM中的程序時(shí)先要將該芯片放在專用的紫外線擦除器中，經(jīng)紫外線照射一段時(shí)間，擦除原有的數(shù)據(jù)后，再用專用的寫入器（編程器）寫入新的程序。目前使用的是一種紫外線可擦除、電可編程的只讀存儲(chǔ)器——EPROM?，F(xiàn)在有一種稱做非易失性隨機(jī)存儲(chǔ)器（NVRAM）它既可以高速地讀/寫，失電后也不會(huì)丟失數(shù)據(jù)，在RCS900保護(hù)中用以存放故障錄波數(shù)據(jù)。所以不能存放程序和定值。⒈ 隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）。存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量和訪問(wèn)時(shí)間將影響保護(hù)的性能。在RCS900型的線路、主設(shè)備保護(hù)中，保護(hù)的計(jì)算工作都是由DSP來(lái)完成的，使用的芯片是AD公司的DSP2181。它執(zhí)行一條指令只需數(shù)十納秒（ns），而且在指令中能直接提供數(shù)字信號(hào)處理的相關(guān)算法。2.　數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）它將很多器件，包括一定容量的存儲(chǔ)器都集成在一個(gè)芯片中，所以外圍電路很少。其中32位的CPU例如MC68332具有極高的性能，在RCS900系列的主設(shè)備保護(hù)裝置中得到了應(yīng)用。軟件程序需要在CPU的控制下才能遂條執(zhí)行。把變電站的直流電壓轉(zhuǎn)換成微機(jī)保護(hù)需要的穩(wěn)定的直流電壓。完成人機(jī)對(duì)話工作。⑷ 外部通信接口。⑶ 開(kāi)關(guān)量的輸入輸出系統(tǒng)。⑵ 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。圖11表示出了微機(jī)保護(hù)的硬件系統(tǒng)構(gòu)成，它由下述幾部分構(gòu)成：⑴ 微機(jī)主系統(tǒng)。. .. . ..第一章 　微機(jī)保護(hù)的硬件和軟件系統(tǒng)第一節(jié) 　微機(jī)保護(hù)的硬件系統(tǒng)一套微機(jī)保護(hù)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。硬件系統(tǒng)是構(gòu)成微機(jī)保護(hù)的基礎(chǔ)，軟件系統(tǒng)是微機(jī)保護(hù)的核心。它是由中央處理器（CPU）為核心，專門設(shè)計(jì)的一套微型計(jì)算機(jī)，完成數(shù)字信號(hào)的處理工作。完成對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行測(cè)量并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的工作。完成對(duì)輸入開(kāi)關(guān)量的采集和驅(qū)動(dòng)小型繼電器發(fā)跳閘命令和信號(hào)工作。⑸ 人機(jī)對(duì)話接口。⑹ 電源。一 中央處理器CPU它是微機(jī)主系統(tǒng)的大腦，是微機(jī)保護(hù)的神經(jīng)中樞。當(dāng)前，在微機(jī)保護(hù)中應(yīng)用的CPU主要有以下一些類型：1.　單片微處理器例如Intel公司的80X86系列，Motorola公司的MC683XX系列。16位的如Intel公司的80296，在RCS900型的線路、主設(shè)備保護(hù)中用到了該芯片。因而這種數(shù)字信號(hào)處理器的突出特點(diǎn)是運(yùn)算速度快、可靠性高、功耗低。因此特別適宜用于構(gòu)成工作量較大、性能要求高的微機(jī)保護(hù)。二 存儲(chǔ)器用以保存程序、定值、采樣值和運(yùn)算中的中間數(shù)據(jù)。在微機(jī)保護(hù)中根據(jù)任務(wù)的不同采用的存儲(chǔ)器有下述三種類型的存儲(chǔ)器。在RAM中的數(shù)據(jù)可以快速地讀、寫，但在失去直流電源時(shí)數(shù)據(jù)會(huì)丟失。只用以暫存需要快速進(jìn)行交換的臨時(shí)數(shù)據(jù)，例如運(yùn)算中的中間數(shù)據(jù)、經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后的采樣數(shù)據(jù)等。⒉ 只讀存儲(chǔ)器（ROM）。EPROM中的數(shù)據(jù)可以高速讀取，在失電后也不會(huì)丟失，所以適用于存放程序等一些固定不變的數(shù)據(jù)。所以存放在EPROM中的程序在保護(hù)正常使用中不會(huì)被改寫，安全性高。EEPROM中的數(shù)據(jù)可以高速讀取，且在失電后也不會(huì)丟失，同時(shí)不需要專用設(shè)備在使用中可以在線改寫。既無(wú)需擔(dān)心在失電后定值丟失之虞，必要時(shí)又可方便地改寫定值。此外EEPROM寫入數(shù)據(jù)的速度較慢，所以也不宜代替RAM存放需要快速交換的臨時(shí)數(shù)據(jù)。在RCS900型的保護(hù)中使用Flash存放程序，在軟件中采取措施確保在運(yùn)行中程序不會(huì)被擦寫。在介紹數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前，先對(duì)若干名詞作一些解釋。在給定的時(shí)刻對(duì)連續(xù)的模擬信號(hào)進(jìn)行測(cè)量稱做采樣。微機(jī)保護(hù)采用的都是理想采樣。每秒采樣的次數(shù)稱做采樣頻率。但采樣頻率越高對(duì)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度的要求也越高，計(jì)算機(jī)必須在相鄰兩個(gè)采樣時(shí)刻之間完成它的運(yùn)算工作。在目前的技術(shù)條件下微機(jī)保護(hù)中使用的采樣頻率有600Hz、1000Hz、1200Hz三種。目前生產(chǎn)的RCS900保護(hù)中使用的采樣頻率是1200Hz。相鄰的兩個(gè)采樣點(diǎn)之間的時(shí)間稱做采樣同期。當(dāng)采樣頻率為600Hz、1000Hz、1200Hz時(shí)相應(yīng)的采樣周期分別為、。采樣頻率相對(duì)于工頻頻率（50Hz）的倍數(shù)表示了每周波的采樣次數(shù)N。⑸ 采樣定理。不滿足采樣定理將產(chǎn)生頻率混疊現(xiàn)象。這是目前應(yīng)用最為廣泛的一種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，南瑞繼保電氣公司的RCS900保護(hù)中都用這種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。各種保護(hù)根據(jù)需要有若干個(gè)模擬信號(hào)需要采樣，例如南瑞繼保電氣公司的線路保護(hù)采樣八個(gè)量：、以及線路電壓。各個(gè)模擬量有各個(gè)獨(dú)立的采樣通道，通過(guò)多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)若干個(gè)模擬量用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。（1）交流變換器。② 電氣隔離和屏蔽作用。交流變換器一方面提供一個(gè)電氣隔離，另一方面在一、二次線圈中加了一個(gè)接地的屏蔽層，使共模干擾經(jīng)一次線圈和屏蔽層之間的分布電容而接地，可以有效地抑制共模干擾。它的作用是濾除高次諧波。為滿足采樣定理應(yīng)將輸入信號(hào)中的大于頻率的高次諧波濾除。采樣保持器的作用為：① 能快速地對(duì)模擬量的輸入電壓進(jìn)行采樣，并將該電壓保持住。在同一個(gè)采樣周期內(nèi)模數(shù)轉(zhuǎn)換后的各個(gè)數(shù)字量反應(yīng)的是采樣脈沖到來(lái)的同一瞬間各個(gè)模擬量的瞬時(shí)值，使各個(gè)模擬量的數(shù)值和相位關(guān)系保持不變。（4）MPX模擬量的多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。通過(guò)編碼控制，電子開(kāi)關(guān)分時(shí)逐路接通。（5）A/D——逐次逼近式原理的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。將由多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)送來(lái)的由各路S/H采樣保持器采樣的模擬信號(hào)的瞬時(shí)值轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字值。這些離散的數(shù)字量由微機(jī)主系統(tǒng)中的CPU讀取并存放在循環(huán)存儲(chǔ)器中供保護(hù)計(jì)算時(shí)使用。微機(jī)保護(hù)也有很多的開(kāi)關(guān)量（接點(diǎn)）的輸出，例如跳合閘接點(diǎn)、中央信號(hào)接點(diǎn)、收發(fā)信機(jī)的發(fā)信接點(diǎn)以及遙信接點(diǎn)等等。為了不使這些干擾影響微機(jī)系統(tǒng)的工作，在微機(jī)系統(tǒng)與外界所有接點(diǎn)之間都要經(jīng)過(guò)光電耦合器件進(jìn)行光電隔離。1.　開(kāi)關(guān)量輸入系統(tǒng)圖13表示出了開(kāi)關(guān)量的輸入系統(tǒng)。當(dāng)外部接點(diǎn)斷開(kāi)時(shí)，光電耦合器的二極管內(nèi)不流過(guò)驅(qū)動(dòng)電流，二極管不發(fā)光，三極管截止，因此輸出高電平。開(kāi)入專用電源一般使用裝置內(nèi)電源輸出的24V直流電源。2.　開(kāi)關(guān)量輸出系統(tǒng)圖14表示出了開(kāi)關(guān)量的輸出系統(tǒng)。第二節(jié)　　微機(jī)保護(hù)的軟件系統(tǒng) 一 保護(hù)繼電器的算法在微機(jī)保護(hù)中各個(gè)繼電器都是由其相應(yīng)的算法實(shí)現(xiàn)的。1.　工頻變化量電氣量的計(jì)算在RCS900系列保護(hù)裝置中用了很多工頻變化量的繼電器。以電流值為例，計(jì)算方法為： （11）上式中為每工頻周波采樣的次數(shù)。如果輸入的工頻電流沒(méi)有變化，則工頻電流的變化量為零。由于短