【正文】 測(cè)、遙信和遙控裝置、CSM網(wǎng)絡(luò)主站、CSN系列網(wǎng)絡(luò)輔助器件及其他微機(jī)自動(dòng)裝置。④ 國(guó)外產(chǎn)品有：美國(guó)GE公司生產(chǎn)的DLP型微機(jī)距離線路保護(hù)、美國(guó)SET公司生產(chǎn)的SEL301型微機(jī)線路保護(hù)、ABB公司生產(chǎn)的REL531微機(jī)距離保護(hù)、德國(guó)西門子公司生產(chǎn)的TSA531型距離保護(hù)等。微機(jī)保護(hù)的基本構(gòu)成可看成由硬件和軟件兩部分構(gòu)成。微機(jī)保護(hù)的軟件由初始化模塊、數(shù)據(jù)采集管理模塊、故障檢出模塊、故障計(jì)算模塊與自檢模塊等組成。由于微機(jī)保護(hù)的可編程及通信能力，該定值可根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化靈活地進(jìn)行修改，修改時(shí)間短且步驟簡(jiǎn)單。它能自動(dòng)檢測(cè)出硬件故障同時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)并閉鎖其跳閘出口回路。③ 易于獲得附加功能由于計(jì)算機(jī)軟件的特點(diǎn)，使得微機(jī)保護(hù)可以做到硬件和軟件資源共享，在不增加任何硬件的情況下，只需增加一些軟件即可獲得各種附加功能。微機(jī)保護(hù)裝置可以配有打印機(jī)、顯示器等外部設(shè)備，在系統(tǒng)發(fā)生故障后提供多種信息，如動(dòng)作時(shí)間記錄、故障類型和相別、電流電壓波形記錄等。微機(jī)保護(hù)所具有的對(duì)外通信功能，使之成為該數(shù)字化環(huán)境不可缺少的一環(huán)。在電力系統(tǒng)發(fā)生故障的暫態(tài)期內(nèi)，就能正確判斷故障，如果故障發(fā)生了變化或進(jìn)一步發(fā)展也能及時(shí)做出判斷和自糾。微機(jī)保護(hù)裝置本身又具有自診斷功能，可以對(duì)硬件各部分和存放在EPROM中的程序進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)異常就會(huì)發(fā)出報(bào)警。故對(duì)微機(jī)保護(hù)裝置可以說幾乎不用調(diào)試，大大減輕了調(diào)試和運(yùn)行維護(hù)的工作量。國(guó)內(nèi)外微機(jī)繼電保護(hù)技術(shù)的未來發(fā)展趨勢(shì)為：計(jì)算機(jī)化，網(wǎng)絡(luò)化，保護(hù)、控制、測(cè)量、數(shù)據(jù)通信一體化，人工智能化。電力系統(tǒng)對(duì)微機(jī)保護(hù)的要求也總是在不斷提高，除了具有保護(hù)的基本功能外，微機(jī)保護(hù)還具有大量故障信息和數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期存放空間、快速的數(shù)據(jù)處理功能、強(qiáng)大的通信能力，與其它保護(hù)控制裝置和調(diào)度聯(lián)網(wǎng)，以共享全系統(tǒng)數(shù)據(jù)、信息和網(wǎng)絡(luò)資源的能力、高級(jí)語言編程等。 瓦斯保護(hù)瓦斯保護(hù)是反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)部氣體的數(shù)量和流動(dòng)的速度而動(dòng)作的保護(hù)，保護(hù)變壓器油箱內(nèi)部各種短路故障，特別是對(duì)繞組的相間短路和匝間短路。氣體從油箱經(jīng)連通管流向油枕，利用氣體的數(shù)量及流速構(gòu)成瓦斯保護(hù)。下面的觸點(diǎn)表示“重瓦斯保護(hù)”，動(dòng)作后起動(dòng)變壓器保護(hù)的總出口繼電器，使斷路器跳閘。此外，為防止變壓器換油或進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)引起重 瓦斯保護(hù)誤動(dòng)作跳閘，可利用切換片KB將跳閘回路切換到信號(hào)回路。近年來，大型變壓器為了改善防護(hù)沖擊過電壓的性能，廣泛采用了新型結(jié)構(gòu)和工藝，這導(dǎo)致了匝間短路故障可能性的增加，而縱差動(dòng)保護(hù)卻往往不能動(dòng)作，只能依靠瓦斯保護(hù)來反應(yīng)；此外，瓦斯保護(hù)還能反應(yīng)變壓器的鐵心局部燒損、繞組內(nèi)部斷線。瓦斯保護(hù)的主要缺點(diǎn)是：①不能反應(yīng)變壓器套管和引出線的故障，因此，還需要引入其它主保護(hù)；②在變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，由于瓦斯保護(hù)要有一定的油流速度才能動(dòng)作，因而動(dòng)作速度不夠快。 變壓器實(shí)現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)的原理由于電力變壓器高低壓側(cè)的額定電流不同，因此為了保證縱差動(dòng)保護(hù)的正確工作，就必須適當(dāng)選擇兩側(cè)電流互感器的變比n，這時(shí)與送電線路的縱差動(dòng)保護(hù)不同的。在保護(hù)范圍內(nèi)故障時(shí)，流入差回路的電流的為短路電流二次值，保護(hù)動(dòng)作。在正常運(yùn)行及保護(hù)范圍外部短路穩(wěn)態(tài)情況下有穩(wěn)態(tài)不平衡電流流入縱差動(dòng)保護(hù)回路中，差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流應(yīng)大于最大不平衡電流，以保證保護(hù)范圍外部短路時(shí)差動(dòng)保護(hù)不動(dòng)作。①由于變壓器兩側(cè)電流相位不同而產(chǎn)生不平衡電流變壓器常常采用Y,d11的接線方式，其兩側(cè)電流的相位差為30176。為了清除這種不平衡電流的影響，通常將變壓器星形側(cè)的三個(gè)電流互感器接成三角形，而將變壓器三角形側(cè)的三個(gè)電流互感器接成星形，并適當(dāng)考慮連接方式即可整定。在正常運(yùn)行時(shí)，電流互感器的鐵心不飽和，勵(lì)磁電流很小，不平衡電流也很小。所以在選擇互感器時(shí)，應(yīng)選帶有氣隙的D級(jí)鐵心互感器，使之在短路時(shí)也不飽和，另外選大變比的電流互感器，可以降低短路電流的倍數(shù)。 過電流保護(hù)為了防止外部短路引起變壓器線圈的過電流，并作為差動(dòng)保護(hù)和瓦斯保護(hù)的后備保護(hù)，變壓器還必須裝設(shè)過電流保護(hù)。因此變壓器過電流保護(hù)的動(dòng)作電流大、靈敏度低，一般只用在容量較小或者只作為變壓器相鄰元件的后備保護(hù)。另外過電流保護(hù)的整定值還要考慮繼電器的返回系數(shù)，因?yàn)樵谕獠慷搪窌r(shí)，電流繼電器可能起動(dòng)，但在外部故障切除后（此時(shí)電流降到最大負(fù)荷電流），必須可靠返回，否則會(huì)出現(xiàn)誤跳閘。為此，可以采用低電壓閉鎖的過電流保護(hù)，以提高保護(hù)的靈敏度。范圍內(nèi)，不宜超過85C176。為此，必須對(duì)運(yùn)行中的變壓器上層油溫進(jìn)行監(jiān)視。當(dāng)變壓器上層油溫升高時(shí)，受熱器中液體膨脹，溫度指示表中流體壓力計(jì)的感應(yīng)部分所受壓力增大，指示表指針的位置相應(yīng)改變，當(dāng)指示表指針到達(dá)預(yù)先放置的紅色限定位指針位置時(shí)，定位指針的一對(duì)觸點(diǎn)閉合，發(fā)出變壓器油溫高信號(hào)并啟動(dòng)相應(yīng)的冷卻系統(tǒng)；反之，在變壓器上層油溫下降時(shí)，指示表指針的位置也作相應(yīng)的改變，當(dāng)指示表指針到達(dá)預(yù)先放置的黃色下限定位指針位置時(shí)，定位指針的觸點(diǎn)由閉合變?yōu)閿嚅_，切斷相應(yīng)冷卻系統(tǒng)的啟動(dòng)回路。第四章 微機(jī)保護(hù)的基本組成 概述微機(jī)保護(hù)是采用數(shù)字邏輯保護(hù)的，保護(hù)的每一種功能主要通過微機(jī)系統(tǒng)中程序運(yùn)行來完成。因此，微機(jī)保護(hù)的基本構(gòu)成又可看成由硬件和軟件兩部分構(gòu)成，其整套硬件通常是用單獨(dú)的專用機(jī)箱組裝，包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、CPU主系統(tǒng)、開關(guān)量輸出、輸入系統(tǒng)及外圍設(shè)備等。 模擬量輸入系統(tǒng)模擬量輸入系統(tǒng)又稱數(shù)據(jù)采集單元，主要包括電壓形成、模擬濾波（ALF）、采樣保持（S/H）、多路轉(zhuǎn)換（MPX）以及模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）等功能塊，它的作用是隔離、規(guī)范輸入電壓，并將模擬輸入量準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換為所需的數(shù)字量，以便與CPU接口。目前微機(jī)保護(hù)產(chǎn)品中數(shù)據(jù)采集單元一般采用模數(shù)變換(ADC)。其基本原理是，轉(zhuǎn)換開始時(shí)，控制器首先在數(shù)碼設(shè)定器中設(shè)置一個(gè)最高位數(shù)碼“1”（例如：100…00），該數(shù)碼經(jīng)D/A數(shù)模變換為模擬電壓U0，反饋到輸入側(cè)的比較器一端，與輸入電壓Ui進(jìn)行比較。如果設(shè)定值U0＞Ui，則原設(shè)定次高位數(shù)碼“1”改為“0”，然后附加下一高位設(shè)置數(shù)碼“1”（如：101…00）。若其誤差小于所設(shè)定數(shù)碼中可改變的最小值（最小量化單位），則此時(shí)數(shù)碼設(shè)定器中的數(shù)碼總值即為轉(zhuǎn)換結(jié)果。逐次比較式的另一個(gè)重要指標(biāo)是A/D轉(zhuǎn)換速度，它與A/D轉(zhuǎn)換分辨率是有關(guān)的，通常分辨率越高，其轉(zhuǎn)換速度就相對(duì)降低。VFC型的模數(shù)轉(zhuǎn)換是將電壓模擬量Ui線性地變換為數(shù)字脈沖式的頻率fs，然后由計(jì)算器對(duì)數(shù)字脈沖計(jì)數(shù)，供CPU讀入。 開關(guān)量輸入/輸出系統(tǒng)開關(guān)量輸入/輸出系統(tǒng)，主要用于完成各種保護(hù)的出口跳閘、信號(hào)顯示、打印、信號(hào)報(bào)警、外部觸點(diǎn)輸入及人機(jī)對(duì)話等功能。開關(guān)量輸入即接點(diǎn)狀態(tài)（接通或斷開）的輸入可分兩類：一類是低電平（+5v）開關(guān)量輸入，如微機(jī)保護(hù)運(yùn)行調(diào)試狀態(tài)輸入；一類是高電平（＋220v）開關(guān)量輸入（如斷路器的狀態(tài)信號(hào)），高電平開關(guān)量輸入必須裝有光電隔離，以防止外部干擾入侵微機(jī)保護(hù)裝置。 CPU主系統(tǒng)CPU主系統(tǒng)，它是由微機(jī)和擴(kuò)展芯片構(gòu)成的一臺(tái)小型工業(yè)擴(kuò)展微機(jī)系統(tǒng)，除了這些硬件之外，還有存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器里的軟件系統(tǒng)。除此之外，現(xiàn)代的微機(jī)保護(hù)還應(yīng)具有各種遠(yuǎn)方功能，它包括發(fā)送保護(hù)信息并上傳給變電所微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，接收集控站、調(diào)度所的擴(kuò)展和管理信息。一般為了提高保護(hù)裝置的容錯(cuò)水平，目前大多數(shù)保護(hù)裝置已采用多CPU系統(tǒng)。它們的CPU是相互獨(dú)立的，任何一個(gè)保護(hù)CPU或芯片損壞均不影響其它保護(hù)。但對(duì)于比較簡(jiǎn)單的微機(jī)保護(hù)，由于保護(hù)功能較少，多數(shù)還是采用單CPU主要包括微機(jī)處理器（CPU）、只讀存儲(chǔ)器（一般用EPROM）、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）以及定時(shí)器等。 微機(jī)保護(hù)的抗干擾措施① 干擾對(duì)微機(jī)保護(hù)的影響比較大，主要有以下幾個(gè)方面：a、計(jì)算或邏輯錯(cuò)誤。另外，當(dāng)CPU正在讀（或?qū)懀┮粋€(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)線或地址線受干擾發(fā)生改變，就會(huì)造成讀（或?qū)懀┮粋€(gè)壞數(shù)據(jù)或者對(duì)一個(gè)錯(cuò)誤的地址讀（或?qū)懀?。b、程序運(yùn)行出軌。如當(dāng)CPU正通過地址總線送出一相地址以便從EPROM獲取指令操作碼。如果這個(gè)誤碼CPU不認(rèn)識(shí)，程序運(yùn)行將發(fā)生中斷；如果這個(gè)誤碼是可執(zhí)行碼，那么在執(zhí)行了一系列非預(yù)期的指令后往往最終碰到一個(gè)CPU不認(rèn)識(shí)的指令操作碼而停止工作。c、元件損壞。② 硬件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使微機(jī)保護(hù)和外接端子同微機(jī)弱電系統(tǒng)之間沒有電的聯(lián)系，系統(tǒng)的正確運(yùn)行，應(yīng)采取以下抗干擾措施。b、開關(guān)量輸入端子：采用光電耦合器隔離。d、直流電源端子：逆變電源中的高頻變壓器隔離，線圈間有屏蔽層。f、將弱電系統(tǒng)的插件遠(yuǎn)離同外接端子有直接電聯(lián)系的各插件（如：電壓形成回路、開關(guān)量輸入和開關(guān)量輸出回路等）.g、裝置后底板的配線也應(yīng)使強(qiáng)電和弱電嚴(yán)格分開h、各弱電電源不共地等第五章 微機(jī)保護(hù)的硬件設(shè)計(jì) 微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)微機(jī)保護(hù)裝置主要是以微處理器為基礎(chǔ)的數(shù)字電路構(gòu)成的。在微機(jī)保護(hù)中廣泛采用插件式結(jié)構(gòu)，微機(jī)保護(hù)裝置包括以下印制板插件：①模擬量輸入變換插件；②前置模擬低通濾波插件；③采樣及A/D轉(zhuǎn)換插件；④CPU及人機(jī)對(duì)話插件；⑤開關(guān)量輸入/輸出插件。①模 擬量 輸變 換②模 擬低 通濾 波③采 樣A / D轉(zhuǎn) 換④CPU 及 人 機(jī)對(duì)話⑤I / O接 口開關(guān)量輸入數(shù)據(jù)線控制線開關(guān)量輸出地址線 微機(jī)保護(hù)裝置硬件示意框圖 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 模擬量輸入變換微機(jī)保護(hù)要從被保護(hù)的電力設(shè)備的電流互感器和電壓互感器上獲得信息，但這些互感器的二次側(cè)電流或電壓不能適應(yīng)模數(shù)變換器的輸入范圍要求，故需要對(duì)它們降低和變換，在微機(jī)保護(hù)中通常要求輸入信號(hào)為177。10V的電壓信號(hào)，具體決定于所用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，因此一般采用中間變換器來實(shí)現(xiàn)以上的變換，交流電流的變換一般采用電流中間變換器并在其二次側(cè)并電阻以取得所需變電壓的方式。二者各有其優(yōu)缺點(diǎn)，電抗變換器的優(yōu)點(diǎn)是線性范圍較大，鐵芯不容易飽和，有移相作用，另外其抑制非周期分量的作用在某些應(yīng)用中也可能成為優(yōu)點(diǎn)。至于移相，提取某些分量或抑制某些分量等，在微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)中，根據(jù)需要可以容易地通過軟件來實(shí)現(xiàn)。該變換除了起電量變換的作用外，還起到隔離的作用。 前置模擬低通濾波器模擬低通濾波器的作用是濾掉電壓和電流中的高頻分量以降低采樣頻率fs。只要調(diào)整R、C的數(shù)值就可以改變低通濾波器的截 止頻率取f=50工頻，任取R=,那么電容的容量為：C＝ CR 模擬低通濾波器 （） （） （） （） （） （） （） 采樣保持電路。阻抗變換器由運(yùn)算放大器構(gòu)成的電壓跟隨器實(shí)現(xiàn)的，具有輸入阻抗高，輸出阻抗低的特點(diǎn)。此時(shí)，電路處于采樣狀態(tài)，Ch迅速充電到Ui在采樣時(shí)刻的電壓值。為了正確采到Ui在采樣時(shí)刻的值，顯然希望采樣時(shí)間越短越好，因而，應(yīng)用阻抗變換器I，它在輸入端呈現(xiàn)高阻抗，而輸出阻抗低，使Ch上的電壓能迅速跟蹤到Ui的值。同樣，為了提高保持能力，電路中應(yīng)用了另一個(gè)阻抗變換器II，它對(duì)Ch呈現(xiàn)高阻抗，而輸出阻抗（側(cè)U0）很低，以增強(qiáng)帶負(fù)載能力。在本系統(tǒng)中采用的是LF398采樣保持器來實(shí)現(xiàn)采樣的。LF398有8個(gè)引腳，（a）、（b）所示。7腳接參考電壓，8腳接控制信號(hào)。如7腳接地，則8腳接控制信號(hào)大于1．4V時(shí)，LF398處于采樣狀態(tài)；如8腳為低電平， 則LF398處于保持狀態(tài)。它的選取對(duì)采樣保持電路的技術(shù)性能指標(biāo)至關(guān)重要，大電容可使系統(tǒng)得到較高精度，但采樣時(shí)間加長(zhǎng)。同時(shí)，電容的選擇應(yīng)綜合考慮精度要求和采樣頻率等因素。采樣頻率的選擇是微機(jī)保護(hù)硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵問題，這個(gè)問題涉及到采樣信號(hào)是否真實(shí)的反映輸入的信號(hào)。因?yàn)槲C(jī)保護(hù)是一個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以采樣頻率不斷地向CPU輸入數(shù)據(jù)，CPU必須要來得及在兩個(gè)相鄰采樣間隔時(shí)間內(nèi)處理完每一組采樣值所必須做的各種操作和運(yùn)算，否則CPU將跟不上實(shí)時(shí)節(jié)拍而無法工作。采樣頻率越高，要求CPU的速度越高。相反采樣頻率過低將不能真實(shí)地反映被采樣信號(hào)的情況。設(shè)被采樣信號(hào)中含有的最高頻率為。顯然當(dāng)后，將不會(huì)出現(xiàn)這種混疊現(xiàn)象。fs=fmaxfsfmaxabxfmax(t)c 圖 頻率混疊示意圖對(duì)微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)來說，在故障初瞬，電壓、電流中可能含有相當(dāng)高的頻率分量，為防止混疊， 不得不用得很高，從而對(duì)硬件速度提出過高的要求，但實(shí)際上目前大多數(shù)的微機(jī)保護(hù)原理都是反映工頻量的，在這種情況下可以在采樣前用一個(gè)模擬低通濾波器將高頻濾掉，這樣就可以降低了，從而降低對(duì)硬件提出的要求。低于的其它暫態(tài)頻率分量，可以通過數(shù)字濾波器來濾除。所有采樣保持器的邏輯輸入需并聯(lián)后由定時(shí)器供給采樣脈沖，由于模數(shù)轉(zhuǎn)換器價(jià)格較昂貴，為了節(jié)約經(jīng)費(fèi)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)我們選擇共用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，經(jīng)多路轉(zhuǎn)換開關(guān)，在某時(shí)刻控制某一通道開通，從而完成該路的輸入選通過程。在該系統(tǒng)中采用模擬多路轉(zhuǎn)換開關(guān)AD7506來實(shí)現(xiàn)模擬量的轉(zhuǎn)換。其內(nèi)部包含16路模擬通道，信號(hào)經(jīng)過采樣電路，加在多路開關(guān)AD7506的輸入端。AD7506為單端16選一多路。通過CPU對(duì)其地址譯碼端(A0～A3)進(jìn)行地址譯碼，并使其使能端(EN)為高電平，就可以實(shí)現(xiàn)16路通道的切換。AD7506輸入通道的選擇占用數(shù)據(jù)線低四位(A0～A3)，數(shù)據(jù)線上的信號(hào)經(jīng)觸發(fā)器74LS175鎖存后提供給AD7506。其分辨率為12位，轉(zhuǎn)換速度為25us，輸出12位二進(jìn)制編碼，該電路中輸入電壓極性和量程選擇177。各引腳信號(hào)功能如下。 A/D轉(zhuǎn)換電路分為以下幾部分：① 電源AD574需要三種電壓即177。為了對(duì)參考電壓進(jìn)行微調(diào)，以調(diào)整D/A轉(zhuǎn)換器的比例常數(shù)，從而達(dá)到微調(diào)A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換比例常數(shù)的目的。另外AD574內(nèi)部還包括偏置部分，在用于雙極性模擬量時(shí)即可將