第二章變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)間隔層裝置課件

第二章變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)間隔層裝置第二章變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)間隔層裝置1第一節(jié)間隔層裝置簡(jiǎn)述第一節(jié)間隔層裝置簡(jiǎn)述2一、間隔層裝置配置

間隔層裝置是面向電氣間隔的配置，即對(duì)應(yīng)于一次系統(tǒng)的每一個(gè)電氣間隔，分別布置有一個(gè)或多個(gè)智能電子裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)該間隔的測(cè)量、控制、保護(hù)及其他任務(wù)，這就是間隔層裝置。通常把斷路器或電氣元件(如主變壓器、母線等)作為電氣間隔劃分的依據(jù)。一個(gè)典型高壓變電站內(nèi)主要包括線路間隔、母聯(lián)間隔、主變壓器問(wèn)隔、電容(電抗)間隔、站用變壓器間隔、母線間隔等。一、間隔層裝置配置3

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間隔層裝置優(yōu)點(diǎn):裝置故障產(chǎn)生的影響被限定在本間隔范圍內(nèi)，不會(huì)波及其他電氣間隔；監(jiān)控對(duì)象由整個(gè)變電站縮小為某個(gè)電氣間隔，減小了裝置體積的同時(shí)也使裝置安裝方式更加靈活。間隔層裝置優(yōu)點(diǎn):裝置故障產(chǎn)生的影響被限定在本間5

間隔層裝置功能：直接采集和處理現(xiàn)場(chǎng)的原始數(shù)據(jù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送給站控級(jí)后臺(tái)計(jì)算機(jī)，同時(shí)接收站控層發(fā)出的控制操作命令；間隔層也可獨(dú)立完成對(duì)斷路器和隔離開(kāi)關(guān)的控制操作。

間隔層裝置通常安裝在各繼電器小室。間隔層裝置功能：直接采集和處理現(xiàn)場(chǎng)的原始數(shù)據(jù)，通6間隔層裝置(或稱為間隔層單元)即智能電子裝置IED，大致可分成以下幾類(lèi):

(1)保護(hù)裝置。主要完成對(duì)該電氣間隔設(shè)備的保護(hù)任務(wù)，如輸電線路保護(hù)裝置、變壓器保護(hù)裝置、母線保護(hù)裝置、斷路器保護(hù)裝置等。有的保護(hù)裝置除了完成保護(hù)功能外，還具有其他功能，如重合閘功能、故障錄波及用于切除本線路的低頻減載等功能。二、間隔層裝置分類(lèi)間隔層裝置(或稱為間隔層單元)即智能電子裝置IED7

(2)測(cè)控裝置。測(cè)控裝置，主要完成該電氣間隔的電氣量的測(cè)量、設(shè)備控制(包括斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)、有載調(diào)壓變壓器分接頭調(diào)節(jié)等)等任務(wù)。(2)測(cè)控裝置。測(cè)控裝置，主要完成該電氣間隔的電氣8

(3)保護(hù)測(cè)控綜合裝置。一般用于中低壓(110kV以下)系統(tǒng)中，例如輸電線路保護(hù)測(cè)控裝置、變壓器后備保護(hù)測(cè)控裝置、電容器保護(hù)測(cè)控裝置等。它們主要用于完成相應(yīng)的電氣間隔中設(shè)備的保護(hù)、測(cè)量及斷路器、隔離開(kāi)關(guān)等的控制等，降低了裝置成本并減少了二次電纜使用數(shù)量。對(duì)于高壓和超高壓間隔，為保證保護(hù)功能的可靠性，目前仍采用保護(hù)和測(cè)控功能各自獨(dú)立配置的模式。(3)保護(hù)測(cè)控綜合裝置。一般用于中低壓(110k9

(4)公共間隔層裝置。在變電站中有一些公共信號(hào)及其測(cè)量值，如直流系統(tǒng)故障信號(hào)、直流屏交流失壓、所用電切換信號(hào)、通信電源故障、火災(zāi)報(bào)瞥動(dòng)作信號(hào)、保安報(bào)警信號(hào)等。需要一個(gè)或幾個(gè)裝置來(lái)進(jìn)行相關(guān)信號(hào)的采集和處理。

(4)公共間隔層裝置。在變電站中有一些公共信號(hào)及其10

(5)自動(dòng)裝置。如備用電源自動(dòng)投人裝置、電壓無(wú)功控制裝置等。

(6)操作切換裝置以及其他的智能設(shè)備和附屬設(shè)備。(5)自動(dòng)裝置。如備用電源自動(dòng)投人裝置、電壓無(wú)功控制11

隨著CPU運(yùn)算能力和超大規(guī)模集成電路制造水平的不斷提高，保護(hù)和側(cè)控功能相互融合是大勢(shì)所趨，將來(lái)保護(hù)測(cè)控合一裝置也會(huì)逐步在高壓、超高壓電氣間隔得到應(yīng)用。隨著CPU運(yùn)算能力和超大規(guī)模集成電路制造水平的不斷12三、間隔層裝置箱體

保護(hù)與測(cè)控裝置采用機(jī)箱式結(jié)構(gòu)，每套裝置由一個(gè)或幾個(gè)箱體組成。三、間隔層裝置箱體保護(hù)與測(cè)控裝置采用機(jī)箱式結(jié)構(gòu)13

面板上一般設(shè)置有液晶顯示器、信號(hào)燈、鍵盤(pán)、插座和信號(hào)復(fù)歸按鈕等。其中:液晶顯示器可以用來(lái)顯示裝置的菜單、電氣接線、運(yùn)行參數(shù)、開(kāi)關(guān)狀態(tài)等信息;信號(hào)燈用于發(fā)出裝置動(dòng)作、重合閘動(dòng)作、告警等信號(hào);鍵盤(pán)可以進(jìn)行參數(shù)設(shè)定、控制操作、事件查詢等操作;信號(hào)復(fù)歸按鈕用來(lái)復(fù)歸程序、信號(hào)等;面板上的插座是一串行通信接口.用來(lái)外接計(jì)算機(jī)。面板上一般設(shè)置有液晶顯示器、信號(hào)燈、鍵盤(pán)、插座14

機(jī)箱背面設(shè)有接線端子排。用于機(jī)箱與外部的連接.例如:交流輸入端子、直流電源輸人端子、網(wǎng)絡(luò)接口、狀態(tài)量輸入、控制信號(hào)輸出等端子。機(jī)箱背面設(shè)有接線端子排。用于機(jī)箱與外部的連接.例15第二章變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)間隔層裝置課件16

裝置的內(nèi)部是由一個(gè)個(gè)印制電路板組成的。在裝置不帶電的情況下，每個(gè)印制電路板一般可以插拔，因此把每個(gè)印制電路板也稱為一個(gè)插件。裝置內(nèi)部各插件做成模塊化，相互之間通過(guò)內(nèi)部總線連接，實(shí)際應(yīng)用中可以根據(jù)其體應(yīng)用場(chǎng)合的需要增、減模塊。同時(shí)軟件功能也可靈活配置。裝置的內(nèi)部是由一個(gè)個(gè)印制電路板組成的。在裝置不帶17第二章變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)間隔層裝置課件18

為保證機(jī)械強(qiáng)度，提高電磁屏蔽能力和裝置散熱效果，保護(hù)、測(cè)控裝置機(jī)箱一般都采用金屬材質(zhì)。由于鋁合金具有質(zhì)量輕、機(jī)械強(qiáng)度高、熱傳導(dǎo)效率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，因此成為制造機(jī)箱的首選材料。為保證機(jī)械強(qiáng)度，提高電磁屏蔽能力和裝置散熱效果，19

例如保護(hù)、測(cè)控裝置主要由主CPU模件、模擬量輸入模件、開(kāi)關(guān)量輸入模件、開(kāi)關(guān)量輸出模件、人機(jī)接口模件(MMI)、電源模件、母板模件、通信接口模件等組成。

四、間隔層裝置典型硬件結(jié)構(gòu)例如保護(hù)、測(cè)控裝置主要由主CPU模件、模擬量輸入20第二章變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)間隔層裝置課件21(一)主CPU模件一般由CPU、存儲(chǔ)器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、Watchdog、外圍支持電路、輸入/輸出控制電路組成。主要完成數(shù)據(jù)采集及計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、控制命令的接收與執(zhí)行、邏輯閉鎖、GPS對(duì)時(shí)等。

(一)主CPU模件22第二章變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)間隔層裝置課件23(二)模擬量輸入/輸出模件

來(lái)自變電站測(cè)控對(duì)象的電壓、電流信號(hào)等是模擬量信號(hào)，即隨時(shí)間連續(xù)變化的物理量。微機(jī)系統(tǒng)是一種數(shù)字電路設(shè)備，只能接受數(shù)字脈沖信號(hào)，所以就需要將這一類(lèi)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。同時(shí)。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站的監(jiān)控，有時(shí)還需要輸出模擬信號(hào)，去驅(qū)動(dòng)模擬調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作。這就需要模擬量輸出回路。(二)模擬量輸入/輸出模件24第二章變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)間隔層裝置課件25第二章變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)間隔層裝置課件26

(三)開(kāi)關(guān)量輸入/輸出模件

開(kāi)關(guān)量輸入/輸出模件由并行口、光電耦合電路及有接點(diǎn)的中間繼電器等組成，主要用于人機(jī)接口、跳合閘信號(hào)、動(dòng)作信號(hào)、告警信號(hào)以及閉鎖信號(hào)等。(四)人機(jī)對(duì)話接口模件

人機(jī)對(duì)話接口模件主要包括顯示、鍵盤(pán)及信號(hào)燈、打印、音響或語(yǔ)言告警等，其主要功能用于人機(jī)對(duì)話。(三)開(kāi)關(guān)量輸入/輸出模件27第二章變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)間隔層裝置課件28(五)通信模件

通信回路的功能主要是完成自動(dòng)化裝置間通信及信息遠(yuǎn)傳調(diào)度（或控制）中心。(六)電源模件

提供整套保護(hù)與測(cè)控裝置中各功能模塊所需要的直流穩(wěn)壓電源，一般利用交流電源經(jīng)整流后產(chǎn)生不同電壓等級(jí)的直流，以保證各個(gè)裝置的可靠供電。(五)通信模件29第二章變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)間隔層裝置課件30第二節(jié)模擬量的采集與處理第二節(jié)模擬量的采集與處理31一、模擬量輸入電路原理簡(jiǎn)述

根據(jù)模數(shù)變換原理的不同，自動(dòng)化裝置中模擬量輸入電路有兩種方式.一是基于逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換方式(ADC)，是直接將模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量的變換方式;二是利用電壓/頻率變換(VFC)原理進(jìn)行模數(shù)變換方式，它是將模擬量電壓先轉(zhuǎn)換為頻率脈沖量，通過(guò)脈沖計(jì)數(shù)變換為數(shù)字量的一種變換形式。一、模擬量輸入電路原理簡(jiǎn)述32

二、基于逐次逼近式A/D變換的模擬量輸入電路

主要包括電壓形成電路、低通濾波電路、采樣保持、多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)及A/D變換芯片五部分。二、基于逐次逼近式A/D變換的模擬量輸入電路33

(一)電壓形成電路

電流互感器(TA)和電壓互感器(TV)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，故需對(duì)它們進(jìn)行變換。其變換原理圖如圖2-7所示。

一般采用中間變換器將由一次設(shè)備電壓互感器二次側(cè)引來(lái)的電壓進(jìn)一步降低，將一次設(shè)備電流互感器二次側(cè)引來(lái)的電流變成交流電壓。然后再經(jīng)低通濾波器及雙向限幅電路變成后面環(huán)節(jié)中A/D轉(zhuǎn)換芯片所允許的電壓。

一般模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片要求輸人信號(hào)電壓為士5V或士lOV.由此可以決定上述各種中間變換器的變比。(一)電壓形成電路34

(一)電壓形成電路

電流互感器(TA)和電壓互感器(TV)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（士5V或士lOV）要求，故需對(duì)它們進(jìn)行變換。

一般采用中間變換器將由一次設(shè)備電壓互感器二次側(cè)引來(lái)的電壓進(jìn)一步降低，將一次設(shè)備電流互感器二次側(cè)引來(lái)的電流變成交流電壓。然后再經(jīng)低通濾波器及雙向限幅電路變成后面環(huán)節(jié)中A/D轉(zhuǎn)換芯片所允許的電壓。

(一)電壓形成電路35第二章變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)間隔層裝置課件36

電壓形成電路除了起電量變換作用外，另一個(gè)重要作用是將一次設(shè)備的電流互感器TA、電壓互感器TV的二次回路與微機(jī)A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)完全電氣隔離，提高杭干擾能力。圖2-7電路中的穩(wěn)壓管組成雙向限幅，使后面環(huán)節(jié)的采樣保持器、A/D變換芯片的輸人電壓限制在峰一峰值士lOV(或士5V)以內(nèi)。電壓形成電路除了起電量變換作用外，另一個(gè)重要作37

圖2-8所示為典型的線路保護(hù)裝置電壓形成回路三相電流、三相電壓、零序電流及輸電線路抽取電壓等的輸入。UL為重合閘中檢無(wú)壓、檢同期元件用的線路側(cè)抽取電壓輸入。如重合閘不投或無(wú)同期問(wèn)題時(shí)，該電壓可以不接入。圖2-8所示為典型的線路保護(hù)裝置電壓形成回路三相38第二章變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)間隔層裝置課件39

(1)連續(xù)時(shí)間信號(hào)的采樣。微機(jī)處理的都是數(shù)字信號(hào)，必須將隨時(shí)間連續(xù)變化的模擬信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)。為此，首先要對(duì)模擬量進(jìn)行采樣。采樣是將一個(gè)連續(xù)的時(shí)間信號(hào)X(t)變成離散的時(shí)間信號(hào)x‘(t).采樣過(guò)程可用圖2-9所示.

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(二)低通濾波器與采樣定理

相鄰兩個(gè)采樣時(shí)刻的時(shí)間間隔稱為采樣周期，通常用TS表示。采樣周期的倒數(shù)就是采樣頻率fs。由于被采樣的信號(hào)x(t)主要是工頻50Hz信號(hào)，通常以工頻每個(gè)周期的采樣點(diǎn)數(shù)來(lái)間接說(shuō)明采樣周期TS或采樣頻率fs。例如若工頻每個(gè)周期采樣點(diǎn)數(shù)為12次.則采樣周期是TS=20/12=5/3(ms)，采樣頻率fs=50X12=600Hz.(二)低通濾波器與采樣定理41第二章變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)間隔層裝置課件42

(1)采樣定理。

若要不丟掉信息地對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣,就必須滿足fS>2fo這一條件。若輸入信號(hào)x(t)含有各種頻率成分，其最高頻率為fMAX，若要對(duì)最高頻率fMAX不失真地采樣，采樣頻率必須不小于2fMAX，也就是說(shuō)，為了使信號(hào)被采樣后不失真還原，采樣頻率必須不小于2倍的輸入信號(hào)的最高頻率，這就是乃奎斯特采樣定理的基本思想。(1)采樣定理。43第二章變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)間隔層裝置課件44(2)低通濾波器的設(shè)置。

對(duì)電壓或電流中所有的高次諧波成分均不失真地采樣，很難實(shí)現(xiàn)，故可以在采樣之前將最高信號(hào)頻率分量限制在一定頻帶內(nèi)。即在采樣前用一個(gè)模擬低通濾波器(ALF)，將fs/2以上的頻率分量濾去即可.模擬低通濾波器可以做成無(wú)源或者有源的。例如，當(dāng)采樣頻率是1000Hz時(shí)，則要求模擬低通濾波器必須濾除輸人信號(hào)大于500Hz的高頻分量;而采樣頻率是600Hz時(shí)，則要求必須濾除輸人信號(hào)大于300HZ的高頻分雖。(2)低通濾波器的設(shè)置。45(三)采樣保持器

是指把輸入模擬信號(hào)的瞬時(shí)值采集并記錄下來(lái)，并按所需的要求準(zhǔn)確地保持一段時(shí)間，供模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D使用。對(duì)于采用逐次比較式模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，因模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D的工作需要一定的轉(zhuǎn)換時(shí)間，因此，需要使用采樣保持器。(三)采樣保持器46(四)摸擬量多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(MPX)

在實(shí)際的數(shù)據(jù)采集模塊中，被測(cè)量往往可能是幾路或幾十路，為了共用A/D轉(zhuǎn)換器而節(jié)省硬件，可以利用多路開(kāi)關(guān)輪流切換各被測(cè)量與A/D轉(zhuǎn)換電路的通路，達(dá)到分時(shí)轉(zhuǎn)換的目的，即每次只選通一路，接至A/D轉(zhuǎn)換器。

(四)摸擬量多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(MPX)47第二章變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)間隔層裝置課件48(五)模/數(shù)變換(A/D)

A/D變換器主要有以下幾種類(lèi)型:逐次逼近型、積分型、計(jì)數(shù)型、并行比較型等。在微機(jī)監(jiān)控和微機(jī)保護(hù)中最常用的是逐次逼近型原理實(shí)現(xiàn)的(五)模/數(shù)變換(A/D)49三、基于V/F轉(zhuǎn)換的模擬量輸入回路(一)VFC型A/D變換簡(jiǎn)述

電壓一頻率變換技術(shù)(VFC)的原理是將輸入的電壓模擬量線性地變換為數(shù)字脈沖式的頻率f使產(chǎn)生的脈沖頻率正比于輸入電壓的大小，然后在固定的時(shí)間內(nèi)用計(jì)數(shù)器對(duì)脈沖數(shù)目進(jìn)行計(jì)數(shù)，使CPU讀入。三、基于V/F轉(zhuǎn)換的模擬量輸入回路(一)VFC型A/D變50第二章變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)間隔層裝置課件51四、模擬量數(shù)據(jù)的前置處理

計(jì)算機(jī)采集的模擬量種類(lèi)繁多，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器變換成數(shù)字量后送計(jì)算機(jī)后，還要進(jìn)行一系列簡(jiǎn)單處理(即前置處理)，然后存入數(shù)據(jù)庫(kù)保存。數(shù)據(jù)前置處理流程如圖2-17所示。四、模擬量數(shù)據(jù)的前置處理計(jì)算機(jī)采集的模擬量種類(lèi)繁52

1.標(biāo)度交換

進(jìn)入A/D的信號(hào)一般是電平信號(hào)，但其意義卻有所不同，例如同樣是5V電壓，可以代表900變壓器溫度，也可以代表500A電流或110kV電壓等。因此，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的同一數(shù)字最所代表的物理意義是很不相同的.所以要由計(jì)算機(jī)乘上不同的系數(shù)進(jìn)行標(biāo)度變換。把它們恢復(fù)到原來(lái)的量值。1.標(biāo)度交換532.數(shù)據(jù)的有效性檢驗(yàn)

其目的是判斷采入的數(shù)據(jù)是否有明顯的出錯(cuò)或人為干擾信號(hào)等?？筛鶕?jù)物理量的特性來(lái)判斷，例如:(1)變化緩慢的參數(shù)，可用同一參數(shù)前、后周期的變化從來(lái)判斷。(2)利用相關(guān)參數(shù)間的關(guān)系互相校核。(3)對(duì)于一些重要參數(shù)，可以用兩個(gè)測(cè)點(diǎn)或在同一測(cè)點(diǎn)上裝兩臺(tái)變送器。用它們之問(wèn)的差值進(jìn)行校核。(4)限制判斷。各種數(shù)據(jù)，當(dāng)超過(guò)其可能最大變化范圍時(shí)，該數(shù)據(jù)為不可信的。2.數(shù)據(jù)的有效性檢驗(yàn)543.線性化處理有的變送器的輸出信號(hào)與被測(cè)參數(shù)之間可能是非線性關(guān)系，為了提高測(cè)量精度，可采取線性擬合措施，以消除傳感器或轉(zhuǎn)換過(guò)程引起的非線性誤差。3.線性化處理554.數(shù)字濾波

輸入的信號(hào)中?；祀s有各種頻率的干擾信號(hào)。而數(shù)字濾波器可以對(duì)極低頻率的干擾信號(hào)進(jìn)行濾波，彌補(bǔ)了RC濾波器不足。數(shù)字濾波就是在計(jì)算機(jī)中用一定的計(jì)算方法對(duì)輸入信號(hào)的量化數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)處理，減少干擾在有用信號(hào)中的比重，提高信號(hào)的真實(shí)性。這是一種軟件方法，對(duì)濾波算法的選擇、濾波系數(shù)的調(diào)整都有極大的靈活性，因此在模擬量的處理上廣泛采用。4.數(shù)字濾波56第三節(jié)開(kāi)關(guān)量的輸入與輸出第三節(jié)開(kāi)關(guān)量的輸入與輸出57

在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，除模擬信號(hào)外，還有大量的開(kāi)關(guān)量信號(hào)，如斷路器、隔離開(kāi)關(guān)的狀態(tài).某些數(shù)值的限內(nèi)或越限，以及人機(jī)聯(lián)系的功能鍵的狀態(tài)等。開(kāi)關(guān)量輸入電路的基本功能就是將這些開(kāi)關(guān)量信號(hào)引入微機(jī)系統(tǒng)。輸出電路主要是將CPU送出的數(shù)字信號(hào)或數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、控制或調(diào)節(jié)。如斷路器跳閘命令和光字牌、報(bào)警信號(hào)等。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，除模擬信號(hào)外，還有大量的開(kāi)關(guān)量58一、開(kāi)關(guān)量分類(lèi)

開(kāi)關(guān)量輸入也稱為狀態(tài)量輸入或數(shù)字量輸入，其基本原理是將來(lái)自被監(jiān)控對(duì)象的各種無(wú)源觸點(diǎn)信號(hào)經(jīng)過(guò)光電耦合電路隔離后變?yōu)槎M(jìn)制信號(hào)。測(cè)控裝置采集的開(kāi)關(guān)量信息主要有:

（1）單位置信號(hào)。主要指被監(jiān)控對(duì)象產(chǎn)生的一些告警信號(hào)，如彈簧未儲(chǔ)能、斷路器SF6泄露、變壓器瓦斯告警、保護(hù)裝置和自動(dòng)裝置的動(dòng)作或告警信號(hào)、交直流屏的告警信號(hào)等.一、開(kāi)關(guān)量分類(lèi)59

(2)雙位置信號(hào)。一個(gè)遙信量由兩個(gè)相反的狀態(tài)信號(hào)表示，一個(gè)來(lái)自動(dòng)合觸點(diǎn)，另一個(gè)來(lái)自動(dòng)斷觸點(diǎn)。用兩位二進(jìn)制代碼來(lái)表示.“10”和"01”為有效代碼，分別表示合位和分位;"11”和‘'00"為無(wú)效代碼。比單位置信號(hào)多1倍的信息量，增加了抗干擾能力和傳輸過(guò)程中的可靠性。

目前高壓/超高壓電氣間隔的斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)的位置信號(hào)均采用雙位置觸點(diǎn)采集，而在中低壓系統(tǒng)中，除了斷路器仍采用雙位置信號(hào)外，隔離開(kāi)關(guān)和接地開(kāi)關(guān)可采用單位置信號(hào)，以節(jié)省測(cè)控裝置須配備的開(kāi)入點(diǎn)數(shù)。(2)雙位置信號(hào)。一個(gè)遙信量由兩個(gè)相反的狀態(tài)信號(hào)60

(3)編碼信號(hào)。該類(lèi)信號(hào)在變電站使用較少，一般僅用于變壓器或消弧線圈擋位信號(hào)的采集，檔位信息多采用BCD編碼方式。每位BCD碼用4位二進(jìn)制信號(hào)表示，變壓器檔位一般不會(huì)超過(guò)19擋，用5個(gè)二進(jìn)制位即可準(zhǔn)確表示檔位數(shù)，占用5個(gè)開(kāi)入量.例如6擋、12擋、18擋用BCD編碼表示分別為00110,10010,11000。(3)編碼信號(hào)。該類(lèi)信號(hào)在變電站使用較少，一般僅61

(4)脈沖量輸入。脈沖量輸入一般采集統(tǒng)計(jì)電能量，用于接收脈沖式電能表的脈沖輸出，并累加后上送至變電站綜自的站控層。由于存在脈沖易丟失，且丟失后須人工置效校正等諸多缺陷，脈沖量輸入方式和脈沖式電能表基本被淘汰，取而代之的是智能型電能表，通過(guò)RS-485串行通信方式讀取電能量。(4)脈沖量輸入。脈沖量輸入一般采集統(tǒng)計(jì)電能量，62二、開(kāi)關(guān)量輸入電路配置圖二、開(kāi)關(guān)量輸入電路配置圖631.濾波消抖電路與信號(hào)調(diào)節(jié)電路

當(dāng)開(kāi)關(guān)量作為輸入信號(hào)，因長(zhǎng)線及空間產(chǎn)生干擾信號(hào)時(shí)，可能會(huì)使?fàn)顟B(tài)發(fā)生錯(cuò)誤。為此，需增加濾波消抖電路與信號(hào)調(diào)節(jié)電路，消除噪聲的影響。1.濾波消抖電路與信號(hào)調(diào)節(jié)電路64

2.光電隔離技術(shù)的應(yīng)用

(1)光電隔離。最常用的是利用光電耦合器作為開(kāi)關(guān)量輸入計(jì)算機(jī)的隔離器件時(shí)。當(dāng)有輸入信號(hào)時(shí)、二極管導(dǎo)通，發(fā)出光束，使光敏三極管飽和導(dǎo)通，于是輸出端U0表現(xiàn)一定電位。

在光電耦合器件中，信息的傳遞介質(zhì)為光，沒(méi)有電的直接聯(lián)系，它不受電磁信號(hào)干擾，所以隔離效果比較好.2.光電隔離技術(shù)的應(yīng)用65第二章變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)間隔層裝置課件66(2)繼電器隔離

利用現(xiàn)場(chǎng)斷路器或隔離開(kāi)關(guān)的輔助觸點(diǎn)去啟動(dòng)小信號(hào)繼電器，然后將小信號(hào)繼電器的觸點(diǎn)輸入至微機(jī)系統(tǒng).(2)繼電器隔離67三、開(kāi)關(guān)量變位的檢測(cè)

變電站斷路器的狀態(tài)平時(shí)一般很少變動(dòng)，沒(méi)有必要重復(fù)發(fā)送給變電站層或調(diào)度端。但是.一旦變電站故障或其他原因使斷路器動(dòng)作，其狀態(tài)發(fā)生變化，必須及時(shí)傳向變電站層或調(diào)度端。因此，開(kāi)關(guān)量信息一般可采用無(wú)變位時(shí)不發(fā)送;一旦發(fā)生變位，則插入傳送的方式。

三、開(kāi)關(guān)量變位的檢測(cè)變電站斷路器的狀態(tài)平時(shí)一般很68

檢查設(shè)備狀態(tài)是否變位，常采用軟件定時(shí)掃查和變位觸發(fā)。在軟件掃查方式中，CPU不斷掃查各斷路器的狀態(tài)，如發(fā)現(xiàn)有變位就予以處理。在硬件變位觸發(fā)中斷方式中，以專用的硬件對(duì)斷路器位置狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視.如發(fā)現(xiàn)變位就申請(qǐng)中斷，由CPU進(jìn)行處理。

69

開(kāi)關(guān)量定時(shí)掃查模式，如果采集的開(kāi)關(guān)量大。同時(shí)要求分辨率高，則會(huì)加重CPU的負(fù)荷，影響CPU對(duì)其他中斷的響應(yīng)速度.通常采用智能開(kāi)關(guān)量采集.即用一CPU專門(mén)負(fù)責(zé)開(kāi)關(guān)量采集，構(gòu)成多CPU系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

70第四節(jié)間隔層裝置軟件常用算法介紹第四節(jié)間隔層裝置軟件常用算法介紹71

間隔層的智能化裝置的功能主要靠軟件實(shí)現(xiàn)。本節(jié)以微機(jī)保護(hù)裝置為例描述軟件結(jié)構(gòu)及常用算法。間隔層的智能化裝置的功能主要靠軟件實(shí)現(xiàn)。72一、微機(jī)保護(hù)的程序結(jié)構(gòu)一、微機(jī)保護(hù)的程序結(jié)構(gòu)73

程序的整體結(jié)構(gòu)主要包括主程序、采樣中斷服務(wù)程序和故障處理程序。正常時(shí)運(yùn)行主程序，同時(shí)每隔5/3ms采樣間隔時(shí)間(每周期采樣12點(diǎn))執(zhí)行一次采樣中斷服務(wù)程序。在采樣程序中進(jìn)行模擬量采集與濾波、開(kāi)關(guān)量的采集等，并判斷相電流差突變量啟動(dòng)元件是否動(dòng)作。

程序的整體結(jié)構(gòu)主要包括主程序、采樣中斷服務(wù)程序和74

如果啟動(dòng)元件不動(dòng)作，采樣中斷程序執(zhí)行完后，正常返問(wèn)主程序。如果啟動(dòng)元件動(dòng)作，采樣中斷程序執(zhí)行完后轉(zhuǎn)入執(zhí)行故障處理程序。在此過(guò)程中，依然每隔5/3ms采樣間隔時(shí)間執(zhí)行一次采樣中斷服務(wù)程序，直到保護(hù)整組復(fù)歸，返回正常運(yùn)行的主程序.如果啟動(dòng)元件不動(dòng)作，采樣中斷程序執(zhí)行完后，正常返75

另外，微機(jī)保護(hù)裝置軟件系統(tǒng)除實(shí)現(xiàn)各種繼電保護(hù)功能以外.還具有其他功能:(1)測(cè)量功能:包括電流、電壓、相電壓頻率、有功和無(wú)功以及電能和功率因數(shù)等。(2)控制功能:包括斷路器和隔離開(kāi)關(guān)的控制，可調(diào)節(jié)設(shè)備的狀態(tài)控制，自動(dòng)重合閘功能等.(3)狀態(tài)監(jiān)測(cè):包括操作計(jì)數(shù)、氣體壓力監(jiān)測(cè)、斷路器跳合閘、電氣老化監(jiān)測(cè)、斷路器運(yùn)行時(shí)間記錄等。

另外，微機(jī)保護(hù)裝置軟件系統(tǒng)除實(shí)現(xiàn)各種繼電保護(hù)功能76二、算法概念

所謂算法，就是計(jì)算機(jī)將連續(xù)型的電壓、電流等模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)離散采樣和模數(shù)變換成為可用計(jì)算機(jī)處理的數(shù)字量后，對(duì)這些數(shù)字量進(jìn)行分析、計(jì)算。從而得到所需電氣參數(shù)，并實(shí)現(xiàn)各種保護(hù)和監(jiān)控功能的方法。

二、算法概念所謂算法，就是計(jì)算機(jī)將連續(xù)型的電77

研究算法的作用主要有兩個(gè):第一是提高運(yùn)算的精確度。運(yùn)算精度的研究。保證自動(dòng)化裝置的判斷和動(dòng)作的準(zhǔn)確性.第二是提高運(yùn)算的速度。保證自動(dòng)化裝置的動(dòng)作速度.然而提高運(yùn)算速度和提高運(yùn)算精度是一對(duì)矛盾的。往往需要在速度與精度之間進(jìn)行權(quán)衡。研究算法的作用主要有兩個(gè):第一是提高運(yùn)算的精確度78三、保護(hù)和監(jiān)控裝置常用算法介紹

1.基于正弦函數(shù)模型的算法—半周積分算法

半周積分算法的依據(jù)是一個(gè)正弦量在任意半周期的絕對(duì)值的積分是一常數(shù)S，并且積分值S和其相角a無(wú)關(guān).積分的起始點(diǎn)無(wú)論從0或從a角開(kāi)始，積分半周期的絕對(duì)值總是常數(shù)。三、保護(hù)和監(jiān)控裝置常用算法介紹1.基于正弦函數(shù)模型的算法—79據(jù)此，半周期的面積可寫(xiě)為據(jù)此，半周期的面積可寫(xiě)為80

只要采樣點(diǎn)數(shù)N足夠多，用梯形法近似積分的誤差可以做到很小。半周期積分算法本身具有一定的高頻分量濾除能力.因?yàn)榀B加在基波上的高頻分量在半周期積分中其對(duì)稱的正負(fù)半周互相抵消，剩余的未被抵消部分占的比重就很小了。但這種算法不能抑制直流分量，可配一個(gè)簡(jiǎn)單的差分濾波器來(lái)抑制電流中的非周期分量(直流分量)。只要采樣點(diǎn)數(shù)N足夠多，用梯形法近似積分的誤差可以81

半周積分算法用求和代替積分，因此必然帶來(lái)誤差。不能滿足監(jiān)控系統(tǒng)測(cè)量精度的要求。但在微機(jī)保護(hù)中，利用其運(yùn)算量少的特點(diǎn)，可作為微機(jī)保護(hù)的啟動(dòng)算法。例如微機(jī)距離保護(hù)的電流啟動(dòng)元件常常采用半周積分法計(jì)算的。半周積分算法用求和代替積分，因此必然帶來(lái)誤差。不能822.基于周期函數(shù)模型的算法—傅氏變換算法(1)傅氏變換算法的基本原理。半周積分算法的局限性是要求采樣的波形為正弦波。當(dāng)被采樣的模擬量不是正弦波而是一個(gè)周期性時(shí)間函數(shù)時(shí)，可采用傅氏變換算法。傅氏變換算法來(lái)自于傅里葉級(jí)數(shù)，即一個(gè)周期性函數(shù)i(t)可以用傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)為各次諧波的正弦項(xiàng)和余弦項(xiàng)之和，計(jì)算式為2.基于周期函數(shù)模型的算法—傅氏變換算法(1)傅氏變換算法83基波分量可表示為一般表達(dá)式表示為基波分量可表示為84a1和b1可以根據(jù)傅氏級(jí)數(shù)的逆變換求得a1和b1可以根據(jù)傅氏級(jí)數(shù)的逆變換求得85計(jì)算機(jī)求a1、b1如果采樣點(diǎn)選N=12計(jì)算機(jī)求a1、b1如果采樣點(diǎn)選N=1286在算出a1和b1后.在算出a1和b1后.87

(2)傅氏變換算法的濾波特性。傅氏算法能完全濾除各種高次諧波和純直流分量。但實(shí)際上電流中的非周期分量不是純直流而是按指數(shù)規(guī)律衰減的。由于它的非周期性，使得傅氏算法雖然對(duì)這些分量有一定的抑制能力，但不能完全濾除這種按指數(shù)規(guī)律衰減的非周期分量包含的低頻分量及非整次高頻分量。因此傅氏算法還必須輔以前級(jí)差分濾波.才能具有較高的精確度。

(2)傅氏變換算法的濾波特性。傅氏算法能完全濾除88(3)基于傅氏變換算法的功率算法。

根據(jù)傅氏變換算法求出的電流和電壓相量的實(shí)部與虛部來(lái)計(jì)算有功和無(wú)功功率、功率因數(shù)等。(3)基于傅氏變換算法的功率算法。

根據(jù)傅氏變換算法89

(4)基于傅氏變換算法的濾序算法。

在微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)中，除了要計(jì)算電流、電壓的正序分量外，還要計(jì)算出負(fù)序或零序分量。微機(jī)保護(hù)可利用負(fù)序、零序分量的大小來(lái)啟動(dòng)保護(hù)裝置。監(jiān)控系統(tǒng)可監(jiān)視系統(tǒng)不對(duì)稱程度或不平衡程度。

在利用傅氏變換算法計(jì)算出三相電流或電壓基波分量的實(shí)部與虛部后，可以方便地得到負(fù)序和零序分量。(4)基于傅氏變換算法的濾序算法。901)零序分量計(jì)算.1)零序分量計(jì)算.91

2)負(fù)序分量汁算。2)負(fù)序分量汁算。923.解微分方程算法

(1)基本原理。解微分方程算法僅用于計(jì)算阻杭。以應(yīng)用于線路距離保護(hù)為例.它假設(shè)被保護(hù)線路的分布電容可以忽略，因而從故障點(diǎn)到保護(hù)安裝處的線路阻抗可用一電阻和電感串聯(lián)電路來(lái)表示.于是在短路時(shí)下列微分方程成立3.解微分方程算法(1)基本原理。解微分方程算法僅用于計(jì)93第二章變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)間隔層裝置課件94第二章變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)間隔層裝置課件954.突變量電流算法

在目前使用的高壓輸電線路的微型機(jī)保護(hù)裝置中，使用突變量電流元件來(lái)啟動(dòng)微機(jī)繼電保護(hù)的故障處理元件。(1)啟動(dòng)元件算法。在高壓輸電線路的微機(jī)型繼電保護(hù)裝置中采用兩相電流差的突變量作為啟動(dòng)元件的。其算法是4.突變量電流算法在目前使用的高壓輸電線路的微型96第二章變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)間隔層裝置課件97第二章變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)間隔層裝置課件98利用相電流差即線電流突變量啟動(dòng)方法有以下兩種好處:

1）提高了啟動(dòng)元件對(duì)于各種相間故障動(dòng)作的靈敏度.2)提高了抗共模于擾的能力。即兩相電流差可抵消在兩相的模擬量數(shù)據(jù)采集通道上的共模干擾。

利用相電流差即線電流突變量啟動(dòng)方法有以下兩種好處:1）提99四、數(shù)字濾波器及其應(yīng)用

所謂濾波是從含有噪聲的信號(hào)中提取有用信號(hào)的過(guò)程。模擬濾波器是應(yīng)用無(wú)源或有源電路元件組成的一個(gè)物理裝置或系統(tǒng);數(shù)字濾波器是將模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量，進(jìn)行某種數(shù)學(xué)運(yùn)算去掉信號(hào)中的無(wú)用成分。四、數(shù)字濾波器及其應(yīng)用所謂濾波是從含有噪聲的信100

采用數(shù)字濾波器可以極大限度的抑制各種非工頻分量，以提高計(jì)算精度。所以微機(jī)保護(hù)幾乎毫無(wú)例外地采用了數(shù)字濾波器。

數(shù)字濾波器與模擬濾波器相比具有如下優(yōu)點(diǎn):采用數(shù)字濾波器可以極大限度的抑制各種非工頻分101

(1）因其不需要物理元件，故不存在著元件特性的差異。(2)具有良好的可靠性，穩(wěn)定性，頻率范圍寬。不存在元件老化問(wèn)題，溫度變化對(duì)數(shù)字濾波器特性沒(méi)有影響。(3)具有相當(dāng)好的工作靈活性，當(dāng)要改變?yōu)V波特性時(shí)，只要改變程序中的算法或某些濾波系數(shù)即可實(shí)現(xiàn)。(4)因其不需要物理元件，將不存在阻抗匹配的問(wèn)題。(5)提高保護(hù)的精度.采用數(shù)字濾波器可以極大限度的抑制各種非工頻分量，數(shù)字濾波器和算法的有機(jī)結(jié)合可以使繼電保護(hù)的性能得到提高。(6)易于實(shí)現(xiàn)小型化、集成化、標(biāo)準(zhǔn)化。(1）因其不需要物理元件，故不存在著元件特性的差異。1023.數(shù)字濾波器的構(gòu)成按數(shù)字濾波器的構(gòu)成方式可把它分成兩類(lèi):(1）遞歸式數(shù)字濾波器.該種數(shù)字濾波器的輸出值不但取決于輸入值和過(guò)去的輸入值，而且還取決于過(guò)去的輸出值;(2)非遞歸式數(shù)字濾波器.該種數(shù)字濾波器的輸出值僅取決于輸入值。3.數(shù)字濾波器的構(gòu)成按數(shù)字濾波器的構(gòu)成方式可把它分成兩類(lèi):1034.幾種常用的數(shù)字濾波器(1)差分濾波器(減法濾波器)。

其數(shù)據(jù)窗長(zhǎng)度為K(或KTS)。它表明該濾波器與前行輸出無(wú)關(guān)，所以這種濾波器是非遞歸型數(shù)字濾波器。4.幾種常用的數(shù)字濾波器(1)差分濾波器(減法濾波器104第二章變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)間隔層裝置課件105

差分濾波器有如下特點(diǎn):

1)因任兩點(diǎn)采樣值中所含的直流成分相同(不考慮衰減)，故差分后對(duì)應(yīng)的直流輸出為零，因此，差分濾波器能消除直流分量。2)差分濾波器能濾除m次及m的整倍數(shù)次諧波。當(dāng)m=1時(shí)，能消除基波及各次諧波，若輸入信號(hào)中含有直流、基波及基波的整倍數(shù)次諧波，則在穩(wěn)態(tài)輸入時(shí)，濾波器的輸出為零。這一特點(diǎn)在保護(hù)中常被用作增量元件。在電力系統(tǒng)正常時(shí)或故障進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后.濾波器的輸出為零.在故障后的KTS時(shí)間內(nèi)，濾波器有輸出。此時(shí)輸出的是故障后的參數(shù)與故障前的負(fù)荷參數(shù)之差.這就是故障分量.其輸出持續(xù)20ms(工頻一周)。差分濾波器有如下特點(diǎn):106

3)當(dāng)采用差分濾波器濾除短路電流中的諧波分量時(shí)。必須在短路發(fā)生后.經(jīng)過(guò)KTS的時(shí)間才開(kāi)始正確反映短路后的電流。在此之前，反映的是短路前的狀態(tài).因此.該濾波器有KTS的延時(shí)，K值越大〔Ts已定)，延時(shí)越長(zhǎng)，即數(shù)據(jù)窗延時(shí)越長(zhǎng)。故在選擇濾波器時(shí)，在保證濾波效果的同時(shí)，應(yīng)盡量減小數(shù)據(jù)窗長(zhǎng)度。

4)差分濾波器只需做減法，因此算法簡(jiǎn)單，運(yùn)算工作量小。3)當(dāng)采用差分濾波器濾除短路電流中的諧波分量時(shí)。107（2）加法濾波器加法濾波器的數(shù)學(xué)模型就是減法濾波器的減運(yùn)算變?yōu)榧舆\(yùn)算，其表達(dá)式為（2）加法濾波器加法濾波器的數(shù)學(xué)模型就是減法濾波器的減運(yùn)算變108

加法濾波器有如下特點(diǎn):

1)與差分濾波器比較，數(shù)據(jù)窗短，為工頻周期的1/2.

2)因是前后兩個(gè)采樣值相加.故不能消除直流分量，這是它的一大缺點(diǎn)。

3)加法濾波器只進(jìn)行加法運(yùn)算.故簡(jiǎn)單.工作量小。加法濾波器有如下特點(diǎn):109(3)積分濾波器。

積分濾波器是任意時(shí)刻nTS的輸出是由此時(shí)刻的采樣值與前K個(gè)采樣值相加得.即

所以上式右邊實(shí)際上是表示曲線x(t)與橫坐標(biāo)(K+1)Ts區(qū)間所圍成的面積.也就是積分.(3)積分濾波器。積分濾波器是任意時(shí)刻nTS的輸110第二章變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)間隔層裝置課件111

很顯然.若積分區(qū)間長(zhǎng)度正好為某次諧波的周期或周期的整倍數(shù).則在此區(qū)間內(nèi)，該次諧波積分的結(jié)果是正負(fù)半波所圍成的面積正好抵消，因此，濾波器對(duì)應(yīng)于該次諧波無(wú)輸出.即將該次諧波濾去。

對(duì)于某些高頻分量，盡管積分區(qū)間與其周期不成整倍數(shù)關(guān)系，但由于在積分區(qū)間內(nèi)，高頻分量的正負(fù)面積相互抵消了很多.不能被抵消的部分已經(jīng)較小了.所以其輸出就很小，因此，積分濾波器具有抑制高頻分量的作用。很顯然.若積分區(qū)間長(zhǎng)度正好為某次諧波的周期或周期的112五、算法的選擇標(biāo)準(zhǔn)1.衡量算法優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)

衡量各種算法的優(yōu)缺點(diǎn)。主要指標(biāo)可以歸納為計(jì)算精度、響應(yīng)時(shí)間和運(yùn)算量。

參數(shù)計(jì)算的準(zhǔn)確性關(guān)系到裝置的動(dòng)作行為是否正確。算法的計(jì)算速度則直接決定著裝置的動(dòng)作速度.算法的計(jì)算速度包含有兩方面的含義:一是指算法的數(shù)據(jù)窗長(zhǎng)度，即需要采用多少個(gè)采樣數(shù)據(jù)才能計(jì)算出所需的參數(shù)值;二是指算法的計(jì)算量，算法越復(fù)雜.運(yùn)算量也越大.計(jì)算時(shí)間也越長(zhǎng)。五、算法的選擇標(biāo)準(zhǔn)1.衡量算法優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)1132.算法的選擇

微機(jī)監(jiān)控和微機(jī)保護(hù)中對(duì)算法的要求有所不同。微機(jī)監(jiān)控中不僅需要計(jì)算電流、電壓的有效值，還需要計(jì)算有功功率和無(wú)功功率等，因此輔以差分濾波器的傅氏算法往往被采用。

對(duì)于微機(jī)保護(hù)則需要根據(jù)對(duì)象保護(hù)類(lèi)型、電壓等級(jí)等的不同來(lái)選擇不同的算法。就要求輸入信號(hào)為純基波分量的一類(lèi)算法來(lái)說(shuō)可用于輸入信號(hào)中暫態(tài)分量不多或計(jì)算精度要求不高的保護(hù)中。另外，也可作為復(fù)雜保護(hù)的啟動(dòng)元件的算法。解微分方程算法只能用于計(jì)算阻抗，因此多用于線路保護(hù)。全周傅氏算法、最小二乘法算法還常應(yīng)用于發(fā)電機(jī)、變壓器的差動(dòng)保護(hù)和后備電流、電壓保護(hù)以及

一些相序分量組成的保護(hù)中。2.算法的選擇114本章結(jié)束本章結(jié)束115第二章變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)間隔層裝置課件116第二章變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)間隔層裝置第二章變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)間隔層裝置117第一節(jié)間隔層裝置簡(jiǎn)述第一節(jié)間隔層裝置簡(jiǎn)述118一、間隔層裝置配置

間隔層裝置是面向電氣間隔的配置，即對(duì)應(yīng)于一次系統(tǒng)的每一個(gè)電氣間隔，分別布置有一個(gè)或多個(gè)智能電子裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)該間隔的測(cè)量、控制、保護(hù)及其他任務(wù)，這就是間隔層裝置。通常把斷路器或電氣元件(如主變壓器、母線等)作為電氣間隔劃分的依據(jù)。一個(gè)典型高壓變電站內(nèi)主要包括線路間隔、母聯(lián)間隔、主變壓器問(wèn)隔、電容(電抗)間隔、站用變壓器間隔、母線間隔等。一、間隔層裝置配置119

120

間隔層裝置優(yōu)點(diǎn):裝置故障產(chǎn)生的影響被限定在本間隔范圍內(nèi)，不會(huì)波及其他電氣間隔；監(jiān)控對(duì)象由整個(gè)變電站縮小為某個(gè)電氣間隔，減小了裝置體積的同時(shí)也使裝置安裝方式更加靈活。間隔層裝置優(yōu)點(diǎn):裝置故障產(chǎn)生的影響被限定在本間121

間隔層裝置功能：直接采集和處理現(xiàn)場(chǎng)的原始數(shù)據(jù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送給站控級(jí)后臺(tái)計(jì)算機(jī)，同時(shí)接收站控層發(fā)出的控制操作命令；間隔層也可獨(dú)立完成對(duì)斷路器和隔離開(kāi)關(guān)的控制操作。

間隔層裝置通常安裝在各繼電器小室。間隔層裝置功能：直接采集和處理現(xiàn)場(chǎng)的原始數(shù)據(jù)，通122間隔層裝置(或稱為間隔層單元)即智能電子裝置IED，大致可分成以下幾類(lèi):

(1)保護(hù)裝置。主要完成對(duì)該電氣間隔設(shè)備的保護(hù)任務(wù)，如輸電線路保護(hù)裝置、變壓器保護(hù)裝置、母線保護(hù)裝置、斷路器保護(hù)裝置等。有的保護(hù)裝置除了完成保護(hù)功能外，還具有其他功能，如重合閘功能、故障錄波及用于切除本線路的低頻減載等功能。二、間隔層裝置分類(lèi)間隔層裝置(或稱為間隔層單元)即智能電子裝置IED123

(2)測(cè)控裝置。測(cè)控裝置，主要完成該電氣間隔的電氣量的測(cè)量、設(shè)備控制(包括斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)、有載調(diào)壓變壓器分接頭調(diào)節(jié)等)等任務(wù)。(2)測(cè)控裝置。測(cè)控裝置，主要完成該電氣間隔的電氣124

(3)保護(hù)測(cè)控綜合裝置。一般用于中低壓(110kV以下)系統(tǒng)中，例如輸電線路保護(hù)測(cè)控裝置、變壓器后備保護(hù)測(cè)控裝置、電容器保護(hù)測(cè)控裝置等。它們主要用于完成相應(yīng)的電氣間隔中設(shè)備的保護(hù)、測(cè)量及斷路器、隔離開(kāi)關(guān)等的控制等，降低了裝置成本并減少了二次電纜使用數(shù)量。對(duì)于高壓和超高壓間隔，為保證保護(hù)功能的可靠性，目前仍采用保護(hù)和測(cè)控功能各自獨(dú)立配置的模式。(3)保護(hù)測(cè)控綜合裝置。一般用于中低壓(110k125

(4)公共間隔層裝置。在變電站中有一些公共信號(hào)及其測(cè)量值，如直流系統(tǒng)故障信號(hào)、直流屏交流失壓、所用電切換信號(hào)、通信電源故障、火災(zāi)報(bào)瞥動(dòng)作信號(hào)、保安報(bào)警信號(hào)等。需要一個(gè)或幾個(gè)裝置來(lái)進(jìn)行相關(guān)信號(hào)的采集和處理。

(4)公共間隔層裝置。在變電站中有一些公共信號(hào)及其126

(5)自動(dòng)裝置。如備用電源自動(dòng)投人裝置、電壓無(wú)功控制裝置等。

(6)操作切換裝置以及其他的智能設(shè)備和附屬設(shè)備。(5)自動(dòng)裝置。如備用電源自動(dòng)投人裝置、電壓無(wú)功控制127

隨著CPU運(yùn)算能力和超大規(guī)模集成電路制造水平的不斷提高，保護(hù)和側(cè)控功能相互融合是大勢(shì)所趨，將來(lái)保護(hù)測(cè)控合一裝置也會(huì)逐步在高壓、超高壓電氣間隔得到應(yīng)用。隨著CPU運(yùn)算能力和超大規(guī)模集成電路制造水平的不斷128三、間隔層裝置箱體

保護(hù)與測(cè)控裝置采用機(jī)箱式結(jié)構(gòu)，每套裝置由一個(gè)或幾個(gè)箱體組成。三、間隔層裝置箱體保護(hù)與測(cè)控裝置采用機(jī)箱式結(jié)構(gòu)129

面板上一般設(shè)置有液晶顯示器、信號(hào)燈、鍵盤(pán)、插座和信號(hào)復(fù)歸按鈕等。其中:液晶顯示器可以用來(lái)顯示裝置的菜單、電氣接線、運(yùn)行參數(shù)、開(kāi)關(guān)狀態(tài)等信息;信號(hào)燈用于發(fā)出裝置動(dòng)作、重合閘動(dòng)作、告警等信號(hào);鍵盤(pán)可以進(jìn)行參數(shù)設(shè)定、控制操作、事件查詢等操作;信號(hào)復(fù)歸按鈕用來(lái)復(fù)歸程序、信號(hào)等;面板上的插座是一串行通信接口.用來(lái)外接計(jì)算機(jī)。面板上一般設(shè)置有液晶顯示器、信號(hào)燈、鍵盤(pán)、插座130

機(jī)箱背面設(shè)有接線端子排。用于機(jī)箱與外部的連接.例如:交流輸入端子、直流電源輸人端子、網(wǎng)絡(luò)接口、狀態(tài)量輸入、控制信號(hào)輸出等端子。機(jī)箱背面設(shè)有接線端子排。用于機(jī)箱與外部的連接.例131第二章變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)間隔層裝置課件132

裝置的內(nèi)部是由一個(gè)個(gè)印制電路板組成的。在裝置不帶電的情況下，每個(gè)印制電路板一般可以插拔，因此把每個(gè)印制電路板也稱為一個(gè)插件。裝置內(nèi)部各插件做成模塊化，相互之間通過(guò)內(nèi)部總線連接，實(shí)際應(yīng)用中可以根據(jù)其體應(yīng)用場(chǎng)合的需要增、減模塊。同時(shí)軟件功能也可靈活配置。裝置的內(nèi)部是由一個(gè)個(gè)印制電路板組成的。在裝置不帶133第二章變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)間隔層裝置課件134

為保證機(jī)械強(qiáng)度，提高電磁屏蔽能力和裝置散熱效果，保護(hù)、測(cè)控裝置機(jī)箱一般都采用金屬材質(zhì)。由于鋁合金具有質(zhì)量輕、機(jī)械強(qiáng)度高、熱傳導(dǎo)效率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，因此成為制造機(jī)箱的首選材料。為保證機(jī)械強(qiáng)度，提高電磁屏蔽能力和裝置散熱效果，135

例如保護(hù)、測(cè)控裝置主要由主CPU模件、模擬量輸入模件、開(kāi)關(guān)量輸入模件、開(kāi)關(guān)量輸出模件、人機(jī)接口模件(MMI)、電源模件、母板模件、通信接口模件等組成。

四、間隔層裝置典型硬件結(jié)構(gòu)例如保護(hù)、測(cè)控裝置主要由主CPU模件、模擬量輸入136第二章變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)間隔層裝置課件137(一)主CPU模件一般由CPU、存儲(chǔ)器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、Watchdog、外圍支持電路、輸入/輸出控制電路組成。主要完成數(shù)據(jù)采集及計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、控制命令的接收與執(zhí)行、邏輯閉鎖、GPS對(duì)時(shí)等。

(一)主CPU模件138第二章變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)間隔層裝置課件139(二)模擬量輸入/輸出模件

來(lái)自變電站測(cè)控對(duì)象的電壓、電流信號(hào)等是模擬量信號(hào)，即隨時(shí)間連續(xù)變化的物理量。微機(jī)系統(tǒng)是一種數(shù)字電路設(shè)備，只能接受數(shù)字脈沖信號(hào)，所以就需要將這一類(lèi)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。同時(shí)。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站的監(jiān)控，有時(shí)還需要輸出模擬信號(hào)，去驅(qū)動(dòng)模擬調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作。這就需要模擬量輸出回路。(二)模擬量輸入/輸出模件140第二章變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)間隔層裝置課件141第二章變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)間隔層裝置課件142

(三)開(kāi)關(guān)量輸入/輸出模件

開(kāi)關(guān)量輸入/輸出模件由并行口、光電耦合電路及有接點(diǎn)的中間繼電器等組成，主要用于人機(jī)接口、跳合閘信號(hào)、動(dòng)作信號(hào)、告警信號(hào)以及閉鎖信號(hào)等。(四)人機(jī)對(duì)話接口模件

人機(jī)對(duì)話接口模件主要包括顯示、鍵盤(pán)及信號(hào)燈、打印、音響或語(yǔ)言告警等，其主要功能用于人機(jī)對(duì)話。(三)開(kāi)關(guān)量輸入/輸出模件143第二章變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)間隔層裝置課件144(五)通信模件

通信回路的功能主要是完成自動(dòng)化裝置間通信及信息遠(yuǎn)傳調(diào)度（或控制）中心。(六)電源模件

提供整套保護(hù)與測(cè)控裝置中各功能模塊所需要的直流穩(wěn)壓電源，一般利用交流電源經(jīng)整流后產(chǎn)生不同電壓等級(jí)的直流，以保證各個(gè)裝置的可靠供電。(五)通信模件145第二章變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)間隔層裝置課件146第二節(jié)模擬量的采集與處理第二節(jié)模擬量的采集與處理147一、模擬量輸入電路原理簡(jiǎn)述

根據(jù)模數(shù)變換原理的不同，自動(dòng)化裝置中模擬量輸入電路有兩種方式.一是基于逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換方式(ADC)，是直接將模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量的變換方式;二是利用電壓/頻率變換(VFC)原理進(jìn)行模數(shù)變換方式，它是將模擬量電壓先轉(zhuǎn)換為頻率脈沖量，通過(guò)脈沖計(jì)數(shù)變換為數(shù)字量的一種變換形式。一、模擬量輸入電路原理簡(jiǎn)述148

二、基于逐次逼近式A/D變換的模擬量輸入電路

主要包括電壓形成電路、低通濾波電路、采樣保持、多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)及A/D變換芯片五部分。二、基于逐次逼近式A/D變換的模擬量輸入電路149

(一)電壓形成電路

電流互感器(TA)和電壓互感器(TV)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，故需對(duì)它們進(jìn)行變換。其變換原理圖如圖2-7所示。

一般采用中間變換器將由一次設(shè)備電壓互感器二次側(cè)引來(lái)的電壓進(jìn)一步降低，將一次設(shè)備電流互感器二次側(cè)引來(lái)的電流變成交流電壓。然后再經(jīng)低通濾波器及雙向限幅電路變成后面環(huán)節(jié)中A/D轉(zhuǎn)換芯片所允許的電壓。

一般模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片要求輸人信號(hào)電壓為士5V或士lOV.由此可以決定上述各種中間變換器的變比。(一)電壓形成電路150

(一)電壓形成電路

電流互感器(TA)和電壓互感器(TV)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（士5V或士lOV）要求，故需對(duì)它們進(jìn)行變換。

一般采用中間變換器將由一次設(shè)備電壓互感器二次側(cè)引來(lái)的電壓進(jìn)一步降低，將一次設(shè)備電流互感器二次側(cè)引來(lái)的電流變成交流電壓。然后再經(jīng)低通濾波器及雙向限幅電路變成后面環(huán)節(jié)中A/D轉(zhuǎn)換芯片所允許的電壓。

(一)電壓形成電路151第二章變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)間隔層裝置課件152

電壓形成電路除了起電量變換作用外，另一個(gè)重要作用是將一次設(shè)備的電流互感器TA、電壓互感器TV的二次回路與微機(jī)A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)完全電氣隔離，提高杭干擾能力。圖2-7電路中的穩(wěn)壓管組成雙向限幅，使后面環(huán)節(jié)的采樣保持器、A/D變換芯片的輸人電壓限制在峰一峰值士lOV(或士5V)以內(nèi)。電壓形成電路除了起電量變換作用外，另一個(gè)重要作153

圖2-8所示為典型的線路保護(hù)裝置電壓形成回路三相電流、三相電壓、零序電流及輸電線路抽取電壓等的輸入。UL為重合閘中檢無(wú)壓、檢同期元件用的線路側(cè)抽取電壓輸入。如重合閘不投或無(wú)同期問(wèn)題時(shí)，該電壓可以不接入。圖2-8所示為典型的線路保護(hù)裝置電壓形成回路三相154第二章變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)間隔層裝置課件155

(1)連續(xù)時(shí)間信號(hào)的采樣。微機(jī)處理的都是數(shù)字信號(hào)，必須將隨時(shí)間連續(xù)變化的模擬信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)。為此，首先要對(duì)模擬量進(jìn)行采樣。采樣是將一個(gè)連續(xù)的時(shí)間信號(hào)X(t)變成離散的時(shí)間信號(hào)x‘(t).采樣過(guò)程可用圖2-9所示.

156

(二)低通濾波器與采樣定理

相鄰兩個(gè)采樣時(shí)刻的時(shí)間間隔稱為采樣周期，通常用TS表示。采樣周期的倒數(shù)就是采樣頻率fs。由于被采樣的信號(hào)x(t)主要是工頻50Hz信號(hào)，通常以工頻每個(gè)周期的采樣點(diǎn)數(shù)來(lái)間接說(shuō)明采樣周期TS或采樣頻率fs。例如若工頻每個(gè)周期采樣點(diǎn)數(shù)為12次.則采樣周期是TS=20/12=5/3(ms)，采樣頻率fs=50X12=600Hz.(二)低通濾波器與采樣定理157第二章變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)間隔層裝置課件158

(1)采樣定理。

若要不丟掉信息地對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣,就必須滿足fS>2fo這一條件。若輸入信號(hào)x(t)含有各種頻率成分，其最高頻率為fMAX，若要對(duì)最高頻率fMAX不失真地采樣，采樣頻率必須不小于2fMAX，也就是說(shuō)，為了使信號(hào)被采樣后不失真還原，采樣頻率必須不小于2倍的輸入信號(hào)的最高頻率，這就是乃奎斯特采樣定理的基本思想。(1)采樣定理。159第二章變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)間隔層裝置課件160(2)低通濾波器的設(shè)置。

對(duì)電壓或電流中所有的高次諧波成分均不失真地采樣，很難實(shí)現(xiàn)，故可以在采樣之前將最高信號(hào)頻率分量限制在一定頻帶內(nèi)。即在采樣前用一個(gè)模擬低通濾波器(ALF)，將fs/2以上的頻率分量濾去即可.模擬低通濾波器可以做成無(wú)源或者有源的。例如，當(dāng)采樣頻率是1000Hz時(shí)，則要求模擬低通濾波器必須濾除輸人信號(hào)大于500Hz的高頻分量;而采樣頻率是600Hz時(shí)，則要求必須濾除輸人信號(hào)大于300HZ的高頻分雖。(2)低通濾波器的設(shè)置。161(三)采樣保持器

是指把輸入模擬信號(hào)的瞬時(shí)值采集并記錄下來(lái)，并按所需的要求準(zhǔn)確地保持一段時(shí)間，供模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D使用。對(duì)于采用逐次比較式模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，因模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D的工作需要一定的轉(zhuǎn)換時(shí)間，因此，需要使用采樣保持器。(三)采樣保持器162(四)摸擬量多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(MPX)

在實(shí)際的數(shù)據(jù)采集模塊中，被測(cè)量往往可能是幾路或幾十路，為了共用A/D轉(zhuǎn)換器而節(jié)省硬件，可以利用多路開(kāi)關(guān)輪流切換各被測(cè)量與A/D轉(zhuǎn)換電路的通路，達(dá)到分時(shí)轉(zhuǎn)換的目的，即每次只選通一路，接至A/D轉(zhuǎn)換器。

(四)摸擬量多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(MPX)163第二章變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)間隔層裝置課件164(五)模/數(shù)變換(A/D)

A/D變換器主要有以下幾種類(lèi)型:逐次逼近型、積分型、計(jì)數(shù)型、并行比較型等。在微機(jī)監(jiān)控和微機(jī)保護(hù)中最常用的是逐次逼近型原理實(shí)現(xiàn)的(五)模/數(shù)變換(A/D)165三、基于V/F轉(zhuǎn)換的模擬量輸入回路(一)VFC型A/D變換簡(jiǎn)述

電壓一頻率變換技術(shù)(VFC)的原理是將輸入的電壓模擬量線性地變換為數(shù)字脈沖式的頻率f使產(chǎn)生的脈沖頻率正比于輸入電壓的大小，然后在固定的時(shí)間內(nèi)用計(jì)數(shù)器對(duì)脈沖數(shù)目進(jìn)行計(jì)數(shù)，使CPU讀入。三、基于V/F轉(zhuǎn)換的模擬量輸入回路(一)VFC型A/D變166第二章變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)間隔層裝置課件167四、模擬量數(shù)據(jù)的前置處理

計(jì)算機(jī)采集的模擬量種類(lèi)繁多，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器變換成數(shù)字量后送計(jì)算機(jī)后，還要進(jìn)行一系列簡(jiǎn)單處理(即前置處理)，然后存入數(shù)據(jù)庫(kù)保存。數(shù)據(jù)前置處理流程如圖2-17所示。四、模擬量數(shù)據(jù)的前置處理計(jì)算機(jī)采集的模擬量種類(lèi)繁168

1.標(biāo)度交換

進(jìn)入A/D的信號(hào)一般是電平信號(hào)，但其意義卻有所不同，例如同樣是5V電壓，可以代表900變壓器溫度，也可以代表500A電流或110kV電壓等。因此，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的同一數(shù)字最所代表的物理意義是很不相同的.所以要由計(jì)算機(jī)乘上不同的系數(shù)進(jìn)行標(biāo)度變換。把它們恢復(fù)到原來(lái)的量值。1.標(biāo)度交換1692.數(shù)據(jù)的有效性檢驗(yàn)

其目的是判斷采入的數(shù)據(jù)是否有明顯的出錯(cuò)或人為干擾信號(hào)等?？筛鶕?jù)物理量的特性來(lái)判斷，例如:(1)變化緩慢的參數(shù)，可用同一參數(shù)前、后周期的變化從來(lái)判斷。(2)利用相關(guān)參數(shù)間的關(guān)系互相校核。(3)對(duì)于一些重要參數(shù)，可以用兩個(gè)測(cè)點(diǎn)或在同一測(cè)點(diǎn)上裝兩臺(tái)變送器。用它們之問(wèn)的差值進(jìn)行校核。(4)限制判斷。各種數(shù)據(jù)，當(dāng)超過(guò)其可能最大變化范圍時(shí)，該數(shù)據(jù)為不可信的。2.數(shù)據(jù)的有效性檢驗(yàn)1703.線性化處理有的變送器的輸出信號(hào)與被測(cè)參數(shù)之間可能是非線性關(guān)系，為了提高測(cè)量精度，可采取線性擬合措施，以消除傳感器或轉(zhuǎn)換過(guò)程引起的非線性誤差。3.線性化處理1714.數(shù)字濾波

輸入的信號(hào)中常混雜有各種頻率的干擾信號(hào)。而數(shù)字濾波器可以對(duì)極低頻率的干擾信號(hào)進(jìn)行濾波，彌補(bǔ)了RC濾波器不足。數(shù)字濾波就是在計(jì)算機(jī)中用一定的計(jì)算方法對(duì)輸入信號(hào)的量化數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)處理，減少干擾在有用信號(hào)中的比重，提高信號(hào)的真實(shí)性。這是一種軟件方法，對(duì)濾波算法的選擇、濾波系數(shù)的調(diào)整都有極大的靈活性，因此在模擬量的處理上廣泛采用。4.數(shù)字濾波172第三節(jié)開(kāi)關(guān)量的輸入與輸出第三節(jié)開(kāi)關(guān)量的輸入與輸出173

在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，除模擬信號(hào)外，還有大量的開(kāi)關(guān)量信號(hào)，如斷路器、隔離開(kāi)關(guān)的狀態(tài).某些數(shù)值的限內(nèi)或越限，以及人機(jī)聯(lián)系的功能鍵的狀態(tài)等。開(kāi)關(guān)量輸入電路的基本功能就是將這些開(kāi)關(guān)量信號(hào)引入微機(jī)系統(tǒng)。輸出電路主要是將CPU送出的數(shù)字信號(hào)或數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、控制或調(diào)節(jié)。如斷路器跳閘命令和光字牌、報(bào)警信號(hào)等。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，除模擬信號(hào)外，還有大量的開(kāi)關(guān)量174一、開(kāi)關(guān)量分類(lèi)

開(kāi)關(guān)量輸入也稱為狀態(tài)量輸入或數(shù)字量輸入，其基本原理是將來(lái)自被監(jiān)控對(duì)象的各種無(wú)源觸點(diǎn)信號(hào)經(jīng)過(guò)光電耦合電路隔離后變?yōu)槎M(jìn)制信號(hào)。測(cè)控裝置采集的開(kāi)關(guān)量信息主要有:

（1）單位置信號(hào)。主要指被監(jiān)控對(duì)象產(chǎn)生的一些告警信號(hào)，如彈簧未儲(chǔ)能、斷路器SF6泄露、變壓器瓦斯告警、保護(hù)裝置和自動(dòng)裝置的動(dòng)作或告警信號(hào)、交直流屏的告警信號(hào)等.一、開(kāi)關(guān)量分類(lèi)175

(2)雙位置信號(hào)。一個(gè)遙信量由兩個(gè)相反的狀態(tài)信號(hào)表示，一個(gè)來(lái)自動(dòng)合觸點(diǎn)，另一個(gè)來(lái)自動(dòng)斷觸點(diǎn)。用兩位二進(jìn)制代碼來(lái)表示.“10”和"01”為有效代碼，分別表示合位和分位;"11”和‘'00"為無(wú)效代碼。比單位置信號(hào)多1倍的信息量，增加了抗干擾能力和傳輸過(guò)程中的可靠性。

目前高壓/超高壓電氣間隔的斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)的位置信號(hào)均采用雙位置觸點(diǎn)采集，而在中低壓系統(tǒng)中，除了斷路器仍采用雙位置信號(hào)外，隔離開(kāi)關(guān)和接地開(kāi)關(guān)可采用單位置信號(hào)，以節(jié)省測(cè)控裝置須配備的開(kāi)入點(diǎn)數(shù)。(2)雙位置信號(hào)。一個(gè)遙信量由兩個(gè)相反的狀態(tài)信號(hào)176

(3)編碼信號(hào)。該類(lèi)信號(hào)在變電站使用較少，一般僅用于變壓器或消弧線圈擋位信號(hào)的采集，檔位信息多采用BCD編碼方式。每位BCD碼用4位二進(jìn)制信號(hào)表示，變壓器檔位一般不會(huì)超過(guò)19擋，用5個(gè)二進(jìn)制位即可準(zhǔn)確表示檔位數(shù)，占用5個(gè)開(kāi)入量.例如6擋、12擋、18擋用BCD編碼表示分別為00110,10010,11000。(3)編碼信號(hào)。該類(lèi)信號(hào)在變電站使用較少，一般僅177

(4)脈沖量輸入。脈沖量輸入一般采集統(tǒng)計(jì)電能量，用于接收脈沖式電能表的脈沖輸出，并累加后上送至變電站綜自的站控層。由于存在脈沖易丟失，且丟失后須人工置效校正等諸多缺陷，脈沖量輸入方式和脈沖式電能表基本被淘汰，取而代之的是智能型電能表，通過(guò)RS-485串行通信方式讀取電能量。(4)脈沖量輸入。脈沖量輸入一般采集統(tǒng)計(jì)電能量，178二、開(kāi)關(guān)量輸入電路配置圖二、開(kāi)關(guān)量輸入電路配置圖1791.濾波消抖電路與信號(hào)調(diào)節(jié)電路

當(dāng)開(kāi)關(guān)量作為輸入信號(hào)，因長(zhǎng)線及空間產(chǎn)生干擾信號(hào)時(shí)，可能會(huì)使?fàn)顟B(tài)發(fā)生錯(cuò)誤。為此，需增加濾波消抖電路與信號(hào)調(diào)節(jié)電路，消除噪聲的影響。1.濾波消抖電路與信號(hào)調(diào)節(jié)電路180

2.光電隔離技術(shù)的應(yīng)用

(1)光電隔離。最常用的是利用光電耦合器作為開(kāi)關(guān)量輸入計(jì)算機(jī)的隔離器件時(shí)。當(dāng)有輸入信號(hào)時(shí)、二極管導(dǎo)通，發(fā)出光束，使光敏三極管飽和導(dǎo)通，于是輸出端U0表現(xiàn)一定電位。

在光電耦合器件中，信息的傳遞介質(zhì)為光，沒(méi)有電的直接聯(lián)系，它不受電磁信號(hào)干擾，所以隔離效果比較好.2.光電隔離技術(shù)的應(yīng)用181第二章變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)間隔層裝置課件182(2)繼電器隔離

利用現(xiàn)場(chǎng)斷路器或隔離開(kāi)關(guān)的輔助觸點(diǎn)去啟動(dòng)小信號(hào)繼電器，然后將小信號(hào)繼電器的觸點(diǎn)輸入至微機(jī)系統(tǒng).(2)繼電器隔離183三、開(kāi)關(guān)量變位的檢測(cè)

變電站斷路器的狀態(tài)平時(shí)一般很少變動(dòng)，沒(méi)有必要重復(fù)發(fā)送給變電站層或調(diào)度端。但是.一旦變電站故障或其他原因使斷路器動(dòng)作，其狀態(tài)發(fā)生變化，必須及時(shí)傳向變電站層或調(diào)度端。因此，開(kāi)關(guān)量信息一般可采用無(wú)變位時(shí)不發(fā)送;一旦發(fā)生變位，則插入傳送的方式。

三、開(kāi)關(guān)量變位的檢測(cè)變電站斷路器的狀態(tài)平時(shí)一般很184

檢查設(shè)備狀態(tài)是否變位，常采用軟件定時(shí)掃查和變位觸發(fā)。在軟件掃查方式中，CPU不斷掃查各斷路器的狀態(tài)，如發(fā)現(xiàn)有變位就予以處理。在硬件變位觸發(fā)中斷方式中，以專用的硬件對(duì)斷路器位置狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視.如發(fā)現(xiàn)變位就申請(qǐng)中斷，由CPU進(jìn)行處理。

185

開(kāi)關(guān)量定時(shí)掃查模式，如果采集的開(kāi)關(guān)量大。同時(shí)要求分辨率高，則會(huì)加重CPU的負(fù)荷，影響CPU對(duì)其他中斷的響應(yīng)速度.通常采用智能開(kāi)關(guān)量采集.即用一CPU專門(mén)負(fù)責(zé)開(kāi)關(guān)量采集，構(gòu)成多CPU系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

186第四節(jié)間隔層裝置軟件常用算法介紹第四節(jié)間隔層裝置軟件常用算法介紹187

間隔層的智能化裝置的功能主要靠軟件實(shí)現(xiàn)。本節(jié)以微機(jī)保護(hù)裝置為例描述軟件結(jié)構(gòu)及常用算法。間隔層的智能化裝置的功能主要靠軟件實(shí)現(xiàn)。188一、微機(jī)保護(hù)的程序結(jié)構(gòu)一、微機(jī)保護(hù)的程序結(jié)構(gòu)189

程序的整體結(jié)構(gòu)主要包括主程序、采樣中斷服務(wù)程序和故障處理程序。正常時(shí)運(yùn)行主程序，同時(shí)每隔5/3ms采樣間隔時(shí)間(每周期采樣12點(diǎn))執(zhí)行一次采樣中斷服務(wù)程序。在采樣程序中進(jìn)行模擬量采集與濾波、開(kāi)關(guān)量的采集等，并判斷相電流差突變量啟動(dòng)元件是否動(dòng)作。

程序的整體結(jié)構(gòu)主要包括主程序、采樣中斷服務(wù)程序和190

如果啟動(dòng)元件不動(dòng)作，采樣中斷程序執(zhí)行完后，正常返問(wèn)主程序。如果啟動(dòng)元件動(dòng)作，采樣中斷程序執(zhí)行完后轉(zhuǎn)入執(zhí)行故障處理程序。在此過(guò)程中，依然每隔5/3ms采樣間隔時(shí)間執(zhí)行一次采樣中斷服務(wù)程序，直到保護(hù)整組復(fù)歸，返回正常運(yùn)行的主程序.如果啟動(dòng)元件不動(dòng)作，采樣中斷程序執(zhí)行完后，正常返191

另外，微機(jī)保護(hù)裝置軟件系統(tǒng)除實(shí)現(xiàn)各種繼電保護(hù)功能以外.還具有其他功能:(1)測(cè)量功能:包括電流、電壓、相電壓頻率、有功和無(wú)功以及電能和功率因數(shù)等。(2)控制功能:包括斷路器和隔離開(kāi)關(guān)的控制，可調(diào)節(jié)設(shè)備的狀態(tài)控制，自動(dòng)重合閘功能等.(3)狀態(tài)監(jiān)測(cè):包括操作計(jì)數(shù)、氣體壓力監(jiān)測(cè)、斷路器跳合閘、電氣老化監(jiān)測(cè)、斷路器運(yùn)行時(shí)間記錄等。

另外，微機(jī)保護(hù)裝置軟件系統(tǒng)除實(shí)現(xiàn)各種繼電保護(hù)功能192二、算法概念

所謂算法，就是計(jì)算機(jī)將連續(xù)型的電壓、電流等模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)離散采樣和模數(shù)變換成為可用計(jì)算機(jī)處理的數(shù)字量后，對(duì)這些數(shù)字量進(jìn)行分析、計(jì)算。從而得到所需電氣參數(shù)，并實(shí)現(xiàn)各種保護(hù)和監(jiān)控功能的方法。

二、算法概念所謂算法，就是計(jì)算機(jī)將連續(xù)型的電193

研究算法的作用主要有兩個(gè):第一是提高運(yùn)算的精確度。運(yùn)算精度的研究。保證自動(dòng)化裝置的判斷和動(dòng)作的準(zhǔn)確性.第二是提高運(yùn)算的速度。保證自動(dòng)化裝置的動(dòng)作速度.然而提高運(yùn)算速度和提高運(yùn)算精度是一對(duì)矛盾的。往往需要在速度與精度之間進(jìn)行權(quán)衡。研究算法的作用主要有兩個(gè):第一是提高運(yùn)算的精確度194三、保護(hù)和監(jiān)控裝置常用算法介紹

1.基于正弦函數(shù)模型的算法—半周積分算法

半周積分算法的依據(jù)是一個(gè)正弦量在任意半周期的絕對(duì)值的積分是一常數(shù)S，并且積分值S和其相角a無(wú)關(guān).積分的起始點(diǎn)無(wú)論從0或從a角開(kāi)始，積分半周期的絕對(duì)值總是常數(shù)。三、保護(hù)和監(jiān)控裝置常用算法介紹1.基于正弦函數(shù)模型的算法—195據(jù)此，半周期的面積可寫(xiě)為據(jù)此，半周期的面積可寫(xiě)為196

只要采樣點(diǎn)數(shù)N足夠多，用梯形法近似積分的誤差可以做到很小。半周期積分算法本身具有一定的高頻分量濾除能力.因?yàn)榀B加在基波上的高頻分量在半周期積分中其對(duì)稱的正負(fù)半周互相抵消，剩余的未被抵消部分占的比重就很小了。但這種算法不能抑制直流分量，可配一個(gè)簡(jiǎn)單的差分濾波器來(lái)抑制電流中的非周期分量(直流分量)。只要采樣點(diǎn)數(shù)N足夠多，用梯形法近似積分的誤差可以197

半周積分算法用求和代替積分，因此必然帶來(lái)誤差。不能滿足監(jiān)控系統(tǒng)測(cè)量精度的要求。但在微機(jī)保護(hù)中，利用其運(yùn)算量少的特點(diǎn)，可作為微機(jī)保護(hù)的啟動(dòng)算法。例如微機(jī)距離保護(hù)的電流啟動(dòng)元件常常采用半周積分法計(jì)算的。半周積分算法用求和代替積分，因此必然帶來(lái)誤差。不能1982.基于周期函數(shù)模型的算法—傅氏變換算法(1)傅氏變換算法的基本原理。半周積分算法的局限性是要求采樣的波形為正弦波。當(dāng)被采樣的模擬量不是正弦波而是一個(gè)周期性時(shí)間函數(shù)時(shí)，可采用傅氏變換算法。傅氏變換算法來(lái)自于傅里葉級(jí)數(shù)，即一個(gè)周期性函數(shù)i(t)可以用傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)為各次諧波的正弦項(xiàng)和余弦項(xiàng)之和，計(jì)算式為2.基于周期函數(shù)模型的算法—傅氏變換算法(1)傅氏變換算法199基波分量可表示為一般表達(dá)式表示為基波分量可表示為200a1和b1可以根據(jù)傅氏級(jí)數(shù)的逆變換求得a1和b1可以根據(jù)傅氏級(jí)數(shù)的逆變換求得201計(jì)算機(jī)求a1、b1如果采樣點(diǎn)選N=12計(jì)算機(jī)求a1、b1如果采樣點(diǎn)選N=12202在算出a1和b1后.在算出a1和b1后.203

(2)傅氏變換算法的濾波特性。傅氏算法能完全濾除各種高次諧波和純直流分量。但實(shí)際上電流中的非周期分量不是純直流而是按指數(shù)規(guī)律衰減的。由于它的非周期性，使得傅氏算法雖然對(duì)這些分量有一定的抑制能力，但不能完全濾除這種按指數(shù)規(guī)律衰減的非周期分量包含的低頻分量及非整次高頻分量。因此傅氏算法還必須輔以前級(jí)差分濾波.才能具有較高的精確度。

(2)傅氏變換算法的濾波特性。傅氏算法能完全濾除204(3)基于傅氏變換算法的功率算法。

根據(jù)傅氏變換算法求出的電流和電壓相量的實(shí)部與虛部來(lái)計(jì)算有功和無(wú)功功率、功率因數(shù)等。(3)基于傅氏變換算法的功率算法。

根據(jù)傅氏變換算法205

(4)基于傅氏變換算法的濾序算法。

在微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)中，除了要計(jì)算電流、電壓的正序分量外，還要計(jì)算出負(fù)序或零序分量。微機(jī)保護(hù)可利用負(fù)序、零序分量的大小來(lái)啟動(dòng)保護(hù)裝置。監(jiān)控系統(tǒng)可監(jiān)視系統(tǒng)不對(duì)稱程度或不平衡程度。

在利用傅氏變換算法計(jì)算出三相電流或電壓基波分量的實(shí)部與虛部后，可以方便地得到負(fù)序和零序分量。(4)基于傅氏變換算法的濾序算法。2061)零序分量計(jì)算.1)零序分量計(jì)算.207

2)負(fù)序分量汁算。2)負(fù)序分量汁算。2083.解微分方程算法

(1)基本原理。解微分方程算法僅用于計(jì)算阻杭。以應(yīng)用于線路距離保護(hù)為例.它假設(shè)被保護(hù)線路的分布電容可以忽略，因而從故障點(diǎn)到保護(hù)安裝處的線路阻抗可用一電阻和電感串聯(lián)電路來(lái)表示.于是在短路時(shí)下列微分方程成立3.解微分方程算法(1)基本原理。解微分方程算法僅用于計(jì)209第二章變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)間隔層裝置課件210第二章變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)間隔層裝置課件2114.突變量電流算法

在目前使用的高壓輸電線路的微型機(jī)保護(hù)裝置中，使用突變量電流元件來(lái)啟動(dòng)微機(jī)繼電保護(hù)的故障處理元件。(1)啟動(dòng)元件算法。在高壓輸電線路的微機(jī)型繼電保護(hù)裝置中采用兩相電流差的突變量作為啟動(dòng)元件的