繼電保護繼電保護技術基礎

繼電保護繼電保護技術基礎二、微機保護得基本構成微機保護就是將被保護設備輸入得模擬量經模數(shù)轉換器后變?yōu)閿?shù)字量,再送入計算機進行分析和處理得保護裝置。微機保護由硬件和軟件兩部分構成。其整套硬件通常就是用單獨得專用機箱組裝,包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、CPU主系統(tǒng)、開關量輸出、輸入系統(tǒng)及外圍設備等。微機保護得軟件由初始化模塊、數(shù)據(jù)采集管理模塊、故障檢出模塊、故障計算模塊與自檢模塊等組成。三、微機保護得特點1、易于獲得附加功能2、微機保護具有靈活性3、微機保護具有高可靠性4、維護調試方便5、保護性能得到很好改善6、良好得經濟性9、1保護裝置硬件原理概述

微機保護裝置硬件系統(tǒng)按功能可分為:1)數(shù)據(jù)采集單元(模擬輸入);2)數(shù)據(jù)處理單元(CPU、儲存器、定時器/計數(shù)器、控制電路);3)開關量輸入/輸出接口;4)人機接口;5)通信接口;6)電源。一、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)1、電壓形成回路在微機保護中通常要求輸入信號為±5V或±10V得電壓信號,取決于所用得模數(shù)轉換器得型號。電壓變換常采用小型中間變換器來實現(xiàn)。電流變換器、電壓變換器和電抗變換器得原理圖分別如圖9-2(a)、9-2(b)和9-2(a)所示,9-2(d)就是電抗變換器得原理結構圖。2、采樣保持電路采樣就就是將連續(xù)變化得模擬量通過采樣器加以離散化。其過程如圖9-3(a)(b)(c)所示。模擬量連續(xù)加于采樣器得輸入端,由采樣控制脈沖控制采樣器,使之周期性得短時開放輸出離散脈沖。采樣脈沖寬度為TC,采樣脈沖周期為TS。采樣器得輸出就是離散化了得模擬量。繼電保護算法就是多輸入而且要求同時采樣,再依次順序送到公用得A/D轉換器中去得,微機保護中通常需要采樣保持電路。圖9-3采樣保持過程示意圖目前,采樣保持電路大多集成在單一芯片中,但芯片內不設保持電容,需用戶外設,常選0、01μF左右。常用得采樣保持芯片有LF198、LF298、LF398等。3、模擬低通濾波器(ALF)濾波器就是一種能使有用頻率信號通過,同時抑制無用頻率信號得電路。對微機保護系統(tǒng)來說,在故障初瞬間,電壓、電流中可能含有相當高得頻率分量(例如2kHz以上),為防止頻率混疊,采樣頻率不得不取值很高,從而對硬件速度提出過高得要求。但實際上,在這種情況下可以在采樣前用一個低通模擬濾波器(ALF)將高頻分量濾掉,這樣就可以降低采樣頻率,降低對硬件速度得要求。模擬低通濾波器通常分為兩大類。一類就是無源濾波器,由RLC元件構成;另一類就是有源濾波器,主要有RC元件與運算放大器構成。目前,微機保護中,采樣頻率常采用600Hz(即每工頻周波采樣12個點)、800Hz等。大家有疑問的，可以詢問和交流可以互相討論下，但要小聲點4、模擬多路轉換開關(MUX)在實際得數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中,被模數(shù)轉換得模擬量可能就是幾路或十幾路,利用多路開關MUX輪流切換各被測量與A/D轉換電路得通路,達到分時轉換得目得。在微機保護中,各個通道得模擬電壓就是在同一瞬間采樣并保持記憶得,在保持期間各路被采樣得模擬電壓依次取出并進行模數(shù)轉換,但微機所得到得仍可認為就是同一時刻得信息(忽略保持期間得極小衰減),這樣按保護算法由微機計算得出正確結果。5、模數(shù)轉換器(A/D)

模數(shù)轉換器A/D就是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得核心,她得任務就是將連續(xù)變化得模擬信號轉換為數(shù)字信號,以便計算機進行處理、存儲、控制和顯示。A/D轉換器主要有以下各種類型。逐位比較(逐位逼近)型、積分型以及計數(shù)型、并行比較型、電壓頻率(即V/F)型等。二、計算機主系統(tǒng)微機保護得計算機主系統(tǒng)有中央處理器(CPU)、只讀存儲器EPROM電擦除可編程只讀存儲器EEPROM、隨機存取存儲器RAM、定時器等。CPU執(zhí)行控制及運算功能。EPROM主要存儲編寫好得程序,包括監(jiān)控、繼電保護功能程序等。EEPROM可存放保護定值,可通過面板上得小鍵盤設定或修改保護定值。RAM作為采樣數(shù)據(jù)及運算過程中數(shù)據(jù)得暫存器。定時器用以記數(shù)、產生采樣脈沖和實時鐘等。CPU主系統(tǒng)得常見外設,如小鍵盤、液晶顯示器和打印機等用于實現(xiàn)人機對話。三、開關量輸入、輸出系統(tǒng)微機保護所采集得信息通?？煞譃槟M量和開關量。無論何種類型得信息,在微機系統(tǒng)內部都就是以二進制得形式存放在存儲器中。斷路器和隔離開關、繼電器得接點、按鈕和普通得開關、刀閘等都具有分、合兩種工作狀態(tài),可以用0、1表示,因此,對她們得工作狀態(tài)得輸入和控制命令得輸出都可以表示為數(shù)字量得輸入和輸出。開關量輸入有兩類:1、可以與CPU主系統(tǒng)使用共同電源,無需電氣隔離得開關量輸入。2、與CPU主系統(tǒng)使用不同電源,需要電氣隔離得開關量輸入。如斷路器、隔離開關得輔助觸點,繼電器觸點等。圖9-5開關量輸入回路接線圖開關量輸出主要包括保護得跳閘出口以及本地和中央信號輸出等。圖9-6開關量輸出回路接線圖第三節(jié)微機保護得算法一、數(shù)字濾波數(shù)字濾波器由軟件編程去實現(xiàn),改變算法或某些系數(shù)即可改變?yōu)V波性能,即濾波器得幅頻特性和相頻特性。

基本形式有差分濾波(減法濾波)、加法濾波、積分濾波等。

1、差分濾波原理差分濾波器輸出信號得差分方程形式為

(9-1)那么上式所示得濾波器就是如何起到濾波作用得哪？我們以圖9-12來說明濾波得原理。設輸入信號中含有基波,其頻率為,也含有次諧波,其頻率為,如圖9-12波形所示(圖中為三次諧波)。輸入信號為當剛好等于諧波得周期,或者就是得整數(shù)倍(如倍,)時,則在及兩點得采樣值中所含該次諧波成分相等故兩點采樣值相減后,恰好將該次諧波濾去,剩下基波分量。此時有

(9-2)故濾去得諧波次數(shù)為

由此可見,當和已確定時,能濾掉得諧波最低次數(shù)就是在時計算得值,除此之外,還能濾掉得整數(shù)倍得諧波。因數(shù)據(jù)窗越長其延時越長,通常為1即可。例如,當采樣頻率為600Hz,且,若濾掉三次諧波,差分濾波器得值應為

二、正弦函數(shù)模型算法下面幾種算法都就是假定被采樣得電壓、電流信號都就是純正弦函數(shù),既不含非周期分量,又不含諧波分量。因而,可利用正弦函數(shù)得種種特性,從若干個離散化采樣值中計算出電流、電壓得幅值、相位角和測量阻抗等量值。

1、半周積分算法半周積分算法得依據(jù)就是

即正弦函數(shù)半周積分與其幅值成正比。上式積分可用梯形法近似求出:

求出積分值S后,應用上式可求得幅值。因為在半波積分過程中,疊加在基頻成分上得幅值不大得高頻分量,其對稱得正負半周相互抵消,剩余未被抵消得部分占得比重就減少了,所以,這種算法有一定得濾波作用。另外,這一算法所需數(shù)據(jù)窗僅為半個周期,即數(shù)據(jù)長度為10ms。

2、導數(shù)算法導數(shù)算法就是利用正弦函數(shù)得導數(shù)為余弦函數(shù)這一特點求出采樣值得幅值和相位得一種算法。設

則

很容易得出

和

也可推導出

以上中,u、i對應tk

時為uk

、ik,均為已知數(shù),而對應tk-1和tk+1得u、i為uk-1、uk+1、ik-1、ik+1,也為已知數(shù),此時

導數(shù)算法最大得優(yōu)點就是她得“數(shù)據(jù)窗”即算法所需要得相鄰采樣數(shù)據(jù)就是三個,即計算速度快。導數(shù)算法得缺點就是當采樣頻率較低時,計算誤差較大。傅里葉算法(傅氏算法)前面所講正弦函數(shù)模型算法只就是對理想情況得電流、電壓波形進行了粗略得計算。由于故障時得電流、電壓波形畸變很大,此時不能再把她們假設為單一頻率得正弦函數(shù),而就是假設她們就是包含各種分量得周期函數(shù)。針對這種模型,最常用得就是傅氏算法。傅氏算法本身具有濾波作用。

1、全周波傅里葉算法全周波傅里葉算法就是采用正弦函數(shù)組作為樣品函數(shù),將這一正弦樣品函數(shù)與待分析得時變函數(shù)進行相應得積分變換,以求出與樣品函數(shù)頻率相同得分量得實部和虛部得系數(shù)。進而可以求出待分析得時變函數(shù)中該頻率得諧波分量得模值和相位。根據(jù)傅里葉級數(shù),我們將待分析得周期函數(shù)電流信號i(t)表示為

式中n——n次諧波(n=1,2,…);

I0——恒定電流分量;

Inc、Ins——分別表示n次諧波得余弦分量電流和正弦電流得幅值。當我們希望得到n次諧波分量時,可用和

分別乘上式兩邊,然后在t0到t0＋T積分,得到