電力系統(tǒng)繼電保護(hù)應(yīng)用技術(shù)02微機(jī)保護(hù)基礎(chǔ)

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1、第二章微機(jī)、數(shù)字化繼電保護(hù)基礎(chǔ)2.1　微機(jī)繼電保護(hù)的硬件構(gòu)成原理1）微型機(jī)系統(tǒng)2）模擬數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3）開(kāi)關(guān)量輸入和輸出系統(tǒng)4）人機(jī)對(duì)話微型機(jī)系統(tǒng)5）電源系統(tǒng)：它是裝置可靠工作的基礎(chǔ)，應(yīng)滿足精度，諧波系數(shù)、可靠性等指標(biāo)要求。常用3V,5V，?15V，24V多個(gè)電壓等級(jí)。硬件構(gòu)成原理如下圖所示。圖2.1微機(jī)保護(hù)基本硬件組成原理圖2．1.1　模擬數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)A/D轉(zhuǎn)換是模擬數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心，其理論依據(jù)是采樣定理。對(duì)連續(xù)時(shí)間信號(hào)x(t)進(jìn)行采樣時(shí)，周期采樣頻率fs，必須大于被采樣原始信號(hào)x(t)的最大截止頻率fc的兩倍，即才能從離散的數(shù)

2、字信號(hào)中完全恢復(fù)出原始信號(hào)x(t)。A/D轉(zhuǎn)換有多種方法，以逐次比較式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和以電壓/頻率變換式（VFC）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)最為常用，此處只對(duì)前者作較細(xì)的討論。fs>2fcxs(t)1）逐次比較式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)模入原理（1）逐次比較式模擬數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的單通道采樣方式：①異步采樣②同步采樣（2）對(duì)多個(gè)模擬信號(hào)的多通道采樣方式：①同時(shí)采樣圖2.2同時(shí)采樣硬件原理圖②順序采樣③分組同時(shí)采樣所謂分組同時(shí)采樣是指將所有的模入信號(hào)分成若干組，在同組內(nèi)的各模擬信號(hào)同時(shí)采樣，不同組內(nèi)模擬信號(hào)之間用順序采樣。2）逐次比較式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成（1）變送

3、器：電平變換和電氣隔離。（2）前置模擬低通濾波器：濾除大于1/2采樣頻率高次諧波。（3）采樣保持器采樣開(kāi)關(guān)、保持器，并依次將采用值送入A/D。（4）模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。主要由D/A、比較器等元件組成。D/A的基本原理：數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的模擬電壓UO為：圖2.84位數(shù)模轉(zhuǎn)換器(D/A)的原理電路圖圖2,98位逐位比較ADC電路原理框圖逐次比較型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)：a、分辨率b、輸入模擬量的極性。c、量程模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入模擬電壓轉(zhuǎn)換的范圍。如0~3V，0~5V，0~+10V，-5~+5V，-10~+10V等。d、

4、分辨率常用A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)表示。e、精度f(wàn)、轉(zhuǎn)換時(shí)間模數(shù)轉(zhuǎn)換器完成一次將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量所需要的時(shí)間。g、模擬量的標(biāo)度變換：例如某電流的滿量程（最大值）為1500A，電流互感器變比為1500/5，A/D轉(zhuǎn)換器輸入電壓為-5~+5V交流電壓，轉(zhuǎn)換精度為12位，（其中最高位為符號(hào)位）。此時(shí)若輸入為1500A電流，則經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換的最大值（滿量程值）應(yīng)是11111111111B=2047。標(biāo)度變換系數(shù)為：2．1.2　開(kāi)關(guān)量輸入輸出電路1)輸入開(kāi)關(guān)量①內(nèi)部開(kāi)關(guān)量：反映安裝在微型機(jī)繼電保護(hù)裝置內(nèi)部觸點(diǎn)狀態(tài)的量。②外部開(kāi)關(guān)量：從微機(jī)繼電保護(hù)

5、裝置的外部，通過(guò)保護(hù)屏接線端子排引入至微型機(jī)的狀態(tài)信號(hào)。開(kāi)關(guān)量輸入電路：2）輸出執(zhí)行邏輯（開(kāi)出）執(zhí)行接口部分(光隔，出口繼電器，功率驅(qū)動(dòng)）?？煽啃源胧孩俨捎枚辔痪幋a使每一路開(kāi)關(guān)量輸出的驅(qū)動(dòng)電路都由兩根以上并行口輸出線來(lái)控制，通過(guò)反相器和與非門執(zhí)行。②采用光電耦合元件，防止干擾竄入微型機(jī)繼電保護(hù)裝置中。③由并行口的PC0位取入該路開(kāi)出的工作狀態(tài)，以便檢查是否可靠出口。④將保護(hù)裝置總報(bào)警繼電器(AXIN)的常閉接點(diǎn)串入出口回路，以保證裝置異常時(shí)不會(huì)誤出口。2.1.3人機(jī)對(duì)話系統(tǒng)硬件原理(6)繼電保護(hù)通信系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備包括

6、智能設(shè)備間的通信常采用現(xiàn)場(chǎng)（過(guò)程）總線方式通信，繼電保護(hù)與站級(jí)設(shè)備間用工業(yè)以太網(wǎng)通信。1）現(xiàn)場(chǎng)總線開(kāi)放性、互動(dòng)互通、可靠性。2）工業(yè)以太網(wǎng)以太網(wǎng)泛指各種采用CSMA/CD技術(shù)的局域網(wǎng)，工業(yè)以太網(wǎng)是在傳統(tǒng)以太網(wǎng)的基礎(chǔ)上進(jìn)化而來(lái)，解決了網(wǎng)絡(luò)帶寬的制約因素和因沖撞引起的傳輸延時(shí)等缺點(diǎn)，已成為目前有線通信市場(chǎng)的主流。工業(yè)和以太網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有總線結(jié)構(gòu)、星型結(jié)構(gòu)和環(huán)型結(jié)構(gòu)三種基本的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。圖2.19總線型結(jié)構(gòu)圖2.20環(huán)型結(jié)構(gòu)圖2.21星型結(jié)構(gòu)3）工業(yè)以太網(wǎng)的改進(jìn)技術(shù)①交換式以太網(wǎng)技術(shù)交換式以太網(wǎng)具有微網(wǎng)段和全雙工傳輸?shù)奶匦?，每個(gè)站點(diǎn)都具

7、有獨(dú)立的沖突域，不再受限于原有的CSMA/CD工作方式，可以隨時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，大大改進(jìn)了以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)性，從而為用于變電站的過(guò)程總線提供了技術(shù)支持。②虛擬局域網(wǎng)技術(shù)(VLAN)VLAN是一種通過(guò)將局域網(wǎng)內(nèi)的設(shè)備邏輯地而不是物理地劃分成一個(gè)個(gè)網(wǎng)段從而實(shí)現(xiàn)虛擬工作組的新興技術(shù)。同一個(gè)VLAN內(nèi)的各個(gè)工作站無(wú)須被放置在同一個(gè)物理空間里。一個(gè)VLAN內(nèi)部的廣播和單播流量都不會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)到其他VLAN中，從而有助于控制流量、減少設(shè)備投資、簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)管理、提高網(wǎng)絡(luò)的安全性。③IEEE802.IP排隊(duì)特性采用帶IEEE802.IQ優(yōu)先級(jí)標(biāo)簽的數(shù)據(jù)幀，使

8、得具有高優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)幀獲得更快的響應(yīng)速度。該技術(shù)使得變電站過(guò)程總線和站級(jí)總線有可能合并為同一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)。④快速生成樹(shù)協(xié)議(RSTP)傳統(tǒng)的以太網(wǎng)拓?fù)渲胁荒艹霈F(xiàn)環(huán)路，依靠生成樹(shù)算法的收斂過(guò)程從1min降低到1～10s。在基于以太網(wǎng)的變電站通信網(wǎng)絡(luò)中可