第二章微机保护装置硬件原理.ppt

第二章 微机保护硬件构成 1. 继电保护定义 反映电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态并动作于断路器跳闸或发出信号或指示的自动装置。 3. 继电保护的基本原理 寻找能够区分出三种运行状态的可测参量； 提取和利用可测参量在三种状态下的“差异”； 识别出发生故障和出现异常的元件； 完成继电保护任务。 4. 继电保护装置的基本组成 ②采样频率的选择 满足奈奎斯特（Nyquist）采样定理： ①变换器 ◆作用 强电信号转换为弱电信号； 隔离作用； 变换器原边和副边可加屏蔽层，有利于抗干扰。 ◆种类 电压变换器、电流变换器、电抗变换器 ◆电流变换器 ◆对变换器的要求 GB/T 18038-2000《电气化铁道牵引供电系统微机保护装置通用技术条件》 ◆霍尔传感器 磁平衡式霍尔电流传感器 磁平衡式霍尔电压传感器原理： ②模拟低通滤波器 ◆无源滤波器 ③采样保持器 ◆作用 ④多路转换开关 ⑤模数转换 ◆逐次逼近A/D转换原理 ◆常用芯片介绍 ⑥数据采集单元与CPU的接口 包括三种方式：查询、中断、DMA ◆查询方式 ◆中断方式 5.积分式数据采集单元的构成 VFC工作原理 6.两种数据采集单元的比较 二、开关量输入输出单元 1.开关量输入单元 ①信号插件基本原理 ②操作回路基本原理一 ③操作回路基本原理二 三、保护CPU单元 四、人机接口单元 五、对微机保护硬件的要求 六、网络化硬件平台 七、微机保护装置硬件示例 作业：微机保护装置硬件发展 包括：保护CPU、人机接口CPU、AD转换、变换器、网络通信等。 AS接0V AS接-Er ◆t1～t2期间 ※当T0信号消失后，AS接到参考地侧，有Ir=0，即Ic=Ir-Isr=-Isr 因此： 在积分过程中随时间变化而下降 当 下降到0V时，再次被零点指示器检测到，于是重复上述过程。 ◆输出信号U0的频率f 结论：VFC输出信号的频率与输入电压成正比 ④交流输入时的工作原理 ◆偏置电流I偏 I偏 设输入信号为： 则合成后的信号为： 其最大值满足： 其最大值满足： ◆0～t1期间（AS接到负参考电压-Er） 随时间变化而上升，在T0时刻达到最大值： ◆t1～t2期间（AS接到参考地侧） 随时间变化降低，当 时，对应的时刻为T，则有： 在t=0处展开 将 在任意t时刻处展开，可得VFC输出频率的一般表达式： 去掉偏置量U偏对应的脉冲个数影响，可得： 结论：VFC在任意时刻的输出频率f与该时刻模拟量输入电压的瞬时值成正比。 ◆数据转换 只要测量到VFC输出端的方波脉冲频率，就可以反应输入电压的大小。 设采样间隔为Ts，在CPU在一个采样间隔中的读数D相当于在间隔Ts内对脉冲个数求和，因此有： 结论：VFC型数据采集系统的输出值与输入电压的积分成正比。 ⑤VFC的分辨率与采样频率的关系 VFC的分辨率一般采用VFC输出的数字量的位数来衡量，取决于两个因数： ※VFC的最高频率fVFC ※采样间隔Ts和积分间隔NTs VFC的最大输出数字量Dmax与VFC的最高频率fVFC之间的关系为： 例：设VFC的最高频率为4MHz，则VFC最大的输出数字量为 若每周波采样20点，即Ts=1ms，取N=3，则Dmax=12000，相当于13.5位的A/D转换器输出。 ◆位数可调 ◆与CPU接口简单 VFC的工作不需要CPU控制，CPU只需要定时读取计数器的计数值。 ◆便于实现多CPU共享 每个CPU设置各自的计数器，可以方便地共用一套VFC型数据采集系统，每个CPU独立读数，CPU可以根据需要设置不同的采样间隔。 ◆不适用于高频信号的采集 VFC的积分本身具有抑制高频信号的作用；在低频带范围内，在计算基波和各次谐波时，应考虑对应幅频特性增益的不同。 调整积分间隔NTs，就可以实现调整输出数据的位数。 ⑥VFC型数据采集系统的特点 ◆低通滤波 VFC是对输入信号的连续积分，具有低通滤波的效果，可以抑制噪声。 ◆抗干扰能力强 脉冲输出信号便于实现光电隔离，积分也有利于增强抗干扰能力。 ①输出数据格式 ◆比较式数据采集单元的输出数据为二进制编码，可直接进行数字运算； ◆积分式数据采集单元的输出数据为脉冲个数，需要将相邻两次计数值相减后才能进行数字运算。 ②分辨率 ◆比较式数据采集单元的分辨率决定于A/D芯片的位数； ◆积分式数据采集单元的分辨率决定于VFC芯片的最高转换频率和积分间隔。（VFC系统的分辨率与采样频率之间的矛盾） ③抗干扰性 ◆采用A/D芯片不便于实现光电隔离； ◆采用VFC便于实现模拟系统与数字系统之间的隔离。 2.开关量输出单元 跳闸 合闸 复归 跳闸回路 合闸回路 非电量跳闸回路 手动分闸或控