微機(jī)繼電保護(hù)培訓(xùn)課件

微機(jī)繼電保護(hù)培訓(xùn)課件第1頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四1．概述1.1微機(jī)保護(hù)的發(fā)展1.2我國微機(jī)保護(hù)的發(fā)展概況1.3我國微機(jī)繼電保護(hù)存在的問題1.4微機(jī)繼電保護(hù)的基本構(gòu)成1.5微機(jī)繼電保護(hù)裝置的特點(diǎn)及其優(yōu)點(diǎn)1.6微機(jī)保護(hù)新技術(shù)及其發(fā)展趨勢

第2頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四1、60年代至70年代初期 理論探索，樣機(jī)試驗(yàn) 中小型計(jì)算機(jī)，單機(jī)集中保護(hù)方案 一機(jī)多用，速度限制，可靠性問題2、70年代中期至80年代中期 微處理器和微型計(jì)算機(jī)進(jìn)入實(shí)用階段 單處理器/單片機(jī)保護(hù)方案

1.1微機(jī)保護(hù)的發(fā)展

第3頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四3、80年代后期至90年代 多CPU結(jié)構(gòu)保護(hù)方案 可靠性高，動(dòng)作速度快，廣泛應(yīng)用4、90年代中期以來 高性能單片機(jī)應(yīng)用，專用DSP

網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)應(yīng)用 新的保護(hù)原理研究第4頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四1.2我國微機(jī)保護(hù)的發(fā)展概況

１、第一代微機(jī)保護(hù)產(chǎn)品

1984年華北電力學(xué)院研制的一套微機(jī)距離保護(hù)MDP—1型經(jīng)試運(yùn)行后通過了科研鑒定。其型號(hào)即通常所說的“01”型，于1987年投入批量生產(chǎn)。特點(diǎn)：采用單CPU結(jié)構(gòu)及多路轉(zhuǎn)換的ADC模數(shù)變換模式。第5頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四２、第二代微機(jī)保護(hù)裝置

華北電力學(xué)院北京研究生部首先研制的。第一套“11”型微機(jī)保護(hù)裝置于1990年5月投入了試運(yùn)行。其代表產(chǎn)品WXH—11和WXB—11。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)與第一代“01”型完全不同，采用多單片機(jī)并行工作，總線不引出插件，數(shù)模變換采用VFC方式，保護(hù)精度與速度及可靠性有了大幅度提高。第6頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四３、第三代微機(jī)保護(hù)裝置

北京哈德威四方保護(hù)與控制設(shè)備公司和華北電力大學(xué)聯(lián)合研制生產(chǎn)的CS系列產(chǎn)品，如線路保護(hù)CSL—101系列、變壓器保護(hù)CST—200系列。

特點(diǎn)：采用不擴(kuò)展的單片機(jī)，總線不引出芯片及較先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)構(gòu)技術(shù)，使得我國保護(hù)裝置的硬件結(jié)構(gòu)提高到國際先進(jìn)水平。第7頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四4、第四代微機(jī)保護(hù)裝置

以32位單片機(jī)以及數(shù)字信號(hào)處理器DSP構(gòu)成的硬件結(jié)構(gòu)為主，其處理數(shù)據(jù)能力強(qiáng)、有效提高保護(hù)性能、硬件資源豐富、總線接口靈活、開發(fā)手段先進(jìn)、精度高、性能穩(wěn)定等優(yōu)勢在微機(jī)保護(hù)裝置中顯示了巨大的生命力。以及微機(jī)保護(hù)向標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化等方向發(fā)展。第8頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四1.3我國微機(jī)繼電保護(hù)存在的問題

微機(jī)保護(hù)在電力系統(tǒng)中的地位問題微機(jī)保護(hù)裝置的標(biāo)準(zhǔn)化和質(zhì)量監(jiān)督微機(jī)保護(hù)裝置的硬件、軟件和規(guī)范化問題產(chǎn)品的先進(jìn)性和實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性問題第9頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四1.4微機(jī)繼電保護(hù)的基本構(gòu)成

計(jì)算機(jī)式繼電保護(hù)是由“硬件”和“軟件”兩部分組成的，硬件是實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)功能的基礎(chǔ)。而繼電保護(hù)原理是直接由軟件，即由計(jì)算程序來實(shí)現(xiàn)的，程序的不同可以實(shí)現(xiàn)不同的原理。程序的好壞、正確與錯(cuò)誤都直接影響著保護(hù)性能的優(yōu)劣、正確或錯(cuò)誤。第10頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四逆變電源打印CRT

鍵盤模擬量輸入單片微機(jī)系統(tǒng)輸出通道輸出通道開關(guān)量輸入人機(jī)接口跳閘信號(hào)

U=

U、I

＋５V±15V

圖1-1典型的微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)框圖

第11頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四1.5微機(jī)繼電保護(hù)裝置的特點(diǎn)及其優(yōu)點(diǎn)

特點(diǎn):保護(hù)功能軟件實(shí)現(xiàn)采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)數(shù)字存儲(chǔ)技術(shù)容易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方通信自檢硬件標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)共享

優(yōu)點(diǎn):維護(hù)調(diào)試方便可靠性高動(dòng)作正確率高易于獲得各種附加功能保護(hù)性能容易得到改善使用靈活、方便具有遠(yuǎn)方監(jiān)控特性第12頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四1.6微機(jī)保護(hù)新技術(shù)及其發(fā)展趨勢

繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展趨勢向計(jì)算機(jī)化,網(wǎng)絡(luò)化,智能化,保護(hù)、控制、測量和數(shù)據(jù)通信一體化發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展及計(jì)算機(jī)在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)領(lǐng)域中的普遍應(yīng)用,新的控制原理和方法被不斷應(yīng)用于計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)中,以期取得更好的效果,從而使微機(jī)繼電保護(hù)的研究向更高的層次發(fā)展,出現(xiàn)了一些引人注目的新技術(shù)和趨勢。

第13頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四自適應(yīng)控制技術(shù)在繼電保護(hù)中的應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在繼電保護(hù)中的應(yīng)用變電所綜合自動(dòng)化技術(shù)數(shù)字信號(hào)處理器DSP的應(yīng)用高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)應(yīng)適應(yīng)人工智能技術(shù)、小波分析理論

綜合利用模糊理論及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)各自的特點(diǎn)形成的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)已成為研究提高電力系統(tǒng)繼電保護(hù)可靠性、快速性、靈敏性及選擇性的一個(gè)重要發(fā)展方向第14頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四2.1傳統(tǒng)保護(hù)裝置硬件系統(tǒng)構(gòu)成2.2微機(jī)保護(hù)裝置的硬件結(jié)構(gòu)2.3微機(jī)保護(hù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

2．微機(jī)繼電保護(hù)裝置的硬件系統(tǒng)

第15頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四

根據(jù)不同原理構(gòu)成的繼電保護(hù)裝置種類雖然很多，但一般情況下，它們都是由三個(gè)基本部分組成，即測量部分、邏輯部分和執(zhí)行部分，其原理框圖如圖2.1所示。2.1傳統(tǒng)保護(hù)裝置硬件系統(tǒng)構(gòu)成測量部分邏輯部分執(zhí)行部分輸入故障參數(shù)跳閘或信號(hào)脈沖輸出整定值圖2.1：傳統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的原理結(jié)構(gòu)圖第16頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四圖2.1：傳統(tǒng)繼電保護(hù)裝置的原理結(jié)構(gòu)圖

各基本部分的作用是：(1)測量部分是測量與被保護(hù)設(shè)備工作狀態(tài)(正常狀態(tài)、故障狀態(tài)或不正常工作狀態(tài))相關(guān)的電氣量，并與給定的整定值比較，從而判斷保護(hù)是否應(yīng)該起動(dòng)。(2)邏輯部分是根據(jù)各測量元件輸出量的大小、性質(zhì)、組合方式、出現(xiàn)順序，來判斷被保護(hù)設(shè)備的工作狀態(tài)，以決定保護(hù)是否應(yīng)該動(dòng)作。(3)執(zhí)行部分是根據(jù)邏輯部分傳送的信號(hào)，執(zhí)行保護(hù)裝置所承擔(dān)的任務(wù)。如內(nèi)部故障時(shí)動(dòng)作于跳閘；不正常運(yùn)行時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)；正常運(yùn)行時(shí)不動(dòng)作等。測量部分邏輯部分執(zhí)行部分輸入故障參數(shù)跳閘或信號(hào)脈沖輸出整定值第17頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四微機(jī)保護(hù)裝置的典型結(jié)構(gòu)１、信號(hào)輸入電路２、單片微機(jī)系統(tǒng)３、人機(jī)接口部分４、輸出通道回路５、電源部分

2.2微機(jī)保護(hù)裝置的硬件結(jié)構(gòu)第18頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四(一)信號(hào)輸入電路

微機(jī)保護(hù)裝置輸入信號(hào)主要有兩類，即開關(guān)量和模擬量信號(hào)。信號(hào)輸入電路部分就是妥善處理這二類信號(hào)，完成單片微機(jī)系統(tǒng)輸入信號(hào)接口功能。

通常輸入的開關(guān)量信號(hào)不能滿足單片微機(jī)的輸入電平要求，因此需要信號(hào)電平轉(zhuǎn)換。為了提高保護(hù)裝置的抗干擾性能，通常還需要經(jīng)整形、延時(shí)、光電隔離等處理。

輸入的電壓和電流信號(hào)，是模擬量信號(hào)。由于計(jì)算機(jī)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模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能接受的數(shù)字脈沖信號(hào)。完成模擬量至數(shù)字脈沖的變換稱為模數(shù)變換，輸入模擬量信號(hào)的模數(shù)變換電路也稱作輸入信號(hào)調(diào)理電路。第19頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四(二)單片微機(jī)系統(tǒng)

微機(jī)保護(hù)裝置的核心是單片微機(jī)系統(tǒng)，它是由單片微機(jī)和擴(kuò)展芯片構(gòu)成的一臺(tái)小型工業(yè)控制微機(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)。這些硬件和軟件構(gòu)成的整個(gè)單片微機(jī)系統(tǒng)主要任務(wù)是完成數(shù)值測量、計(jì)算、邏輯運(yùn)算及控制和記錄等智能化任務(wù)。除此之外，現(xiàn)代的微機(jī)保護(hù)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)度所的控制和管理信息。

第20頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四(三)人機(jī)接口部分

在許多情況下，單片微機(jī)系統(tǒng)必須接受操作人員的干預(yù)，例如整定值的輸入，工作方式的變更，對(duì)單片微機(jī)系統(tǒng)狀態(tài)的檢查等都需要人機(jī)對(duì)話。這部分工作在CPU控制之下完成，通?？梢酝ㄟ^鍵盤、漢化液晶顯示、打印及信號(hào)燈、音響或語言告警等來實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話。第21頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四(四)輸出通道部分

輸出通道部分是對(duì)控制對(duì)象(例如斷路器)實(shí)現(xiàn)控制操作的出口通道。通常這種通道主要任務(wù)是將小信號(hào)轉(zhuǎn)換為大功率輸出，滿足驅(qū)動(dòng)輸出的功率要求。在出口通道里還要防止控制對(duì)象對(duì)微機(jī)系統(tǒng)的反饋干擾，因此出口通道也需要光隔離?？偟恼f來輸出通道仍然是一種被控對(duì)象與微機(jī)系統(tǒng)之間的接口電路。第22頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四(五)電源部分

微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)對(duì)電源要求較高，通常這種電源是逆變電源，即將直流逆變?yōu)榻涣鳎侔呀涣髡鳛槲C(jī)系統(tǒng)所需的直流電壓。它把變電所強(qiáng)電系統(tǒng)的直流電源與微機(jī)的弱電系統(tǒng)電源完全隔離開。通過逆變后的直流電源具有極強(qiáng)的抗干擾水平，對(duì)來自變電所中因斷路器跳合閘等原因產(chǎn)生的強(qiáng)于擾可以完全消除掉。第23頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四其他電路

其他電路包括復(fù)位電路、工作方式開關(guān)及信號(hào)燈，這些元件均裝于面板上，開入、開出端口引自CPU芯片，當(dāng)工作方式開關(guān)撥至上方，開關(guān)接通，即工作方式為投入運(yùn)行；撥至下方，即投入調(diào)試。

第24頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四

圖2.2典型的保護(hù)裝置的硬件結(jié)構(gòu)示意圖

模擬量輸入模擬量輸入變換前置低通濾波器多路轉(zhuǎn)換開關(guān)A/D開關(guān)量輸入開關(guān)量輸入處理光電隔離繼電器邏輯回路人機(jī)交互接口打印機(jī)接口高頻通道接口微波通道接口光纖通道接口通用數(shù)字通信接口保護(hù)用通信接口微處理器E2PROMRAM看門狗實(shí)時(shí)時(shí)鐘電源第25頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四2.3微機(jī)保護(hù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

2.3.1模擬量輸入電路概述2.3.2ADC變換模式的構(gòu)成部分2.3.3開關(guān)量輸入輸出回路原理

第26頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四

1、模擬量輸入電路的主要作用隔離、規(guī)范輸入電壓及完成模數(shù)變換，以便與CPU接口，完成數(shù)據(jù)采集任務(wù)。因此這部分電路又稱數(shù)據(jù)采集電路。

2、微機(jī)保護(hù)的模數(shù)變換方式主要有:（1）ADC變換方式：直接將模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量的變換方式（2）VFC變換方式：VFC是將模擬量電壓先轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率脈沖量，通過脈沖計(jì)數(shù)變換為數(shù)字量的一種變換方式

2.3.1模擬量輸入電路概述第27頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四2.3.2ADC變換模式的構(gòu)成部分（1）電壓形成回路（2）采樣保持電路(S／H)模擬低通濾波器(ALF)（3）模擬量多路轉(zhuǎn)換開關(guān)(MPX)（4）模數(shù)變換器第28頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四(一)電壓形成回路

1、作用（1）變換作用：將交流強(qiáng)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)槿蹼娤到y(tǒng)（2）隔離作用：將交流強(qiáng)電系統(tǒng)與弱電系統(tǒng)相隔離2、變換器的種類（1）電流變換器(TA)（2）電壓變換器(TV)（3）電抗變壓器(TL)（4）光電互感器(OCT、OVT)第29頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四電流變換器(TA)

交流電流的變換一般采用電流變換器，并在其二次側(cè)并聯(lián)電阻以取得所需電壓(改變電阻值就可以改變輸出范圍的大小)。優(yōu)點(diǎn)：只要鐵芯不飽和，其二次電流及并聯(lián)電阻上電壓的波形就可基本保持與一次電流波形相同且同相，即可以做到不失真變換。缺點(diǎn)：電流變換器在非周期分量的作用下容易飽和，線性度差，動(dòng)態(tài)范圍也小。第30頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四光電互感器

為克服電磁式互感器的缺點(diǎn)，國內(nèi)外正在研究和推應(yīng)用光電互感器。光電互感器與傳統(tǒng)的電磁式互感相比有以下主要的優(yōu)越性：(1)優(yōu)良的絕緣性能，造價(jià)低、體積小、質(zhì)量輕。(2)不含鐵心，消除了磁飽和、鐵磁諧振等問題。(3)動(dòng)態(tài)范圍大，測量精度高。(4)頻率范圍寬。(5)抗干擾能力強(qiáng)。第31頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四

(二)采樣保持電路(S／H)和模擬低通濾波(ALF)

1．采樣保持電路(S／H)

采樣保持原理:

在高電平時(shí)AS閉合，此時(shí)電路處于采樣狀態(tài)。Ch迅速充電到在采樣時(shí)刻的電壓值Ui。在低電平時(shí)，AS打開，電容Ch上保持住AS打開瞬間的電壓，電路處于保持狀態(tài)。AS的閉合時(shí)間應(yīng)滿足Ch有足夠的充電時(shí)間，即采樣時(shí)間。uiu0ASCh變換器1變換器2第32頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四2、采樣頻率與采樣定理

設(shè)被采樣信號(hào)x(t)的頻率為f0

，采樣間隔Ts的倒數(shù)稱為采樣頻率fs，若fs>2f0，則采樣后所得到的信號(hào)才有可能較為真實(shí)地代表輸入信號(hào)x(t).第33頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四3．低通濾波器(ALF)

1、作用

（1）將fs／2以上的頻率分量濾去，保證對(duì)所需最高頻率信號(hào)的采樣不發(fā)生失真。

（2）降低了對(duì)硬件的速度要求

2、模擬低通濾波器的種類（1）無源模擬低通濾波器:

接線簡單，但電阻與電容回路對(duì)信號(hào)有衰減作用，并會(huì)帶來延遲，對(duì)快速保護(hù)不利，僅適用于要求不高的微機(jī)保護(hù)。

無源低通濾波

第34頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四3．低通濾波器(ALF)

（2）有源模擬低通濾波器:有源低通濾過器通常由上述無源濾過器加上運(yùn)算放大器構(gòu)成，此時(shí)電容可取較小的數(shù)值，從而加快了保護(hù)動(dòng)作速度（T在0．8～1．8ms之間）有源低通濾波第35頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四

(三)模擬量多路轉(zhuǎn)換開關(guān)(MPX)

由于數(shù)模變換器接口復(fù)雜及價(jià)格昂貴，通常不宜對(duì)各路電壓、電流模擬量同時(shí)采用模數(shù)轉(zhuǎn)換，而是采用多路S／H共用一個(gè)模數(shù)變換器，中間經(jīng)多路轉(zhuǎn)換開關(guān)切換，按順序由公用的模數(shù)變換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，實(shí)現(xiàn)同時(shí)采樣、依次模數(shù)變換的要求。第36頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四

(四)模數(shù)變換(A／D)

1．模數(shù)變換器(ADC)原理（１）逐次逼近法的原理（２）重要指標(biāo)a轉(zhuǎn)換精度

即A／D轉(zhuǎn)換分辨率，它主要取決于設(shè)定數(shù)碼的最小量化單位，A／D轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)字量位數(shù)越多，最小量化單位越小，分辨率越高，轉(zhuǎn)換出的數(shù)字量舍入誤差越小，A／D轉(zhuǎn)換的精度就越高。

b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。第37頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四

2.3.3開關(guān)量輸入輸出回路原理

一、開關(guān)量輸入回路開關(guān)量輸入回路包括斷路器和隔離開關(guān)的輔助觸點(diǎn)或跳合閘位置繼電器接點(diǎn)輸入，外部裝置閉鎖重合閘觸點(diǎn)輸入，輕、重瓦斯繼電器接點(diǎn)輸入，還包括裝置上連接片位置輸入等回路。第38頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四

二、開關(guān)量輸出回路開關(guān)量輸出主要包括跳閘出口、重合閘出口及就地和中央信號(hào)出口等。開關(guān)量輸出回路一般都采用并行輸出端口來控制有接點(diǎn)的繼電器。為了提高抗干擾能力，都要經(jīng)過一級(jí)光電隔離。在實(shí)際保護(hù)裝置中應(yīng)考慮出口的閉鎖，以防止保護(hù)誤動(dòng)作，因此光敏三極管的集電極必須經(jīng)啟動(dòng)繼電器接點(diǎn)接正電源，形成保護(hù)出口的閉鎖回路。第39頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四3．微機(jī)繼電保護(hù)裝置的軟件系統(tǒng)

眾所周知，傳統(tǒng)的繼電器是由硬件實(shí)現(xiàn)的，直接將模擬信號(hào)引入保護(hù)裝置，實(shí)現(xiàn)幅值、相位、比率的判斷，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。而微機(jī)保護(hù)則是由硬件和軟件共同實(shí)現(xiàn)，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過某種運(yùn)算求出電流、電壓的幅值、相位、比值等，并與整定值進(jìn)行比較，以決定是否發(fā)出跳閘命令。第40頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四

微機(jī)保護(hù)裝置這種根據(jù)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、運(yùn)算、判斷，實(shí)現(xiàn)各種繼電保護(hù)功能的方法稱為算法。根據(jù)繼電保護(hù)算法，可以列出繼電器動(dòng)作判據(jù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，編寫程序，實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)功能。

評(píng)價(jià)一個(gè)算法的好壞指標(biāo)包括：運(yùn)算精度、數(shù)據(jù)窗長度、運(yùn)算工作量等。然而各個(gè)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)是相互矛盾的，如要求計(jì)算精度高，往往需要更長的數(shù)據(jù)窗。研究算法的實(shí)質(zhì)是如何在速度與精度之間進(jìn)行權(quán)衡，找到一種同時(shí)滿足精度和速度要求的算法。實(shí)際上電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)存在很多算法，下面以幾種最常用算法為例進(jìn)行介紹。

3.1算法

第41頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四

傅氏算法的基本思想源于傅立葉級(jí)數(shù)。周期函數(shù)u（t）用傅氏級(jí)數(shù)的形式來表達(dá)：式中:為基波角頻率,為n次諧波正弦項(xiàng)幅值(系數(shù)):為n次諧波余弦項(xiàng)幅值(系數(shù)).3.1.1全周波傅氏算法第42頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四

這種算法在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)時(shí)，也就是對(duì)離散的采樣值進(jìn)行運(yùn)算，其實(shí)部和虛部如下：3.1.1全周波傅氏算法第43頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四3.1.2時(shí)差移相算法

當(dāng)輸入信號(hào)為，而保護(hù)原理需要應(yīng)用延后一個(gè)α角的時(shí)，在計(jì)算機(jī)保護(hù)中可以用時(shí)差移相方法實(shí)現(xiàn)。假如在時(shí)刻k要得到一個(gè)滯后α角的電壓，只需要在滯后時(shí)刻k一個(gè)時(shí)間間隔取值，即為所要求的在時(shí)刻k的瞬時(shí)值。同理要取超前α角的值，可取時(shí)刻時(shí)的瞬時(shí)值。第44頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四

復(fù)數(shù)求模，通常需要進(jìn)行平方計(jì)算，即，其中是的實(shí)部，是A的虛部。開方運(yùn)算的計(jì)算量很大，當(dāng)精度要求不太高時(shí)，可用下列近似算法:

取和兩數(shù)中的大者為L，小者為S，r為S與L之比，設(shè)為A的估計(jì)值，當(dāng)時(shí)，可用線性方程逼近。這里舉出兩種常用逼近方法：（4）（5）3.1.3復(fù)數(shù)求模的近似算法第45頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四

第一種:(6)

第二種:(7)

由負(fù)序分量的基本公式和前述的時(shí)差移相算法并離散化可推導(dǎo)出負(fù)序分量的計(jì)算方法。最常用的兩種算法為：3.1.4負(fù)序分量計(jì)算方法第46頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四3.2軟件設(shè)計(jì)基本步驟

介紹一個(gè)實(shí)際的微機(jī)距離保護(hù)的程序流程（如圖1）。軟件分為兩大部分:

一為監(jiān)控程序，包括調(diào)試和檢查微機(jī)保護(hù)裝置的硬件電路模塊，輸入、修改、固化保護(hù)裝置的定值等模塊；二為運(yùn)行程序，即微機(jī)保護(hù)程序的主要部分，完成不同原理的保護(hù)功能，包括：（1）循環(huán)自檢及打印報(bào)告程序；（2）采樣中斷服務(wù)程序，（3）故障處理程序等。第47頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四（圖1）微機(jī)保護(hù)裝置軟件基本結(jié)構(gòu)圖第48頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四3.2.1初始化及自檢循環(huán)

如圖2所示，微機(jī)保護(hù)上電后必須進(jìn)行初始化設(shè)置和檢測，例如堆棧指針設(shè)置、串行口、定時(shí)器工作方式的初始化等。通常微機(jī)保護(hù)面板上有一個(gè)工作方式開關(guān)，初始化后，由開關(guān)位置決定執(zhí)行調(diào)試程序還是運(yùn)行程序。如在調(diào)試方式，則轉(zhuǎn)至監(jiān)控程序，等待人機(jī)對(duì)話插件的調(diào)試命令。在運(yùn)行方式下則進(jìn)行全面自檢，當(dāng)全面自檢通過后才進(jìn)行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的初始化，包括計(jì)數(shù)器的初始化、采樣值存放地址指針的初始化等。(圖2)第49頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四

然后開放中斷，通常等待60ms（三個(gè)周波）后才投入突變量起動(dòng)元件的計(jì)算。如果開放中斷后立即投入起動(dòng)元件，由于RAM區(qū)的數(shù)據(jù)是隨機(jī)的，會(huì)造成起動(dòng)元件誤動(dòng)。自檢循環(huán)中的通用自檢內(nèi)容包括RAM區(qū)讀寫檢查、E2PROM求和檢查、定值檢查、開關(guān)量輸出回路檢查、開關(guān)量監(jiān)視、對(duì)定值拔輪開關(guān)位置的監(jiān)視、電壓互感器二次斷線檢查、電流求和自檢等。3.2.1初始化及自檢循環(huán)第50頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四3.2.2采樣中斷服務(wù)程序

如圖3所示，中斷開始后，首先進(jìn)行采樣指針更新，接著對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行差分濾波，濾除采樣數(shù)據(jù)中的直流成分，并檢測零序電壓變化量，判斷零序電壓突變起動(dòng)是否發(fā)生。如果發(fā)生，起動(dòng)標(biāo)志增加一次，否則起動(dòng)標(biāo)志清零。(圖3)第51頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四3.2.2采樣中斷服務(wù)程序

只要連續(xù)三點(diǎn)零序電壓變化量大于整定值，就確定第一突變點(diǎn)為故障發(fā)生點(diǎn)，并設(shè)定故障起動(dòng)標(biāo)志為1，計(jì)數(shù)器開始計(jì)時(shí)，否則清零故障起動(dòng)標(biāo)志并返回主程序。如果故障起動(dòng)標(biāo)志為1且計(jì)數(shù)器延時(shí)，開始計(jì)算中斷程序中的保護(hù)程序輸出，否則返回主程序。檢測保護(hù)輸出有出口否，有則修改中斷返回地址為故障處理程序首地址，并返回；如保護(hù)無出口，返回主程序并順序執(zhí)行下面的程序。第52頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四3.2.3故障處理程序

首先判斷系統(tǒng)是否有振蕩發(fā)生，如有則進(jìn)入振蕩閉鎖模塊，待振蕩停息后返回整組復(fù)歸入口，清零各種標(biāo)志并恢復(fù)起動(dòng)元件，準(zhǔn)備好下次再動(dòng)作。如判斷確實(shí)有故障發(fā)生，則進(jìn)入故障處理模塊，包括選相子模塊、繼電器計(jì)算子模塊和跳閘邏輯子模塊等。第53頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四（1）選相程序。故障處理程序的第一步是選出故障相別，以決定阻抗計(jì)算中應(yīng)取什么相別的電壓和電流，因?yàn)橹挥泄收舷嗟淖杩共拍苷_反映故障點(diǎn)位置。該型保護(hù)裝置的選相程序首先計(jì)算三個(gè)相電流差突變量的有效值。即，并把它們分為大、中、小三類。如果（大－中）>>（中－小）則必定是單相接地，且小者對(duì)應(yīng)的兩相為非故障相。如不滿足上述條件則為相間故障，且大者對(duì)應(yīng)的兩相為故障相。（2）保護(hù)繼電器計(jì)算程序，由具體繼電器算法編制。3.2.3故障處理程序第54頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四3.2.3故障處理程序

（3）跳閘后程序。判為區(qū)內(nèi)故障時(shí)，110kV以上電壓等級(jí)的微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)通常驅(qū)動(dòng)三個(gè)分相跳閘出口繼電器，發(fā)出跳閘命令后40ms內(nèi)不考慮撤銷跳閘命令，以保證可靠跳閘。從40ms后判斷故障相有無電流，如無電流則認(rèn)為跳閘成功收回跳閘命；如發(fā)出跳今后0.25秒仍有電流，則發(fā)三跳（后備三跳）命令，以期在本裝置三跳出口回路拒動(dòng)時(shí)起到后備作用。發(fā)出三跳命令后12s內(nèi)三相均無電流，程序轉(zhuǎn)至整組復(fù)歸，取12s的原因是考慮三相重合閘最長時(shí)間不大于10s，發(fā)出三跳令后0.4s判斷任一相是否又有電流，如有電流，則進(jìn)入后加速程序段。第55頁，共60頁，2023年，2月20日，星期四4．微機(jī)繼電保護(hù)在煤礦上的實(shí)際應(yīng)用

煤礦電力系統(tǒng)的發(fā)展，對(duì)連續(xù)、安全、可靠供電的要求越來越高。微機(jī)保護(hù)以其可靠性高、動(dòng)作迅速、維護(hù)調(diào)試方便、保護(hù)性能好等優(yōu)點(diǎn)在礦區(qū)35KV變電所得到了迅速推廣。與傳統(tǒng)的機(jī)械式繼電器相比，微機(jī)保護(hù)具有保護(hù)動(dòng)作靈敏、可靠，能夠記錄故障信息，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和管理，微機(jī)保護(hù)自檢功能強(qiáng)大等特點(diǎn)。礦上正在使用的微機(jī)保護(hù)一般有南京南瑞、許繼、四方、西門子等幾種類型。

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