微機保護硬件的構成

微機保護是由微型計算機和相應軟件（程序）來實現(xiàn)的新型保護，由硬件和軟件兩大部分構成。

一、微機保護硬件的構成

微機保護硬件的核心是微處理器，硬件系統(tǒng)按功能可分為數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理單元、開關量輸入/輸出接口、接口、電源五個部分。

1、數(shù)據(jù)采集單元

繼電保護裝置從電流、電壓互感器二次獲得的電流、電壓是模擬信號，微機保護能夠處理的信號是離散化的數(shù)字信號，將模擬量轉換成為數(shù)字量的過程就是通常所說的數(shù)據(jù)采集，也稱為模擬量輸入系統(tǒng)。主要包括電壓形成回路、前置模擬低通濾波器（ALF）、采樣保持電路（S/H）、多路轉換器（MPX）以及模數(shù)轉換（A/D）電路五個部分，完成將模擬輸入量準確地轉換為所需的數(shù)字量。

1）電壓形成回路

主要有電壓變換器、電流變換器和電抗變換器等。電壓、電流變換器一次側并聯(lián)電容，主要是為了吸收耦合到輸入導線上的干擾信號；電流變換器二次側并聯(lián)電阻的目的是通過電流在電阻上產(chǎn)生的電壓來實現(xiàn)電流量到電壓量的變換。電壓形成回路除變換電量外，還起電氣隔離和電磁屏蔽的作用，以保證弱電元件的安全，減少高壓設備對弱電元件的干擾。

2）前置模擬低通濾波器（ALF）

低通濾波器是一種能使工頻信號通過，同時抑致高頻信號的電路。通常分為無源濾波器和有源濾波器兩種。

3）采樣保持電路（S/H）

（1）采樣

模擬輸入信號經(jīng)電壓形成回路和低通濾波后仍為連續(xù)的時間信號，把連續(xù)的時間信號變成離散的時間信號稱為采樣或離散化。采樣就是周期性抽取或測量連續(xù)信號的瞬時值，采樣器的輸出是離散化了的模擬量。

（2）保持

微機保護多路模擬通道共用一個模數(shù)轉換器（A/D），各通道的取樣信號必須依次通過A/D回路進行轉換，每轉換一路都需要一定的轉換時間，變化較快的模擬信號必須保持，否則將引起誤差。

4）多路轉換器

微機保護通常需對多個模擬量同時采樣，為了簡化電路和降低成本，一般采用多個模擬量通道通過多路轉換器共用一個A/D，通過多路轉換開關實現(xiàn)通道切換。

5）模數(shù)轉換器（A/D）

模數(shù)轉換器（A/D）的作用是將保存在S/H中已離散化的模擬信號轉換成微機所需的數(shù)字量。

2、數(shù)據(jù)處理單元

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是微機保護的核心，中央處理器（CPU）系統(tǒng)包括微處理器(MPU)、只讀存儲器（EPROM）、隨機存取存儲器（RAM）以及定時器等。MPU執(zhí)行存放在EPROM中的程序，對由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輸入至RAM區(qū)的原始數(shù)據(jù)進行分析處理，以完成各種繼電保護的功能。

3、開關量（數(shù)字量）輸入/輸出接口

1）開關量輸入回路

由若干并行接口適配器、光電隔離器件及中間繼電器等組成，完成各種保護的出口跳閘、信號報警，外部接點輸入及人機對話等功能。

2）開關量輸出回路

開關量輸出回路主要包括跳閘出口、重合閘出口及就地和中央信號出口等，一般采用并行輸出端口來控制有觸點繼電器。

3）打印機并行接口回路

打印機作為微機保護裝置的輸出設備，可將執(zhí)行結果通過打印機打印出來。在系統(tǒng)發(fā)生故障后，可將有關故障信息、保護動作、采樣報告打印出來。

4）人機對話接口回路

人機對話接口的作用是建立起微機保護裝置與使用者之間的信息聯(lián)系，以便對保護裝置進行人工操作、調試和得到反饋信息，并由硬件時鐘芯片提供日歷與自動計時。通常包括鍵盤、顯示屏、指示燈、按鈕、打印機接口和調試通訊接口。

4、通信接口

為形成集微機保護、監(jiān)控、遠動和管理于一體的變電站綜合自動化系統(tǒng)，微機保護除完成自身的功能外，通過主機向本地或遠方傳送保護定值、故障報告的同時，遠方可通過主機對微機保護實行遠方控制，如修改定值、投切壓板等，這些都需要由通信接口來實現(xiàn)。

5、電源

微機保護裝置對電源的要求較高，通常采用逆變電源，即將直流逆變?yōu)榻涣鳎賹⒔涣髡鳛橹绷麟妷汗┪C保護使用。通過逆變后的直流電源，具有很強的抗干擾能力，可大大消除來自變電所中因斷路器跳合閘等原因產(chǎn)生的強干擾。

二、微機保護軟件的構成

軟件通?？煞譃楸O(jiān)控程序和微機保護運行程序兩部分。監(jiān)控程序包括人機對話接口，鍵盤命令處理程序，以及為插件調試、定值整定、報告顯示等所配置的程序。微機保護運行程序是指保護裝置在運行狀態(tài)下所需執(zhí)行的程序，一般分為主程序和中斷服務程序兩個模塊。

1、主程序

包括初始化、全面自檢、開放及等待中斷等。主程序按固定的采樣周期接受采樣中斷進入采樣程序，在采樣過程中進行模擬量采樣與濾波、開關量的采集、裝置硬件自檢、交流電流斷線和啟動判據(jù)計算，根據(jù)是否滿足啟動條件而進入正常運行程序和故障計算程序。

2、中斷服務程序

在該程序中有正常運行程序模塊和故障程序模塊。正常運行程序模塊通常有采樣中斷，串行口中斷等，其中采樣中斷包括數(shù)據(jù)采集與處理、保護啟動判斷等；串行口中斷完成保護CPU與保護管理CPU之間的數(shù)據(jù)傳送、如保護的遠方整定、復歸等。故障處理程序模塊在保護啟動后才投用，用于進行保護特性計算、判定故障性質等。采樣中斷服務程序的主要任務是控制多路開關和模數(shù)轉換器，將各模擬輸入量的采樣值轉換成數(shù)字量，然后存入RAM區(qū)的循環(huán)寄存區(qū)，其次完成啟動判斷任務。

三、微機保護裝置的特點

1、維護調試方便

微機保護裝置具有自診斷功能，對硬件各部分和存放在EPROM中的程序不斷進行自動檢測，一旦發(fā)現(xiàn)異常，就會發(fā)出警報。只要給上電源，不發(fā)警報即可確認保護裝置完好，從而大大減輕了運行維護的工作量。

2、可靠性高

計算機有極強的綜合分析和判斷能力，可以實現(xiàn)常規(guī)保護很難辦到的自動糾錯，另外有自診斷能力，能夠自動檢測出本身硬件的異常部分，配合多重化可以有效地防止拒動，因此可靠性很高。

3、易于獲得附加功能

計算機如果配置打印機或其他顯示設備，可以在系統(tǒng)發(fā)生故障后提供多種信息，例如保護部分的動作順序和動作時間記錄、故障類型和相別及故障前后電壓、電流的波形記錄，有助于對事故的分析和處理。

4、靈活性大

微機保護的特性主要由軟件決定，因此只要改變軟件就可以改變保護的特性和功能，從而可靈活地適應電力系統(tǒng)各種運行方式的變化。

5、保護性能得到很好完善

微機保護的應用使很多原有繼電保護中存在的技術問題，找到了新的解決辦法，例如對接地距離保護允許過渡電阻的能力、距離保護如何區(qū)別震蕩和短路、大型變壓器差動保護如何識別勵磁涌流和內部故障等問題，都有了新的解決辦法。