1.概述

　　繼電保護是關系著(zhe)電力系統安全運行的(de)關鍵。繼電保護技術的(de)發展大(dà)緻分(fēn)爲四個(gè)曆史階段：電磁型、晶體管型（又稱半導體型或分(fēn)立元件型）、集成電路型、微型計算(suàn)機型。目前，随著(zhe)微電子技術的(de)發展，微機型繼電保護技術的(de)應用(yòng)已越來(lái)越廣泛。

　　與傳統的(de)繼電保護技術相比，微機繼電保護主要有以下(xià)的(de)優點：

　　（1）改善和(hé)提高(gāo)繼電保護的(de)動作特性和(hé)性能；

　　（2）可(kě)靠性大(dà)爲提高(gāo)；

　　（3）内部編程軟接線的(de)方式大(dà)大(dà)降低了(le)電氣二次線路的(de)複雜(zá)性；

　　（4）可(kě)以充分(fēn)利用(yòng)CPU的(de)資源，實現其他(tā)測量、管理(lǐ)、通(tōng)訊等功能；

　　（5）微機特有的(de)記憶存槠功能能很好的(de)實現故障追憶，提高(gāo)運行管理(lǐ)效率；

　　（6）自檢能力強，可(kě)以省去每年花費大(dà)量人(rén)力物(wù)力而必須去做(zuò)的(de)繼電保護預防性試驗，可(kě)以保證生産的(de)連續運行；

　　（7）擴展能力強。

　　2.微機型繼電保護裝置的(de)硬件構成

　　2.1微機繼電保護裝置典型硬件結構

　　微機型繼電保護裝置是微機控制技術的(de)應用(yòng)實例之一。它是以微處理(lǐ)器（單片機）爲核心，配以輸入、輸出通(tōng)道，人(rén)機接口和(hé)通(tōng)訊接口等。

　　2.2微機保護裝置的(de)輸入輸出通(tōng)道

　　微機保護的(de)輸入通(tōng)道分(fēn)爲模拟量輸入通(tōng)道和(hé)開關量輸入通(tōng)道，輸出通(tōng)道主要爲繼電器邏輯回路。輸入通(tōng)道主要完成電力系統的(de)電壓、電流信号的(de)采集和(hé)一次設備的(de)狀态量采集（比如斷路器的(de)運行狀态）；而輸出通(tōng)道主要完成保護跳閘信号、告警信号的(de)輸出。

　　2.2.1模拟量輸入通(tōng)道

　　目前，微機保護的(de)模拟量采集均采用(yòng)交流采樣技術。模拟量輸入通(tōng)道主要由模拟量輸入變換回路、低通(tōng)濾波器、采樣和(hé)A/D轉換器等幾個(gè)環節構成。

　　2.2.1.1模拟量輸入變換回路

　　由一次回路的(de)CT、PT的(de)二次側輸入至微機保護器的(de)信号，一般數值較大(dà)，不适合内部A/D轉換的(de)電平要求（一般A/D轉換回路的(de)輸入電壓範圍爲±2.5V、±5V或±10V）。模拟量輸入變換回路的(de)主要任務就是就是将輸入的(de)電量進一步變換，将二次電量值變得(de)更小，同時(shí)将電流量變爲電壓量，以适合内部A/D轉換的(de)要求。同時(shí)，該變換回路還(hái)起著(zhe)隔離外部幹擾的(de)作用(yòng)。

　　設計模拟量輸入變換回路要注意的(de)幾點：①要保證各電流變換器之間、各電壓變換器之間及電流、電壓變換器之間的(de)一次、二次側相位移保持一緻；②變換器的(de)鐵芯磁導率要選取得(de)當，保證工作的(de)線性範圍；③變換器本身的(de)損耗要小；④要保證在最大(dà)短路電流下(xià)，變換器的(de)輸出不使A/D發生溢出。

　　2.2.1.2低通(tōng)濾波器及采樣

　　由于計算(suàn)機處理(lǐ)的(de)是離散的(de)時(shí)間信号，故輸入的(de)連續模拟量必須要被采樣爲離散的(de)模拟量。同時(shí)，要使采樣值能準确無誤的(de)反映輸入的(de)模拟量，采樣頻(pín)率必須遵循一定的(de)要求，即采樣頻(pín)率必須大(dà)于原始輸入信号中最高(gāo)頻(pín)率分(fēn)量的(de)頻(pín)率的(de)2倍，這(zhè)就是采樣定理(lǐ)。否則，采樣信号将出現頻(pín)率混疊，不能真實反映原始輸入信号。

　　系統的(de)故障電流、電壓信号中一般含有許多(duō)高(gāo)頻(pín)分(fēn)量。而常見的(de)微機保護原理(lǐ)大(dà)多(duō)是基于工頻(pín)量的(de)。這(zhè)樣，爲了(le)避免不必要的(de)擡高(gāo)采樣頻(pín)率，一般微機保護器中都設置了(le)前置低通(tōng)濾波器。圖2-2描述了(le)低通(tōng)濾波器的(de)理(lǐ)想頻(pín)率響應。圖中，fc爲濾波器的(de)截止頻(pín)率，是考察低通(tōng)濾波器的(de)一個(gè)重要指标。

        2.2.1.3 A/D轉換

　　由于計算(suàn)機隻對(duì)離散的(de)數字量進行處理(lǐ)，則采樣得(de)到的(de)離散的(de)模拟量還(hái)要進一步轉換爲離散的(de)數字量。完成這(zhè)一任務的(de)環節即爲A/D轉換器（模/數轉換器）。模數轉換過程的(de)實質就是對(duì)模拟信号進行量化(huà)和(hé)編碼的(de)過程。

　　根據A/D轉換的(de)原理(lǐ)和(hé)特點的(de)不同，可(kě)将A/D轉換分(fēn)爲直接轉換和(hé)間接轉換兩大(dà)類。常見的(de)直接轉換有逐次逼近式A/D、計數式A/D等；間接轉換有積分(fēn)式A/D、V/F式A/D等。至于各種A/D的(de)原理(lǐ)，這(zhè)裏就不在細述。

　　2.2.2數字量輸入輸出通(tōng)道

　　數字信号的(de)輸入輸出，主要針對(duì)于微機保護器的(de)人(rén)機接口和(hé)各種告警信号、跳閘信号及電度脈沖等。爲防止外部幹擾的(de)竄入，一般在輸入輸出回路中均采用(yòng)光(guāng)電隔離措施。

　　2.3 微機保護裝置的(de)數字核心

　　微機保護裝置的(de)數字核心一般由CPU、存儲器、定時(shí)器/計數器、Wachdog等組成。目前數字核心的(de)主流爲嵌入式微控制器（MCU），即通(tōng)常所說的(de)單片機。MCU一般以某一微處理(lǐ)器内核爲核心，芯片内部集成了(le)RAM、ROM、總線、總線邏輯、定時(shí)/計數器、WachDog、I/O、串行口、A/D、D/A等各種必要的(de)功能和(hé)外圍設備、電路。一般一個(gè)系列的(de)單片機具有多(duō)種衍生産品，它們的(de)微處理(lǐ)器内核都一樣，不同的(de)是存儲器和(hé)外設的(de)配置及封裝。這(zhè)樣可(kě)以使單片機最大(dà)限度的(de)和(hé)應用(yòng)相匹配，從而降低成本和(hé)功耗。常見的(de)MCU有MCS-51、MCS-196/296、C166/167、68300等等。

　　随著(zhe)微電子技術的(de)發展，一些功能更爲強大(dà)、數字信号處理(lǐ)能力更強的(de)數字核心将成爲微機保護裝置升級的(de)必然趨勢。有代表性的(de)是嵌入式DSP處理(lǐ)器（EDSP）和(hé)嵌入式片上系統（ESOC）。

　　3.微機保護的(de)算(suàn)法基礎

　　微機保護裝置根據模數轉換器提供的(de)電氣量的(de)采樣值進行分(fēn)析、運算(suàn)和(hé)邏輯判斷，以實現各種繼電保護功能的(de)方法成爲算(suàn)法。微機算(suàn)法可(kě)分(fēn)爲兩類。一類是由輸入的(de)采樣點得(de)出繼電保護所必需的(de)電氣量的(de)各要素，如正弦量的(de)幅值、頻(pín)率和(hé)相角；另一類是以方程和(hé)邏輯的(de)形式實現繼電保護的(de)動作特性。評價算(suàn)法優劣的(de)标準是精度和(hé)速度。算(suàn)法的(de)速度包括兩方面：一是算(suàn)法所要求的(de)采樣點數（數據窗(chuāng)長(cháng)度），二是算(suàn)法的(de)工作量。另外，爲了(le)保證信号的(de)正确性，相應的(de)數字濾波也(yě)是非常必要的(de)。

　　對(duì)于求取電氣量的(de)各要素的(de)算(suàn)法，主要有：①兩點乘積算(suàn)法；②導數算(suàn)法；③積分(fēn)算(suàn)法；④傅式算(suàn)法；⑤最小二乘法。其中，以傅式算(suàn)法應用(yòng)較爲廣泛。該算(suàn)法的(de)數據窗(chuāng)長(cháng)度爲一個(gè)周波，且對(duì)于高(gāo)頻(pín)分(fēn)量的(de)濾波能力較強，但對(duì)于非周期分(fēn)量引起的(de)低頻(pín)分(fēn)量的(de)抑制能力較差。對(duì)于偏移度較高(gāo)的(de)短路故障，可(kě)在傅式算(suàn)法前加一數字濾波（如差分(fēn)濾波），來(lái)減弱非周期分(fēn)量的(de)影(yǐng)響。

　　4.微機保護裝置的(de)電磁兼容性标準

　　微機保護裝置的(de)電磁兼容性（EMC）關系到裝置動作的(de)可(kě)靠性和(hé)壽命。下(xià)面所列的(de)是目前國内較爲通(tōng)用(yòng)的(de)電磁兼容性标準，也(yě)是微機保護裝置做(zuò)靜模試驗應遵循的(de)主要标準。

  目前針對(duì)國内的(de)繼電保護現狀，我司研發多(duō)年的(de)三相繼電保護測試儀和(hé)六相繼電保護測試儀在電力現場(chǎng)得(de)到了(le)很好的(de)應用(yòng)。