1、2.5微機(jī)保護(hù)裝置硬件原理教學(xué)要求：掌握微機(jī)保護(hù)裝置基本結(jié)構(gòu)、微機(jī)保護(hù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)工作原理、模塊工作原理、開(kāi)關(guān)量輸入/輸出回路。保護(hù)實(shí)現(xiàn)：傳統(tǒng)保護(hù)是利用硬件電路。微機(jī)保護(hù)：利用微機(jī)硬件的同時(shí)還要使用軟件。微機(jī)保護(hù)裝置硬件結(jié)構(gòu)微機(jī)保護(hù)主要部分是微機(jī)，但還必須配備有關(guān)信息輸入的接口、輸出控制信息接口。同時(shí)微機(jī)還要輸入有關(guān)計(jì)算和操作程序，輸出記錄信息。2.5 微機(jī)保護(hù)裝置硬件原理數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)iU /微機(jī)系統(tǒng)人機(jī)接口觸摸按鍵開(kāi)關(guān)量輸出驅(qū)動(dòng)電路繼電器開(kāi)關(guān)量輸入打印機(jī)液晶顯示器1、模擬量輸入系統(tǒng)微機(jī)系統(tǒng)只能識(shí)別數(shù)字量，應(yīng)將模擬轉(zhuǎn)換為微機(jī)系統(tǒng)能接受的數(shù)字信號(hào)。2、微機(jī)系統(tǒng)故障微機(jī)系統(tǒng)作用：用于分析計(jì)算電力系

2、統(tǒng)有關(guān)電量，判定系統(tǒng)是否發(fā)生。微機(jī)系統(tǒng)指揮中心是CPU，CPU是依賴于程序的運(yùn)行。微機(jī)利用存儲(chǔ)器將程序和數(shù)據(jù)保存起來(lái)。常見(jiàn)的存儲(chǔ)器有：紫外線擦除電可編程只讀存儲(chǔ)器EPRROM、電擦除可編程只讀存儲(chǔ)器EEPROM、快擦寫(xiě)存儲(chǔ)器FLASH等。3、開(kāi)關(guān)量輸入/輸出系統(tǒng)開(kāi)關(guān)量：保護(hù)裝置壓板、連接片、屏上切換開(kāi)關(guān)、其他保護(hù)動(dòng)作的觸點(diǎn)等。開(kāi)關(guān)量輸出:如起動(dòng)繼電器、跳閘出口繼電器、信號(hào)繼電器等，完成跳閘或信號(hào)報(bào)警。4、人機(jī)對(duì)話接口功能：調(diào)試、定值整定、工作方式設(shè)定、動(dòng)作行為記錄、系統(tǒng)通信等。主要回路：打印、顯示、鍵盤(pán)、信號(hào)燈、語(yǔ)音告警等。5、電源通常采用逆變穩(wěn)壓電源。一般集成電路芯片5V。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)芯片正

3、、負(fù)15V或12V。繼電器回路則需要24V。2.5.2微機(jī)保護(hù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)又稱模擬量輸入系統(tǒng)，采用A/D芯片的A/D式數(shù)字采集系統(tǒng)，由電壓形成、模擬濾波器(ALF)、采樣保持(S/H)、多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(MPX)與模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)幾個(gè)環(huán)節(jié)組成 。變換器電壓形成回路低通濾波采樣保持電壓形成回路采樣保持低通濾波多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)存儲(chǔ)器總線A/D式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)圖1、電壓形成回路微機(jī)保護(hù)從被保護(hù)對(duì)象電流或電壓互感器上取得的信息，需要降低或變換。微機(jī)繼電保護(hù)中通常要求輸入信號(hào)為土5V或l0V的電壓信號(hào)，具體決定于所用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。2、保持電路與模擬低通濾過(guò)器1）采樣保持必須對(duì)來(lái)自被保護(hù)元件的模擬量

4、進(jìn)行模/數(shù)(A/D)變換，在進(jìn)行A/D變換之前，首先要將連續(xù)的模擬量變?yōu)殡x散量。這就需要對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，即按時(shí)間取量化。阻變器換抗邏 輯 輸 入抗換器變阻要求：電子模擬開(kāi)關(guān)AS的閉合時(shí)間應(yīng)滿足有足夠的充電或放電時(shí)間，即采樣時(shí)間。S/H電路的作用：在一個(gè)極短的時(shí)間測(cè)出模擬量在該時(shí)刻的瞬時(shí)值；并要求在A/D轉(zhuǎn)換期間保持不變。采樣保持過(guò)程：信號(hào)采樣脈沖采樣信號(hào)保持信號(hào)采樣和0000tT ctttT s采樣保持器1采樣保持器2采樣保持器3A/D轉(zhuǎn)換器通道1通道2通道n多路轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)總線.同時(shí)采樣：每一個(gè)采樣周期對(duì)所有需要采樣的各個(gè)通道的量在同一時(shí)刻一起采樣，叫同時(shí)采樣。為了保持各個(gè)輸入離散化的同時(shí)

5、性對(duì)微機(jī)繼電保護(hù)才有意義。常用的方案是多通道合用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，同時(shí)采樣，依次A/D轉(zhuǎn)換。2）低通濾波采樣間隔的倒數(shù)稱為采樣頻率。要求：采樣頻率必須大于2倍最大頻率，這就是采樣定理。 因短路瞬間電流、電壓中含有高頻率信號(hào)，為了防止混疊誤差，要求采樣頻率很高，勢(shì)必增加對(duì)硬件的要求。實(shí)際上目前大多數(shù)微機(jī)保護(hù)原理多是反映工頻量的，或反映某些高次諧波，故可以在采樣之前將最高信號(hào)波頻率分量限制在一定頻帶內(nèi)。一般在采樣前用一個(gè)低通濾波器（ALF）將高頻分量濾掉。3 多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) 通常被測(cè)量或被控制量往往可能是幾路或幾十路。例如，阻抗、功率方向等都要求對(duì)各個(gè)模擬量同時(shí)采樣，以準(zhǔn)確的獲得各個(gè)量之間的相位關(guān)系

6、，以進(jìn)行保護(hù)計(jì)算。 為了滿足計(jì)算要求，可以利用多路開(kāi)關(guān)輪流切換各通路，達(dá)到分時(shí)轉(zhuǎn)換的目的。Upp(+15v)Uss(-15v)輸出譯碼/驅(qū)動(dòng)SA15輸出Ui0 Ui15EnA0A1A2A3U0SA0 A0、A1、A2、A3：四個(gè)路數(shù)選擇線，CPU通過(guò)并行接口芯片或其它硬件電路給它們賦以不同的二進(jìn)制碼，選通SA0-SA15中相應(yīng)的一路電子開(kāi)關(guān)閉合，將此路接通到輸出端。EN：使能端，只有在EN端為高電平時(shí)多路開(kāi)關(guān)才工作，否則不論A0-A3在什么狀態(tài)，SA0-A15均處于斷開(kāi)狀態(tài)。4 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 是一種能把輸入模擬電壓或電流變成與它成正比的數(shù)字量，以便計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理、存儲(chǔ)、控制和顯示。A/D轉(zhuǎn)換器的

7、種類很多，可以分為以下四種：計(jì)數(shù)器式A/D轉(zhuǎn)換器，雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器，逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，并行A/D轉(zhuǎn)換器。 微機(jī)保護(hù)用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器絕大多數(shù)都是應(yīng)用逐次逼近法實(shí)現(xiàn)的。C P U P B 08 位D / AU cU xt并行口P A 0第一次預(yù)測(cè)第二次預(yù)測(cè)第三次預(yù)測(cè)第四次預(yù)測(cè)( 1 0 0 0 )( 0 1 0 0 )( 0 1 1 0 )( 0 1 0 1 )( a )( b )P B 7+-uo u t模擬比較器電壓ui n5 電壓-頻率式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) VFC式的模數(shù)轉(zhuǎn)換是將電壓模擬量成比例地變換為數(shù)字脈沖頻率，然后由計(jì)數(shù)器對(duì)脈沖計(jì)數(shù)，將計(jì)數(shù)值送給CPU。電壓形成浪涌吸收器VFC光電隔

8、離計(jì)數(shù)器CPU二進(jìn)制數(shù)字量數(shù)字脈沖波總線uin2.5.3 CPU模塊工作原理1)具有ADC變換接口的保護(hù)CPU模塊原理MC146818實(shí)時(shí)時(shí)鐘809827256EPROM6264RAM2864E PROM28255PIDBUS至A/D轉(zhuǎn)換板至面板液晶顯示屏鍵盤(pán)開(kāi)入 開(kāi)出至開(kāi)入開(kāi)出插件624至管理CPU插件模擬量輸入插件82792)具有VFC接口的保護(hù)CPU模塊框圖原理825318253282533UAIBICUBIA3I0UC3U 0UX80318255PPI27256EPROM2864E PROM26264RAM光電隔離光電隔離人機(jī)接口巡檢中斷開(kāi)出開(kāi)出開(kāi)入244BUS3)定值固化A0 A10地址總線2864E PROM（2817A）2片選信號(hào)6000H 67FFHRERD（讀信號(hào)）至8255PC1WR與門(mén)1WR+5VS（允許禁止開(kāi)關(guān)）RDY/BUSYD0 D7 定值固化電路由一片E2PROM芯片2817和相應(yīng)的控制電路構(gòu)成。A0 A10地址總線2864E PROM（2817A）2片選信號(hào)6000H 67FFHRERD（讀信號(hào)）至8255PC1WR與門(mén)1WR+5VS（允許禁止開(kāi)關(guān)）RDY/BUSYD0 D7 CPU來(lái)的寫(xiě)信號(hào)WR與固化開(kāi)關(guān)S組成與門(mén)1電路才輸出低電平，允許對(duì)2817A進(jìn)行改