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微机保护的硬件原理及设计选择原则
概述
微机保护出现20年来,得到了快速的发展,现有多个专业厂家生产微机保护装置,其硬件系统各有特点。
华北电力大学、杨奇逊院士:
第一代(84-90年) MPD-1、单CPU结构、硬件示意图如下:
电压形成
ALF
S/H
多路开关MPX
电压形成
ALF
S/H
A/D
MPU
EPROM
RAMM
定时器
并口
并口
并口
光隔


CPU

主要特点:单CPU系统;
总线需要引出印刷;
电路板比较复杂;
可靠性差。
第二代:WXH-11(90年代以后)、多CPU结构
逻辑
跳闸
信号
告警
零序保护 6
记数单片机开出
高频保护 4
记数单片机开出
重合闸 7
记数单片机开出
距离保护 5
记数单片机开出
交流输入1
模数变换2
模数变换3
接口

模拟量


系统机
PRINTER
整个系统有五个CPU(8031)。四个CPU分别用来构成高频、距离、零序保护和综合重合闸,另一个CPU用来构成人机接口,A/D转换采用VFC型。每一个CPU系统都是一个独立的微机系统,任何一个损坏,系统仍然工作。数据总线、控制总线和地址总线均不引出印刷电路板,可靠性较高。交流输入及跳闸出口部分可靠性较高。
第三代:CSL101A(1994年鉴定,96年推广)多CPU结构,与第二代不同之处在于:
CPU采用不扩展的单片机,即构成微机系统所需的微处理器、RAM、EPROM等全部集中在一个芯片内部,总线不出芯片,具有很高的抗干扰能力。
VFC采用第三代VFC芯片VFC110最高震荡频率为4M,相当于A/D精度的14位。
设有高频、距离、零序和录波CPU插件,重合闸不包括在保护之中。
南京电力自动化研究院、南瑞公司 LFP-900系列(沈国荣院士)
LFP-900系列包括从35KV~66KV中低压线路保护220KV~500KV线路高压超高压线路保护,用于不同电压等级时,保护的配置情况有所不同。
以LFP-901为例,说明配置情况。
采用多CPU结构,含有三个CPU,两个用于构成保护,一个用于人机接口CPU均为Intel 80196KC
交流
TA
TV
管理CPU
低通 A/D CPU3
VFC
CPU2
计数单片机开出
CPU1
计数单片机开出
出口
信号

起动
PT
CT
起动


:纵联保护(工频变化量方向、零序功率方向、复合式距离元件)、零序后备保护
:距离保护、综合重合闸
:人机对话、起动、为出口提供?电压
、 采用VFC型A/D转换,采用逐次逼近式A/D转换
最近又推出RCS-9000系列保护(单片机加DSP结构)
此外,还有许继电器股份有限公司生产的WXH-800系列微机保护、国家电力公司南京电力自动化设备总厂生产的 PSL601(602)数字式高压线路保护的等,都各有特点,不再一一论述。
各种微机保护硬件虽各不相同但一般均包括以下三大部分:
(1).模拟量输入系统(数据采集系统)
作用:TA输出电流(计算机能辨识
TV输出电压处理的数字量)
构成: A/D型:电压形成、ALF、S/H、MPX、A/D
VFC型:电压形成、VFC、光隔、计数器
(2).CPU主系统
作用:对采集系统采集到的数据分析计算、完成各种继电保护功能。
构成:CPU、EPROM、RAM、目前的保护都有多个CPU
.开关量输入输出系统
开关量输入:断路器位置等
作用:
开关量输出:继电器输出
人机接口
通讯接口
1-2 模拟量输入系统(数据采集系统)
1-2-1 A/D型模拟量输入系统
一﹑基本框图: 总线
多路开关
A/D
电压形成
ALF
S/H
ALF
S/H
电压形成


二﹑电压形成回路
TV:二次额定电压为100V。正常运行时输出100V左右,系统故障时,输出在0—100V之间变化
TA:输出正比于一次电流。额定输出1A或5A。正常一般小于额定值。系统故障时其二次电流可在1—20倍额定范围内变化。
ALF﹑S/H﹑MPX及A/D等电子回路允许的输入信号的范围一般为-5V—+5V或-10V—+10V(也有0—5V,0—10V者)
因而需要变换。
电压:100VV或V
实现: (1)电压变换器


100V 或V
(2)电流变换器

ma
100V 或V
电流(10—20)A或A
实现: (1 )电流变换器

(10~20)In
或V
(2)电抗变换器