微機繼電保護

microcomputer relay protection

?? 應用微型計算機或微處理機構成的繼電保護。1965年已開始計算機保護的研究工作，但由于在價格、計算速度和可靠性方面的原因，發(fā)展緩慢。70年代初、中期，大規(guī)模集成電路技術的飛速發(fā)展，微型計算機和微處理機問世，價格大幅度下降，計算速度不斷加快，可靠性也大為提高，微機繼電保護的研制隨之出現(xiàn)高潮，到70年代后期已趨于實用。

結(jié)構與工作原理 微機繼電保護的基本構成如圖1[微機繼電保護構成]所示。

?? 微機繼電保護的輸入信號是電力系統(tǒng)的模擬量，而計算機只能對數(shù)字量進行計算和判斷，因此由電力系統(tǒng)經(jīng)電壓互感器和／或電流互感器輸入的模擬量必先經(jīng)過預處理,其過程如圖2[微機繼電保護預處理過程]所示。

?? 繼電保護在大部分情況下取用輸入信號中的基波模擬量。根據(jù)采樣定理，如被測信號頻率（或要求保留的最高次諧波頻率）為,則采樣頻率必須大于2,[kg1]否則由采樣值不可能擬合還原成原來的曲線。對于那些大于0.5頻率的諧波分量,必須在進入采樣器之前，利用模擬式低通濾波器（前置模擬濾波）將其濾掉。

由于輸入信號常常有多個，故設置多路轉(zhuǎn)換器將輸入模擬信號逐個交與A/D變換器轉(zhuǎn)化成數(shù)字量這些數(shù)字量應在存儲器中按先后順序排列，以便后續(xù)功能處理程序取用。

為了保證計算機計算和判斷的正確，實現(xiàn)以某種頻率的正弦電量為基礎的繼電保護原理,必須將經(jīng)A/D變換后的數(shù)字量再經(jīng)一次濾波。由于數(shù)字濾波器精度高、可靠而且調(diào)整靈活，通過時分復用可使裝置簡化，因此微機保護中普遍采用數(shù)字濾波器。數(shù)字濾波器本身可理解為一個計算程序或算法，它將代表輸入信號的數(shù)字時間序列轉(zhuǎn)換為代表輸出信號的數(shù)字時間序列，使信號按照預定的形式變化。微機繼電保護中應根據(jù)電力系統(tǒng)信號的特點和保護原理的要求設計、選擇相應的數(shù)字濾波器。數(shù)學濾波器的主要性能指標是頻域特性、時延和計算量。

算法問題對離散和量化的數(shù)字式采樣序列，用數(shù)學運算方法實現(xiàn)故障量的測量，這就是微機保護的算法問題。要求運算精度滿足保護的實際需要，同時計算時間又盡可能短。微機繼電保護的研究初期，一些算法是基于被采樣的電壓、電流均系純正弦波的，為此應將輸入信號進行預處理。稍后，相繼提出傅里葉算法和沃爾什函數(shù)算法。它們假定輸入信號中含有非周期分量、基波和高次諧波。這些算法本身具有很強的濾去高次諧波的功能，因此無需另設數(shù)字濾波器，但對非周期分量必須采取其他措施。由于電力系統(tǒng)中大量應用鐵磁非線性元件，輸電線路分布電容和串聯(lián)、并聯(lián)電容，以及電壓互感器、電流互感器的暫態(tài)特性等因素的影響，使微機繼電保護輸入信號中還含有許多隨機高頻分量，它們起著干擾或噪聲的作用。對此，可采用最小二乘曲線擬合算法或?qū)τ嬎憬Y(jié)果采取平滑措施。上述種種算法都是先算出電壓、電流的大小和相位，然后根據(jù)保護的動作判據(jù)作進一步的運算，最終實現(xiàn)其保護功能。也有一些算法將電量運算與保護動作判據(jù)運算直接結(jié)合在一起，例如用離散值直接實現(xiàn)的方向阻抗繼電器的算法。

優(yōu)點與應用前景由于計算機的優(yōu)越存儲能力，可以方便地得到保護需要的故障分量并準確地予以保持，這是模擬式保護裝置難以達到的。由于計算機的強大運算能力，可以實現(xiàn)一些以往模擬式保護裝置無法實現(xiàn)的復雜保護動作特性、自適應性的定值或特性改變以及良好的自檢功能。同常規(guī)繼電保護相比，微機繼電保護的抗電磁干擾能力較弱，因此，它的廣泛應用受到一定的限制。應用微機繼電保護時，應特別注意解決好電磁兼容性問題。