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1、第五章 微机保护的可靠性措施,5.1 概述,一、微机保护可靠性的含义,（1）不误动；（2）不拒动。,二、影响微机保护可靠性的因素,（1）微机保护的抗干扰问题；（2）装置内部元件出现损坏时的对策。,三、电磁干扰,由于继电保护装置的工作环境，电磁干扰是严重的。在抗干扰方面，微机保护有它的独到之处，可以采取一系列常规保护所无法实现的抗干扰措施，国内外的实践都已证明微机保护是高度可靠的。,5.2 干扰来源和窜入微机弱电系统的途径,一、干扰源,1、外部干扰：与系统结构无关而是由使用条件和外部环境因素所决定的干扰（1）由其它物体和设备辐射的电磁波（2）由其它物体和设备产生的强电场或强磁场（3）来自电源的工
2、频干扰2、内部干扰：由系统结构、元件布局和生产工艺等所决定的干扰（1）杂散电感和电容的结合引起的不同信号感应（2）长线传输造成电磁波的反射（3）多点接地造成的电位差干扰等,二、干扰形式及耦合途径,1、差模干扰定义：是串联于信号源之中的干扰。,原因：（1）长线传输的互感（2）分布电容的相互干扰（3）工频干扰措施：防频率混叠的模拟低通滤波 能很好地吸收差模浪涌。,差模干扰信号：,干扰形式及耦合途径,2、共模干扰定义：是引起回路对地电位发生变化的干扰。,可能传播途径及应对措施：（1）装置对外引线端子和机壳之间的共模干扰硬件设计保证各外接端子同微机弱电系统之间没有电的联系；（2）电路的分布电容微机保护
3、的结构布局必须谨慎；弱电系统的插件远离同外界端子有直接联系的各插件；装置后底板的配线也应当使强电和弱电严格分开。,（3）电源线和机壳之间的共模干扰,共模干扰信号：,二、防止电磁干扰进入微机保护弱电系统的措施,差模干扰对微机保护的威胁一般不大，至于作用在装置对外引线端子和机壳之间的共模干扰，可以通过微机保护各外接端子同微机弱电系统之间增加隔离来进行抑制。,由于共模浪涌频率高，前沿很陡的特点使它可以顺利通过电路的各种分布电容而窜人弱电系统，而浪涌的幅度可能很大，微弱的耦合也可能足以造成微型机工作出错。应当将弱电系统的插件远离同外接端子有直接联系的各插件（电压形成回路、开关量输入和输出回路等），严格
4、使强电和弱电分开。,三、微机保护弱电系统电源零线的接地分析,弱电电源线和干扰源之间总有一定的耦合，而它又直接连到微型机的各个部分，所以它是一个传递干扰的主要途径。电源线传递共模干扰的方式和其零线是否接机壳有关。,（1）电源零线直接接机壳,（2）电源零线浮空,1、电源零线直接接机壳,微机弱电系统在B点接机壳。,微机保护弱电系统电源零线的接地分析,2、电源零线浮空微型机电源的零线不连机壳，并且尽量减小电源线和机壳之间的分布电容，则由于干扰造成的流过电源线的浪涌电流可以大大减小。,但是，微型机弱电路中其他部分同机壳之间的分布电容总是存在的。,是共模干扰。C3、C4是与机壳之间的分布电容。在高频干扰作
5、用下，电源零线相对于机壳的电位可能瞬时发生变化。将印制板周围都用电源零线或+5V线封闭起来，更好的办法是采用多层印制板。,四、电磁干扰进入微机弱电系统的后果,虽然采用了硬件上的隔离等措施，电磁干扰还是有可能进入微机弱电系统。其引起的后果：,（1）“读”或“写”出错，使得计算或逻辑错误（2）程序出格（3）元件损坏,5.3 抗干扰措施,一、微机保护抗干扰的措施,1、硬件采取的措施（第一道防线）最重要的抗干扰措施是防止干扰进入微型机弱电系统，也就是前面介绍过的各种隔离、屏蔽、合理布局和配线以及减弱电源线传递干扰等方法。装置外部连接电缆的典型设计是采用带屏蔽层的电缆，且屏蔽层可靠接入地网。2、微机软件
6、上采取的措施（第二道防线）电磁干扰突破了第一道防线，造成了微型机工作出错，也决不能允许它导致保护误动作或拒动，而应能自动地纠正。,二、微机保护软件上的抗干扰措施,1、对输入采样值的抗干扰纠错利用某些输入量之间存在着的可以利用的规律2、运算过程的校核纠偏复算数据窗移位后复算,微机保护软件上的抗干扰措施,3、出口的闭锁（1）不允许一条指令就出口（2）中间加入核对程序,4、程序出格的自恢复用专用的硬件电路来检测程序出格，并实现自动恢复正常。,5.4自动检测,一、微机保护的自动检测,提高微机保护可靠性的另一个重要课题是研究装置内部有元件损坏时的后果及对策。从可靠性的角度希望能做到任一元件损坏时都不会引
7、起误动作，并且应能立即自动检测到而发出警报，以便及时得到相应的处理，并防止由于元件损坏未被发现，使保护在应该动作时拒动。实际上，在正常运行时，微型机在两个相邻采样间隔时间内总有一部分处于等待下一个采样时刻到来的富裕时问。因此还可以利用这一段时间循环地执行一个自检程序，对装置各部份进行检测。通常可以准确地查出损坏元件的部位，打印或显示出相应的信息，并可以通知运行人员、远传到调度端。,二、微机保护中自动检测的方法,1、RAM、FLASH的自动检测通过对该RAM地址写入全“零”00H（H表示16进制，这里假定是用8位机按字检测）和全“1”检测是否良好。RAM、FLASH（闪存）都是可写可读的存储器件
8、，自检方法一样。,2、程序和定值的自动检测在微型机中，程序、定值和常数都是以“数”的形式出现的，且存储在不易被改变的器件中，如EPROM、E2PROM、ROM。,采用校验码进行校验。（1）求和（2）循环冗余码,微机保护中自动检测的方法,3、数据采集系统的自动检测检测对象主要是采样保持器、模拟量多路开关和模数转换器。可以专设一路采样通道用作自检。常用的方法是将装置的+5V稳压电源接至这一路采样通道，经过多路开关和模数转换后，输入微型机系统。,4、开关量输入通道的自动检测主要是指对各光电耦合器件及传送开关量的并行接口的检测。（1）人工操作的各类开关：监视（2）外部继电器或自动装置的接点：双重化,5
9、、开关量输出回路的自动检测开关量输出回路的自检测功能应设置在最高优先级的中断服务程序中，否则将导致出口继电器误吸合而误动。,5.5 多重化和容错技术,一旦保护装置由于有元件损坏而退出工作时，如果没有多重化或容错能力，则被保护对象将失去保护，这也是不允许的。因此，对于重要的保护对象，通常采样双重化配置的方案。硬件的各部分都设有三套（三个微型机、三套RAM、三套数据采集系统等），它们同步工作，并设有逻辑表决机构，自动地对三套硬件的每一步操作进行比较，按三取二表决。如果任一部分硬件发生损坏，就会通过表决机构判别出损坏部分而报警，而整个系统仍可以不间断工作。,第六章微机保护程序流程,6.1 概述,一、
10、微机保护的流程图,程序流程图是人们对解决问题的方法、思路或算法的一种描述。微机保护的流程图能够比较直观、形象、清楚地反映保护的工作过程和逻辑关系。,流程图的优点：（a）采用简单规范的符号，画法简单；（b）结构清晰，逻辑性强；（c）便于描述，容易理解。,52 程序流程的基本结构,一、中断功能的作用,为了满足实时系统的快速性和实时性要求，微型机的中断机制是一种很有效的实现手段之一。,中断的作用当各种参数、信息、活动等需要及时处理时，可以在任意时刻向微机发出中断请求，要求微型机快速响应，达到快速处理的目的。实现微型机和其他设备同时工作，并实现对异常情况的自行处理中断源中断优先级别,二、程序流程的基本
11、结构,三种典型的流程结构：（1）顺序结构（2）切换结构（3）混合结构,6.3 电流保护流程图,电流保护的流程,在微机电流保护中，大致包括系统程序流程和中断服务程序流程。（1）系统程序；（2）定时中断服务程序；（3）其它中断服务程序。,一、系统程序的流程（主程序流程）,1、初始化（1）对硬件电路所设计的可编程并行接口进行初始化（2）是读取所有开关量输入的状态，并将其保存在规定的RAM或FLASH地址单元内，以备以后在自检循环时，不断监视开关量输入是否有变化（3）对装置的软硬件进行一次全面的自检（4）在经过全面自检后，应将所有标志字清零（5）进行数据采集系统的初始化 2、系统程序的其它程序（1）开
12、放中断（2）自检循环，包括软硬件自动检测、人机对话、定值显示和修改、报文发送。,二、中断服务程序的流程,1、初始化（1）控制数据采集系统，将各模拟输入量的信号转换成数字量的采样值，然后存入RAM区的循环寄存器中（2）时钟计时功能（3）计算保护功能中用到的所有测量值（4）将测量电流与段电流定值进行比较（5）在电流段的功能之后，执行电流段的功能（6）电流段的功能、逻辑和比较过程均与电流段相似（7）当、段的电流测量元件都不动作时，再控制出口回路，使出口继电器处于都不动作状态，达到收回跳闸命令的目的,三、系统程序和中断服务程序的关系,在微型机开中断后，每间隔一个Ts，定时器就会发出一个采样脉冲，随即产
13、生中断请求。于是微型机先暂停一下系统程序，转而执行一次中断服务程序，以保证对输入模拟量的实时采集。,四、电流保护中的方向元件,1.方程比较法,根据测量得到的电压相量和电流相量判断短路方向。,，最大灵敏角是0。,，最大灵敏 角是。,电流保护中的方向元件,2.虚拟阻抗法,利用相量 和，求出阻抗。,动作条件为：,五、提高电流保护灵敏度的方法,三相短路和两相短路的特征,（1）三相短路时（2）两相短路时（3）星/三角变压器后发生两相短路，已有，电流保护 的灵敏度已经得到提高，本方案不考虑这种情况,线路上发生两相短路的条件为：,提高电流保护灵敏度的方法,6.4 高压线路保护流程图,一、高压线路保护的程序流
14、程,高压线路的运行方式多变、复杂，高压线路保护需要考虑许多特殊的情况，因而高压线路保护的程序流程图比较复杂。其基本程序流程也包括：（1）系统程序；（2）定时中断服务程序；（3）其它中断服务程序。,高压线路保护的程序流程,（1）与电流保护流程相同部分不再重复介绍（2）初始化结束后，控制程序进入振荡闭锁方式 在数据采集系统刚开始工作时，没有历史数据，所以，突变量启动元件就很容易在正常负荷电流情况下启动，而此时，没有任何记忆分量能够参与保护功能的判别 刚合上直流电源时，如果电力系统正在振荡，那么，突变量启动元件也可能要误动作,高压线路保护的程序流程,（1）系统正常运行 系统在正常运行时，启动元件不动
15、作，中断服务程序主要进行数据采集、计算各种测量参数、启动元件判别和数据自检功能，处于监视电力系统是否发生短路的状态，是否出现静稳破坏。系统流程则执行人机对话、定值管理、显示、通讯和各种软硬件自检等功能。（2）本线路发生短路。本线路发生短路时，启动元件检测出系统发生了短路，于是，一方面驱动启动继电器，开放出口回路的负电源端（参见图137），同时，启动收发讯机（以高频闭锁方式为例）；另一方面，设置启动标志，表明启动元件已经动作了。,（3）非本线路短路；（4）静稳破坏。,三、典型模块的流程,（一）突变量启动电流突变量作为主要的启动元件，监视绝大部分的故障再用相电流和零序电流作为辅助启动元件，监视大过渡电阻接地等极少数电流变化较缓慢的故障。,
