变电站综合自动化系统间隔层装置.ppt

第二章 变电站综合自动化系统间隔层装置第一节 间隔层装置简述一、间隔层装置配置一、间隔层装置配置 间隔层间隔层装置装置是面向电气间隔的是面向电气间隔的配置配置，即对应于一次系统，即对应于一次系统的每一个电气间隔，分别布置有一个或多个智能电子装置来的每一个电气间隔，分别布置有一个或多个智能电子装置来实现对该间隔的测实现对该间隔的测量量、控制、保护及其他任务、控制、保护及其他任务，这就是间隔，这就是间隔层装置 通常把断路器或电气元件通常把断路器或电气元件( (如主变压器、母线等如主变压器、母线等) )作为电作为电气间隔划分的依据一个典型高压变电站内主要包括线路间气间隔划分的依据一个典型高压变电站内主要包括线路间隔、母联间隔、主变压器问隔、电容隔、母联间隔、主变压器问隔、电容( (电抗电抗) )间隔、站用变压间隔、站用变压器间隔、母线间隔等器间隔、母线间隔等  间隔层间隔层装置装置优点优点: :装置装置故障产生的影响被限定故障产生的影响被限定在本间隔在本间隔范围范围内，不会波及其他电气内，不会波及其他电气间间隔隔；；监控监控对象由整个变电站缩小为某个电气间隔，减小了对象由整个变电站缩小为某个电气间隔，减小了装置体积的同时也使装置安装方式更加灵活装置体积的同时也使装置安装方式更加灵活。

 间隔层装置间隔层装置功能：功能：直接采集和处理现场的原直接采集和处理现场的原始数据始数据，，通过网络传送给站控级后台计算机，同通过网络传送给站控级后台计算机，同时接收站控层发出的控制操作命令时接收站控层发出的控制操作命令；；间隔层也可间隔层也可独立完成对断路器和隔离开关的控制操作独立完成对断路器和隔离开关的控制操作 间隔层装置通常安装在各继电间隔层装置通常安装在各继电器器小室小室 间间隔层装置隔层装置( (或称为间隔层单元或称为间隔层单元) )即即智能电子装置智能电子装置I IEDED，，大致大致可可分成以下分成以下几几类类: : ( (1 1) )保护装置主要完成对保护装置主要完成对该该电气间隔设备的保护任电气间隔设备的保护任务，如输电线路保护装置、变压器保护装置、务，如输电线路保护装置、变压器保护装置、母母线保护装线保护装置、断路器保护装置置、断路器保护装置等等有的保护装置除有的保护装置除了了完成保护功能完成保护功能外，还具有其他功能外，还具有其他功能，，如重合闸功能、故障录波及用于切如重合闸功能、故障录波及用于切除本线路的低频减载等功能。

除本线路的低频减载等功能 二、间隔层装置分类二、间隔层装置分类 (2)(2)测控装置测控装置测控装置测控装置，，主要完成主要完成该该电气间电气间隔隔的的电气电气量量的的测量测量、、设备设备控制控制( (包括断路器、隔离包括断路器、隔离开关、接地开关、有载调压变开关、接地开关、有载调压变压压器分接头调节等器分接头调节等) )等任务等任务 ( (3 3) )保护测控综合装保护测控综合装置置一般用于一般用于中中低压低压(110kV(110kV以下以下) )系统系统中中，例如输电线路保护测控装置、，例如输电线路保护测控装置、变压器后备保护测控装置、电容器保护测控装置变压器后备保护测控装置、电容器保护测控装置等等它们主要用于完成相应的电气它们主要用于完成相应的电气间间隔中设备的隔中设备的保护、测量及断路器、隔离开关等的控制保护、测量及断路器、隔离开关等的控制等等，降，降低了装置成本并减少了二次电缆使用数低了装置成本并减少了二次电缆使用数量量对于高压和超高压间隔，为保证保护功能的可靠性，高压和超高压间隔，为保证保护功能的可靠性，目目前仍采用保护和测控功能各自独前仍采用保护和测控功能各自独立立配配置置的模式。

的模式 (4)(4)公公共间共间隔层装隔层装置在变电站中有一些公共在变电站中有一些公共信号及其信号及其测量测量值值，，如直流系统故障信号、直流屏如直流系统故障信号、直流屏交流交流失压失压、所用电切换信、所用电切换信号号、通信电源故障、火、通信电源故障、火灾报瞥动作信号、保安报灾报瞥动作信号、保安报警警信号等需信号等需要要一个或一个或几个装几个装置置来进行相关信来进行相关信号号的采集和处理的采集和处理  (5)(5)自动装置如备用电源自动投人装置、电自动装置如备用电源自动投人装置、电压无功控制装压无功控制装置置等 (6)(6)操作切换装置以及其他的智能设备和附属操作切换装置以及其他的智能设备和附属设备 随着随着CPUCPU运算能力和超大规模集成电路制造运算能力和超大规模集成电路制造水平的不断提高水平的不断提高，，保护和侧控功能相互融合是大保护和侧控功能相互融合是大势所趋，将来保护测控合一装置也会逐步在高压、势所趋，将来保护测控合一装置也会逐步在高压、超高超高压压电气间隔得到应用电气间隔得到应用 三、间隔层装置箱体 保护与测控装置采用机箱式结构保护与测控装置采用机箱式结构，每，每套装置套装置由一个或几个箱体组成。

由一个或几个箱体组成 面板上一般设置有液晶显示器、信号灯、键盘、插座面板上一般设置有液晶显示器、信号灯、键盘、插座和信号复归按钮等其中和信号复归按钮等其中: :液晶显示器可以用来显示装置的液晶显示器可以用来显示装置的菜单、菜单、电气接线电气接线、运行参数、开关状态等信息、运行参数、开关状态等信息; ;信信号号灯用于灯用于发出装置动作、重合发出装置动作、重合闸闸动作、告动作、告警警等信号等信号; ;键盘可以进行参键盘可以进行参数设定、控制操作、事件查询等操作数设定、控制操作、事件查询等操作; ;信号复归按钮信号复归按钮用用来复来复归程序、信号等归程序、信号等; ;面板面板上上的插座是一串行通信接口的插座是一串行通信接口. .用来外用来外接计算机接计算机 机箱背机箱背面面设有接线端子排用于机箱与外部的设有接线端子排用于机箱与外部的连接连接. .例如例如: :交流输交流输入入端子、直流电源输人端子、网端子、直流电源输人端子、网络接口、络接口、状态量输入状态量输入、、控制信号输出控制信号输出等端子 装置的内部是装置的内部是由一由一个个印制电路板组成的。

个个印制电路板组成的在装置不带电的情在装置不带电的情况况下，下，每每个印制电路板一般可以个印制电路板一般可以插拔，因此把插拔，因此把每每个印制电路板也称为一个个印制电路板也称为一个插插件装装置内部各插件做成模块化，相互之置内部各插件做成模块化，相互之间间通过内部总线通过内部总线连接连接，，实际应用中可以根据其体应用场合的需要增、实际应用中可以根据其体应用场合的需要增、减模块同时软减模块同时软件件功能也可灵活配置功能也可灵活配置 为保证机械强度为保证机械强度，，提高电磁屏蔽能力和装置散提高电磁屏蔽能力和装置散热效果热效果，，保护、测控装置机箱一般都采用金属材保护、测控装置机箱一般都采用金属材质由于铝铝合金具有质量轻、机械强度高、热传合金具有质量轻、机械强度高、热传导效率高、成本低等优点导效率高、成本低等优点，，因此成为制造机箱的因此成为制造机箱的首首选材料 例如例如保护、测控装置主要由保护、测控装置主要由主主CPUCPU模件、模件、模拟模拟量量输输入入模件、开关模件、开关量量输输入入模件、开关模件、开关量量输出模件、人机接口模件输出模件、人机接口模件(MM(MMI I) )、电源模、电源模件件、母板、母板模件模件、、通信接通信接口口模件模件等等组成。

组成 四、间隔层装置典型硬件结构四、间隔层装置典型硬件结构( (一一) )主主CPUCPU模件模件 一般由一般由CPUCPU、存储器、定时器、存储器、定时器/ /计数器、计数器、WatchdogWatchdog、外围支持电路、输入、外围支持电路、输入/ /输出控制电输出控制电路组成主要完成数据采集及计算、数据处路组成主要完成数据采集及计算、数据处理、控制命令的接收与执行、逻辑闭锁、理、控制命令的接收与执行、逻辑闭锁、G GPSPS对时等  ( (二二) )模拟量模拟量输输入入/ /输出输出模件模件 来自变电站测控对象的电压、电流信号等是来自变电站测控对象的电压、电流信号等是模拟模拟量量信号，即随时间连续变化的物理量微机信号，即随时间连续变化的物理量微机系统是一种数字电路设备系统是一种数字电路设备，，只能接受数字脉冲信只能接受数字脉冲信号，所以就需要将这一类模拟信号转换为数字信号，所以就需要将这一类模拟信号转换为数字信号为了实现对变电站的监控，有时还需号为了实现对变电站的监控，有时还需要输出模拟信号，去驱动模拟调节执行机构工作。

要输出模拟信号，去驱动模拟调节执行机构工作这就需要模拟量输出回路这就需要模拟量输出回路 ( (三三) )开关量开关量输输入入/ /输出输出模件模件 开关开关量量输输入入/ /输出输出模件模件由并行口、光电由并行口、光电耦耦合电路及有合电路及有接点的接点的中中间继电器等组成，主要用于人机接间继电器等组成，主要用于人机接口口、跳、跳合合闸信闸信号号、动作信号、告警信号、动作信号、告警信号以及闭锁信号等以及闭锁信号等 ( (四四) )人机人机对对话接口话接口模件模件 人机对话接口人机对话接口模件模件主要包括显示、键盘及信号灯、打主要包括显示、键盘及信号灯、打印、音响或语言告警等，其主要功能用于人机对话印、音响或语言告警等，其主要功能用于人机对话 ( (五五) )通信通信模件模件 通信回路的功能主要是完成自动化装置间通信通信回路的功能主要是完成自动化装置间通信及信息远传及信息远传调度（或控制）中心调度（或控制）中心 ( (六六) )电源电源模件模件 提供整套保护与测控装置中提供整套保护与测控装置中各各功能模块所需要功能模块所需要的直流稳的直流稳压压电源，一般利用交流电源经整流后产电源，一般利用交流电源经整流后产生不同电压等级的直流，以保证生不同电压等级的直流，以保证各各个装个装置置的可靠的可靠供电。

供电第二节模拟量的采集与处理一、模拟一、模拟量量输入电路原理简述输入电路原理简述 根据模数变换原理的不同，自动化装置中模拟根据模数变换原理的不同，自动化装置中模拟量输入电路有两种方式量输入电路有两种方式. .一是基于逐次一是基于逐次逼逼近型近型A/DA/D转换方式转换方式(ADC)(ADC)，是直接将模拟量转变为数字，是直接将模拟量转变为数字量量的的变换方式变换方式; ;二是利用电压二是利用电压/ /频率变换频率变换(VFC)(VFC)原理进行原理进行模数变换方式，它是将模拟模数变换方式，它是将模拟量量电压先转换为频率电压先转换为频率脉冲量，通过脉冲计数变换为数字量的一种变换脉冲量，通过脉冲计数变换为数字量的一种变换形式 二、基于逐次逼近式二、基于逐次逼近式A/A/D D变换的模拟量输入电路变换的模拟量输入电路 主要包括电压形成电路、低通滤波电路、采主要包括电压形成电路、低通滤波电路、采样保持、多路转换开关及样保持、多路转换开关及A A/D/D变换芯片五部分变换芯片五部分 ( (一一) )电压形成电路电压形成电路 电流互感器电流互感器(TA)(TA)和电压互感器和电压互感器(TV)(TV)二次侧电流或电压二次侧电流或电压不能适应模数变换器的输不能适应模数变换器的输入入范围要求，故需对它们进行变范围要求，故需对它们进行变换。

其变换原理图如图换其变换原理图如图2-72-7所示 一般采用中间变换器将由一次设备电压互感器二次侧一般采用中间变换器将由一次设备电压互感器二次侧引来的电压进一步降低，将一次设备电流互感器二次侧引引来的电压进一步降低，将一次设备电流互感器二次侧引来的电流变成交流电压来的电流变成交流电压然后然后再经低通滤波器及双向限幅再经低通滤波器及双向限幅电路变成后面环节中电路变成后面环节中A/DA/D转换芯片所允许的电压转换芯片所允许的电压 一般模数转换芯片要求输人信号电压为士一般模数转换芯片要求输人信号电压为士5V5V或士或士lOV.lOV.由此可以决定上述各种中间变换器的变比由此可以决定上述各种中间变换器的变比 ( (一一) )电压形成电路电压形成电路 电流互感器电流互感器(TA)(TA)和电压互感器和电压互感器(TV)(TV)二次侧电流或电压二次侧电流或电压不能适应模数变换器的输不能适应模数变换器的输入入范围范围（（士士5V5V或士或士lOVlOV））要求，要求，故需对它们进行变换故需对它们进行变换 一般采用中间变换器将由一次设备电压互感器二次侧一般采用中间变换器将由一次设备电压互感器二次侧引来的电压进一步降低，将一次设备电流互感器二次侧引引来的电压进一步降低，将一次设备电流互感器二次侧引来的电流变成交流电压。

来的电流变成交流电压然后然后再经低通滤波器及双向限幅再经低通滤波器及双向限幅电路变成后面环节中电路变成后面环节中A/DA/D转换芯片所允许的电压转换芯片所允许的电压  电压形成电路除了起电量变换作用外，另一电压形成电路除了起电量变换作用外，另一个重要作用是将一次设备的电流互感器个重要作用是将一次设备的电流互感器T TA A、电压、电压互感器互感器TVTV的二次回路与微机的二次回路与微机A/DA/D转换系统完全电气转换系统完全电气隔离，提高杭干扰能力图隔离，提高杭干扰能力图2-72-7电路中的稳压管组电路中的稳压管组成双向限幅，使后面环节的采样保持器、成双向限幅，使后面环节的采样保持器、A/DA/D变换变换芯片的输人电压限制在峰一峰值士芯片的输人电压限制在峰一峰值士lOV(lOV(或士或士5V)5V)以以内 图图2-82-8所示为典型的所示为典型的线路线路保护装置电压形成回保护装置电压形成回路三相电流、三相电压、零序电流及输电线路抽路三相电流、三相电压、零序电流及输电线路抽取电压等的输取电压等的输入入U UL L为重合闸中检无压、检同期为重合闸中检无压、检同期元件用的线路侧抽取电压输元件用的线路侧抽取电压输入入。

如重合闸不投或如重合闸不投或无同期问题时，该电压可以不接无同期问题时，该电压可以不接入入 (1)(1)连续时间信号的采样微机处理的连续时间信号的采样微机处理的都是数字信号，必须将随时间连续变化的都是数字信号，必须将随时间连续变化的模拟信号变成数字信号模拟信号变成数字信号为为此此，首先要对，首先要对模拟模拟量量进行采样采样是将一个连续的时进行采样采样是将一个连续的时间信号间信号X(t)X(t)变成离散的时间信号变成离散的时间信号x x‘‘(t).(t).采采样过程可用图样过程可用图2-92-9所示所示. . ( (二二) )低通滤波器与低通滤波器与采采样定理样定理 相邻两个采样时刻的时间间隔称为采样周期，通常用相邻两个采样时刻的时间间隔称为采样周期，通常用T TS S表示采样周期的倒数就是采样频率表示采样周期的倒数就是采样频率f fs s 由于由于被采样的信号被采样的信号x(t)x(t)主要是工频主要是工频50H50Hz z信号，通常以信号，通常以工频工频每每个周期的采样点数来间接个周期的采样点数来间接说明说明采样周期采样周期T TS S或采样频或采样频率率f fs s。

例如若工频每个周期采样点数为例如若工频每个周期采样点数为1212次次. .则采样周期则采样周期是是T TS S=20/12=20/12= =5/3(ms)5/3(ms)，采样频率，采样频率f fs s=50X12=600Hz.=50X12=600Hz. ( (1 1) )采样定理采样定理 若要不丢掉信息地对若要不丢掉信息地对输入输入信号进行采样信号进行采样, ,就必就必须满足须满足f fS S> > 2f 2fo o这一条件这一条件若输若输入入信号信号x(t)x(t)含有各含有各种频率成分，其最高频率为种频率成分，其最高频率为f fMAXMAX，若要对最高频率，若要对最高频率f fMAXMAX不失真地采样，采样频率必须不小于不失真地采样，采样频率必须不小于2 2f fMAXMAX，也，也就是说，为了使信号被采样后不失真还原，采样就是说，为了使信号被采样后不失真还原，采样频率必须不小于频率必须不小于2 2倍的倍的输入输入信号的最高频率，这就信号的最高频率，这就是乃奎斯特采样定理的基本思想是乃奎斯特采样定理的基本思想 ( (2 2) )低通滤波器的设置。

低通滤波器的设置 对对电压或电流中电压或电流中所有的高次谐波成分均不失真地采样，所有的高次谐波成分均不失真地采样，很难实现，很难实现，故可以在采样之前将最高信号频率分故可以在采样之前将最高信号频率分量量限制在限制在一定频带内一定频带内即即在采样前用一个模拟低通滤波器在采样前用一个模拟低通滤波器(ALF)(ALF)，将，将f fs s/2/2以上的频率分量滤去即可以上的频率分量滤去即可. .模拟低通滤波器可以做成无模拟低通滤波器可以做成无源或者有源的例如，当采样频率是源或者有源的例如，当采样频率是1 1000Hz000Hz时时，，则要求模则要求模拟低通滤波器必须滤除输人信号大于拟低通滤波器必须滤除输人信号大于500Hz500Hz的高频分量的高频分量; ;而而采样频率是采样频率是600Hz600Hz时，则要求必须滤除输人信号大于时，则要求必须滤除输人信号大于300H300HZ Z的高频分虽的高频分虽 ( (三三) )采样保持器采样保持器 是指是指把把输输入入模拟信号的瞬时值采集并记录下模拟信号的瞬时值采集并记录下来，并按所需的要求准确地保持一段时间，供模来，并按所需的要求准确地保持一段时间，供模数转换器数转换器A/DA/D使用。

对于采用逐次比较式模数转换使用对于采用逐次比较式模数转换器器A/DA/D的数据采集系统，因模数转换器的数据采集系统，因模数转换器A/DA/D的工作的工作需要一定的转换时间，因此，需要使用采样保持需要一定的转换时间，因此，需要使用采样保持器 ( (四四) )摸拟量多路转换开关摸拟量多路转换开关(MPX)(MPX) 在实际的数据采集模块中，被测在实际的数据采集模块中，被测量量往往可能往往可能是几路或几十路是几路或几十路，，为了共用为了共用A/DA/D转换器而节省硬件，转换器而节省硬件，可以利用多路开关轮流切换各被测可以利用多路开关轮流切换各被测量量与与A A/ /D D转换电转换电路的通路路的通路，，达到分时转换的目的达到分时转换的目的，即，即每次只选通每次只选通一路，接至一路，接至A/A/D D转换器  (五)模/数变换(A/D) A/D变换器主要有以下几种类型:逐次逼近型、积分型、计数型、并行比较型等在微机监控和微机保护中最常用在微机监控和微机保护中最常用的是逐次逼近型原理实现的的是逐次逼近型原理实现的 三、基于三、基于V/FV/F转换的模拟转换的模拟量量输入回路输入回路 ( (一一)VF)VFC C型型A/DA/D变换简变换简述述 电压一频率变换技术电压一频率变换技术(VFC)(VFC)的原理是将输的原理是将输入入的的电压模拟量线性地变换为数字脉冲式的频率电压模拟量线性地变换为数字脉冲式的频率f f使产使产生的脉冲频率正比于输生的脉冲频率正比于输入入电压的大小，然后在固电压的大小，然后在固定的时间内用计数器对脉冲数目进行计数，使定的时间内用计数器对脉冲数目进行计数，使CPUCPU读读入。

入四、模拟量数据的前置处理 计算机采集的模拟计算机采集的模拟量量种类繁多，通过种类繁多，通过A/DA/D转换器变换转换器变换成数字量后送计算机成数字量后送计算机后，后，还要进行一系列简单处理还要进行一系列简单处理( (即前即前置处理置处理) )，然后存，然后存入入数据库保存数据前置处理流程如图数据库保存数据前置处理流程如图2-172-17所示 1. 1. 标度交换标度交换 进进入入A/DA/D的信号一般是电平信号的信号一般是电平信号，，但其意义但其意义却有所不同，例如同样是却有所不同，例如同样是5V5V电压，可以代表电压，可以代表90900 0变变压器温度，也可以代表压器温度，也可以代表500A500A电流或电流或110kV110kV电压等因此，经因此，经A/DA/D转换后的同一数字最所代表的物理意转换后的同一数字最所代表的物理意义是很不相同的义是很不相同的. .所以要由计算机乘上不同的系数所以要由计算机乘上不同的系数进行标度变换把它们恢复到原来的量值进行标度变换把它们恢复到原来的量值2.2.数据的有效性检验数据的有效性检验 其目的是判断采入的数据是否有明显的出错或人为干其目的是判断采入的数据是否有明显的出错或人为干扰信号等。

可根据物理量的特性来判断扰信号等可根据物理量的特性来判断，，例如例如: : (1) (1)变化缓慢的参数，可用同一参数前、后周期的变化变化缓慢的参数，可用同一参数前、后周期的变化从来判断从来判断 (2) (2)利用相关参数间的关系互相校核利用相关参数间的关系互相校核 (3) (3)对于一些重要参数，可以用两个测点或在同一测点对于一些重要参数，可以用两个测点或在同一测点上装两台变送器上装两台变送器用它们之问的差值进行校核用它们之问的差值进行校核 (4) (4)限制判断限制判断各种数据，当超过其可能最大变化范围各种数据，当超过其可能最大变化范围时，该数据为不可信的时，该数据为不可信的3.3.线性化处理线性化处理 有的变送器的输出信号与被测参数之间可能是有的变送器的输出信号与被测参数之间可能是非线性关系，为了提高测量精度，可采取线性拟非线性关系，为了提高测量精度，可采取线性拟合措施，以消除传感器或转换过程引起的合措施，以消除传感器或转换过程引起的非非线性线性误差4 4. .数字滤波数字滤波 输输入入的信号中常混杂有各种频率的干扰信号。

的信号中常混杂有各种频率的干扰信号而数字滤波器可以对极低频率的而数字滤波器可以对极低频率的干干扰信号进行滤扰信号进行滤波，弥补了波，弥补了RCRC滤波器不足数字滤波就是在计算滤波器不足数字滤波就是在计算机中用一定的计算方法对输机中用一定的计算方法对输入入信号的量化数据进信号的量化数据进行数学处理，减少行数学处理，减少干干扰在有用信号中的比重，提扰在有用信号中的比重，提高信号的真实性这是一种软件方法，对滤波算高信号的真实性这是一种软件方法，对滤波算法的选择、滤波系数的调整都有极大的灵活性，法的选择、滤波系数的调整都有极大的灵活性，因此在模拟量的处理上广泛采用因此在模拟量的处理上广泛采用第三节开关量的输入与输出 在数据采集系统中，除模拟信号外，还有大在数据采集系统中，除模拟信号外，还有大量的量的开关量开关量信号，如断路器、隔离开关的状态信号，如断路器、隔离开关的状态. .某某些数值的限内或越限些数值的限内或越限，，以及人机联系的功能键的以及人机联系的功能键的状态等开关量状态等开关量输入输入电路的基电路的基本本功能就是将功能就是将这些这些开关量信号引入开关量信号引入微机系统微机系统。

输输出电路主要是将出电路主要是将CPUCPU送出的数字信号或数据进行显示、控制或调节送出的数字信号或数据进行显示、控制或调节如断路器跳闸命令和光字牌、报如断路器跳闸命令和光字牌、报警警信号等 一、开关量分类一、开关量分类 开关量输开关量输入入也称为状态也称为状态量量输输入入或数字量输或数字量输入入，，其其基基本原理是将来自被监控对象的各种无源触点本原理是将来自被监控对象的各种无源触点信号经过光电信号经过光电耦耦合电路隔离后变为二进制信号合电路隔离后变为二进制信号测控装置采集的开关测控装置采集的开关量量信息主要信息主要有有: : （（1 1））单位置信号主要指被监控对象产生的一单位置信号主要指被监控对象产生的一些告警信号，如弹簧未储能、断路器些告警信号，如弹簧未储能、断路器SF6SF6泄露泄露、变、变压器瓦斯告警、保护装置和自动装置的动作或告压器瓦斯告警、保护装置和自动装置的动作或告警信号、交直流屏的告警信号、交直流屏的告警警信号等信号等. . (2)(2)双位置信号一个遥信量由两个相反的状态信号双位置信号一个遥信量由两个相反的状态信号表示，一个来自动合触点，另一个来自动断触点表示，一个来自动合触点，另一个来自动断触点。

用两位用两位二进制代码来表示二进制代码来表示. .““1010””和和"01”"01”为有效代码为有效代码，，分别表示分别表示合位和分位合位和分位;"11”;"11”和和‘'00"‘'00"为无效代码比单位置信号多为无效代码比单位置信号多1 1倍的信息倍的信息量量，增加了抗干扰能力，增加了抗干扰能力和和传输过程中的可靠性传输过程中的可靠性 目前高目前高压压/ /超高压电气间隔的断路器、隔离开关、接超高压电气间隔的断路器、隔离开关、接地开关的位置信号均采用双位置触点采集，而在中低压系地开关的位置信号均采用双位置触点采集，而在中低压系统中统中，，除了断路器仍采用双位置信号外，隔离开关和接地除了断路器仍采用双位置信号外，隔离开关和接地开关可采用单位置信号开关可采用单位置信号，，以节省测控装置须配备的开以节省测控装置须配备的开入入点点数 (3) (3)编码信号该类信号在变电站使用较少，编码信号该类信号在变电站使用较少，一般仅用于变压器或消弧线圈挡位信号的采集一般仅用于变压器或消弧线圈挡位信号的采集，，档档位信息多采用位信息多采用BCDBCD编码方式每位编码方式。

每位BCDBCD码用码用4 4位二位二进制信号表示进制信号表示，，变压器变压器档档位一般不会超过位一般不会超过1919挡，挡，用用5 5个二进制位即可准确表示个二进制位即可准确表示档档位数，占用位数，占用5 5个开个开入入量量. .例如例如6 6挡、挡、1212挡、挡、1818挡用挡用BCDBCD编码表示分别为编码表示分别为00110, 10010, 1100000110, 10010, 11000 (4)(4)脉冲量输脉冲量输入入脉冲量量输输入入一般采集统计电一般采集统计电能量，用于接收脉冲式电能表的脉冲输出，并累能量，用于接收脉冲式电能表的脉冲输出，并累加后上送至变电站综自的站控层由于存在脉冲加后上送至变电站综自的站控层由于存在脉冲易丢失，且丢失后须人工置效校正等诸多缺陷，易丢失，且丢失后须人工置效校正等诸多缺陷，脉冲量输入方式和脉冲式电能表基本被淘汰，取脉冲量输入方式和脉冲式电能表基本被淘汰，取而代之的是智能型电能表，通过而代之的是智能型电能表，通过RS-485RS-485串行通信串行通信方式读取电能量方式读取电能量二、开关二、开关量量输入电路配置图输入电路配置图1.1.滤波消抖电路与信号调节电路滤波消抖电路与信号调节电路 当开关量作为输当开关量作为输入入信号，因长线及空间信号，因长线及空间产生产生干干扰信号时，可能会使状态发生错误。

扰信号时，可能会使状态发生错误为此，需增加滤波消抖电路与信号调节电为此，需增加滤波消抖电路与信号调节电路路，消除，消除噪声噪声的影响的影响 2.2.光电隔离技术的应用光电隔离技术的应用 (1)(1)光电隔离最常用的是利用光电光电隔离最常用的是利用光电耦耦合器作合器作为开关量输为开关量输入入计算机的隔离器件时计算机的隔离器件时当有输当有输入入信信号时、二极管导通号时、二极管导通，，发出光束，使光敏三极管饱发出光束，使光敏三极管饱和导通，于是输出端和导通，于是输出端U U0 0表现一定电位表现一定电位 在光电在光电耦耦合器件中，合器件中，信信息的传递介质为光，没息的传递介质为光，没有电的直接联系，它不受电磁信号干扰，所以隔有电的直接联系，它不受电磁信号干扰，所以隔离效果比较好离效果比较好. . (2) (2)继电器隔离继电器隔离 利用现场断路器或隔离开关的辅助触点去启动利用现场断路器或隔离开关的辅助触点去启动小信号继电器，然后小信号继电器，然后将将小信号继电器的触点小信号继电器的触点输入输入至至微机系统微机系统. .三、开关量变位的检测 变电站断路器的状态平时一般很少变动变电站断路器的状态平时一般很少变动，没，没有必要有必要重复发送给变电站层或调度端。

但是重复发送给变电站层或调度端但是. .一旦一旦变电站故障或其他原因使断路器动作，其状态发生变电站故障或其他原因使断路器动作，其状态发生变化，必须及时传向变电站层或调度端变化，必须及时传向变电站层或调度端因此，开因此，开关关量量信息一般可采用无变位时不发送信息一般可采用无变位时不发送; ;一旦发生变一旦发生变位，则插位，则插入入传送的方式传送的方式  检查设备状态是否变位，常采用软件定时扫检查设备状态是否变位，常采用软件定时扫查和变位触发在软件扫查和变位触发在软件扫查查方式中，方式中，CPUCPU不断扫查不断扫查各断路器的状态，如发现有变位就予以处理在各断路器的状态，如发现有变位就予以处理在硬件变位触发中断方式中，以专用的硬件对断路硬件变位触发中断方式中，以专用的硬件对断路器位置状态进行监视器位置状态进行监视. .如发现变位就申请中断，由如发现变位就申请中断，由CPUCPU进行处理进行处理 开关量定时扫查模式，如果采集的开关量开关量定时扫查模式，如果采集的开关量大。

同时要求分辨率大同时要求分辨率高高，则会加重，则会加重CPUCPU的负荷，影的负荷，影响响CPUCPU对其他中断的响应速度对其他中断的响应速度. .通常采用通常采用智智能开关能开关量采集量采集. .即用一即用一CPUCPU专门负责开关专门负责开关量量采集，构成多采集，构成多CPUCPU系统结构系统结构第四节间隔层装置软件常用算法介绍 间隔层的智能化装置的功能主要靠软件实现本节以微机保护装置为例描述软件结构及常用算法 一、微机保护的程序结构 程序的整体结构主要包括主程序、采样中断程序的整体结构主要包括主程序、采样中断服务程序和故障处理程序服务程序和故障处理程序正常时运行主程序，正常时运行主程序，同时每隔同时每隔5/3ms5/3ms采样间隔时间采样间隔时间( (每周期采样每周期采样1212点点) )执执行一次采样中断服务程序行一次采样中断服务程序在采样程序中进行模在采样程序中进行模拟量采集与滤波、开关拟量采集与滤波、开关量量的采集的采集等等，并判断相电，并判断相电流差突变量启动元件是否动作流差突变量启动元件是否动作  如果启动元件不动作，采样中断程序执行完如果启动元件不动作，采样中断程序执行完后，正常返问主程序后，正常返问主程序。

如果启动元件动作，采样如果启动元件动作，采样中断程序执行完后转入执行故障处理程序在此中断程序执行完后转入执行故障处理程序在此过程中，依然过程中，依然每隔每隔5/3ms5/3ms采样间隔时间执行一次采采样间隔时间执行一次采样中断服务程序样中断服务程序，，直到保护整组复归直到保护整组复归，，返回正常返回正常运行的主程序运行的主程序. . 另外，微机保护装置软件系统除实现各种继电另外，微机保护装置软件系统除实现各种继电保护功能以外保护功能以外. .还具有其他功能还具有其他功能: : (1) (1)测测量量功能功能: :包括电流、电压、相电压频率、包括电流、电压、相电压频率、有功和无功以及电能和功率因数有功和无功以及电能和功率因数等等 (2) (2)控制功能控制功能: :包括断路器和隔离开关的控制，包括断路器和隔离开关的控制，可调节设备的状态控制，自动重合闸功能等可调节设备的状态控制，自动重合闸功能等. . ( (3 3) )状态监测状态监测: :包括操作计数、气包括操作计数、气体体压力监测、压力监测、断路器跳合闸、电气老化监测、断路器运行时间断路器跳合闸、电气老化监测、断路器运行时间记录等。

记录等  二、算法概念 所谓算法，就是计算机将连续型的电压、所谓算法，就是计算机将连续型的电压、电流等模拟信号经过离散采样和模数变换成为可电流等模拟信号经过离散采样和模数变换成为可用计算机处理的数字用计算机处理的数字量量后，对这些数字后，对这些数字量量进行分进行分析、计算从而得到所需电气参数，并实现各种析、计算从而得到所需电气参数，并实现各种保护和监控功能的方法保护和监控功能的方法  研究算法的作用主要有两个研究算法的作用主要有两个: :第一是提高运算第一是提高运算的精确度运算精度的研究的精确度运算精度的研究保证自动化装置的自动化装置的判断和动作的准确性判断和动作的准确性. .第二是提高运算的速度第二是提高运算的速度保保证证自动化装置的动作速度自动化装置的动作速度. .然而然而提高运算速度和提提高运算速度和提高运算精度是高运算精度是一对一对矛盾的往往需要往往需要在速度与精在速度与精度之间进行权衡度之间进行权衡三、保护和监控装置常用算法介绍 1.1.基基于正弦函数模型的算法于正弦函数模型的算法——半周积分算法半周积分算法 半周积分算法的依据是一个正弦量在任意半半周积分算法的依据是一个正弦量在任意半周期的绝对值的积分是一常数周期的绝对值的积分是一常数S S，并且积分值，并且积分值S S和和其相角其相角a a无关无关. .积分的起始点无论从积分的起始点无论从0 0或从或从a a角开始，角开始，积分半周期的绝对值总是常数积分半周期的绝对值总是常数。

据此，半周期的面积可写为 只要采样点数只要采样点数N N足够多，用梯形法近似积分的误足够多，用梯形法近似积分的误差可以做到很小半周期积分算法本身具有一定的差可以做到很小半周期积分算法本身具有一定的高频分高频分量量滤除能力滤除能力. .因为叠加在基波上的高频分因为叠加在基波上的高频分量量在半周期积分中其对称的正负半周互相抵消，剩余在半周期积分中其对称的正负半周互相抵消，剩余的未被抵消部分占的比重就很小了但这种算法不的未被抵消部分占的比重就很小了但这种算法不能抑制直流分能抑制直流分量量，可配一个简单的差分滤波器来抑，可配一个简单的差分滤波器来抑制电流中的非周期分量制电流中的非周期分量( (直流分量直流分量) ) 半周积分算法用求和代替积分，因此必然带来半周积分算法用求和代替积分，因此必然带来误误差不能满足监控系统测不能满足监控系统测量量精度的要求但在精度的要求但在微机保护中，利用其运算微机保护中，利用其运算量量少的特点，可作为微少的特点，可作为微机保护的启动算法例如微机距离保护的电流启机保护的启动算法例如微机距离保护的电流启动元件常常采用动元件常常采用半半周积分法计算的。

周积分法计算的 2.基于周期函数模型的算法—傅氏变换算法(1)(1)傅氏变换算法的基本原理傅氏变换算法的基本原理 半周积分算法的局限性是要求采样的波形为正弦波当半周积分算法的局限性是要求采样的波形为正弦波当被采样的模拟量不是正弦波而是一个周期性时间函数时，被采样的模拟量不是正弦波而是一个周期性时间函数时，可采用傅氏变换算法傅氏变换算法来自于傅里叶级数，可采用傅氏变换算法傅氏变换算法来自于傅里叶级数，即一个周期性函数即一个周期性函数i(t)i(t)可以用傅里叶级数展开为各次谐波可以用傅里叶级数展开为各次谐波的正弦项和余弦项之和，计算式为的正弦项和余弦项之和，计算式为•基波分量可表示为•一般表达式表示为a1a1和和b b1 1可以根据傅氏级数的逆变换求得可以根据傅氏级数的逆变换求得计算机求a1、b1如果采样点选如果采样点选N=12N=12在算出a1和b1后. (2)(2)傅氏变换算法的滤波特性傅氏算法能完傅氏变换算法的滤波特性傅氏算法能完全滤除各种全滤除各种高高次谐波和纯直流分量但实际上电次谐波和纯直流分量但实际上电流中的非周期分流中的非周期分量量不是纯直流而是按指数规律衰不是纯直流而是按指数规律衰减的。

由减的由于于它的非周期性，使得傅氏算法虽然对它的非周期性，使得傅氏算法虽然对这些分量有一定的抑制能力，但不能完全滤除这这些分量有一定的抑制能力，但不能完全滤除这种按指数规律衰减的非周期分量包含的低频分种按指数规律衰减的非周期分量包含的低频分量量及非整次高频分及非整次高频分量因此傅氏算法还必须辅以前因此傅氏算法还必须辅以前级级差差分滤波分滤波. .才能具有较高的精确度才能具有较高的精确度 (3)(3)基基于于傅氏变换算法的功率算法傅氏变换算法的功率算法 根据傅氏变换算法求出的电流和电根据傅氏变换算法求出的电流和电压压相相量量的实部与虚部的实部与虚部来计算有功和无功功率、功率因数等来计算有功和无功功率、功率因数等 (4)(4)基基于傅氏变换算法的滤序算法于傅氏变换算法的滤序算法 在微机保护系统和监控系统中，除了要计算在微机保护系统和监控系统中，除了要计算电流、电压的正序分电流、电压的正序分量量外，还要计算出负序或零外，还要计算出负序或零序分序分量量微机保护可利用负序、零序分微机保护可利用负序、零序分量量的大小的大小来启动保护装置。

监控系统可监视系统不对称程来启动保护装置监控系统可监视系统不对称程度或不平衡程度度或不平衡程度 在利用傅氏变换算法在利用傅氏变换算法计算计算出三相电流或电压出三相电流或电压基基波分波分量量的实部与虚部后，可以方便地得到负序的实部与虚部后，可以方便地得到负序和零序分和零序分量1)零序分量计算. 2)负序分量汁算 3. 3.解微分方程算法解微分方程算法 (1)(1)基本原理解微分方程算法仅用于计算阻杭以应用于基本原理解微分方程算法仅用于计算阻杭以应用于线路线路距距离保护为例离保护为例. .它假设被保护线路的分布电容可以忽略，它假设被保护线路的分布电容可以忽略，因而从故障点到保护安装处的线路阻抗可用一电阻和电感因而从故障点到保护安装处的线路阻抗可用一电阻和电感串联电路来表示串联电路来表示. .于是在短路时下列微分方程成立于是在短路时下列微分方程成立4.突变量电流算法 在目前使在目前使用用的高压输电线路的微型机的高压输电线路的微型机保护装置中，使用突变量电流元件来启动保护装置中，使用突变量电流元件来启动微机继电保护的故障处理元件微机继电保护的故障处理元件。

( (1)1)启动元件算法在高压输电线路的微启动元件算法在高压输电线路的微机型继电保护装置中采用两相电流差的突机型继电保护装置中采用两相电流差的突变变量量作为启动元件的其算法是作为启动元件的其算法是利用相电流差即线电流突变利用相电流差即线电流突变量量启动方法有以下两种好处启动方法有以下两种好处: : 1 1））提高了启动元件对于各种相间故障动作的灵敏提高了启动元件对于各种相间故障动作的灵敏度度. . 2) 2)提高了抗共模于扰的能力即两相电流差可抵提高了抗共模于扰的能力即两相电流差可抵消在两相的模拟量数据采集通道上的共模干扰消在两相的模拟量数据采集通道上的共模干扰  四、数字滤波器及其应用 所谓滤波是从含有噪声的信号中提取有用信所谓滤波是从含有噪声的信号中提取有用信号的过程模拟滤波器是应用无源或有源电路元号的过程模拟滤波器是应用无源或有源电路元件组成的一个物理装置或系统件组成的一个物理装置或系统; ;数字数字滤波器是将模滤波器是将模数转换数转换后的后的数字数字量量，进行某种数学运算去掉信号，进行某种数学运算去掉信号中的无中的无用用成分 采用数字滤波器可以极大限度的抑制各种非采用数字滤波器可以极大限度的抑制各种非工频分量，以提高工频分量，以提高计算精度。

所以微机保护几乎计算精度所以微机保护几乎毫无例外地采用了数字滤波器毫无例外地采用了数字滤波器 数字滤波器与模拟滤波器相比具有如数字滤波器与模拟滤波器相比具有如下下优点优点: : ( (1 1））因其不需要物理元件因其不需要物理元件，，故不存在着元件特性的差异故不存在着元件特性的差异 (2) (2)具有良好的可靠性，稳定性具有良好的可靠性，稳定性，，频率范围宽不存在元频率范围宽不存在元件老化问题件老化问题，，温度变化对数字滤波器特性没有影响温度变化对数字滤波器特性没有影响 (3) (3)具有具有相当好的工作灵活性，当要改变滤波特性时，只相当好的工作灵活性，当要改变滤波特性时，只要改变程序中的算法或某些滤波系数即可实现要改变程序中的算法或某些滤波系数即可实现 (4) (4)因其不因其不需需要物理元件要物理元件，，将不存在阻抗匹配的问题将不存在阻抗匹配的问题 ( (5 5) )提高保护的精度提高保护的精度. .采用数字滤波器可以极大限度的抑制采用数字滤波器可以极大限度的抑制各种各种非非工频分工频分量量，数字滤波器和算法的有机结合可以使继，数字滤波器和算法的有机结合可以使继电保护的性能得到提高。

电保护的性能得到提高 (6) (6)易于实现小型化、集成化、标准化易于实现小型化、集成化、标准化3.数字滤波器的构成按数字滤波器的构成方式可把它分成两类按数字滤波器的构成方式可把它分成两类: : ( (1 1））递归式数字滤波器递归式数字滤波器. .该种数字滤波器该种数字滤波器的输出值不但取决于输的输出值不但取决于输入入值和过去的输值和过去的输入入值，值，而且还取决于过去的输出而且还取决于过去的输出值值; ; (2) (2)非递归式数字滤波器非递归式数字滤波器. .该种数字滤波器该种数字滤波器的输出值仅取决于输的输出值仅取决于输入入值 4.几种常用的数字滤波器 (1) (1)差分滤波器差分滤波器( (减法滤波器减法滤波器) ) 其数据窗长度为其数据窗长度为K(K(或或K KT TS S) )它表明该滤波器与前行输它表明该滤波器与前行输出无关，所以这种滤波器是非递归型数字滤波器出无关，所以这种滤波器是非递归型数字滤波器 差分滤波器有如下特点差分滤波器有如下特点: : 1)1)因任两点采样因任两点采样值值中所含的直流成分相中所含的直流成分相同同( (不考虑衰减不考虑衰减) )，故差分后对应的直流输出为零，因此，差分滤波器能消，故差分后对应的直流输出为零，因此，差分滤波器能消除直流分除直流分量。

量 2) 2)差分滤波器能滤除差分滤波器能滤除m m次及次及m m的整倍数次谐波当的整倍数次谐波当m=1m=1时，时，能消除基波及各次谐波，若输能消除基波及各次谐波，若输入入信号中含有直流、基波及信号中含有直流、基波及基基波的整倍数次波的整倍数次谐谐波，则在稳态输波，则在稳态输入入时时，，滤波器的输出为滤波器的输出为零这一特点在保护中常被用作增量元件在电力系统正零这一特点在保护中常被用作增量元件在电力系统正常时或故障进常时或故障进入入稳态后稳态后. .滤波器的输出为零滤波器的输出为零. .在故障后的在故障后的KTKTS S时时间间内，滤波器有输出此时输出的是故障后的参数与内，滤波器有输出此时输出的是故障后的参数与故障前的负荷参数之差故障前的负荷参数之差. .这就是故障分这就是故障分量量. .其输出持续其输出持续20m20ms s( (工频一周工频一周) ) 3)3)当采用差分滤波器滤除短路电流中的谐波当采用差分滤波器滤除短路电流中的谐波分分量量时时必须在短路发生后必须在短路发生后. .经过经过K KT TS S的时的时间间才开才开始正确反映短路后的电流在此之前，反映的是始正确反映短路后的电流。

在此之前，反映的是短路前的状态短路前的状态. .因此因此. .该滤波器有该滤波器有KTKTS S的延时，的延时，K K值值越大〔越大〔TsTs已定已定) )，延时越长，即数据窗延时越长延时越长，即数据窗延时越长故在选择滤波器时，在保证滤波效果的同故在选择滤波器时，在保证滤波效果的同时时，应，应尽尽量量减小数据窗长度减小数据窗长度 4) 4)差分滤波器只需做减法，因此算法简单，差分滤波器只需做减法，因此算法简单，运算工作运算工作量量小（（2 2））加法滤波器加法滤波器•加法滤波器的数学模型就是减法滤波器的减运算变为加运加法滤波器的数学模型就是减法滤波器的减运算变为加运算，其表达式为算，其表达式为 加法滤波器有如下特点: 1)与差分滤波器比较，数据窗短，为工频周期的1/2. 2)因是前后两个采样值相加.故不能消除直流分量，这是它的一大缺点 3)加法滤波器只进行加法运算.故简单.工作量小 (3) (3)积分滤波器积分滤波器 积分滤波器是任意时刻nTS的输出是由此时刻的采样值与前K个采样值相加得.即 所以上式右边实际上是表示曲线x(t)与横坐标(K+1)Ts区间所围成的面积.也就是积分. 很显然很显然. .若积分区间长度正好为某次谐波的周期或周期若积分区间长度正好为某次谐波的周期或周期的整倍数的整倍数. .则在此区间内，该次谐波积分的结果是则在此区间内，该次谐波积分的结果是正正负半负半波所围成的面积正好抵消，因此，滤波器对应波所围成的面积正好抵消，因此，滤波器对应于于该次该次谐谐波波无输出无输出. .即将该次谐波滤去。

即将该次谐波滤去 对于某些高频分对于某些高频分量量，尽管积分区间与其周期不成整倍，尽管积分区间与其周期不成整倍数关系，但由于在积分数关系，但由于在积分区区间内，高频分量的正负面积相互间内，高频分量的正负面积相互抵消了很多抵消了很多. .不能被抵消的部分已经较小了不能被抵消的部分已经较小了. .所以其输出就所以其输出就很小，很小，因因此，积分滤波器具有抑制高频分量的作用此，积分滤波器具有抑制高频分量的作用五、算法的选择标准1.1.衡衡量量算法优劣的标准算法优劣的标准 衡衡量量各种算法的优缺点主要指标可以归纳为计算精各种算法的优缺点主要指标可以归纳为计算精度、响应时间和运算量度、响应时间和运算量 参数计算的准确性关系到装置的动作行为是否正确参数计算的准确性关系到装置的动作行为是否正确算法的计算速度则直接决定着装置的动作速度算法的计算速度则直接决定着装置的动作速度. .算法的计算法的计算速度包含有两方面的含义算速度包含有两方面的含义: :一是指算法的数据窗长度，一是指算法的数据窗长度，即需要采用多少个采样数据才能计算出所需的参数值即需要采用多少个采样数据才能计算出所需的参数值; ;二二是指算法的计算量，算法越复杂是指算法的计算量，算法越复杂. .运算量也越大运算量也越大. .计算时间计算时间也越长。

也越长2.2.算法的选择算法的选择 微机监控和微机保护中对算法的要求有所不同微微机监控和微机保护中对算法的要求有所不同微机监控中不仅需要计算电流、电机监控中不仅需要计算电流、电压压的有效的有效值值，还需要计算，还需要计算有功功率和无功功率等，因此辅以差分滤波器的傅氏算法有功功率和无功功率等，因此辅以差分滤波器的傅氏算法往往被采用往往被采用 对于微机保护则需要根据对象保护类型、电压等级等对于微机保护则需要根据对象保护类型、电压等级等的不同来选择不同的算法的不同来选择不同的算法就要求就要求输入输入信号为纯信号为纯基基波分量波分量的一类算法来说可用于输的一类算法来说可用于输入入信号中信号中暂暂态分态分量量不不多多或计算精或计算精度要求不高的保护中度要求不高的保护中另外另外，也，也可作为复杂保护的启动元可作为复杂保护的启动元件的算法件的算法解微分方程算法只能用于计算阻抗，因此多用解微分方程算法只能用于计算阻抗，因此多用于线路保护全周傅氏算法、最小二乘法算法还常应用于于线路保护全周傅氏算法、最小二乘法算法还常应用于发电机、变压器的差动保护和后备电流、电压保护以及发电机、变压器的差动保护和后备电流、电压保护以及 一些相序分一些相序分量量组成的保护中组成的保护中。