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，發展緩慢。70年代初、中期，大規模集成電路技術的飛速發展，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高潮，到70年代后期已趨于實用。

結構與工作原理 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的模擬量，而計算機只能對數字量進行計算和判斷，因此由電力系統經電壓互感器和／或電流互感器輸入的模擬量必先經過預處理,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，故設置多路轉換器將輸入模擬信號逐個交與A/D變換器轉化成數字量這些數字量應在存儲器中按先后順序排列，以便后續功能處理程序取用。

為了保證計算機計算和判斷的正確，實現以某種頻率的正弦電量為基礎的繼電保護原理,必須將經A/D變換后的數字量再經一次濾波。由于數字濾波器精度高、可靠而且調整靈活，通過時分復用可使裝置簡化，因此微機保護中普遍采用數字濾波器。數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字時間序列轉換為代表輸出信號的數字時間序列，使信號按照預定的形式變化。微機繼電保護中應根據電力系統信號的特點和保護原理的要求設計、選擇相應的數字濾波器。數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字式采樣序列，用數學運算方法實現故障量的測量，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。由于電力系統中大量應用鐵磁非線性元件，輸電線路分布電容和串聯、并聯電容，以及電壓互感器、電流互感器的暫態特性等因素的影響，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對計算結果采取平滑措施。上述種種算法都是先算出電壓、電流的大小和相位，然后根據保護的動作判據作進一步的運算，最終實現其保護功能。也有一些算法將電量運算與保護動作判據運算直接結合在一起，例如用離散值直接實現的方向阻抗繼電器的算法。

優點與應用前景由于計算機的優越存儲能力，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，可以實現一些以往模擬式保護裝置無法實現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。