微机保护的构成及特点

一、微机保护硬件的构成与工作原理

微机保护的核心部分是微处理器，其硬件系统按功能可分为五个主要部分：数据采集单元、数据处理单元、开关量输入/输出接口、通信接口以及电源。

1. 数据采集单元：

微机保护需要从电流、电压互感器二次获得的电流、电压信号。这些信号是模拟的，而微机保护处理的是数字信号。需要将模拟信号转换为数字信号，这个过程被称为数据采集。这一单元主要包括电压形成回路、前置模拟低通滤波器（ALF）、采样保持电路（S/H）、多路转换器（MPX）以及模数转换（A/D）电路。其中，电压形成回路主要完成电量的变换，并起到电气隔离和电磁屏蔽的作用。ALF则是一种能使工频信号通过，抑制高频信号的电路。采样保持电路则是将连续的时间信号转化为离散的时间信号，确保在模数转换过程中的准确性。

2. 数据处理单元：

作为微机保护系统的“大脑”，数据处理单元负责执行各种保护算法和逻辑判断。这个单元主要包括微处理器（MPU）、只读存储器（EPROM）、随机存取存储器（RAM）以及定时器等。MPU执行存放在EPROM中的程序，对采集的数据进行分析处理，实现各种继电保护功能。

3. 开关量（数字量）输入/输出接口：

这个接口包括开关量输入回路和开关量输出回路。开关量输入回路主要负责各种保护的出口跳闸、信号报警以及外部接点输入等功能。而开关量输出回路则控制有触点继电器的跳闸出口、重合闸出口以及就地和中央信号出口等。还包括用于人机对话的接口，如键盘、显示屏等。

4. 通信接口：

为了实现变电站的自动化管理，微机保护需要通过通信接口与其他设备进行通信。这个接口负责保护设备向本地或远方传送保护定值、故障报告等，并接受远方的控制命令，如修改定值、投切压板等。

5. 电源：

微机保护装置对电源的要求较高，通常采用逆变电源，将直流逆变为交流，再整流为直流供微机保护使用。这种电源具有很强的抗干扰能力，可以消除来自变电所中的强干扰。

二、微机保护软件的构成与功能

微机保护的软件通常分为监控程序和微机保护运行程序两部分。监控程序主要负责人机对话、键盘命令处理以及插件调试、定值整定、报告显示等功能。而微机保护运行程序则是保护装置在运行状态下所需执行的程序，分为主程序和中断服务程序两个模块。主程序负责实现各种保护功能，而中断服务程序则负责在保护动作时快速响应并处理各种中断事件。

一、主程序概述

程序启动时，首先经历初始化、全面自检等步骤，随后进入开放状态，等待中断指令。主程序按照预设的采样周期，接受采样中断，进入采样程序。在此过程中，程序忙于模拟量采样与滤波、开关量的采集、装置硬件自检以及交流电流断线的检测等工作。它还会进行启动判据计算，根据满足的条件来决定是进入正常运行程序还是故障计算程序。

二、中断服务程序介绍

中断服务程序中包含正常运行程序模块和故障程序模块。正常运行程序模块中，有采样中断和串行口中断等功能。采样中断负责数据采集与处理，还有保护启动判断等任务；而串行口中断则完成保护CPU与保护管理CPU之间的数据传送，如远方整定、复归等操作。一旦保护启动，故障处理程序模块就会投入运行，进行保护特性计算、判定故障性质等任务。采样中断服务程序的核心任务是控制多路开关和模数转换器，将模拟输入量的采样值转换为数字，然后存入循环寄存区，完成启动判断。

三、微机保护装置的特色优势

1. 维护调试便捷性：微机保护装置配备了自诊断功能。它能自动检测硬件各部分以及EPROM中的程序，一旦有异常，立即发出警报。只要电源开启且没有警报声，即可确认保护装置状态良好，这无疑大大减轻了运行维护的工作量。

2. 高可靠性：计算机的强大数据分析判断能力让其能够实现自动纠错，这在常规保护中很难实现。配合自诊断能力和多重化设计，可以有效防止拒动，可靠性非常高。

3. 附加功能的易得性：如果配上打印机或其他显示设备，当系统发生故障时，微机保护可以提供丰富的信息，如保护动作的顺序、动作时间、故障类型和相别以及故障前后的波形记录等，为事故处理提供有力支持。

4. 灵活性出众：微机保护的特性主要通过软件来实现，这意味着只要改变软件，就能灵活适应电力系统各种运行方式的变化。

5. 保护性能的全面升华：微机保护为传统继电保护中的技术难题提供了新的解决方案。例如，它提高了接地距离保护对过渡电阻的容忍能力，能区分震荡和短路，以及在大变压器差动保护中准确识别励磁涌流和内部故障等。

微机保护装置以其独特的优势和特点，为电力系统的稳定运行提供了强有力的支持。