微机保护硬件的构成

微机保护是由微型计算机和相应软件（程序）来实现的新型保护，由硬件和软件两大部分构成。

一、微机保护硬件的构成

微机保护硬件的核心是微处理器，硬件系统按功能可分为数据采集单元、数据处理单元、开关量输入/输出接口、接口、电源五个部分。

1、数据采集单元

继电保护装置从电流、电压互感器二次获得的电流、电压是模拟信号，微机保护能够处理的信号是离散化的数字信号，将模拟量转换成为数字量的过程就是通常所说的数据采集，也称为模拟量输入系统。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）电路五个部分，完成将模拟输入量准确地转换为所需的数字量。

1）电压形成回路

主要有电压变换器、电流变换器和电抗变换器等。电压、电流变换器一次侧并联电容，主要是为了吸收耦合到输入导线上的干扰信号；电流变换器二次侧并联电阻的目的是通过电流在电阻上产生的电压来实现电流量到电压量的变换。电压形成回路除变换电量外，还起电气隔离和电磁屏蔽的作用，以保证弱电元件的安全，减少高压设备对弱电元件的干扰。

2）前置模拟低通滤波器（ALF）

低通滤波器是一种能使工频信号通过，同时抑致高频信号的电路。通常分为无源滤波器和有源滤波器两种。

3）采样保持电路（S/H）

（1）采样

模拟输入信号经电压形成回路和低通滤波后仍为连续的时间信号，把连续的时间信号变成离散的时间信号称为采样或离散化。采样就是周期性抽取或测量连续信号的瞬时值，采样器的输出是离散化了的模拟量。

（2）保持

微机保护多路模拟通道共用一个模数转换器（A/D），各通道的取样信号必须依次通过A/D回路进行转换，每转换一路都需要一定的转换时间，变化较快的模拟信号必须保持，否则将引起误差。

4）多路转换器

微机保护通常需对多个模拟量同时采样，为了简化电路和降低成本，一般采用多个模拟量通道通过多路转换器共用一个A/D，通过多路转换开关实现通道切换。

5）模数转换器（A/D）

模数转换器（A/D）的作用是将保存在S/H中已离散化的模拟信号转换成微机所需的数字量。

2、数据处理单元

数据处理系统是微机保护的核心，中央处理器（CPU）系统包括微处理器(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，对由数据采集系统输入至RAM区的原始数据进行分析处理，以完成各种继电保护的功能。

3、开关量（数字量）输入/输出接口

1）开关量输入回路

由若干并行接口适配器、光电隔离器件及中间继电器等组成，完成各种保护的出口跳闸、信号报警，外部接点输入及人机对话等功能。

2）开关量输出回路

开关量输出回路主要包括跳闸出口、重合闸出口及就地和中央信号出口等，一般采用并行输出端口来控制有触点继电器。

3）打印机并行接口回路

打印机作为微机保护装置的输出设备，可将执行结果通过打印机打印出来。在系统发生故障后，可将有关故障信息、保护动作、采样报告打印出来。

4）人机对话接口回路

人机对话接口的作用是建立起微机保护装置与使用者之间的信息联系，以便对保护装置进行人工操作、调试和得到反馈信息，并由硬件时钟芯片提供日历与自动计时。通常包括键盘、显示屏、指示灯、按钮、打印机接口和调试通讯接口。

4、通信接口

为形成集微机保护、监控、远动和管理于一体的变电站综合自动化系统，微机保护除完成自身的功能外，通过主机向本地或远方传送保护定值、故障报告的同时，远方可通过主机对微机保护实行远方控制，如修改定值、投切压板等，这些都需要由通信接口来实现。

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，即将直流逆变为交流，再将交流整流为直流电压供微机保护使用。通过逆变后的直流电源，具有很强的抗干扰能力，可大大消除来自变电所中因断路器跳合闸等原因产生的强干扰。

二、微机保护软件的构成

软件通常可分为监控程序和微机保护运行程序两部分。监控程序包括人机对话接口，键盘命令处理程序，以及为插件调试、定值整定、报告显示等所配置的程序。微机保护运行程序是指保护装置在运行状态下所需执行的程序，一般分为主程序和中断服务程序两个模块。

1、主程序

包括初始化、全面自检、开放及等待中断等。主程序按固定的采样周期接受采样中断进入采样程序，在采样过程中进行模拟量采样与滤波、开关量的采集、装置硬件自检、交流电流断线和启动判据计算，根据是否满足启动条件而进入正常运行程序和故障计算程序。

2、中断服务程序

在该程序中有正常运行程序模块和故障程序模块。正常运行程序模块通常有采样中断，串行口中断等，其中采样中断包括数据采集与处理、保护启动判断等；串行口中断完成保护CPU与保护管理CPU之间的数据传送、如保护的远方整定、复归等。故障处理程序模块在保护启动后才投用，用于进行保护特性计算、判定故障性质等。采样中断服务程序的主要任务是控制多路开关和模数转换器，将各模拟输入量的采样值转换成数字量，然后存入RAM区的循环寄存区，其次完成启动判断任务。

三、微机保护装置的特点

1、维护调试方便

微机保护装置具有自诊断功能，对硬件各部分和存放在EPROM中的程序不断进行自动检测，一旦发现异常，就会发出警报。只要给上电源，不发警报即可确认保护装置完好，从而大大减轻了运行维护的工作量。

2、可靠性高

计算机有极强的综合分析和判断能力，可以实现常规保护很难办到的自动纠错，另外有自诊断能力，能够自动检测出本身硬件的异常部分，配合多重化可以有效地防止拒动，因此可靠性很高。

3、易于获得附加功能

计算机如果配置打印机或其他显示设备，可以在系统发生故障后提供多种信息，例如保护部分的动作顺序和动作时间记录、故障类型和相别及故障前后电压、电流的波形记录，有助于对事故的分析和处理。

4、灵活性大

微机保护的特性主要由软件决定，因此只要改变软件就可以改变保护的特性和功能，从而可灵活地适应电力系统各种运行方式的变化。

5、保护性能得到很好完善

微机保护的应用使很多原有继电保护中存在的技术问题，找到了新的解决办法，例如对接地距离保护允许过渡电阻的能力、距离保护如何区别震荡和短路、大型变压器差动保护如何识别励磁涌流和内部故障等问题，都有了新的解决办法。