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微机保护是用微型计算机构成的继电保护,是电力系统继电保护的发展方向(现已基本实现,尚需发展),它具有高可靠性,高选择性,高灵敏度。微机保护装置硬件包括微处理器(单片机)为核心,配以输入、输出通道,人机接口和通讯接口等.该系统广泛应用于电力、石化、矿山冶炼、铁路以及民用建筑等。
微机保护装置的数字核心一般由CPU、存储器、定时器/计数器、Wachdog等组成。目前数字核心的主流为嵌入式微控制器(MCU),即通常所说的单片机;输入输出通道包括模拟量输入通道(模拟量输入变换回路(将CT、PT所测量的量转换成更低的适合内部A/D转换的电压量,±2.5V、±5V或±10V)、低通滤波器及采样、A/D转换)和数字量输入输出通道(人机接口和各种告警信号、跳闸信号及电度脉冲等)。
国外知名品牌有ABB\GE\SWEL\SEL\西门子\阿海珐\施耐德等,国内知名品牌有宏瑞、南瑞\南自\四方\许继等
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保护的种类一般有进线保护、出线保护、母联分段保护、进线或母联备自投保护、厂用变压器保护、高压电动机保护、高压电容器保护、高压电抗器保护,差动保护,后备保护,PT测控装置
微机保护的优点有:
(1) 程序具有自适应性,可按系统运行状态自动改变整定值和特性
(2) 有可存取的存储器。
(3) 在现场可灵活地改变继电器的特性。
(4) 可以使保护性能得到更大的改进。
(5) 有自检能力。
(6) 有利于事故后分析。
(7) 可与计算机交换信息。
(8) 可增加硬件的功能。
(9) 可在低功率传变机构内工作。
微机保护的缺点有:
(1) 与传统的保护有根本性的差异。
(2) 使用者较难维护。
(3) 要求硬件和软件有高度可靠性。
(4) 硬件很容易过时。
(5) 在操作和维护过程中,使用人员较难掌握。
微机保护和继电保护比较:
常规继电保护缺点:常规继电保护是采用继电器组合而成的,比如:过流继电器、时间继电器、中间继电器、等通过复杂的组合,来实现保护功能,它的缺点:
1.占的空间大,安装不方便
2.采用的继电器触点多,大大降低了保护的灵敏度和可靠性
3.调试、检修复杂,一般要停电才能进行,影响正常生产
4.没有灵活性,当CT变比改动后,保护定值修改要在继电器上调节,有时候还要更换.
5.使用寿命太短,由于继电器线圈的老化直接影响保护的可靠动作.
6.继电器保护功能单一,要安装各种表计才能观察实时负荷
7.数据不能远方监控,无法实现远程控制
8.继电器自身不具备监控功能,当继电器线圈短路后,不到现场是不能发现的.
9.继电器保护是直接和电器设备连接的,中间没有光电隔离,容易遭受雷击.
10.常规保护已经逐渐淘汰,很多继电器已经停止生产.
11.维护复杂,故障后很难找到问题.
12.运行维护工作量大,运行成本比微机保护增加60%左右.
13.操作复杂、可靠性低,在以往的运行经验中发现很多事故的发生主要原因有两条:A人为原因:因为自动化水平低,操作复杂而造成事故发生.B继电保护设备性能水平低,二次设备不能有效的发现故障.
14.经济分析:常规保护从单套价来说比微机保护约便宜,但使用的电缆数量多、屏柜多、特别是装置寿命短、运行费用(管理费用、维护费用等)比微机保护高出60%,综合费用还是比微机保护多的.
微机保护优点:
1.微机保护是采用单片机原来,系统具备采集、监视、控制、自检查功能、通过一台设备可以发现:输电线路的故障,输电线路的负荷、自身的运行情况(当设备自身某种故障,微机保护通过自检功能,把故障进行呈现),采用计算机原理进行远程控制和监视.
2.由于微机保护采用各种电力逻辑运算来实现保护功能,所以只需要采集线路上的电流电压,这样大大简化了接线.
3.微机保护的保护出口、遥控出口、就地控制出口都是通过一组继电器动作的,所以非常可靠.
4.微机保护采用计算机控制功能,保护定值、保护功能、保护手段采用程序逻辑,这样可以随时修改保护参数,修改保护功能,不用重新调试.
5.微机保护还具备通讯功能,可以通过网络把用户所需要的各种数据传输到监控中心,进行集中调度.
6.微机保护采用光电隔离技术,把所有采集上来的电信号统一形成光信号,这样有强电流攻击时候,设备可以建立自身保护机制.
7.微机保护采用CPU进行数据处理,加大了数据处理速度.
8.微机保护的寿命长,由于设备在正常状态处于休眠状态,只有程序实时运行,各个元器件的寿命大大加长.
9.微机保护具备时钟同步功能,对于故障可以记录,采用故障录波的方式把故障记录下来,便于对故障的分析.
10.微机保护采用了多层印刷板和表面贴装技术,因而具有很高的可靠性和抗干扰能力.
11.易用性:中文用户界面标准化,易学、易用、易维护.
12.经济分析:微机保护从单套价来说比常规保护约贵些,但使用的电缆数量极少、屏柜少、特别是使用寿命长达25年、运行费用(管理费用、维护费用等)比常规保护降低60%,综合费用还是比常规保护少许多.
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CPU与外设数据传送的方式 查询传送方式 CPU与I/O设备的工作往往是异步的,很难保证当CPU执行输入操作时,外设已把要输入的信息准备好了;而当CPU执行输出时,外设的寄存器(用于存放CPU输出数据的寄存器)一定是空的.所以,通常程序控制的传送方式在传送之前,必须要查询一下外设的状态,当外设准备就绪了才传送;若未准备好,则CPU等待. 1.查询式输入 在输入时,CPU必须了解外设的状态,看外设是否准备好. 当输入设备的数据已准备好后,发出一个选通信号,一边把数据送入锁存器,一边使D触发器为"1",给出"准备好"Ready的状态信号.而数据与状态必须由不同的端口输至CPU数据总线.当CPU要由外设输入信息时,先输入状态信息,检查数据是否已准备好,当数据已经准备好后,才输入数据.读入数据的指令,使状态信息清"0". 2.查询式输出 同样的,在输出时CPU也必须了解外设的状态,看外设是否有空(即外设不是正处在输出状态,或外设的数据寄存器是空的,可以接收CPU输出的信息),若有空,则CPU执行输出指令,否则就等待. 中断传送方式 在上述的查询传送方式中,CPU要不断地询问外设,当外设没有准备好时,CPU要等待,不能进行别的操作,这样就浪费了CPU的时间.而且许多外设的速度是较低的,如键盘,打印机等等,它们输入或输出一个数据的速度是很慢的,在这个过程中,CPU可以执行大量的指令.为了提高CPU的效率,可采用中断的传送方式:在输入时,若外设的输入数据已存入寄存器;在输出时,若外设已把上一个数据输出,输出寄存器已空,由外设向CPU 发出中断请求,CPU就暂停原执行的程序( 即实现中断),转去执行输入或输出操作(中断服务),待输入输出操作完成后即返回,CPU再继续执行原来的程序.这样就可以大大提高CPU的效率,而且允许CPU与外设(甚至多个外设)同时工作. 直接数据通道传送(DMA) 中断传送仍是由CPU通过程序来传送,每次要保护断点,保护现场需用多条指令,每条指令要有取指和执行时间.这对于一个高速I/O设备,以及成组交换数据的情况,例如磁盘与内存间的信息交换,就显得速度太慢了. 所以希望用硬件在外设与内存间直接进行数据交换(DMA),而不通过CPU,这样数据传送的速度的上限就取决于存储器的工作速度.但是,通常系统的地址和数据总线以及一些控制信号线(例如IO/,,等)是由CPU管理的.在DMA方式时,就希望CPU把这些总线让出来(即CPU连到这些总线上的线处于第三态——高阻状态),而由DMA控制器接管,控制传送的字节数,判断DMA是否结束,以及发出DMA结束等信号.这些都是由硬件实现的. 1.DMA控制器的基本功能 DMAC是控制存储器和外部设备之间直接高速地传送数据的硬件电路,它应能取代CPU,用硬件完成图8-17所示的各项功能.具体地说应具有如下功能: (1)能接收外设的请求,向CPU发出DMA请求信号. (2)当CPU发出DMA响应信号之后,接管对总线的控制,进入DMA方式. (3)能寻址存储器,即能输出地址信息和修改地址. (4)能向存储器和外设发出相应的读/写控制信号. (5)能控制传送的字节数,判断DMA传送是否结束. (6)在DMA传送结束以后,能结束DMA请求信号,释放总线,使CPU恢复正常工作. 2.DMA传送方式 各种DMAC一般都有两种基本的DMA传送方式: (1)单字节方式:每次DMA请求只传送一个字节数据,每传送完一个字节,都撤除DMA请求信号,释放总线. (2)字节(字符)组方式:每次DMA请求连续传送一个数据块,待规定长度的数据块传送完了以后,才撤除DMA请求,释放总线. 参考资料: http://jpkc.lzjtu.edu.cn/wjylyjkjs/ppt/8.ppt
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