繼電保護教材

1、瑪納斯發(fā)電公司繼電保護技術(shù)培訓(xùn)教材二零零四年七月目 錄第三章 控制、測量繼電保護與自動裝置-02第一節(jié) 斷路器的控制回路-02第二節(jié) 閃光裝置-08第三節(jié) 電氣測量儀表-09第四節(jié) 繼電保護-21第五節(jié) 自動裝置-57第四章 直流電源設(shè)備與信號裝置-96第一節(jié) 直流電源設(shè)備-96第二節(jié) 信號裝置-106第三章 控制、測量繼電保護與自動裝置第一節(jié) 斷路器的控制回路 一、斷路器的控制方式 高壓斷路器是發(fā)電廠及變電站的重要電氣設(shè)備，其作用是：正常運行時接通和斷開高壓電路，改變一次設(shè)備及主系統(tǒng)的運行方式；故障狀態(tài)下切除故障設(shè)備，保證主系統(tǒng)安全運行，減輕故障損失。斷路器的控制方式有： 就地控制，即在斷路

2、器近旁安裝控制設(shè)備進行控制，主要對不重要斷路器的控制，例如發(fā)電機電壓母線的用戶直饋線路斷路器，某些廠用機械的饋電線路斷路器等。 遠方控制，即在專設(shè)的控制室內(nèi)控制屏上對相距數(shù)百米以內(nèi)的斷路器、升壓變壓器斷路器、高壓母線斷路器、1kV以上輸電線路斷路器等。 1、斷路器的控制回路的基本要求斷路器的控制回路應(yīng)滿足以下基本要求： (1)手動（或自動）跳、合閘動作完成后，應(yīng)自動解除命令脈沖，斷開跳、合閘回路，以免跳合閘線圈長時間帶電。 (2)跳、合閘電流脈沖一般要直接作用斷路器操作機構(gòu)的跳、合閘線圈。但對于電磁操作機構(gòu)，因其合閘電流很大，需要通過輔助合閘接觸器間接接通合閘線圈回路。(3)應(yīng)有防止斷路器產(chǎn)生

3、跳躍的閉鎖措施。(4)在斷路器控制地點，應(yīng)有反映其工作狀態(tài)的位置信號和自動合閘、自動跳閘的顯示信號。(5)一般情況下，每臺斷路器的控制回路要經(jīng)熔斷器接入操作電源。(6)接線簡單可靠，使用電纜芯數(shù)最少。(7)應(yīng)有跳、合閘回路及操作電源是否完好的監(jiān)視裝置。(8)對于線路開關(guān)及變壓器出口開關(guān)的氣壓、液壓和彈簧儲能操作的斷路器，應(yīng)有壓力是否正常、彈簧是否拉緊到位的監(jiān)視和防止誤操作的措施。(9)對于分相操作的斷路器，應(yīng)有監(jiān)視三相位置是否一致的措施。 二、斷路器控制與信號回路的構(gòu)成 斷路器的控制回路一般由跳、合閘回路，防跳回路，位置信號回路，事故跳閘音響信號回路部分構(gòu)成。 （1）跳、合閘回路。 以我廠6k

4、V開關(guān)為例的斷路器跳、合閘回路介紹。 進行合閘時，將控制開關(guān)KK扳向合閘位置，其接點閉合，合閘接觸器HC起動，HC的觸頭閉合接通合閘線圈HQ回路，使斷路器合閘。進行跳閘時，將控制開關(guān)KK扳向跳閘位置，其接點閉合，跳閘線圈TQ帶電使斷路器跳閘。為了達到上述基本要求，在此跳、合閘回路中采取了如下措施： 在合閘接觸器HC起動回路，串接了斷路器的輔助常閉接點DL1，在跳閘線圈TQ回路，串接常開輔助接點DL2，這樣即可達到每次合（或跳）閘動作完成后，自動地切斷命令脈沖，防止合（或跳）閘線圈長時間帶電的要求。 繼電保護裝置出口繼電器ZJ的觸點與控制開關(guān)的跳閘觸點并聯(lián)，以實現(xiàn)自動跳閘。 由于采用的是電磁操作

5、機構(gòu)，在合閘回路使用了輔助合閘接觸器。 （2）防跳回路 防跳就是防止斷路器發(fā)生連續(xù)跳、合的跳躍現(xiàn)象。斷路器跳躍使其遮斷能力嚴重下降，長時間跳躍會造成斷路器損壞，也會影響用戶和電網(wǎng)的工作。使斷路器產(chǎn)生跳躍的原因很多，比如手動合閘到故障回路上，操作人員未及時使控制開關(guān)復(fù)歸，或合閘觸點有卡住現(xiàn)象，都會出現(xiàn)跳躍現(xiàn)象，我廠斷路器均采用電氣防跳裝置。 利用防跳繼電器構(gòu)成的防跳電路實例：（以我廠6kV高壓開關(guān)為例），如圖3-1所示：圖3-1 6kV高壓開關(guān) 圖中防跳繼電器TBJ是一個電流起動電壓保持的中間繼電器。其電流線圈串接在跳閘線圈回路中，電壓線圈經(jīng)過本身常開接點與合閘接觸器回路串聯(lián)。在每一次斷路器跳閘

6、時，跳閘電流通過TBJ電流線圈使其起動，并保持到跳閘動作完成。同時，其常開接點TBJ1打開切斷合閘回路，如果此時存在有來自控制開關(guān)的合閘脈沖，則TBJ的電壓線圈將帶電并自保持，即使斷路器已跳開，TBJ電流線圈中已無電流，電壓線圈會一直保持在動作狀態(tài)，直至合閘脈沖消失，這樣就有效的防止了跳躍現(xiàn)象的產(chǎn)生。觸點TBJ3的作用是保證每次跳閘時有足夠長的跳閘脈沖時間，同時也避免繼電保護動作跳閘時由于保護出口繼電器觸點復(fù)歸過早而燒傷。為了保證防跳裝置工作的可靠性，防跳繼電器的參數(shù)必須與操作機構(gòu)的參數(shù)配合，其動作電流靈敏度應(yīng)不小于2，其動作時間不應(yīng)大于斷路器輔助觸點切換的時間。 （3）事故跳閘音響信號回路為

7、了在斷路器自動跳閘時立即引起值班人員的注意，斷路器設(shè)置有事故跳閘音響信號起動回路。通過此起動回路，使中央事故信號裝置的電笛發(fā)出音響。SYM為事故音響小母線，只要將負電源與此小母線連接即可發(fā)出事故音響信號。事故跳閘音響信號，一般采用“不對應(yīng)起動，就是控制開關(guān)在合閘后位置，而斷路器在跳閘位置時起動。 三、廠高變高壓側(cè)斷路器控制回路 圖3-2為廠高變高壓側(cè)斷路器控制回路合閘功能單元的輸入部分是儲能電機和手力儲能軸的軸端，它能使斷路器的合閘彈簧儲能，輸出部分使驅(qū)動凸輪。當1KK開關(guān)把手扳向合閘位置，其接點接通時，合閘電磁鐵執(zhí)行合閘指令，電磁鐵的動鐵芯使儲能彈簧的保持機構(gòu)解體，由儲能彈簧帶動驅(qū)動凸輪進行

8、合閘當1KK開關(guān)把手扳向分閘位置，其接點接通時，分閘電磁鐵執(zhí)行分閘指令，分閘電磁鐵的鐵芯使合閘保持機構(gòu)解體，完成斷路器的分閘。 Yq：合閘電磁鐵 Y1：分閘電磁鐵 S1：輔助開關(guān) S3：與儲能聯(lián)動的微動開關(guān) K1：防跳繼電器斷路器內(nèi)部設(shè)有合閘電磁鐵線圈與斷路器主觸頭狀態(tài)之間的聯(lián)鎖，如果斷路器處于合閘狀態(tài)，斷路器內(nèi)部的輔助開關(guān)接點S1將合閘電磁鐵線圈電氣回路斷開，無論合閘信號是否給出，斷路器將不能進行合閘。 斷路器內(nèi)部裝有防跳繼電器K1，用于防跳。當手動合閘遇到故障時，保護將斷路器跳開，中間繼電器K1因斷路器儲能聯(lián)動的微動開關(guān)的切換處于動作狀態(tài)，切斷了合閘回路，此時手動合閘命令沒有撤除，但斷路器

9、不會合閘。直到撤消手動合閘命令后，K1才會復(fù)位，合閘回路又處于準備合閘狀態(tài)。圖3-2廠高變高壓側(cè)斷路器 四、MK開關(guān)的傳動機構(gòu) MK開關(guān)是電磁合閘，永磁保持，反磁分閘的傳動機構(gòu)，控制回路如圖3-3所示。 MK開關(guān)的關(guān)合與分斷是借助具有特殊功能的傳動電磁鐵來完成，傳動電磁鐵的合閘線圈通電時，鐵芯吸合，使常開觸頭閉合，常閉觸頭打開，隨著其輔助觸頭的常閉接點打開，使合閘線圈QH斷電，電磁鐵中具有足夠大的永磁吸力將鐵芯牢固吸住使斷路器保持在關(guān)合位置。 在分斷時，通過其控制電路接點，使傳動電磁鐵中分閘線圈QT1通電產(chǎn)生一個反向磁場與永磁磁場相排斥，在彈簧反力的作用下而使鐵芯瞬間打開，斷路器快速分斷推桿的

10、上方還有一個備用脫扣電磁鐵，它是在反向磁場因故障不能及時建立時，經(jīng)極短的延時后其線圈QT2通電，在分斷彈簧及觸頭彈簧反力作用下，斷路器隨即分斷。此時位置開關(guān)接點QW動作，接通中間繼電器，其接點發(fā)信號。 備用脫扣電磁鐵的設(shè)置使斷路器具有雙重保護功能，從而更加可靠。1、合閘回路 斷路器處于正常分閘位置時，位置開關(guān)QW和開關(guān)輔助常閉觸頭QF均閉合，K1得，此時，給一個合閘脈沖，合閘接觸器KM得電閉合，使斷路器合閘線圈激磁，鐵芯向上運動并閉合。此時K1失電，KM自動斷電，斷路器靠機構(gòu)中的永磁而使鐵芯可靠地保持在合閘位置。同時QF輔助觸頭接通指示燈H3而顯示合閘狀態(tài)。2、分閘回路 斷路器處于合閘狀態(tài)，此

11、時給一個分閘脈沖，QF的反磁分閘線圈QT1得電使鐵芯克服永磁吸引下落，同時KT也通電延時，如QT1拒動100ms后QT2激磁動作帶動鐵芯沖擊QF鎖桿，使QF分閘。若QT1可靠動作KT返回，QF2將不動作。QF分閘時，其輔助接點使分閘指示燈H4亮，顯示分閘狀態(tài)。 QT2動作后僅機械鎖扣打開，斷路器觸頭分閘，而機構(gòu)的鐵芯仍在合閘位置，斷路處于不對位狀態(tài)，此時，鎖桿后傾使位置開關(guān)QW動作，開接點閉合，K2得電，指示燈H5亮，發(fā)QF分閘故障信號。這時必須檢查QT1分閘回路故障原因，予以排除。圖3-3 MK開關(guān) 3、滅磁過壓信號回路 主電路中電流繼電器在過壓或滅磁時動作，其觸點閉合，使可控硅開關(guān)K3接通

12、。 滅磁時QF斷開，滅磁信號由K5動作發(fā)出PC2計數(shù)，由于過電壓或滅磁動作時間很短，不能保證繼電器可靠動作，故采用具有保持功能的可控硅開關(guān)K3，使信號保持，SB3是復(fù)位信號按鈕，R03用于K3的電流保持。 4、三臺整流柜交流側(cè)開關(guān)跳閘后聯(lián)跳滅磁開關(guān) 當發(fā)電機三臺整流柜交流側(cè)開關(guān)跳閘后，其串接的三個常閉DW1、DW2、DW3接點接通，在“整流柜聯(lián)跳MK”壓板投入的情況下，將滅磁開關(guān)MK跳閘。 5、發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓保護 發(fā)電機轉(zhuǎn)子滅磁和過電壓保護裝置是用高能氧化鋅壓敏電阻配以與磁場開關(guān)并聯(lián)的特制熔斷器組成，它用于同步發(fā)電機勵磁回路，與磁場開關(guān)配合，作為發(fā)電機轉(zhuǎn)子回路故障狀態(tài)下滅磁能量和任何狀態(tài)下過電

13、壓保護。 原理介紹 發(fā)電機正常勵磁時磁場開關(guān)QF閉合，斷口電壓為零換流熔斷器由其控制器ST閉鎖，無電流通過，此時RV1、RV2直接與轉(zhuǎn)子及勵磁電源并聯(lián)，此時只要有過電壓產(chǎn)生，達到RV1、RV2的標稱電壓時，就會被可靠地吸收限制。 發(fā)電機事故滅磁時，跳QF，只要其斷口能建立起100V左右的電壓，F(xiàn)0的控制器ST開啟，使主電路電流轉(zhuǎn)移至F0回路，在極短時間內(nèi)由熔斷器F0開斷勵磁電流，轉(zhuǎn)子電流在RV1中續(xù)流，用RV1吸收轉(zhuǎn)子儲能并將過電壓峰值限制在希望值以下，此時，由RV2吸收和限制勵磁電源開斷回路可能產(chǎn)生的過電壓。電流繼電器KA的目的是當滅磁和過壓保護動作時，提供動作信號，并驅(qū)動計數(shù)器計數(shù)。6、事

14、故跳閘音響回路圖中SYM為事故音響小母線，只要將負電源與此小母線連接即可發(fā)出事故音響信號。事故跳閘音響信號，一般采用“不對應(yīng)起動，就是控制開關(guān)在合閘后位置，而斷路器在跳閘位置時起動。 五、發(fā)電機出口斷路器控制回路（如圖3-4） （1）分、合閘閉鎖：當液壓操動機構(gòu)的油壓低于合閘閉鎖油壓時，合閘閉鎖壓力開關(guān)KP3接通，中間繼電器K2動作，切斷合閘控制回路而使斷路器不能電動合閘。 當液壓操動機構(gòu)的油壓異常升高時，為使斷路器不受損傷，異常壓力開關(guān)KP5接通，中間繼電器K4動作，切斷分、合閘控制回路而實現(xiàn)分、合閘閉鎖。若斷路器內(nèi)部SF6氣體密度繼續(xù)降低至0.4MPa時，密度繼電器KD1的觸電接通，中間繼

15、電器K5動作，切斷分、合閘回路，使斷路器不能進行分、合閘。 當液壓操動機構(gòu)的油壓低于分閘閉鎖油壓時，分閘閉鎖壓力開關(guān)KP4接通，中間繼電器K3動作，切斷分閘控制回路而使斷路器不能電動分閘，實現(xiàn)分閘閉鎖。 （2）防跳：當手動合閘遇到故障時，保護將斷路器跳開，中間繼電器K1因斷路器輔助開關(guān)的切換處于動作狀態(tài)，切斷了合閘回路，此時手動合閘命令沒有撤除，但斷路器不會合閘。直到撤消手動合閘命令后，K1才會復(fù)位，合閘回路又處于準備合閘狀態(tài)。 （3）事故跳閘音響回路，開關(guān)跳閘后，在開關(guān)把手在不對應(yīng)位置時，將負電送到SYM小母線上。 六、110kV斷路器控制回路（如圖3-5）合閘控制回路：斷路器在分閘狀態(tài)時，

16、轉(zhuǎn)換開關(guān)接點52b/1接通，合閘操作信號回路接通時，經(jīng)磁力開關(guān)88M和輔助繼電器49MX的常閉觸頭，63GLS低氣壓閉鎖繼電器常閉接點，使合閘線圈52C帶電，合閘電磁鐵執(zhí)行合閘指令合閘，斷路器合閘帶動轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)換，52b/1切斷合閘回路，52a/15、52a/2接通分閘回路。分閘控制回路：當2KK開關(guān)把手扳向分閘位置，其接點接通時，經(jīng)1TBJ繼電器的電流線圈與52a/15、52a/2接點，63GLS低氣壓閉鎖繼電器常閉接點，使分閘線圈52T帶電，分閘電磁鐵動作，執(zhí)行分閘指令分閘，斷路器分閘帶動轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)換，52a切斷分閘回路，52b接通合閘回路。 防跳回路：防跳繼電器TBJ是一個電流起動電壓保

17、持的中間繼電器。 合閘彈簧儲能：斷路器合閘操作后，限位開關(guān)33hb閉合，磁力開關(guān)88M帶電，接通電動機回路，對合閘彈簧儲能，儲能到位，機械凸輪使限位開關(guān)33hb打開，電動機停機，保護1：電動機打壓時間過長，電動機時間繼電器48T的延時閉合觸點閉合，49MX輔助繼電器的常開觸電打開，切斷電機回路。 保護2：電動機過載保護，當電動機出現(xiàn)過負荷時，使熱繼電器88M閉合觸點斷開，切斷電機回路。低SF6密度保護：斷路器本體內(nèi)的SF6氣體密度降低至報警壓力時，密度控制器的報警觸點63GA發(fā)出報警信號，若SF6氣體密度繼續(xù)降低至閉鎖壓力時，密度控制器的閉鎖觸點63GL打開，使斷路器不能進行分、合閘。 圖3-

18、4 發(fā)電機出口斷路器控制回路第二節(jié) 閃光裝置 一、閃光裝置的構(gòu)成 閃光電源裝置，作為斷路器位置信號燈和其它需要閃光信號燈的閃光電源，用電磁繼電器JT3-11/1型閃光繼電器構(gòu)成的閃光裝置，電路圖2ZJ為JT3-11/1型閃光繼電器，YA為試驗按鈕，BD為白色信號燈，1ZJ為DZS-115型中間繼電器；虛框為斷路器位置信號燈電路閃光電源裝置在無操作、無故障時不工作的，為檢驗電路是否正常，裝設(shè)了試驗按鈕和信號燈，正常運行時BD燈亮，表明直流電源正常，當按下實驗按鈕YA，負電源經(jīng)過BD、YA觸點與閃光小母線（+SM）連接，再經(jīng)過2ZJ的常閉接點與1ZJ繼電器線圈接正電源，由于1ZJ線圈上有電壓降，B

19、D變暗，此時1ZJ線圈兩端加上電壓，1ZJ繼電器動作，其常開觸點瞬時閉合，使正電源接在2ZJ線圈上，2ZJ線圈加上電壓，2ZJ繼電器動作，2ZJ常開接點瞬時閉合，使正電源直接與（+SM）連接，信號燈BD的電壓突然升高變亮，同時常閉接點打開，使1ZJ繼電器線圈失電，經(jīng)過一定延時，繼電器1ZJ返回，常開接點打開，使2ZJ繼電器失電，常閉接點經(jīng)一定延時閉合，BD變暗。接著1ZJ繼電器又開始重復(fù)上述過程。這樣信號燈BD就出現(xiàn)連續(xù)閃光直到放開實驗按鈕YA。 二、動作過程當斷路器事故跳閘時，斷路器輔助觸點ZKK接通，（+SM）小母線上的正電經(jīng)控制開關(guān)KK的觸點13、14，綠燈LD、電阻R和斷路器輔助觸點Z

20、KK連通，至斷路器-KM控制小母線，使跳閘位置信號燈綠燈LD閃光，直至復(fù)歸控制開關(guān)把手至跳閘后位置，使觸點13、14斷開為止。發(fā)電廠需要閃光的信號燈很多，這些信號燈回路都要并聯(lián)在閃光母線（+SM）和負電源母線之間。圖3-5閃光原理圖、斷路器控制回路閃光回路圖第三節(jié) 電氣測量儀表一、概述電氣測量儀表按用途、結(jié)構(gòu)原理、測量參數(shù)等有多種類型，我們這里僅介紹電氣測量儀表的基本原理，盤用表的測量回路，以發(fā)電機的測量為例，并簡要介紹我廠已安裝和將要安裝的數(shù)字式儀表。電氣設(shè)備的運行狀態(tài)，是通過各種參數(shù)的儀表指示顯示出來的，電氣值班人員，是通過各表盤的電氣測量儀表對電氣設(shè)備、輸電線路進行檢查、監(jiān)視其運行狀態(tài)的

21、，人們常把測量儀表作為電力工業(yè)的“眼睛”。電氣值班員是通過儀表的指示進行調(diào)整和異常運行及事故判斷的，對發(fā)電廠來說沒有測量儀表，是不可能有安全運行的。測量儀表的準確與否，直接關(guān)系著發(fā)電廠的安全、經(jīng)濟運行，了解并掌握電氣測量儀表的原理、特性、測量接線回路，對電氣值班員是很必要的。二、磁電、電磁、電動系測量儀表測量機構(gòu)與原理磁電系測量儀表機構(gòu)：如圖3-6基本原理： 在沒有測量儀表信號時，測量儀表由游絲S的作用，調(diào)至指針b指向表盤刻度0位。測量時起反轉(zhuǎn)距作用。當可動線圈通過電流時，可動線圈3與永久磁鐵1所產(chǎn)生的磁場相作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)距，帶動轉(zhuǎn)軸、表針偏轉(zhuǎn)。制造調(diào)試成指針的數(shù)值與被測量設(shè)備的參數(shù)對應(yīng)相等

22、，與游絲的反轉(zhuǎn)距平衡，即可得到測量的目的。其力矩平衡為M反=M轉(zhuǎn)。用于直流電的測量（直流電流、電壓）。 圖3-6 磁電系儀表測量機構(gòu)（a）測量機構(gòu) （b）電流路徑1-永久磁鐵；2-極掌；3-圓柱形鐵芯；4-可動線圈；5-游絲；6-指針電磁系測量儀表機構(gòu)：如圖3-7、圖3-8基本原理： 在扁線圈（固定）流經(jīng)電流后，在線圈1內(nèi)產(chǎn)生磁場，并使可動鐵片2磁化成磁鐵，并與扁線圈磁場作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)距。在未通電流前，儀表在游絲的作用下可將指針3調(diào)至0位。當扁線圈通電流后與可動鐵片產(chǎn)生轉(zhuǎn)距，其轉(zhuǎn)距的大小為： (K-系數(shù)，N-線圈匝數(shù)，I-線圈通過的電流)其轉(zhuǎn)距與游絲產(chǎn)生的反轉(zhuǎn)距平衡M轉(zhuǎn)=M反。 在制造調(diào)校時使表針

23、在表盤上的指示與被測參數(shù)一對應(yīng)，得到測量的目的。阻尼片、平衡錘是保證指針偏轉(zhuǎn)時平穩(wěn)，磁屏蔽是防表外磁場的影響。電磁系儀表和線圈電流的方向無關(guān)，其轉(zhuǎn)距方向不隨電流方向改變，可用來測量交流參數(shù)（交流電流、電壓）。 圖3-7 扁線圈吸引型測量機構(gòu) 圖3-8 圓線圈排斥型測量機構(gòu)1-固定線圈；2-可動鐵片；3-指針；4-阻尼片； 1-固定線圈；2-定鐵片；3-轉(zhuǎn)軸；4-動鐵片；5-游絲；6-永久磁鐵；7-磁屏蔽 5-游絲；6-指針；7-阻尼片；8-平衡錘；9-磁屏蔽 圖3-9 電動系測量機構(gòu) 圖3-10 電動系測量機構(gòu)的工作原理 1-固定線圈；2-可動線圈；3-指針；4-阻尼片；5-游絲；6-阻尼盒電

24、動系測量儀表機構(gòu)：如圖3-9、圖3-10工作原理：電動系測量儀表有兩個通電流線圈：固定線圈，可動線圈。在沒有電流通過時，表針在游絲的作用下經(jīng)調(diào)校指在刻度盤（表盤）的零位。當有電流通過時，兩線圈產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)距M=K1B1I1=KI1I2=K，K是一系數(shù)，在制造上使其產(chǎn)生的轉(zhuǎn)距與兩線圈的電流的乘積成正比，動圈帶動表軸與指針偏轉(zhuǎn)，并使測量參數(shù)與指針在表刻度盤上的指示數(shù)值相等（或?qū)?yīng)）。其轉(zhuǎn)距與游絲的反轉(zhuǎn)距保持在不同位置的平衡，得到測量的目的。 當電動系儀表用于交直流測量，其轉(zhuǎn)距不僅與二線圈電流的大小有關(guān)，還與二電流I1、I2間的相位差的余弦有關(guān)：,所以，電動系儀表不僅可以制成交、直流電壓表，而且可制成

25、各種功率表，用于各種電路的測量。另外還有鐵磁電動系，感應(yīng)型等測量機構(gòu)，這里不一一介紹了。 三、數(shù)字式測量儀表近代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使電氣測量儀表采用了以電子技術(shù)為主體，能夠自動地將被測量用數(shù)字形式直接顯示出來的，精度高、量程廣、靈敏、快速準確的新一代的數(shù)字式測量儀表。常用的數(shù)字式儀表有數(shù)字式電壓表、頻率表、相位表、功率表等。數(shù)字式儀表的特點和普通電工儀表相比有以下明顯優(yōu)點：1、讀數(shù)方便，沒有視差：測量結(jié)果直接用數(shù)字顯示，不會產(chǎn)生觀看表針產(chǎn)生的誤差。2、準確度高：數(shù)字式儀表沒有機械轉(zhuǎn)動部分，沒有摩擦，風阻等誤差，所以可以達到很高準確度，有的儀表所達±0.01。3、測量速度塊：如PZ數(shù)字式

26、電壓表每秒可達50次，而普通指示儀表測量速度要34秒鐘一次。4、輸入阻抗高，儀表損耗小，數(shù)字式電壓表的損耗功率只有4×10-11W。5、靈敏度、分辨率高。6、便于遠程傳輸，實現(xiàn)遙測。其缺點是價格比較高。 數(shù)字頻率表數(shù)字頻率表是通過電子電路，自動計算被測交流每秒變化的次數(shù)，或者測量交流量變化的周期，并以數(shù)碼管或液晶進行顯示的儀表，稱為數(shù)字頻率表。測量每秒鐘交流波形變化次數(shù)的數(shù)字頻率表的原理框圖，如圖3-11。由被測信號經(jīng)整形放大、控制門與石英振蕩器，分頻器發(fā)出秒信號控制后到脈沖計算器顯示。各環(huán)節(jié)的主要作用是：整形放大環(huán)節(jié)：是把被測信號fx放大后加以整形，以得到前沿陡峭的尖脈沖。整形的方

27、法是利用施密特觸發(fā)器把被測信號變成方波，再通過RC微分電路得到便于計數(shù)的尖頂波，尖頂波出現(xiàn)的次數(shù)與觸發(fā)器產(chǎn)生方波的次數(shù)、被測信號電壓變化的次數(shù)相等。以尖頂波的形狀送入控制門。石英振蕩器與分頻器環(huán)節(jié)：產(chǎn)生標準的時間信號，按規(guī)定時間（如每1秒鐘）向控制門發(fā)出一個控制脈沖。石英振蕩器是一個高頻振蕩器（f1MHz），經(jīng)分頻器轉(zhuǎn)換成每秒一個低頻脈沖?？刂崎T環(huán)節(jié)：是一個門電路，當門打開時被測信號脈沖可以通過，關(guān)閉時則不能通過。如開通的時間為1秒，在開通時間內(nèi)剛好測量的是頻率數(shù)。控制門接受第一個秒信號時打開，第二個秒信號時關(guān)閉，第三個信號時再打開，第四個秒信號再關(guān)閉，依次循環(huán)不止，不間斷地向脈沖計數(shù)器提供被

28、測頻率值。脈沖計數(shù)環(huán)節(jié)：由累加器、譯碼電路、數(shù)碼管（或液晶）組成，主要作用顯示出頻率數(shù)值。 圖3-11 數(shù)字頻率表方框圖利用頻率變化次數(shù)進行測量地數(shù)字式頻率表其主要缺點是測量低頻率時誤差大。為解決這個問題，采取測量信號周期地辦法來測量頻率（或）. 圖3-12 V-T型數(shù)字電壓表方框圖數(shù)字式電壓表數(shù)字式電壓表，按構(gòu)造原理種類很多，但其環(huán)節(jié)卻大體相同。有電壓測量，電壓轉(zhuǎn)換計算，累加、譯碼、顯示等環(huán)節(jié)組成。以V-T型數(shù)字電壓表為例，加以說明。V-T型數(shù)字電壓表，原理方框圖，如圖3-12，其原理是：將被測電壓變換成時間間隔，和電壓成正比（）,再經(jīng)脈沖控制，計數(shù)顯示出電壓的數(shù)值。各環(huán)節(jié)的作用如下： 斜波

29、電壓發(fā)生器：是一個鋸齒波發(fā)生器，它產(chǎn)生的電壓是下降的直線如圖3-13。被測電壓Ux送入電壓比較器。電壓比較器：有兩個，被測電壓比較器和零電壓比較器是將斜波電壓UH與被測電壓Ux及零電壓Uo進行比較后，分別送給控制門以開門信號和關(guān)門信號?？刂崎T：是控制計數(shù)器的開始計數(shù)式停止計數(shù)。當被測電壓Ux=Uk開門電壓時，計數(shù)器開始計算，當被測電壓Ux為零時，控制門關(guān)閉，計數(shù)器停止計數(shù)，顯示為00000。例：標準脈沖頻率為106Hz，斜波電壓的斜率為100V/sen,即控制門每1V的開放時間為sen，而每秒通過的標準脈沖數(shù)為×106104個，計數(shù)器顯示為10000，在第四位后加個小數(shù)點則得數(shù)值為1

30、000毫伏，即1V。數(shù)值得選擇可隨著測量電壓值得大小，進行改換V-T型數(shù)字電壓表用于測量直流電壓。若測量交流電壓，應(yīng)采用交流數(shù)字電壓表，只要增加一個將交流電壓變換成直流電壓信號得環(huán)節(jié)，即可進行交流電壓的測量。圖3-13 V-T型數(shù)字電壓表的工作原理綜上所述，指示儀表均由測量線路與測量機構(gòu)組成，測量機構(gòu)是把被測量（或過度量）變成所動部分的偏轉(zhuǎn)角而顯示儀表是把被測量轉(zhuǎn)換成數(shù)字并顯示出來。四、全電子式多功能電能表現(xiàn)在電能計量裝置普遍采用全電子式電能表，它采用大規(guī)模專用集成電路和SMT電子裝聯(lián)生產(chǎn)工藝，可同時計量正、反向有功電量，感、容性無功電量，正、反向有功最大電量，為四費率分時電能表，在接口方面，

31、全電子式多功能電能表具有校表用脈沖接口，遠動用脈沖輸出接口，抄表用 圖3-14 DSSD-331型電能表工作原理數(shù)據(jù)通信接口，可以對電能量進行遠方集中抄表，全電子式電能表由電壓互感器、電流互感器，高精度高速專用模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D),電能計量專用集成電路，實時時鐘，不易揮發(fā)數(shù)據(jù)存儲器，大畫面液晶顯示器，開關(guān)量接口，數(shù)據(jù)通信接口，高性能開關(guān)電源等電路模件構(gòu)成。電壓、電流模擬信號通過互感器、A/D轉(zhuǎn)換等信號處理電路后，進入專用集成電路進行電能量的計量和各項分析處理，結(jié)果保存在數(shù)據(jù)存儲器中，并隨時向外部接口提供信息路由器和進行數(shù)據(jù)交換，其原理圖如圖3-14 五、電能計量遠程抄表系統(tǒng)、電能計量遠程抄表系

32、統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3-15所示。 ALPHA ALPHA ALPHA電能表7 CL818采集器 ALPHA ALPHA ALPHA電能表8 CL818采集器 ALPHA ALPHA ALPHA電能表9 CL818采集器GPS報表工作站主機打印機路由器廠用MIS網(wǎng)DEC Alpha Server 1200 NT / ORACLE圖3-15 電能計量遠程抄表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖、主要功能： 1、能夠完成電量的采集、傳送、處理、存儲、統(tǒng)計。2、能保證電量數(shù)據(jù)采集、存儲的準確性、可靠性、完整性和唯一性。3、系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫能分時段、帶時標存儲一年以上電能量數(shù)據(jù)，包括原始數(shù)據(jù)；根據(jù)需要可把數(shù)據(jù)庫內(nèi)各類數(shù)據(jù)制成報表打印輸出或在

33、其它存儲介質(zhì)中保存。4、各種數(shù)據(jù)采集后能夠自動生成各種報表，并能自動計算各種電量計算及指標計算，各種報表數(shù)據(jù)，具有按月、日、班、時抄讀、查詢等功能。5、能自動計算新、舊兩種廠用電率及變損，并生成報表。6、抄表系統(tǒng)具有良好的人機聯(lián)系手段，便于用戶完成各類參數(shù)的設(shè)置及功能操作，包括：告警功能、各類曲線、報表顯示功能，定時和召喚打印報表等。7、系統(tǒng)能夠提供基于瀏覽器的數(shù)據(jù)查詢功能，在一定的權(quán)限范圍內(nèi)，能夠?qū)崿F(xiàn)在局域網(wǎng)上用通用的瀏覽軟件來查看電能量的原始數(shù)據(jù)和應(yīng)用處理數(shù)據(jù)。8、具備安全保密的功能，特別是對數(shù)據(jù)庫文件的存取、計量的修改應(yīng)設(shè)定相應(yīng)的用戶權(quán)限及訪問條件，并做到原始數(shù)據(jù)不可修改。六、電氣量的測

34、量電氣量的測量，有電流、電壓、電功率、功率因數(shù)、頻率、電能等參數(shù)的測量。電氣量的測量由被測量測點，被測量電流、電壓經(jīng)電流、電壓互感器變換，再經(jīng)電纜轉(zhuǎn)送到表盤進口端子排，由表盤內(nèi)連線接至各測量儀表。為了簡化內(nèi)容，以發(fā)電機測量回路為例（或發(fā)變組），以圖為主，并以電工等測量原理接線，說明測量原理。發(fā)電機變壓器組的測量儀表配置與控制信號盤面布置圖，表盤的上部是測量儀表。表盤中部是發(fā)電機變壓器組保護的光字信號。再向下是發(fā)電機變壓器組的控制臺面，有控制按鈕。操作開關(guān)，斷路器位置指示燈，電氣汽機聯(lián)絡(luò)信號等。交流電流測量回路交流電流測量回路如圖3-16，由電流互感器5LH,3Lha、b、c相的頭，經(jīng)A451、

35、B451、C451、A431、B431、C431上表盤端子排，再經(jīng)各表的電流線圈至N451、N431，分別回到5LH、3Lh兩組電流互感器的尾部。A表示電流表，W表示有功功率表，YAR表示無功功率表，WF、表示有功變送器，Wh表示電能表。 圖3-16 交流電流的測量、保護回路交流電壓測量回路，如圖3-17，各測量儀表的電壓線圈，均并聯(lián)在電壓互感器二次側(cè)各相間。其測量回路由電壓互感器1YH的出線端子，經(jīng)熔斷器、電壓互感器隔離開關(guān)、表盤端子排，至各出；測量儀表的電壓線圈，回到電壓互感器的另一相（或中性點）構(gòu)成回路，交流電壓回路中的V表示電壓表，Hz表示頻率表。三相有功、無功功率表及測量原理三相有功

36、功率表的測量：接線：如圖3-18，是測量三相三線制的兩元件三相功率表，經(jīng)電流、電壓互感器的接線圖，（16D3-W，電流8000A/5A，10kV/100V）。 圖3-17 交流電壓的測量、保護回路 圖3-18 三相功率表經(jīng)儀用互感器接入電路(有功)原理：電動系三相功率表由兩只單相功率測量機構(gòu)組成，其轉(zhuǎn)距作用在一個共同的表軸上，總轉(zhuǎn)距等于兩個單相轉(zhuǎn)距的和。其原理同用兩個單相有功功率表測量三相有功功率，如圖13的接線把兩個元件看成兩個單相功率表測量的功率。,為兩相功率的瞬時值，、為其一個周期內(nèi)的相應(yīng)平均值。三相的總功率應(yīng)是：在對稱負荷時：或P=P1P2測量功率正好是按圖3-18接線時的三相有功功率

37、。如果使表盤的刻度值乘以互感器的變比，使表盤上的刻度值與被測三相功率相對應(yīng)，表計指示的就是某一時刻被測的三相有功功率。圖3-19 三相功率表經(jīng)儀用互感器接入電路三相無功功率的測量：接線：如圖3-19。原理：三相有功功率：三相無功功率：，三相無功功率表，基本結(jié)構(gòu)與兩元件三相有功功率表相同。如按人工中性點原理構(gòu)成的三相無功功率表16D3-VAR表，電流為8000A/5A，電壓為10kV/100V，兩元件在轉(zhuǎn)軸上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)距應(yīng)乘以，儀表制造時已考慮了這個倍數(shù)，再乘以互感器的變比，儀表可以直接指示出被測發(fā)電機的三相無功功率。人工中性點法測量三相無功功率接線及向量圖，如圖3-20，(對稱負載) ,所以儀表

38、制造時要考慮倍。 圖3-20 人工中性點法的測量電路與向量圖三相有功功率的測量，還有測量單相，或三表法等測量接線方法；三相無功功率的測量還有三表三相法測量電路的測量方法。圖3-21 三相有功、無功電能表和儀用互感器的聯(lián)合接線圖3-22 兩元件雙盤電能表的原理結(jié)構(gòu)圖1-第一組元件；2-第二組元件；3-轉(zhuǎn)軸；4-端鈕盒三相有功、無功電能的測量三相有功功率的測量接線方式、原理也適應(yīng)有功電能的測量，只是電能的測量還要計算功率的使用時間，用三相有功電能表進行測量。三相無功功率的測量接線方式、原理，同樣適應(yīng)無功電能的測量，只是選用具有累積電能（具有功率計時機構(gòu)）的三相無功電能表進行測量。三相有功、無功電能

39、經(jīng)互感器的測量如圖3-21，兩元件雙盤電能表的原理結(jié)構(gòu)圖。如圖3-22。功率因數(shù)（cos）的測量：三相對稱電路的功率因數(shù)的測量，通常用D31- cos電動系三相功率表進行測量，其接線和相量圖如圖3-23。儀表的電流線圈，取B相電流I，電壓分別取B、A相，B、C相間電壓，UB、A、UBC，I1、I2分別與UAB，UB、C同相。I1與IB的相位差; I2與IB的相位差;對于制造好的功率因數(shù) 圖3-23 D31-COS型表的接線和向量圖儀表的偏轉(zhuǎn)角是三相功率因數(shù)角的函數(shù)，也就是功率因數(shù)cos.的函數(shù)。即,根據(jù)這一關(guān)系進行刻度，即可用來測量三相電路的功率因數(shù)。六、測量誤差與儀表常見的故障電氣運行人員，

40、了解儀表測量過程中可能產(chǎn)生的誤差及儀表容易發(fā)生的故障，對分析、判斷電氣設(shè)備、輸電線路的運行狀態(tài)是很有必要的。、儀表的測量誤差 儀表及其測量誤差，分為過程產(chǎn)生的誤差和儀表本身產(chǎn)生的誤差，儀表的誤差，包括基本誤差與附加誤差?；菊`差，是在正常工作條件下由于儀表機構(gòu)、工藝不完善產(chǎn)生的誤差；附加誤差，是儀表偏離了正常工作條件產(chǎn)生的誤差，如溫度、頻率、波形、工作位置、外電場或磁場超出了規(guī)定的界限而產(chǎn)生的額外誤差。 儀表誤差一般的表達方式，絕對誤差用表示，它是儀表指示值A(chǔ)x與實際值A(chǔ)o之間產(chǎn)生的誤差。AxAo為了便于說明誤差影響的程度，常用相對誤差r表示。測量誤差，包括系統(tǒng)誤差、偶然誤差、疏失誤差、系統(tǒng)誤

41、差是測量過程中因標準度量、儀表刻度不準等帶來的誤差，二是測量方法帶來的誤差，如采用近似公式、接觸電阻、熱電勢、人員觀察等產(chǎn)生的誤差。偶然誤差，是由于大小符號不固定產(chǎn)生的誤差。如溫度、電磁場等的偶然變化，引起的偶然誤差。疏失誤差，是由測量過程中的疏失引起的誤差，如讀數(shù)不正確，記錄不正確，接線錯誤等，這是一種歪曲測量結(jié)果的誤差，影響很大，應(yīng)予防止。、測量儀表運行中常見的故障測量儀表運行中的故障，發(fā)生在測量回路與儀表本身，測量回路的故障有回路運行中斷線、短路，如電壓互感器高、低壓側(cè)熔斷器熔絲熔斷、電纜損壞造成測量回路斷線或短路，使測量信號失去；另外是電流、電壓互感器損壞，接線端子接觸不良，燒損也會造

42、成測量回路斷線或電阻增大。測量回路接線錯誤使儀表指示失常、反向（反轉(zhuǎn)）或者無指示等。測量回路接線錯誤多發(fā)生在新裝及改裝后。測量儀表故障有轉(zhuǎn)動機械件磨損，造成儀表指示不正常或者卡??；通電線圈絕緣破壞、燒壞等故障。以上故障都會造成儀表指示失常、卡住、反轉(zhuǎn)（反指向）、無指示等不正?，F(xiàn)象。儀表的故障還有表殼破損，玻璃損壞、浸水、受潮等異常運行狀況。七、電能計量遠程抄表系統(tǒng)常見故障與處理方法現(xiàn)場機械式電能表已更換為電子式電能表，并且已安裝電能計量遠程抄表系統(tǒng)，提高了電能計量的準確性，節(jié)省了電氣運行人員抄表的時間，現(xiàn)將抄表系統(tǒng)中常見的故障與處理方法敘述如下：、在報表中出現(xiàn)某一塊電能表的數(shù)據(jù)偏大或偏小，這是

43、電能表本身內(nèi)部電路出現(xiàn)問題，此時應(yīng)更換新的電能表，電能表更換后要對電能表寫地址，并在采集器中對所更換電能表的地址進行更新。電能表無法抄到數(shù)據(jù)，其中的原因有：1、電能表485通訊口出現(xiàn)問題，此時可以用萬用表測量通訊口，若無電壓則證明通訊口損壞，應(yīng)更換新的電能表。2、檢查采集器與電能表之間的通訊線是否有松動或沒有接好，若有應(yīng)接好。 3、在采集器中所有電能表的數(shù)據(jù)都沒有，此時應(yīng)檢查采集器中的程序是否出現(xiàn)故障 ，重新啟動采集器，用手動采集，若能夠采到數(shù)據(jù)，則采集器正常，若還是無法采到數(shù)據(jù)，應(yīng)聯(lián)系廠家進行處理。4、在報表工作站中沒有電能表數(shù)據(jù)，檢查報表工作站與采集器的通訊是否完好，檢查報表工作站的前置機

44、程序是否運行，若采集器與報表工作站無法通訊應(yīng)重新啟動采集器和報表工作站，啟動前置機程序。5、報表無法正常打印，檢查報表打印程序是否正常運行，若沒有運行，應(yīng)重新啟動報表打印程序，若還是不能打印，應(yīng)重新安裝報表打印程序，或聯(lián)系廠家處理。第四節(jié) 繼電保護 一、數(shù)字型繼電保護的硬件 一、模擬信號與數(shù)字信號 1、模擬信號和數(shù)字信號 模擬信號其波形在時間上和幅值上都是連續(xù)變化的，稱其為時域連續(xù)信號，而時域離散信號是在離散的時間上定義的信號，因而獨立變量僅取離散的時間值，又成為序列，即對一個數(shù)字序列X，它的第N個數(shù)字以X（N）表示時,可用公式寫為X=X（N）（+）,離散的正弦序列對模擬正弦波形采樣可以獲得，

45、所以又稱X（N）為序列的第N個采樣值。雖然橫坐標是一條連續(xù)的直線，但X（N）僅僅對整數(shù)N有意義，對非整數(shù)X（N）是沒有意義的，不能將其想象為零，兩個重要序列單位采樣數(shù)列n數(shù)學(xué)公式表示為(n)=單位階躍序列U (n)= = 可把它看作在特定條件下單位采樣序列的疊加。指數(shù)序列也是常見的典型序列，可用數(shù)學(xué)公式表示為： X(n)=nU(n) X(n)= 2、模擬信號的離散化采樣定理計算機只接受數(shù)字信號，而實際的電力系統(tǒng)為模擬系統(tǒng)，其電流、電壓、功率等均為模擬量，要在計算機上實現(xiàn)對電氣設(shè)備的保護和控制，首先要把模擬信號轉(zhuǎn)換成與之對應(yīng)的數(shù)字信號，通過計算機計算、分析、判斷后才能實現(xiàn)保護邏輯，聯(lián)系模擬信號的

46、紐帶定理是采樣定理，有些信號量本身就是數(shù)字信號（斷路器的位置等）只需電平的轉(zhuǎn)換隔離變成計算機能接受的電位開關(guān)位置信號就可通過計算機直接處理。 數(shù)學(xué)上表示連續(xù)的模擬信號的關(guān)鍵是某一時刻信號的大小，對數(shù)字信號來說雖然在時間上是離散的，但在時間作為橫坐標幅值，作為縱坐標的平面上同樣能夠完整的把信號的特征表示出來。 通過一定的數(shù)學(xué)抽象，把連續(xù)信號離散化成數(shù)字信號稱為對模擬信號的采樣，在實際電路中，可通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路實現(xiàn)模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號的過程，每隔固定的時間Ts讀取一次f（t）的瞬時值組成序列就完成對模擬信號的采樣Ts，稱為采樣間隔，1/Ts=Fs稱為采樣頻率。 正弦信號為： 每隔固定的時間Ts讀

47、取一次f（t）的瞬時值： 采樣的意義在于從連續(xù)的信號中，采集信號的樣本用離散信號表示連續(xù)信號在什么條件下一個離散信號序列可以表示唯一的連續(xù)信號。 采樣定律就是使信號f（t）被采樣后能夠不失真的還原為原來的信號，采樣頻率必須大于兩倍的信號的最高頻譜。所謂信號最高頻譜指的是對信號進行傅立葉級數(shù)分解后所含的最高頻率分量。 為了符合采樣定律，數(shù)字保護裝置中輸入的模擬量要經(jīng)過模擬低通濾波器濾除高頻分量才進行模數(shù)轉(zhuǎn)換器，進行電流電壓的轉(zhuǎn)換和采樣。 二、數(shù)字型繼電保護的硬件原理 微機繼電保護是以微型機為核心配置相應(yīng)的外圍接口，執(zhí)行元件實現(xiàn)的計算機控制系統(tǒng)。其硬件構(gòu)成包括以下四個部分，如圖3-24. (1)、

48、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 把模擬量信號轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的數(shù)字量的硬件電路設(shè)備，稱為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 (2)、微型機系統(tǒng) 微型機系統(tǒng)的任務(wù)是對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)送來的反映系統(tǒng)運行方式狀態(tài)的電壓和電流量的實時采集數(shù)據(jù)進行分析和處理，實現(xiàn)各種繼電保護功能。同時，在電力系統(tǒng)正常運行時，微型機系統(tǒng)還應(yīng)實時進行自檢提高其工作的可靠性。 (3)、開關(guān)量輸入和輸出系統(tǒng) 使用一些并行接口設(shè)備和光點隔離元件完成各種繼電保護命令（如出口跳閘，信號報警及外部接點輸入和人機對話任務(wù)的有關(guān)電路稱為開關(guān)量輸入和輸出系統(tǒng)。 (4)、人機對話微型機系統(tǒng)圖3-24 數(shù)字型繼電保護的硬件原理用一個專用的微型機系統(tǒng)來完成微型機繼電保護的調(diào)試、工作方式設(shè)定、整

49、定值輸入、保護裝置定期檢查、保護動作行為的記錄、保護裝置與系統(tǒng)的通信的項目的任務(wù)。微型機繼電保護的硬件構(gòu)成原理如圖所示： （一）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電力系統(tǒng)運行時，各運行變量如節(jié)點電壓和線路上的電流都是時間的連續(xù)函數(shù)，即都是模擬量，而數(shù)字式的微型機繼電保護則是對電壓和電流經(jīng)過采樣及模擬轉(zhuǎn)換后，得到的數(shù)字量進行計算和分析從而來實現(xiàn)其繼電保護功能的。因此，首先必須將來自被保護對象的特征信號交流電壓和電流等模擬量進行系列處理，轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的數(shù)字量，然后送入微型機，經(jīng)過數(shù)字處理之后實現(xiàn)相應(yīng)的繼電保護功能。反應(yīng)電力系統(tǒng)輸電設(shè)備運行狀態(tài)的模擬量主要有兩種：一種是來自電壓互感器和電流互感器二次側(cè)的交流電壓和交流電流信

50、號：另一種是來自分壓器或分流器的直流電壓和直流電流信號。上述模擬信號在進入微型機之前，首先被轉(zhuǎn)換成微型機接口設(shè)備相匹配的電平信號，經(jīng)過模擬低通濾波器，除其中的高平分量后，利用采樣保持器對模擬信號進行采樣、離散化處理，最后經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D把模擬量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量后送入微型機的內(nèi)存單元供保護程序使用。目前，電力系統(tǒng)微型機繼電保護的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要有兩種形式：即以逐次比較式模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D構(gòu)成的逐次比較式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和以電壓頻率/變換式模數(shù)轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的電壓/頻率變換式（VFC）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。在進行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計時，為了保證微型機繼電保護裝置工作具有較高的可靠性，必須采取一定的抗干擾措施，下面

51、分別介紹這兩種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成原理。 1、逐次比較式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 逐次比較式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成框圖如圖3-25： 由于微型機繼電保護是以電流和電壓的采樣值為輸入量，以微型機作為控制器，以電氣設(shè)備的斷路器為被控制對象的一個開環(huán)離散控制系統(tǒng)。對模擬電壓和電流的采樣一定要滿足采樣定理，在此前提下，微型機繼電保護才有實際意義。 （1）、采樣定理與前置模擬濾波器 連續(xù)時間信號的采樣：在給定時刻，對連續(xù)時間信號進行測量的過程，稱為連續(xù)時間信號的采樣。相鄰兩個采樣時刻的時間間隔稱為采樣周期，通常用Ts來表示。在微型機繼電保護裝置中對電壓和電流量的采樣是以等采樣周期間隔來表示。采樣周期Ts的倒數(shù)稱為采樣頻率

52、，用fs表示，即fs=1/Ts 采樣過程可用圖3-26表示為 圖3-26采樣過程采樣信號Xs(t)表達成：Xs(t)= X(t)采樣信號Xs(t)與被采樣連續(xù)信號X(t)之間的關(guān)系: X(t)信號通常是指交流電壓或交流電流信號,采樣序列 是一系列時間間隔相同,幅值為1的脈沖序列.如圖3-27。若工頻每個周期采樣點為N=12時,則采樣周期是Ts=20/12=5/3(ms),采樣頻率是fs=50N=600Hz 采樣定理:采樣是否成功,表現(xiàn)在采樣信號Xs(t)能否真實地反映出原始的連續(xù)時間信號中所包含的重要信息,采樣定理將回答這一問題.采樣定理指出:對連續(xù)時間信號X(t)進行采樣時,采樣頻率fs必須

53、大于被采樣原始信號的X(f)頻譜最大截止頻率fc的兩倍.如圖3-27、3-28。在微型機繼電保護裝置中，采樣頻率fs受到數(shù)據(jù)處理和相應(yīng)的硬件設(shè)備自檢程序的限制。當采樣頻率過高時，采樣周期就越短。而數(shù)據(jù)處理和相應(yīng)的設(shè)備自檢程序必須在一個采樣周期內(nèi)完成，否則將造成采樣數(shù)據(jù)的積壓。因此，采樣頻率的過高將給數(shù)據(jù)處理等程序執(zhí)行的時間太短，難以在一個采樣周期內(nèi)完成，必須對采樣頻率的最高選值有一定的限制。前置模擬低通濾波器:在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，故障電壓和電流信號中含有一定的高次諧波分量，而這些交高頻的高次諧波分量并不都是繼電保護原理所要獲得的反反映系統(tǒng)故障的主要特征量，如不加以濾波，將要求采樣頻率過高，因

54、此，為了保證采樣過程滿足采樣定理，必須將頻率高于某一頻率的信號加以濾波，確保采樣數(shù)據(jù)的質(zhì)量。具體采取的措施是在各模擬信號的輸入通道上，在對各模擬信號采樣之前裝設(shè)模擬低通濾波器。模擬低通濾波器可以分為無源濾波器和有源濾波器兩種。在微型機繼電保護中常用阻容RC低通濾波器，如圖3-29濾波器的階數(shù)則根據(jù)具體的要求來確定，模擬低通濾波器的幅值特征的最大截止頻率，必須根據(jù)采樣頻率fs的取值來確定。例如，當采樣頻率是1000Hz時即交流工頻50Hz每周期采20個點，則要求模擬低通濾波器必須濾除輸入信號中頻率大于300Hz以上的高頻分量。 （2）、模擬輸入信號的電平變換 模擬輸入信號的電平 變換主要由交流電壓和交流電流送換器來完成。起作用有兩個：一是將輸入信號電平轉(zhuǎn)換成與微型機繼電保護裝置的模擬輸入通道相匹配的允許電平；二是將微型機繼電保護裝置的內(nèi)部與外部互感器回路完全隔離，不存在直接的電氣信號聯(lián)系，有利于提高微型機繼電保護裝置的抗干擾能力。 在微型機繼電保護的模擬輸入信