微机保护的数据采集系统（1）

一、模拟五输入电路概述

模拟量输入电路是微机保护装置中很重要的电路。保护装置的动作速度和测量精确度等性能都与该电路密切相关。模拟量输入电路的主要作用是隔离、规范输入电压及完成模数变换，以便与CPU接口，完成数据采集任务。因此这部分电路又称数据采集电路。

微机保护的模数变换方式主要有二种，即ADC和VFC的变换方式。这二种A/D变换从原理到结构均不相同。ADC是直接将模拟量转变为数字量的变换方式，而VFC是将模拟量电压先转变为频率脉冲量，通过脉冲计数变换为数字量的一种变换方式。对于中低压变电所保护装置，这两种变换方式都经常使用。对于要求动作速度快、测量精度较高的高压或超高压的保护装置，目前我国多数采用VFC式模数变换方式。

    二、ADC式数据采集系统

    采用模数变换芯片，直接将模拟量变换为数字量的模数变换方式称为ADC型的模数变换方式。采用该种变换方式的数据采集系统，称为ADC式数据采集系统。

    目前有许多保护装置采用8031单片微机芯片，而8031片内不带模数变换器，因此需要扩展模数变换功能。随着微电子技术的迅速发展，单片微机芯片中常含有模数变换器。例如8098单片微机芯片中具有4路10位模数变换。但它只能满足一般35kV和10kV馈线保护的模数变换的需求。对于复杂的保护装置，4路的模数变换是不能满足保护的要求，还需要扩展模数变换芯片。因此保护的ADC数据采集就分为二种模式：一种是不带扩展模数变换的模式；另一种是带扩展模数变换的模式。但无论哪种ADC变换模式都有电压形成回路、模拟低通滤波器（ALF）、采样保持电路（S／H）、模数变换器及模拟量多路转换开关（MPX）五个部分，如图l－ 5所示。

                                         

（一）电压形成回路

    微机保护要从电流互感器和电压互感器取得信息，但这些互感器的二次侧电流或电压量不能适应模数变换器的输入范围要求，故需对它们进行变换。一般采用各种中间变换器来实现变换，例如电流变换器（TA），电压变换器（TV）和电抗变压器（TL）等，如图1－6所示。

    一般模数变换器要求输入信号电压力士5V或士10V，由此可以决定上述各种中间变换器的变比。

    交流电流的变换一般采用电流变换器，并在其二次侧并联电阻以取得所需电压（改变电阻值

就可以改变输出范围的大小）。电流变换器最大一的优点是，只要铁芯不饱和，其二次电流及并联

电阻上电压的波形就可基本保持与一次电流波形相同且同相，即可以做到不失真变换。这一点

对微机保护是很重要的。因为只有在这种条件下作精确的运算与定量分析才是有意义的。但是电

流变换器在非周期分量的作用下容易饱和，线性度差，动态范围也小。

    电抗变换器铁芯带有气隙而不易饱和，线性范围大，且具有移相作用。但它会抑制直流分量，放大高频分量，因此二次侧的电压波形在系统暂态过程时将发生畸变。至于移相作用在微机保护内可以很容易地通过软件来完成，因此移相作用意义不是很大。在微机保护中电抗变换器的使用范围并不多，但有时在暂态时需变换输入波形就要采用电抗变换器的特性，例如变压器保护等（。

    电压形成回路除了起电量变换作用外，还起到隔离作用。它使微机电路在电气上与强电系统相隔离，从而在较大程度上减弱了来自高压系统的电磁干扰。WXH—11型保护装置的交流输入模件（AI）如附图1所示，其中电压变换器二次侧设有抽头，用以改变输入变比，用以适应不同的输入电压需要。电流变换器二次侧负载电阻可以改变，用以改变电流变比。