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電力系統自主可控芯片化繼電保護 版權信息
- ISBN：9787030674784
- 條形碼：9787030674784 ; 978-7-03-067478-4
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
電力系統自主可控芯片化繼電保護 內容簡介
本書立足我國智能電網技術的發展需求，系統介紹電力系統自主可控芯片化繼電保護關鍵技術與應用。全書共8章。章闡述繼電保護裝置的發展、構成及現狀；第2章提出基于集成電路的納米繼電器思想，給出納米繼電器的結構、分類及技術特點；第3章介紹繼電保護SoC芯片的發展、核心架構、硬件算法、內嵌安全模塊、開發環境、驗證及測試方法；第4章分析繼電保護專用操作系統的需求及開發背景，介紹繼電保護嵌入式操作系統及應用；第5章闡明芯片化保護裝置系統架構、軟硬件平臺、外特性、可靠性機制及運維技術；第6章介紹基于嵌入式可信計算、容錯與主動免疫的芯片化保護信息安全防護技術；第7章給出芯片化保護裝置的通用試驗、就地安裝試驗及可靠性強化試驗；第8章介紹芯片化保護組網、安裝、運維及工程應用，并給出應用成效與分析。
電力系統自主可控芯片化繼電保護 目錄
目錄
“智能電網技術與裝備叢書”序
前言
第1章 繼電保護裝置概述 1
1.1 繼電保護的概述與要求 1
1.1.1 繼電保護概述 1
1.1.2 對電力系統繼電保護的基本要求 2
1.2 繼電保護裝置的構成 4
1.2.1 模擬型繼電保護裝置的基本結構 5
1.2.2 微機型繼電保護裝置的基本結構 6
1.3 繼電保護裝置的發展歷程與發展趨勢 6
1.3.1 繼電保護裝置的發展歷程 6
1.3.2 繼電保護裝置的現狀及發展趨勢 8
參考文獻 9
第2章 納米繼電器 10
2.1 納米繼電器思想的提出 10
2.2 納米繼電器的結構 10
2.3 納米繼電器的分類 11
2.3.1 邏輯判斷類納米繼電器 11
2.3.2 電氣參量計算類納米繼電器 13
2.3.3 采樣值處理類納米繼電器 14
2.3.4 通信管理類納米繼電器 14
2.3.5 時間管理類納米繼電器 14
2.4 納米繼電器的并行處理模式 15
第3章 繼電保護SoC芯片 17
3.1 繼電保護SoC芯片概述與發展 17
3.1.1 繼電保護SoC芯片的概述 17
3.1.2 繼電保護SoC芯片的發展歷程 18
3.1.3 繼電保護SoC芯片的發展趨勢 20
3.2 繼電保護SoC芯片系統結構設計 22
3.2.1 繼電保護SoC芯片應用場景分析 22
3.2.2 需求驅動的多核SoC系統架構設計 23
3.2.3 CPU核定制化設計 27
3.2.4 系統總線架構 36
3.2.5 核間數據交互機制設計 37
3.3 芯片級硬件算法 41
3.3.1 前置數據處理類算法 41
3.3.2 電氣參量計算類算法 45
3.3.3 數據管理類算法 50
3.3.4 網絡通信類算法 52
3.3.5 硬件算法的 IP定制 58
3.3.6 專用 DSP 62
3.4 芯片內嵌安全模塊 67
3.4.1 密碼服務模塊 67
3.4.2 安全防護單元 73
3.4.3 存儲器保護單元 75
3.4.4 安全 COS 76
3.5 芯片開發環境 79
3.6 芯片驗證及測試方法 86
3.6.1 芯片設計制造流程及其中的測試方法 86
3.6.2 功能驗證 89
3.6.3 靜態時序分析 90
3.6.4 門級仿真 91
參考文獻 92
第4章 繼電保護嵌入式操作系統 93
4.1 嵌入式操作系統概述 93
4.1.1 嵌入式操作系統的基本概念 93
4.1.2 宏內核與微內核 94
4.1.3 任務的管理與調度 95
4.1.4 中斷和時鐘 99
4.1.5 動態內存管理 104
4.2 繼電保護專用操作系統的開發背景 106
4.2.1 為什么繼電保護裝置需要操作系統 106
4.2.2 繼電保護裝置對操作系統的要求 107
4.2.3 專用操作系統的開發背景 108
4.3 繼電保護嵌入式操作系統及應用 109
4.3.1 微內核架構 109
4.3.2 單核操作系統應用 112
4.3.3 雙核操作系統應用 114
4.3.4 嵌入式操作系統應用總結 121
參考文獻 122
第5章 芯片化保護裝置 123
5.1 芯片化保護裝置系統架構 123
5.1.1SoC芯片內核功能分布 123
5.1.2 多核通信機制 125
5.1.3 前置數據處理實現 127
5.2 芯片化保護裝置硬件平臺 130
5.2.1 高壓保護裝置架構 130
5.2.2 低壓保護裝置架構 133
5.3 芯片化保護裝置軟件平臺 137
5.3.1 總體架構 137
5.3.2 工作模式 139
5.3.3 驅動層 141
5.3.4 系統層 143
5.3.5 應用層 146
5.4 芯片化保護裝置外特性 148
5.4.1 小型化技術 148
5.4.2 低功耗技術 149
5.4.3 高防護技術 151
5.5 芯片化保護裝置可靠性機制 154
5.5.1 關鍵數據不出芯片 154
5.5.2 多核共享資源的安全管理機制 156
5.5.3 電力專用子系統的全過程監控機制 159
5.5.4 多核安全復位機制 160
5.6 芯片化保護裝置運維技術 164
5.6.1 接口設計技術 164
5.6.2 即插即用技術 165
第6章 芯片化保護信息安全防護技術 169
6.1 嵌入式可信計算 169
6.1.1 嵌入式可信防護體系概述 169
6.1.2 嵌入式可信組件軟件架構 174
6.1.3 功能模塊布局 177
6.1.4 程序邏輯 180
6.2 容錯 183
6.2.1 容錯的定義和功能 183
6.2.2 故障數據檢測 183
6.2.3 風險評估策略 185
6.2.4 狀態恢復策略 188
6.2.5 嵌入式容錯組件 189
6.3 主動免疫 193
6.3.1 主動免疫的概念和機理 193
6.3.2 主動免疫的機制 195
6.3.3 主動免疫參考架構 197
參考文獻 199
第7章 試驗驗證 200
7.1 繼電保護通用試驗 200
7.1.1 功能試驗 200
7.1.2 數字仿真試驗 200
7.1.3 氣候環境試驗 200
7.1.4 電磁兼容試驗 208
7.1.5 電氣性能和安全規范試驗 210
7.2 就地安裝的保護裝置試驗 211
7.2.1 IP防護試驗 211
7.2.2 內部器件溫升試驗 213
7.2.3 太陽輻射試驗 214
7.2.4 跌落與錘擊 215
7.3 保護裝置可靠性強化試驗 216
7.3.1 高加速壽命試驗 216
7.3.2 快速暫態過電壓試驗 220
7.3.3 長期老化壽命試驗 220
第8章 芯片化保護工程應用 222
8.1 二次系統架構 222
8.1.1 基本原則 222
8.1.2 配置方案 223
8.2 芯片化保護組網 224
8.2.1 組網方案 225
8.2.2 延時可測技術 227
8.2.3 同源雙網技術 228
8.3 芯片化保護安裝 231
8.3.1 組屏方案 231
8.3.2 就地安裝 236
8.3.3 預制光纜 238
8.3.4 免熔接光纖配線箱 240
8.4 芯片化保護運維 244
8.4.1 設備管理單元 244
8.4.2 系統配置工具 247
8.4.3 調試檢修工具 250
8.4.4 運維方案 252
8.5 芯片化保護應用 260
8.5.1 工程應用情況 260
8.5.2 典型整站示范應用 261
8.5.3 應用成效與分析 268
參考文獻 270
“智能電網技術與裝備叢書”序
前言
第1章 繼電保護裝置概述 1
1.1 繼電保護的概述與要求 1
1.1.1 繼電保護概述 1
1.1.2 對電力系統繼電保護的基本要求 2
1.2 繼電保護裝置的構成 4
1.2.1 模擬型繼電保護裝置的基本結構 5
1.2.2 微機型繼電保護裝置的基本結構 6
1.3 繼電保護裝置的發展歷程與發展趨勢 6
1.3.1 繼電保護裝置的發展歷程 6
1.3.2 繼電保護裝置的現狀及發展趨勢 8
參考文獻 9
第2章 納米繼電器 10
2.1 納米繼電器思想的提出 10
2.2 納米繼電器的結構 10
2.3 納米繼電器的分類 11
2.3.1 邏輯判斷類納米繼電器 11
2.3.2 電氣參量計算類納米繼電器 13
2.3.3 采樣值處理類納米繼電器 14
2.3.4 通信管理類納米繼電器 14
2.3.5 時間管理類納米繼電器 14
2.4 納米繼電器的并行處理模式 15
第3章 繼電保護SoC芯片 17
3.1 繼電保護SoC芯片概述與發展 17
3.1.1 繼電保護SoC芯片的概述 17
3.1.2 繼電保護SoC芯片的發展歷程 18
3.1.3 繼電保護SoC芯片的發展趨勢 20
3.2 繼電保護SoC芯片系統結構設計 22
3.2.1 繼電保護SoC芯片應用場景分析 22
3.2.2 需求驅動的多核SoC系統架構設計 23
3.2.3 CPU核定制化設計 27
3.2.4 系統總線架構 36
3.2.5 核間數據交互機制設計 37
3.3 芯片級硬件算法 41
3.3.1 前置數據處理類算法 41
3.3.2 電氣參量計算類算法 45
3.3.3 數據管理類算法 50
3.3.4 網絡通信類算法 52
3.3.5 硬件算法的 IP定制 58
3.3.6 專用 DSP 62
3.4 芯片內嵌安全模塊 67
3.4.1 密碼服務模塊 67
3.4.2 安全防護單元 73
3.4.3 存儲器保護單元 75
3.4.4 安全 COS 76
3.5 芯片開發環境 79
3.6 芯片驗證及測試方法 86
3.6.1 芯片設計制造流程及其中的測試方法 86
3.6.2 功能驗證 89
3.6.3 靜態時序分析 90
3.6.4 門級仿真 91
參考文獻 92
第4章 繼電保護嵌入式操作系統 93
4.1 嵌入式操作系統概述 93
4.1.1 嵌入式操作系統的基本概念 93
4.1.2 宏內核與微內核 94
4.1.3 任務的管理與調度 95
4.1.4 中斷和時鐘 99
4.1.5 動態內存管理 104
4.2 繼電保護專用操作系統的開發背景 106
4.2.1 為什么繼電保護裝置需要操作系統 106
4.2.2 繼電保護裝置對操作系統的要求 107
4.2.3 專用操作系統的開發背景 108
4.3 繼電保護嵌入式操作系統及應用 109
4.3.1 微內核架構 109
4.3.2 單核操作系統應用 112
4.3.3 雙核操作系統應用 114
4.3.4 嵌入式操作系統應用總結 121
參考文獻 122
第5章 芯片化保護裝置 123
5.1 芯片化保護裝置系統架構 123
5.1.1SoC芯片內核功能分布 123
5.1.2 多核通信機制 125
5.1.3 前置數據處理實現 127
5.2 芯片化保護裝置硬件平臺 130
5.2.1 高壓保護裝置架構 130
5.2.2 低壓保護裝置架構 133
5.3 芯片化保護裝置軟件平臺 137
5.3.1 總體架構 137
5.3.2 工作模式 139
5.3.3 驅動層 141
5.3.4 系統層 143
5.3.5 應用層 146
5.4 芯片化保護裝置外特性 148
5.4.1 小型化技術 148
5.4.2 低功耗技術 149
5.4.3 高防護技術 151
5.5 芯片化保護裝置可靠性機制 154
5.5.1 關鍵數據不出芯片 154
5.5.2 多核共享資源的安全管理機制 156
5.5.3 電力專用子系統的全過程監控機制 159
5.5.4 多核安全復位機制 160
5.6 芯片化保護裝置運維技術 164
5.6.1 接口設計技術 164
5.6.2 即插即用技術 165
第6章 芯片化保護信息安全防護技術 169
6.1 嵌入式可信計算 169
6.1.1 嵌入式可信防護體系概述 169
6.1.2 嵌入式可信組件軟件架構 174
6.1.3 功能模塊布局 177
6.1.4 程序邏輯 180
6.2 容錯 183
6.2.1 容錯的定義和功能 183
6.2.2 故障數據檢測 183
6.2.3 風險評估策略 185
6.2.4 狀態恢復策略 188
6.2.5 嵌入式容錯組件 189
6.3 主動免疫 193
6.3.1 主動免疫的概念和機理 193
6.3.2 主動免疫的機制 195
6.3.3 主動免疫參考架構 197
參考文獻 199
第7章 試驗驗證 200
7.1 繼電保護通用試驗 200
7.1.1 功能試驗 200
7.1.2 數字仿真試驗 200
7.1.3 氣候環境試驗 200
7.1.4 電磁兼容試驗 208
7.1.5 電氣性能和安全規范試驗 210
7.2 就地安裝的保護裝置試驗 211
7.2.1 IP防護試驗 211
7.2.2 內部器件溫升試驗 213
7.2.3 太陽輻射試驗 214
7.2.4 跌落與錘擊 215
7.3 保護裝置可靠性強化試驗 216
7.3.1 高加速壽命試驗 216
7.3.2 快速暫態過電壓試驗 220
7.3.3 長期老化壽命試驗 220
第8章 芯片化保護工程應用 222
8.1 二次系統架構 222
8.1.1 基本原則 222
8.1.2 配置方案 223
8.2 芯片化保護組網 224
8.2.1 組網方案 225
8.2.2 延時可測技術 227
8.2.3 同源雙網技術 228
8.3 芯片化保護安裝 231
8.3.1 組屏方案 231
8.3.2 就地安裝 236
8.3.3 預制光纜 238
8.3.4 免熔接光纖配線箱 240
8.4 芯片化保護運維 244
8.4.1 設備管理單元 244
8.4.2 系統配置工具 247
8.4.3 調試檢修工具 250
8.4.4 運維方案 252
8.5 芯片化保護應用 260
8.5.1 工程應用情況 260
8.5.2 典型整站示范應用 261
8.5.3 應用成效與分析 268
參考文獻 270
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電力系統自主可控芯片化繼電保護 節選
第1章 繼電保護裝置概述 1.1 繼電保護的概述與要求 1.1.1 繼電保護概述 電力系統在運行中，可能發生各種故障或處于不正常運行狀態，會危及電力系統安全穩定運行，使電能質量下降，造成停電或少供電，甚至毀壞設備，造成人身傷亡。為避免或減少事故的發生，提高電力系統運行的可靠性，應盡可能提高電氣設備設計制造水平，保證設計安裝質量，加強設備維護和檢修，提高業務人員運維水平，盡一切可能采取積極的事故預防措施，減小事故發生的概率。 在電力系統中，除應采取各種積極措施消除或降低發生故障的可能性以外，故障一旦發生，必須依賴繼電保護裝置迅速且準確地隔離故障區域，以確保電力系統非故障部分繼續安全運行，*大限度地保證連續供電和可靠供電，這是保證電力系統安全穩定運行的*有效方法之一。 繼電保護技術是電氣工程領域的重要分支。要實現系統非正常運行狀態的檢測，并迅速采取措施使系統盡快恢復到正常狀態，顯然采用人工干預方式是不現實的，必須采用繼電保護裝置自動切除予以實現并力求對系統造成的沖擊*小。 繼電保護技術是一個完整的體系，它主要由電力系統故障分析、繼電保護原理及實現、繼電保護配置設計、繼電保護整定計算、繼電保護裝置運行與維護等技術構成，其中，繼電保護裝置是保護功能的具體實現，是保證電力系統安全運行至關重要的一種自動裝置。 繼電保護裝置是指裝設于整個電力系統的各個元件之上，當電力系統內指定區域發生故障時，能在極短的時間內 (如幾十毫秒 )斷開故障設備，保證其余部分的正常運行，避免大面積停電事故發生的一種反事故自動裝置。它的基本任務如下。 (1)當被保護的電力系統元件發生故障時，應該由該元件的繼電保護裝置自動、迅速、準確地給離故障元件*近的斷路器發出跳閘命令，使故障元件及時從電力系統中斷開，非故障部分迅速恢復正常運行，*大限度地減少對電力系統元件本身的損壞，降低對電力系統安全供電的影響，并滿足電力系統的某些特定要求(如保持電力系統的暫態穩定性等)。 (2)反映電氣設備的不正常運行狀態。根據不正常運行狀態的種類和設備運行維護條件 (如有無經常值班人員 )發出信號，由值班人員進行處理或自動進行調整，減負荷或將那些繼續運行會引起事故的電氣設備予以切除。反映不正常運行狀態的繼電保護裝置允許帶有一定的延時動作。 由此可見，繼電保護裝置是電力系統中一種較為特殊的控制裝置。它反映電力系統中被保護設備的運行狀態：正常、異常或者故障狀態。它的輸出只有兩種狀態：“是”或者“否”。“是”和“否”的臨界點用“不等式”的“判據”來表達，例如，“故障電流幅值是否大于整定閾值 ？”，大于為“是”，不大于為“否”。這樣就可以用判據是否滿足來判定電力系統被保護設備是處于故障、異常還是正常運行狀態，這樣的輸出特性稱為“繼電特性”，有這樣輸出特性的設備或裝置稱為“繼電器”或“繼電裝置”，用于保護動作時，就是“繼電保護裝置”。 繼電保護技術是電力系統中不可或缺的一部分，是保障電力終端安全、防止或限制電力系統大面積停電的*基本、*重要、*有效的技術手段。電力系統中的所有一次設備都必須裝設繼電保護裝置，相關電力規程規定：任何電氣設備 (線路、母線、發電機、變壓器等 )都不允許在無繼電保護的狀態下運行。可見，繼電保護裝置在保障一次設備安全運行方面擔任著不可或缺的重要角色。而且國內外實踐證明，繼電保護裝置一旦發生不正確動作，往往會擴大事故，釀成嚴重后果。 由于*初的繼電保護裝置是以機電式繼電器為主構成的，故稱為繼電保護裝置。盡管現代繼電保護裝置已發展成以微型計算機為主構成，但其基本功能及特征沒有變，故仍沿用此名稱。 1.1.2 對電力系統繼電保護的基本要求 繼電保護裝置為了實現它的基本任務，在技術上必須滿足選擇性、速動性、靈敏性和可靠性四個基本要求。對作用于斷路器跳閘的繼電保護裝置，應同時滿足這四個基本要求；對作用于信號，即只反映不正常運行情況的繼電保護裝置，某些基本要求如速動性可以降低[1]。 1)選擇性 繼電保護裝置的選擇性是指故障發生時，繼電保護裝置應當由*靠近故障點的斷路器將故障快速斷開，以保證電力系統的其余部分繼續安全穩定地運行。如果應當動作的繼電保護裝置或斷路器因故拒絕動作，則應由電源側上一級的斷路器將故障切除，以保證受故障影響的電力系統范圍縮到*小，*大限度地保證系統中非故障部分能繼續運行。 例如，在如圖1.1所示的單側電源網絡中，G為電源，T為變壓器，當線路 L3上 K3點發生故障時，保護裝置 P4動作，使斷路器 QF4斷開，其他保護裝置和斷路器不動作，僅將線路 L3從系統中切除，此時電網中的其他線路仍正常供電，停電范圍*小，因此繼電保護具備選擇性。當 K3點故障時，若保護裝置 P3動作，斷路器 QF3斷開，則變電所 C、D都將停電，這無疑造成了停電范圍的擴大，繼電保護的這種動作被視為無選擇性的。若保護裝置 P4或斷路器 QF4故障導致保護拒動，這種情況下保護裝置 P3的動作又是具有選擇性的，此時保護裝置 P3稱為線路 L3的后備保護。 圖1.1 單側電源網絡的保護選擇性動作 又如，線路 L1上 K1點發生故障時，應由保護裝置 P1和 P2同時動作，使斷路器 QF1和 QF2切除故障線路。總之，要求繼電保護裝置有選擇性地動作，是提高電力系統供電可靠性的基本條件。 2)速動性 電力系統元件發生短路故障時，快速切除故障能減輕故障元件的損壞程度，減小對用戶工作的影響，提高電力系統的穩定性。例如，系統發生短路時，電壓大為降低，短路點附近用戶的電動機轉矩因供電電壓降低而降低，若遲緩切除短路元件，電動機將因無法拖動生產機械而導致其停止轉動，用戶的正常生產將受影響；若能快速切除短路元件，系統電壓將很快得以恢復，電動機很容易自動啟動并迅速恢復正常運行，從而大大減小對用戶正常生產的影響。另外，短路時，故障元件本身將通過很大的短路電流，由于電動力和熱效應的作用，元件也將遭到嚴重損壞。短路電流流過元件的時間越長，損壞也越嚴重，所以快速切除短路故障，便能減輕電氣元件的損壞程度，防止短路故障的進一步擴大。再則，快速切除短路元件，使短路點易于去游離，可以提高自動重合閘的成功率。因此，應根據具體情況，對繼電保護裝置的速動性提出合理要求。 由于速動性和選擇性在一般情況下是難以同時滿足的，為兼顧兩者，一般只能允許繼電保護裝置經過一定的延時后切除故障。但有時不僅要滿足選擇性的要求，還要求快速切除故障，如必須快速切除高壓輸電線路上的故障。對于反映不正常運行情況的繼電保護裝置，一般不要求快速動作，而應按照選擇性的要求，帶延時地發出信號。 3)靈敏性 繼電保護裝置的靈敏性是指電氣設備或線路在被保護范圍內發生短路故障或不正常運行情況時，保護裝置的反應能力。能滿足靈敏性要求的繼電保護裝置，在規定或整定的保護范圍內出現故障時，不論短路點的位置和短路的性質如何，都能正確反應。 保護裝置的靈敏性通常用靈敏系數或靈敏度來衡量。各種保護裝置靈敏系數的*小值在《繼電保護和安全自動裝置技術規程》(GB/T 14285—2006)中都做了具體規定。 4)可靠性 保護裝置的可靠性是指在其保護范圍內發生它應該動作的故障時，它不應該拒絕動作；在任何該保護不應該動作的情況下，則不應該誤動作，即不拒動不誤動。繼電保護裝置的誤動和拒動都會給電力系統造成嚴重的危害。由于電力系統的結構和負荷性質的不同，誤動和拒動的危害程度有所不同，因而提高保護裝置可靠性的著重點在各種具體情況下也應有所不同。例如，當系統中有充足的旋轉備用容量、輸電線路很多、各系統之間以及電源與負荷之間聯系很緊密時，若繼電保護裝置發生誤動使某發電機、變壓器或輸電線路切除，給電力系統造成的影響可能不大；但發電機、變壓器或輸電線路發生故障時繼電保護裝置發生拒動，會引起設備的損壞或系統穩定性的破壞，造成巨大的損失，在此情況下，降低繼電保護裝置拒動的可能性則更為重要。反之，當系統中旋轉備用容量很少，以及各系統之間和電源與負荷之間的聯系比較薄弱時，繼電保護裝置發生誤動使某發電機、變壓器或輸電線路切除，會引起負荷供電的中斷或系統穩定性的破壞，造成巨大的損失；而當某一保護裝置拒動時，其后備保護仍可以切除故障，在這種情況下，降低保護裝置誤動的可能性則顯得更為重要。 以上4個基本要求是分析研究繼電保護裝置性能的基礎，它們之間既有矛盾的一面，又有在一定條件下統一的一面。選擇性是基礎，可靠性是基本條件，在滿足靈敏性的條件下應保證繼電保護裝置的速動性。 1.2 繼電保護裝置的構成 無論是模擬型還是微機型繼電保護裝置，都由三部分組成：測量回路、邏輯回路和執行回路。其構成原理框圖如圖1.2所示。 圖1.2 繼電保護裝置的構成原理框圖 1)測量回路 測量回路的作用是測量與被保護元件有關的物理量的變化，如電流、電壓的變化，以確定電力系統是否發生了短路故障或出現不正常運行狀態。測量得到的物理量值與整定值進行比較，以確定繼電保護裝置是否應該啟動。 2)邏輯回路 邏輯回路的作用是根據測量回路輸出量的大小、性質、邏輯狀態、出現的順序或它們的組合，使保護裝置按一定的邏輯及時序關系工作，*后確定繼電保護裝置是否應該使斷路器跳閘或發出信號，并將有關命令傳送到執行回路。 3)執行回路 執行回路接收邏輯回路的判斷結果，然后驅動跳閘回路或信號回路，動作于斷路器的跳閘或發出不正常運行信號。 1.2.1 模擬型繼電保護裝置的基本結構 模擬型繼電保護裝置是采用各種繼電器，如電流繼電器、電壓繼電器、時間繼電器、中間繼電器、信號繼電器等，按照一定的邏輯關系組合來實現的。下面以圖1.3所示的線路過電流保護為例，簡單說明其結構[2]。 圖1.3 線路過電流保護結構原理圖 電流互感器 TA將線路一次電流變換為二次電流送入電流繼電器 KA，當流過 KA的電流大于其整定閾值時，其輸出信號啟動時間繼電器 KT，經一定延時后， KT的輸出信號啟動中間繼電器 KM，然后接通斷路器的跳閘回路，同時信號繼電器 KS發出保護動作的信號。由于斷路器 QF處于合閘位置時，其觸點 QF′是閉合的，因此線圈 YR帶電，在電磁力的作用下使脫扣機構釋放，斷路器在跳閘彈簧力的作用下跳開，故障設備被切除，短路電流消失，電流繼電器返回，整套保護裝置復歸，以備下次保護動作。 1.2.2 微機型繼電保護裝置的基本結構 微機型繼電保護裝置由計算機軟件算法來分析計算電力系統的故障判定電氣量，再通過比對決定是否發出跳閘信號。其硬件裝置主要包括 4個基本部分，如圖1.4所示。 圖1.4 微機型繼電保護裝置硬件結構圖 (1)模擬量數據采集單元：包括電壓電流形成和模數轉換等模塊，電壓電流形成模塊又包含模擬低通濾波器 (analog low pass filter，ALF)、采樣保持器 (sample/hold， S/H)等，將電壓互感器和電流互感器輸入的模擬量轉換為數字量。 (2)數據處理單元：其基本功能是進行數值及邏輯運算。當實時采樣數據送入計算機系統后，計算機根據繼電保護程序對采樣數據進行實時計算分析，并判斷是否發生故障、故障范圍類型等，以實現各種繼電保護功能。 (3)開關量輸入/輸出單元：經過并行結構芯片、光電隔離元件和附加電路驅動中間繼電器實現跳閘、合閘或信號輸出，以及光電隔離后實現開關狀態輸入等功能。 (4)人機接口單元：采用并行接口接通液晶顯示屏、鍵盤和打印機等設備，用于實現觀測、調試、定值等功能。 1.3 繼電保護裝置的發展歷程與發展趨勢 1.3.1 繼電
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