微机保护复习题2020.doc

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1、一 判断题1、采样值滤序算法的特点是，计算量非常小，只需要做简单的加减法运算（电压采样值前的系数均为1），而且响应速度也比较快。若想进一步加快响应速度，而且不对N的选择附加限制，就不可避免地需要进行乘除法运算，这将加大计算量。（正确）2、数字滤波算法是直接从采样序列中求取电气信号的特征参数并且进而实现保护原理。（错）3、级联滤波器的时延为各个滤波器的时延之和，幅频特性为各个滤波器的幅频特性之积。（正确）4、数字滤波器是以计算电气量特征参数为目的的一种特殊算法。（错）5、富氏算法原理简单，计算精度高，因此在微机保护中得到了广泛应用，该算法的数据窗较短，从而提高了保护的动作速度。（错） 6、 所有

2、的保护功能都具有TV断线自检的功能 （错）二 填空题1微机保护主要包括 进行数据采集的输入通道 、 进行数据处理及相应判断的数字核心部分 、 输出通道 以及 人机接口 四部分。2微机保护的数据采集系统一般由 模拟量输入变换回路 、 低通滤波回路 、 采样保持回路 、 多路转换器 以及 数模转换（A/D）回路 五部分组成。3、数字继电保护装置的中央数据处理系统一般由_ CPU _、_存储器_、定时器/计数器、Watchdog等组成。 4、微机保护运行程序和一些固定不变的数据通常保存在微控制器的_ EPROM _内存中。5、开关量输入通道主要由输入缓冲器、_输入调理电路_、输入口地址译码电路等组成

3、。6、信号调理主要包括：_转换_、_滤波_、_隔离_等。7、干扰形成的三个基本要素：_干扰源_、_传播途径_、_被干扰对象_。8、电磁干扰常可以分为：_共模干扰_、_差模干扰_。9、硬件冗余技术可分为：_静态冗余法_、_动态冗余法_、_混合冗余法_。10、在各种继电保护原理中，广泛使用对称分量。对称分量包括零序分量、正序分量、负序分量。11继电保护的基本结构大致上可以分为三部分： 信息获取与初步加工 、 信息的综合、分析与逻辑加工、决断 、 决断结果的执行 。12所谓采样，就是将一个在时间上连续变化的模拟信号转换为在时间上离散的模拟量。13由于采用频率不够高，导致采样值对应多种的可能波形的现象

4、称为频率混叠。14采样定理指出，要用采样值准确无误地表示原始输入信号，采样频率必须大于原始信号中最高次频率分量的两倍。15模数转换的过程实质上就是对模拟信号进行量化和编码的过程。16所谓量化，就是把时间上离散而数值上连续的模拟信号以一定的准确度变为时间上和数字上都离散化或量级化的等效数值。17根据A/D转换的原理和特点不同，可将A/D转换分为直接式A/D转换和间接式A/D转换两大类。18常见的直接式A/D转换有：逐次逼近式A/D、记数式A/D和并行转换式A/D等。19常见的间接式A/D转换有：单积分式A/D、双积分式A/D和V/F转换式A/D等。20A/D转换器的性能参数主要有：分辨率、精度和

5、转换时间。21防止电磁干扰的硬件措施主要包括：隔离、屏蔽和接地几方面。22常用的软硬件结合的抗干扰措施有：软、硬件结合的程序异常复位措施、关键输出口编码校核、软、硬件冗余技术。24就数字滤波器的运算结构而言，主要包括递归型和非递归型两种基本形式。25数字滤波器的滤波特性通常可用它的频率响应特性来表征，包括幅频特性和相频特性。26改善变压器差动保护的速动性的典型方法有：差动速断、低压加速和记忆相电流加速等。三 选择题1系统频率不变时，采样值乘积算法的计算误差为（A）A零B无穷大C2%D3%2纵差保护用于反映电气设备发生的故障类型是（C）A单相接地 B断相C相间短路 D正常运行3滤波方程为：的数字

6、滤波器，采样周期为5/3(ms)时，其时间窗是（B）A6(ms) B5(ms)C3(ms)D4(ms)4输电线路上发生B相接地故障时，线路始端电流故障分量相量的特征是（B）。A A相电流最大，B相、C相电流都等于零B B相电流最大，A相、C相电流都等于零C C相电流最大，A相、B相电流都等于零D A相、B相、C相电流相等且不等于零5非递归型数字滤波器脉冲传递函数的特点是（B）。A只有极点，没有零点B只有零点，没有极点C既没有极点，又没有零点D既有极点，又有零点6对50Hz正弦电气量采样频率为600Hz，采用两点乘积算法计算其幅值时，算法的时间窗为（A）。ABCD7输电线路发生C相接地短路时，解

7、微分方程算法电压应选择为，电流应选择为和（C）。ABCD 8在输电线路发生BC两相短路故障时，A相故障分量电流的幅值等于零，线路始端B、C两相故障分量电流的什么等于零（A）。A之和B之差C之积D相除9在输电线路发生C相单相接地故障时，相电流差突变量起动元件，不动作的是（A）。ABCD和10、以下哪一张图为低通滤波器？（C）A. B. C. D. 11、人机接口与保护CPU之间的串行通信系统是什么类型的？（C）A、主从式 B、分布式 C、主从分布式 D、集中式12、功率方向继电器采用90o接线时，其动作方程为 A A、 B、C、 D、可为任意值四 简答题1什么是电磁兼容？ 答：电磁兼容（EMC）

8、指的是设备或系统在其电磁环境中能不受干扰地正常工作，而且其自身所发出电磁能量也不至于干扰和影响其他设备的正常运行。简单的说，电磁兼容就是各种设备和系统在共同的电磁环境中互不干扰，并能各自保持正常工作的能力。2 数字滤波的优点有哪些？答：数字滤波器有以下优点： 滤波精度高。 具有高度的灵活性。 稳定性高。 便于分时复用。3单相接地相别判据是什么？ 答：通常采用相电流差突变两选相，即在有时(包括接地判据)4实现微机母线保护要解决的问题有哪些？ 答：（1）母线保护的基本原理和实现方法。（2）TA饱和对母线保护的影响和对策。（3）双母线接线对母线保护的特殊要求和解决办法。5微机差动保护与传统差动保护在

9、获取差流方式上的主要差别是什么？答：（1）在微机保护中，变压器各侧的电流信号均作为独立通道信号送入计算机，通过对各通道电流信号采集值进行数字差计算来取得差动电流。（2）可通过数字计算进行电流相位调整。6何谓共模干扰？何谓差模干扰？共模干扰是作用于信号回路和地之间的干扰，通常是由于干扰信号通过信号回路和地之间分布电容的耙合、导致回路和地之间的电位发生突变所引起的。所谓差模干扰，指的是存在于信号回路之间且与正常信号相串联的一种干扰，抑制这种干扰通常采用在信号回路接入低通滤波器等方法。7光互感器与传统电磁互感器相比，有哪些优势？答：体积小、质量轻；具有良好的绝缘性能，抗干扰能力强；不会产生磁饱和现象

10、，可以完整地传变交、直流信号；测量精度和灵敏度较高；具有良好的频率特性，响应速度快； 可与光纤通信系统相结合，构成可靠地检测传输一体化的数据采集系统。8方向性四边形阻抗元件的动作判据？答：其动作判据为9由GPS构成的同步采集系统的原理是什么？答：GPS接收机提供两种时钟信号：一种为秒脉冲信号，其信号上升沿与UTC的同步误差小于1；另一种为经标准RS232C串行口输出的与秒脉冲相对应的UTC时间码。由高精度、高稳定度的锁相环回路按一定频率要求输出同步采集信号，该同步采集信号每一秒钟被GPS接收机输出的秒脉冲信号同步（即锁相）一次。这样，处于线路两端的差动保护装置便可进行高精度的同步数据采集了。1

11、0、继电保护装置按其实现技术可分为哪几种，它们之间有何区别或共同点？答：大致可以分为机电型，整流型，晶体管型，集成电路型，数字继电保护装置。机电型、整流型、晶体管型及集成电路型继电保护装置的共同点是其内部电路直接对模拟电量或者模拟信号进行处理，而数字继电保护区别于前四类继电保护的本质特征在于它是建立在数字技术基础上的。11、数字继电保护装置除了能够实现其它种类保护装置难以实现的保护原理，还能完成哪些任务？答：数字继电保护装置能提供简化调试及整定、自身工作状态监视、事故记录及分析等高级辅助功能，还可以完成电力自动化要求的各种智能化测量、控制、通信及管理等任务。12、相对于传统继电保护，数字继电保

12、护的优点有哪些？答：1、改善和提高了继电保护的动作特性和性能，用数学方程的数字方法构成保护的测量元件，其动作特性可以得到很大的改进，或得到常规保护（模拟式）不易获得的特性；用它的很强的记忆功能，更好地实现故障分量保护；可引进自动控制和新的数学理论和技术。2、可以方便地扩充其他辅助功能。3、工艺结构条件优越：硬件比较通用，制造容易统一标准；装置体积小，减少盘位数量；功耗低。4、可靠性容易提高。数字元件的特性不易受温度变化、电源波动、 使用年限的影响，不易受元件更换的影响；自检能力强，可用软件方法检测主要元件、部件工况及功能软件本身。5、使用方便，维护调试方便，缩短维修时间。13、相对于传统继电保

13、护，数字继电保护的缺点有？答：1.对硬件和软件的可靠性要求较高，且硬件很容易过时。2.保护的内部动作过程不像模拟式保护那样直观。14、为什么在采样保持器前要加模拟低通滤波器？系统故障电压、电流信号中往往包含了许多高频分量的信号。常见的微机保护的原理都是基于工频量的，因主机频率不高且计算量较大，因此在采样频率不太高的情况下，为了防止出现频率混叠现象，要求限制输入信号的高频分量。因此需要在采样之前加上低通滤波回路。15、微机保护系统中为什么要加多路转换开关？很多的微机保护算法往往要利用多个模拟量来实现，由于每个模拟量通道用一个A/D转换器成本太高而且实现电路较复杂，所以一般采用各模拟量通道通过多路

14、转换器共用一个A/D转换器。16、微机保护人机对话接口部件通常包括哪几个部分？键盘输入电路液晶显示回路指示灯打印机驱动电路串行通讯接口电路硬件时钟电路硬件自复位电路17、简述电磁干扰的传播途径以及其特点。1）通过金属导体以及电感、电容、变压器或电抗器等的传导。特点：这些载体在传导电磁干扰信号的同时也消耗干扰源的能量 。2）是以电磁波的形式在空间中的辐射干扰 。干扰源对外辐射能量具有一定的方向性，并且辐射的能量随着距离的增加而逐渐减弱。两种传播途径在传播过程可以相互转换 。18、电磁干扰常分为哪两种，并简述抑制和消除干扰的措施。消除共模干扰的办法：采用浮空隔离、系统一点接地、使用隔离变压器以及光

15、电隔离器件等方法。消除差模干扰的办法：采用在信号回路接入低通滤波器等方法19、为什么微机保护中通常要将保护功能与其扩展功能分离？将保护和扩展功能分离，首先，可以使数据处理器（DSP）更专注于完成保护算法，降低软件设计的复杂度并提高可靠性、可维护性；其次，扩展功能主要是控制、通信、管理功能。二者分开可以发挥各自所长，提高系统可靠性。20、画出采样保持电路原理图并简述其工作原理。采样保持电路由MOS管采样开关T、保持电容Ch和作为跟随器的运放构成。当s(t)=1时，采样开关T导通，输入信号Vi向Ch充电，V0和Vc跟随Vi的变化，即对Vi采样。当s(t)=0时，T截止，在Ch的漏电电阻、跟随器的输

16、入电阻以及MOS管T的截止电阻都足够大，Ch的放电电流可以被忽略的情况下，V0将保持T截止前一刻的电压基本不变，直至下一次采样开关导通，新一轮采样重新开始。21根据逐次逼近式A/D的工作原理图，描述其工作原理？当出现启动转换脉冲时，输出缓冲锁存器和逐次逼近寄存器均清零，故D/A转换器的输出为零。当第一个时钟脉冲到来时，逐次逼近寄存器的最高位置1，即为1000，此时D/A转换器将逐次逼近寄存器的数字量转化为模拟电压Vf输出（这里Vf为A/D输入的满刻度值的一半）。然后将Vf与输入信号VI比较，如果Vf VI,则表示输入量VI值大于满刻度的一半，故将此位保留，否则被置零。接下来将逐次逼近寄存器的次

17、高位置1，再重复刚才的比较，决定是否清零，如此反复直到最低一位完成这一过程。最后把逐次逼近寄存器的值送到输出缓冲寄存器并发出转换结束脉冲。此时输出缓冲寄存器中的二进制数即为A/D转换的最终结果。22、开关量输出接口部件的作用是什么？并简述小功率直流驱动电路的两种形式。作用是正确地发出开关量操作命令提供输出通道，并在微机保护装置内外部之间实现电气隔离，以保证内部弱电电子电路的安全和减少外部干扰 。两种形式为：功率晶体管输出驱动继电器电路继电器包括线圈和触点。因负载呈电感性，所以输出必须加装克服反电势的保护二极管D，J为继电器的线圈。D的作用是泄流，通过D放掉J上所带的电荷，防止反向击穿。R的作用

18、是限流。作用过程：当TTL电平为1时，晶体管截止，J不吸合。 当TTL电平为0时，晶体管导通，J吸合。达林顿阵列输出驱动继电器电路。 MC1416是达林顿阵列驱动器。达林顿晶体管DT（Dar1ington Transistor）亦称复合晶体管。它采用复合过接方式，将两只或更多只晶体管的集电极连在一起，而将第一只晶体管的发射极直接耦合到第二只晶体管的基极，依次级连而成，最后引出E、B、C三个电极。23、电力系统中常见的干扰源有哪些?它们是如何产生干扰信号的？（1）隔离开关及断路器操作 隔离开关及断路器的开合操作，触头间产生电弧，在母线上引起各种高频的电流和电压脉冲。此时，母线上的干扰信号耦合到二

19、次设备的同时还向空间辐射电磁波，以电磁耦合的方式干扰处于该暂态电磁场中的二次设备。 （2）雷电 雷电从避雷针等防雷系统进入变电站接地网并流入大地，一方面将在接地网中产生冲击，导致接地网电位瞬时升高。另一方面将在周围空间中产生强大的暂态电磁场，从而在二次设备中产生暂态过电压。影响二次设备正常运行，甚至导致二次设备损坏（3）运行中的供电设备和用电设备 运行中的电力设备周围存在着干扰微机系统运行的工频电磁场，特别是在系统发生故障时，故障电流产生的工频干扰更为强烈。24、微机保护装置抑制电磁干扰的基本措施有哪些？1.硬件措施 ：（1）隔离 （2）屏蔽 （3）接地 2.软、硬件结合抗干扰措施 ：（1）软

20、、硬件结合的程序异常复位措施 ：当保护程序正常运行时，以基本恒定的时间刷新定时器，故定时器不会出现中断。而当保护程序因干扰失控时，由于不能按时刷新定时器时间导致定时器产生定时中断，在定时中断服务程序中对失控的程序作出处理，如保存现场或复位CPU等等。（2）关键输出口编码校核，为防止失控程序对重要的输出口进行非正常操作，导致如保护跳闸等误动作，必须对输出口的操作进行校核。解决的办法是使用软件编码后，经硬件解码才能启动出口驱动电路。（3）软、硬件冗余技术在硬件上可以采用如静态冗余法、动态冗余法以及混合冗余法等方法构成多机的冗余系统。而在冗余的保护之间又可采用不同保护算法构成原理上的冗余。25、请简

21、述如何进行移相算法？答：设初始相量为 ，现将其按顺时针方向(向相位滞后方向)旋转相位角得到一个新相量，根据相量计算方法：，将其展开便可得到如下的移相算法：。26、简述在线路距离保护中用微分方程计算测量阻抗有较大误差的原因，并提出解决方案。答：微分方程算法是以线路的简化模型为基础，忽略了输电线路分布电容的作用，由此会带来一定的计算误差，特别是对于高频分量，分布电容的容抗较小，误差更大。此外，微分方程算法所采用的线路模型为一次系统模型，要使计算结果准确，要求送至计算机的电压、电流信号应忠实于一次系统的电压、电流信号。但实际上由于电压、电流互感器、电压、电流变换器等信号传送环节的影响，将导致送入计算

22、机的电压、电流信号发生畸变，也会引起计算误差，尤其是非周期分量的衰减，高频分量的相位移等因素的影响使得畸变更大，误差也更大 。因此，微分方程算法在实际应用时，需与数字滤波器配合使用。一种作法是采用长数据窗和短数据窗的两种数字滤波器与微分方程算法相结合，首先采用短数据窗滤波器对故障信号进行粗略滤波，以加快近区故障的切除速度。而对于段保护范围末端附近的故障则采用长数据窗的滤波器进行精确滤波，以确保保护动作的选择性，这样可较好解决计算精度和计算速度的矛盾。27、递推最小二乘算法的突出优点有哪些？ 答：是具有可变的数据窗，它的数据窗长度将随着采样值的增多而自动延长，参数的估计精度也随之逐步提高。并且，

23、算法计算简便、收敛速度快、收敛过程稳定，因此，可较好满足不同场合对参数计算精度和计算速度的不同要求。此外，该算法对非周期分量和各种高频分量均具有良好的滤波能力，在实际使用时，无需再附加其它的数字滤波器。28、跳闸逻辑程序是什么？进入跳闸逻辑程序时，立即发三相跳闸命令。跳闸命令是通过CPU并行接口的一个端口输出的。紧接着执行延时0.4s指令。0.4s时间为跳闸和重合闸的时间，它是通过CPU内部定时器延时实现，而程序只用于查询0.4s延时时间是否已到。如0.4s时间未到则执行40ms延时，此时40ms是断路器跳闸的时间，它是通过程序循环延时，靠软件实现的。 40ms后，程序检查是否已收回跳闸命令，

24、如未收回则检查此时三相是否已无电流。其判据是当前采样值与“无流检查定值”比较，如无电流表示已跳闸，则收回跳令，程序再转回查询0.4s延时时间是否已到。若三相仍有电流，说明跳闸命令发出后断路器还未跳开，再经延时0.25s后如仍然未跳开，说明断路器可能有故障，就再发一次重跳（ZT）命令。经5s循环延时仍未跳开，即报警。如果在5s内断路器跳闸成功，则收跳令后转回0.4s延时检测。29、分析距离保护中单相接地短路故障测量电压和测量电流的选取。答：以A相单相接地故障为例进行分析。在A相金属性短路的情况下，有： 因此若令 分别作为保护的测量电压和测量电流，则有：这时，测量元件ZmA能够正确反应故障距离 所

25、以单相接地短路故障距离保护以保护安装处相电压为测量电压，以带零序电流补偿的相电流为测量电流。30、系统静稳破坏原因有哪些？答：一种是系统的有功能源储备不足，一旦系统中有个扰动，系统就很可能进入不平衡状态而失步，使系统发生振荡；另一种是大型机组突然失磁，导致失步引起系统振荡。31、什么是“三跳回授”？分析在何种状况下会用到回授法并简述是如何实现的。“三跳回授”功能：如果线路的一侧断路器断开的情况下，线路发生故障，断开侧方向元件不能动作，不能控制发信机发出允许信号，将使电源侧保护拒动。为此可以设置“三跳回授”逻辑功能，即断开侧保护根据三跳位置开入，在收到对侧发来允许信号时立即向对侧“回授”发出允许

26、信号、使对侧高频保护动作。与此类情况相似的还有单端电源线路区内故障拒动的问题，如单端电源线路的无电源侧一般的方向元件在区内故障时是不会动作的，这将造成电源侧保护拒动。解决此类问题的有效办法仍然是“回授法”。在无源侧收到电源侧发来的允许信号后，远方控制发信机产生允许信号，“回授”跳频发至电源侧，使电源侧保护动作。为防止区外故障时误“回授”允许信号，在无电源侧利用反应故障分量的方向元件的反方向动作信号，闭锁远方控制的发信回路。32、如图所示四边形特性，若，推导其动作特性方程。解：四边形可以看作是准电抗特性直线1、准电阻特性直线2和折线azb复合而成的，当测量阻抗Zm落在它们所包围的区域时，测量元件

27、动作，落在该区域以外时，测量元件不动作。 准电抗特性直线1相位比较动作方程为：准电阻特性直线2相位比较动作方程为：折线azb的相位比较动作方程为设测量阻抗Zm的实部为Rm，虚部为Xm ,即： Zm=Rm+jXm 则在第IV象限部分的特性可以表示为： 第II象限部分的特性可以表示为：第I象限部分的特性可以表示为： 三式综合，动作特性可以表示为：式中 若取，则动作特性可表示为： 33、由带记忆性的方向阻抗继电器的动作方程得到余弦判据，而推导出动作判据的简化计算公式。答：带记忆的方向阻抗元件（以AB相间短路为例）的动作方程为：属于余弦判据，可以化为：其中，称为AB相间短路补偿电压。为记忆电压，即故障

28、前ab相间电压（在常规保护中，引入记忆回路记忆）。设： 由上式两边同乘得：即： 34、分析逐次逼近型A/D的工作原理。其基本思想是通过递进的二分搜索和反馈比较来逐次逼近模拟输入信号。当出现启动转换脉冲时，输出缓冲锁存器和逐次逼近寄存器均清零，故D/A转换器的输出为零。当第一个时钟脉冲到来时，逐次逼近寄存器的最高位置1，即为1000，此时D/A转换器将逐次逼近寄存器的数字量转化为模拟电压Vf输出（这里Vf为A/D输入的满刻度值的一半）。然后将Vf与输入信号VI比较，如果Vf VI,则表示输入量VI值大于满刻度的一半，故将此位保留，否则被置零。接下来将逐次逼近寄存器的次高位置1，再重复刚才的比较，

29、决定是否清零，如此反复直到最低一位完成这一过程。最后把逐次逼近寄存器的值送到输出缓冲寄存器并发出转换结束脉冲。此时输出缓冲寄存器中的二进制数即为A/D转换的最终结果。35、画出典型数字信号输入输出回路图，并分析其中的注意点。（a）（b）（a）典型数字信号输入回路；（b）典型数字信号输出回路答：（1）为了避免将外部干扰信号经过输入输出回路串入微机系统内部，一般均在输入输出回路中采用光电隔离芯片。（2）在重要的数字量输出回路如跳闸回路中，往往采用两个或两个以上数字量输出信号，通过一些逻辑构成一定的编码来组合输出。这样做的目的是为了防止在数字量输出回路受到干扰以及直流电源拉合过程中，数字逻辑电路出现不定状态而导致保护装置误动的现象出现。36、某数字滤波器的滤波方程为：采样周期T=5/3（ms），试分析它能否滤除输入信号x（t）中，频率为300Hz的信号分量和直流信号。答：（1）频率为300Hz的输入信号 ，所以。 所以，一个周期内，采样次数为。 则对于频率为300Hz的信号分量，所以，可以滤除。（2）直流信号对于直流信号，所以，不能滤除。37、分析在高频保护中允许式比闭锁式需要考虑哪些特殊问题？如何解决？38、结合本课程所学内容，叙述相对于传统继电保护而言，数字继电保护具有的优点和缺点有哪些？ 考试安排：时间：第十九周 周四上午 第一大节地点：四工A112