《电力系统微机保护》赵建文、付周兴(习题解答)

第一章 微机继电保护概述
第 1 章 习题
什么是微机继电保护？电力系统对微机继电保护的要求有哪些？ 答：微机继电保护装置就是，利用微型计算机来反映电力系统故障或不正常的运 行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动化装置。电力系统对微机继电保 护的要求与传统继电保护的要求一致，即选择性，速动性、灵敏性、可靠性。 2. 简要说明微机继电保护的特点。 答：（1）集保护、测量、监视、控制、人机接口、通信等多种功能于一体；代替 了各种常规继电器和测量仪表，节省了大量的安装空间和控制电缆。（2）维护调试方 便。（3）可靠性容易提高。（4）可以方便的扩充其他辅助功能。（5）改善和提高保 护的动作特性和性能。 3. 如何理解微机保护比常规继电保护性能好? 答：（1）逻辑判断清楚、正确。（2）可以实现模拟式继电保护无法实现的优良 保护性能。（3）调试维护方便。（4）在线运行的可靠性高。（5）能够提供更多的系 统运行的信息量。 4. 相对于传统继电保护，微机继电保护的缺点有哪些？ 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 （4） 部动作过程不像模拟式保护那样直观。 （3）使用者较难掌握它的操作和维护过程。 要求硬件和软件有较高的可靠性。（5）由于微机保护装置中使用了大量集成芯片，以 及软硬件的不断升级，增加了用户掌握其原理的难度。 5. 简要说明微机继电保护技术的出现及发展与哪些技术有关，为什么？ 答：半导体技术，电力电子技术，计算机与微型计算机技术、信息技术等。继电 保护装置发展初期，主要是电磁性、干硬性继电器构成的我继电保护装置；20 世纪 60 年代由于半导体二极管的问世，出现了整流型继电保护装置；20 世纪 70 年代，由于 半导体技术的进一步发展，出现了晶体管继电保护装置；20 世纪 80 年代中期，由于 计算机技术和微型计算机的快速发展，出现了微型继电保护装置；电力系统的飞速发 展对继电保护不断提出新的要求，电力电子技术、计算机技术和信息技术的飞速发展 尤为继电保护技术的发展不断注入新活力。 6. 微机保护的发展大体分哪几个阶段，各阶段的特点如何。 答：微机保护的发展大体经历了三个阶段： （1） 理论研究阶段，主要是采样技 术；数字虑波及各种算法的研究。（2）试验室研究阶段 主要是微机保护硬件、软件 的研究，并制成样机 （3）工业化应用阶段 20 世纪 70 年代末，80 年代初，微机保 护在电力系统中得到应用，并且发展十分迅速。 1984 年华北电力学院研制的一套微 机距离保护通过鉴定。87 年投入批量生产。以后，微机保护发展迅速，90 年华北电 力学院研制的 WXB—11 投入运行。现在微机保护已得到广泛应用。
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第一章 微机继电保护概述
传输一体化的数据采集系统。 7.为什么在采样保持器前要加模拟低通滤波器？ 答：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。故，在采 样之前加上低通滤波回路。 8.微机保护人机对话接口部件通常包括哪几个部分？ 答：（1）键盘输入电路；（2）液晶显示回路；（3）指示灯；（4）打印机驱动 电路；（5）串行通讯接口电路；（6）硬件时钟电路；（7）硬件自复位电路。 9.画出读取断路器开关量状态的开关量输入回路，说明其中各个部分的功能？ 答：断路器开关量状态属于经外部端子引入的开关量，一般需隔离抗干扰，典型 电路如下图所示。S 代表断路器的辅助触点状态；光耦起隔离抗干扰作用，并实现了 电平转换；电阻起限流的作用。
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电力系统微机继电保护技术
在微型机继电保护中，实现对模拟量进行采样并保持采样值在模/数转换期间不 变的器件称为采样保持器。（ ）(正确) 9.如果采样频率小于被采样连续时间信号最高频率的两倍，采样信号的频谱将出 现噪声。（ ）(错) 10.在微型机继电保护中，实现对模拟量进行采样并保持采样值在模/数转换期间 不变。（ ）(正确) 11.在不同采样时刻上， 依次完成对所有模拟输入信号采样的采样方式称为同时采 样。（ ）(错) 三、简答与计算 1.在电压/频率变化式数据采集系统中，为什么要使用计数器？在两个不同时刻读 出的计数器的数值之差说明了什么？ 答：(1)电压频率式转换芯片的基本工作原理是根据输入模拟电压的瞬时值的不 同，输出不同频率的脉冲电压信号，而不是数字量。为了得到输入模拟电压对应的数 字量，就需在其下一级配置计数器，利用在固定时间内测量出 VFC 芯片输出的脉冲个 数，间接地得到输入模拟电压的瞬时值对应的数字量。 (2)在相邻两个采样时刻上计数器的读数值之差代表了此期间内模拟输入交流电 压信号的积分值。 2.简要说明逐次比较式与电压 /频率变换式数据采集系统的输出数字量与输入模 拟量之间的关系。 答：(1)电压频率变换式数据采集系统是将被转换的模拟输入电压在一定时间间隔 内的积分值转换成计数器的读值之差； (2)逐次比较式数据采集系统是将模拟输入电压的瞬时采样值转换成对应的数字 量，而且采样前又必须对模拟输入电压进行低通滤波。 3.简要说明人机对话微机系统的作用。 答：人机对话微机系统主要用于输入保护整定值、保护调试、输出故障信息、保 护装置定期自检、与各保护功能的微处理器之间的通信和与电网调度计算机网络的通 信等项目。 4.微机保护中，电流、电压变换器有何作用？ 答：变换器作用：（1）将输入信号转换成与微机装置相匹配的允许电平。（2） 将微机继保装置与外部互感器回路完全隔离，提高抗干扰能力。 5.说明如何利用一路模/数转换器实现多路模拟量同时采样？ 答：采用同时采样分时转换的方式实现。硬件电路可采用多个采样保持器、模拟 多路转换器、及一路 ADC 组合实现。 6．光互感器与传统电磁互感器相比，有哪些优势？ 答：（1）体积小、质量轻；（2）具有良好的绝缘性能，抗干扰能力强；（3）不 会产生磁饱和现象，可以完整地传变交、直流信号； （4）测量精度和灵敏度较高； （5） 具有良好的频率特性，响应速度快；（6）可与光纤通信系统相结合，构成可靠地检测
11. VFC 1
来 自 TV TA 的 模 拟 量
开关量输入/输出系统 数据 采集 系统 触点开关量输入 跳合闸回路
CUP
主 系 统
信号回路 人机对话 通信回路
电源
什么叫采样？什么是采样周期？什么是采样频率？如何计算采样频率和采样 周期？ 答：（1）采样指把时间域或空间域的连续量转化成离散量的过程。 （2）采样周期指在周期性测量过程变量信号的系统中，相邻两次实测之间的时间 间隔。 （3）采样频率，也称为采样速度或者采样率，定义了每秒从连续信号中提取并组
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电力系统微机继电保护技术
型数据采集系统有哪些优点？ 答：（ ）分辨率高，电路简单；（2）抗干扰能力强，积分特性本身具有一定的 抑制干扰能力；采用光电耦合器，使数据采集系统与 CPU 系统电气上完全隔离（3） 与 CPU 的接口简单，VFC 的工作根本不需要 CPU 控制（4）多个 CPU 共享一套 VFC， 且接口简单。 12.微机保护的硬件由哪几个部分组成？ 答：微机保护硬件系统常包括以下几个部分：（1）数据处理单元，即微机主系统； （2）数据采集单元，即模拟量输入和模拟数转换系统；（3）数字量输入/输出接口， 即开关量输入输出系统；（4）通信接口；（5）电源单元；（6）人机接口单元（完成 键盘处理和屏幕显示工作） 13.数据采集系统的任务是什么？ 答：数据采集系统是模拟量输入系统，采集由被保护设备的电流互感器和电压互 感器输入的模拟信号，并将此信号经过适当的预处理，然后转换为所需的数字量；送 到上位机中进行分析，处理。 14.画出典型的微机保护系统框图。
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第一章 微机继电保护概述
第 2 章 习题
一、填空题 1.如果采样频率小于被采样连续时间信号最高频率的两倍时，采样信号的频谱将 出现_________.（频率混叠） 2. 若 采样 频率 选为 2400Hz ， 则前 置模拟 低 通 滤 波器的 截止频率 应 小 于 ________Hz。（1200） 3.满量程为 12V 的 8 位模数转换器的分辨率为________毫伏。（47） 4.一个 8 位的逐次逼近型模/数转换器，采用二分搜索法，需要比较________次后 方可确定输出值（8） 5. 电压信号经 VFC 变换后是________，因此采用光电隔离电路容易实现数据采 集系统与微机系统的________，有利于提高抗干扰能力。（数字脉冲波） （隔离） 6.微型机继电保护装置的工作电源是其重要的组成部分，电源要求具有独立性， 不能受系统电压变化的_________。（影响） 7.根据模/数转换的原理不同，我国微机保护采用的数据采集系统有两种类型，它们是 ______的数据采集系统和______的数据采集系统。（采用模数转换器 ADC） （采用 电压一频率变换器(VFC)） 每个周波采样 20 点，则采样间隔 T = ______，采样频率 f =_______。 8.50Hz 信号， （1ms） （1000Hz） 则采样间隔是 _______ms，采样频率为 9.某型微机保护装置每周波采样 12 个点， ________。（1.667ms） （600Hz） 10. 若微机保护的采样频率为 2500Hz，则每周波有_______个采样点，采样间隔 时间为________。（50）(0.4ms) 二、判断题 1．多路开关的作用是同时允许多路模拟量通过。( ) (错) 2.一般微机保护的“信号复归”按钮和装置的“复位”键的作用是相同的。( ) (错) 3.变电站综合自动化系统中的微机保护装置，为合理利用资源，可以依赖外部通 信网完成被保护元件所需的各种保护功能。( ) (错) 4.微机保护中采样频率越高越好。( ) (错) 5.在不同采样时刻上，依次完成对所有模拟输入信号采样的采样方式称为同时采 样。( )(错) 6.VFC 式数据采集系统中的计数器用于计算 VFC 元件输出的脉冲。（ ）(正确) 7.开关量输出电路中采取光电隔离措施的目的是为了提高微机保护装置的抗干扰 能力。（ ）(正确)
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电力系统微机继电保护技术
我国微机保护经历了哪几代产品，它们有哪些主要特点？ 答：我国微机保护的发展概况：（1）第一代产品为 1984 年华北电力学院研制的 微机距离保护 MDP－1 型。其特点是：采用单 CPU 及多路转换的 ADC 模数转换模式。 （2）第二代产品为华北电力学院北京研究生部研制的 WXB－11 型和 WXH－11。其 特点是：采用多 CPU 并行工作，总线不引出插件，模数转换采用 VFC 方式。（3）第 三代产品为北京哈德威四方保护与控制设备公司和华北电力大学联合研制生产的 CS 系列产品。其特点是：采用不扩展的单片机，总线不引出芯片及先进的网络通信技术。 8. 请说明微机继电保护装置的一般结构形式。 答：微机继电保护系统是以微型计算机为核心的计算机应用系统。它是由硬件系 统和软件系统组成。微机保护的硬件指组成微机电保护的电路的组合，它具备一般计 算机应用系统硬件的特点。微机继电保护要能反映电力系统的故障和不正常状态，依 据继电保护的原理，反映电力系统状况的继电保护物理参量，经前向检测输入回路采 集输入，送给 CPU 主系统进行处理、判断、发出动作执行的命令和报警、显示、通讯 信息等。后向通道是微机保护控制器执行接口机构。微机保护的软件系统是指实现继 电保护的程序软件。 硬件系统由数据采集系统、微机系统、开关量输入或输出回路、人机对话回路、 微机保护电源等构成。
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+5V 24V(+) S
外部 装 触点 置 端 子
24V(-)
画出具有异或逻辑，驱动断路器跳闸的开关量输出回路，说明其中各个部分的 作用？ 答：如图为跳闸的出口回路。并口 PB0、PB1 跳闸信号输出，其逻辑组合保证了 逻辑的正确性；图中上面的光耦起到隔离抗干扰的作用；下面的光耦将跳闸结果，通 过并口 PC0 反馈给微控器；中间继电器 K 起驱动的作用。图中是以 A 相跳闸为例。