应用ADS 软件设计镜像抑制混频器 丁武伟 航空工业总公司第零一四中心，471009 摘要 本文论述了应用ADS 软件设计二极管电阻性混频器的过程，应用谐波平衡法对混频器的非线性特性进行了分析，给出了C 波段镜像抑制混频器的设计例子。 关键词：二极管电阻性混频器设计 ADS 软件 谐波平衡法 非线性分析 镜像抑制 混频器 概述 近年来，随着微波器件与技术的快速发展，在雷达和通信等领域，接收系统普遍采用了低噪声放大器作为前级，大大降低了系统的噪声系数，提高了灵敏度。混频器对接收系统的影响和作用似乎越来越小，事实并非如此。对于单边带系统，特别是中频较低的单边带系统来讲，镜像噪声会对噪声带来很大影响。所谓镜像信号边带是有用信号边带相对于本振信号对称的另一个边带，它与本振混频后产生的中频信号与信号边带产生的中频信号相同。对于单边带系统，当低噪声放大器频带较宽，且中频不高时，镜像噪声会通过混频器进入系统，造成系统噪声系数恶化。因此，在低噪声放大器频带较宽，且中频不高的单边带系统中，必须使用镜像抑制混频器。镜频抑制度表示对镜像噪声的抑制程度，镜频抑制度β定义为： 'G G =β 其中 G 信号边带增益 G ’ 镜像边带增益 则微波接收机噪声系数与镜频抑制度的关系为： )1 1log(10)(β +=dB M 其中 M(dB) 微波接收机噪声系数的恶化量 表1为镜频抑制度与噪声系数恶化量的数据
镜像抑制混频器设计 1镜像抑制混频器的主要技术指标 信号频率 3.6GHz 本振频率 3.8GHz 中频频率 200MHz 噪声系数 15dB 镜像抑制度 15dB 2镜像抑制混频器的组成 镜像抑制混频器电原理图如图1。 3dB正交耦合器 射频端口ＶS 同相功率分配器平衡混频器 １ 平衡混频 器 ２ 本振ＶL ＶL1 ＶL23 412ＶS1 ＶS2 Ｚ0＝503dB中正交耦合56 78 频输出电路 下边带中频输出上边带中频输出 图1 由图1可知镜像抑制混频器由两个平衡混频器、一个射频正交耦合器、一个中频正交耦合器和一个同相功率分配器组成。 3平衡混频器设计 我们采用移相90°的平衡混频器，它由这几部分组成：3 dB 支节耦合器 混频二极管 阻抗匹配网络 射频短路线和中频滤波器。 用ADS 软件的S 参数仿真功能很容易设计出幅度和相位满足要求的3 dB 支节耦合器。电路仿真原理图如图2，仿真结果如图3。
§2.3 二次谐波的产生及其解 二次谐波或倍频是一种很重要二阶非线性光学效应，在实践中有广泛的应用，如Nd:YAG激光器的基频光(1.064μm)倍频成0.532νm绿光，或继续将0.532μm激光倍频到0.266μm紫外区域。 本节从二阶非线性耦合波方程出发，求解出产生的二次谐波光强小信号解，并解释相位匹配对二次谐波产生的影响。 2.3.1 二次谐波的产生 设基频波的频率为，复振幅为；二次谐波的频率为，复振幅。由基频波在介质中极化产生的二阶极化强度，辐射出的二次谐波场所满足的非线性极化耦合波方程 (2.3.1-1) (2.3.1-2)注意简并度， (2.3.1-3)波矢失配量， (2.3.1-4) 写成单位矢量（光波的偏振方向或电场的振动方向）和标量的乘积形式，基频光场可能有两种偏振方向，即，两种偏振方向可以是相互平行也可以是相互垂直，并有 (2.3.1-5) 基频波与产生的二次谐波耦合产生的极化场强度，辐射出基频光场满足的非线性极化耦合波方程。 (2.3.1-6) (2.3.1-7) (2.3.1-8) 如果介质对频率为的光波都是无耗的，即远离共振区，则都是实数。 进一步考虑极化率张量的完全对易对称性和时间反演对称性可以证明： (2.3.1-10) 二次谐波的耦合波方程组为: (2.3.1-11) (2.3.1-12) 2.3.2 二次谐波的小信号解
图1 倍频边界条件 1、小信号解 在小信号近似下，基频波复振幅不随光波传输距离改变， (2.3.2-1)并由边界条件，对二次谐波的耦合波方程(2.2.1-12)积分得： (2.3.2-2)二次谐波的光强为： (2.3.2-3)利用有效倍频系数(有效非线性光学系数) (2.3.2-4) 和函数定义， (2.3.2-5) 以及 (2.3.2-6)得到小信号近似下的二次谐波解 (2.3.2-7) 小信号近似下倍频效率： (2.3.2-8)倍频效率正比于基频光束功率密度，输出倍频光强是基频波光强的平方。同时由曼利——罗关系，在产生一个二次谐波光子的同时，要湮灭两个基频波光子。转换效率正比于倍频系数的平方，即与正比于有效极化率系数的平方。 2、二次谐波解的讨论 定义相位匹配带宽：由二次谐波光强最大值一半处的宽度，定义允许的相位失配量 (2.3.2-9)定义相干长度：如果相位失配量，使倍频光强单调增长的一段距离为相干长度 (2.3.2-10)由上面的讨论知，在小信号近似下，为获得高的倍频效率，首先应满足相位匹配条件，并且选用有效倍频系数大和较长的晶体，尽可能增强基频光的强度。 §2.3.3 二次谐波的大信号解（基频波存在损耗） 产生二次谐波的耦合波方程为 (2.3.3-1)讨论在相位匹配条件下，即，此时基频波和二次谐波的折射率相等，如果基频波存在损耗，
氧化锌避雷器的工作原理、优点、功能特性分析 高 岩 (中央广播电视塔动力部,北京 100036) 摘 要:氧化锌避雷器因具有齐全的防护功能,在特性上可保持长期稳定运行,且体积较小有利于手车柜的安装,故得到了广泛的应用。笔者细致深入的分析了氧化锌避雷的工作原理、优点、功能特性。希望通过本文使广大电力系统工作者对氧化锌避雷器有全面的,更深层次的理解。 关键词:氧化锌避雷器;原理;优点;功能特性 一、氧化锌避雷器工作原理 1.避雷器的作用 避雷器的作用是限制过电压以保护电气设备。避雷器就是在线路或设备上人为地制造绝缘薄弱点即间隙装置,间隙的击穿电压比线路或设备的雷电冲击绝缘水平低,在正常运行电压下间隙处于隔离绝缘状态,在过电压下间隙被击穿接地,放电降压起到保护线路或设备绝缘的作用。 2.氧化锌避雷器(阀型避雷器的第三代产品) 工作原理 图1 Z n0避雷器的伏安特性 氧化锌避雷器是世界公认的当代最先进防雷电器。其结构为将若干片Z nO 阀片压紧密封在避雷器瓷套内。Z nO 阀片具有非常优异的非线性特性,在较高电压下电阻很小很小,可以泄放大量雷电流,残压很低,在电网运行电压下电阻很大,泄漏电流只有50～150μA ,电流很小,可视为无工频续流,这就是可以做成无间隙氧化锌避雷器的原因,它对陡波和雷电幅值同样有限压作用,防雷保护功能完全是其突出优点。在我国先生产使用的正是无间隙氧化锌雷器,运行实践表明,它有损坏爆炸率高,使用寿命短等缺点。究其原因,暂态过电压承受能力差是其致命弱点。而串联间隙氧化锌避雷器仍有无间隙氧化锌避雷器的保护性能优点,同时有暂态过电压承受能力强的特点,是一种理想的扬长避短的产品, 结合我国国情可在3～35kV 系统串联间隙氧化锌避雷器。 氧化锌避雷器伏安特性如图1所示。 二、氧化锌避雷器的优点及功能特性1.氧化锌避雷器的优点 (1)具有完全的防雷功能,即对雷电陡波和雷电幅值同样有限压保护作用;(2)防雷保护作用不会造成电力网接地故障或相间短路故障;(3)防雷保护作用不应有短路电流或工频续流等工频能源浪费;(4)动作特性应具有长期运行稳定性,免受暂态过电压危害;(5)具有连续雷电冲击保护能力;(6)有较小的外形尺寸,小型化轻量化更便于室内手车柜使用;(7)具有20年以上使用寿命;(8)能附带脱离器监察运行工况,当其失效时自动退出运行。 2.氧化锌避雷器功能特性 (1)避雷器是过电压保护电器,氧化锌避雷器具有过电压防护功能 对于能量有限的过电压如雷电过电压和操作过电压,避雷器泄流能起限压保护作用。对能量是无限(有补充能源)的过电压,如暂态过电压(工频过电压和谐振过电压的总称),其频率或为工频或为工频的整数倍或分数倍,与工频电 源频率总有合拍的时候,如因某些原因而激发暂态过电压,工频电源能自动补充过电压能量,即使避雷器泄流过电压幅值不衰减或只弱衰减,暂态过电压如果进入避雷器保护动作区,势必长时间反复动作直至热崩溃,避雷器损坏爆炸,因此暂态过电压对避雷器有致命危害。如果已将全部暂态过电压限定在保护死区内不受其危害的避雷器,称之为暂态过电压承受能力强,反之称暂态过电压承受能力差。碳化硅避雷器暂态过电压承受能力强,但由于运行中动作特性稳定性 差,常因冲击放电电压(保护动作区起始电压)值下降,仍可能遭受暂态过电压危害。无间隙氧化锌避雷器因其拐点电压(可近似地把参考电压当作拐点电压)偏低,仅2.21～2.56Uxg (最大相电压),而有些暂态过电压最大值达2.5～3.5Uxg ,故有暂态过电压承受能差的缺点。对暂态过电压危害有效防护办法是加结构性能稳定的串联间隙,将全部暂态过 作者简介:高岩(1973-),男,北京人,中央广播电视塔动力部电力运行科,工程师。 中国电力教育2008年研究综述与技术论坛专刊
倍频现象的理论解释线性光学效应的特点：出射光强与入射光强成正比；不同频率的光波之间没有相互作用，没有相互作用包括不能交换能量；效应来源于介质中与作用光场成正比的线性极化。 非线性光学效应的特点：出射光强不与入射光强成正比（例如成平方或者三次方的关系）；不同频率光波之间存在相互作用，可以交换能量；效应来源于介质中与作用光场不成正比的非线性极化。 倍频效应是非线性的光学效应，当介质在光波电场的作用下时，会产生极化。设P是光场E在介质中产生的极化强度。 对于线性光学过程：P=ε0χE 对于非线性光学过程：P可以展开为E的幂级数： ε=ε0χ(1)E+ε0χ(2)E2+ε0χ(3)E3+...ε0χ(ε)Eε+… 其中：ε(1)=ε0χ(1)E，ε(2)=ε0χ(2)ε2，ε(3)=ε0χ(3)ε3，…，ε(ε)= ε0χ(ε)εε分别为线性以及2,3，…，n阶非线性极化强度。χ(ε)为n阶极化率。 正是这些非线性极化项的出现，导致了各种非线性光学效应的产生。而倍频效应，就是由其中的二阶极化强度ε(2)所导致产生的： ε??[εε?ε???? ?ε???? ]+c.c. 设光场是频率为ε、波矢为ε???? 的单色波，即：ε=1 2 ε0ε(2)ε2???[2εε?2ε???? ?ε???? ]+c.c. 则ε(2)=ε0χ(2)ε2中将出现项：1 4
该极化项的出现，可以看作介质中存在频率为2ε的振荡电偶极矩，它的辐射便可能产生频率为2ε的倍频光。 介质产生非线性极化：从微观上看，非线性是由原子、分子非谐性所造成的。物质受强光作用后，电子发生位移x，具有位能V(x)，对于无对称中心晶体，与电子位移+x和-x 相对应的位能并不相等，即：V(+X)≠V(-x)，因而位能函数V(x)应该包含奇次项： ε(ε)=1 2 εε02ε2+ 1 3 εεε3+? 相应的，电子与核之间的恢复力为： ε=??ε(ε) ?ε =?(εεε2ε+εεε2+?) 当D>0时，正位移(ε>0)引起的恢复力大于负位移(ε<0)引起的恢复力。如果作用在电子上的电场力是正的，则会引起一个相对较小的位移；反之，则会引起一个相对较大的位移。那么，电场正方向产生的极化强度就比电场反方向产生的极化强度小。这就使得非线性极化的产生。 有了非线性极化，那么，一个给定的强光波电场对应的极化波就是一个正峰值b比负峰值b’小的非线性极化波： 而根据傅里叶分析，任何一个非正弦的周期函数，都可以分解成角频率为ε、2ε、3ε、…的正弦波。所以强光波电场在介质中引起的非线性极化波，可以分解成为角频率为ε的基频极化波，角频率为2ε的二次谐频极化波，以及常值分量等成分。而其中角频率为2ε的二次谐波，就是倍频光。
变电站避雷器原理及参数 一、氧化锌避雷器的定义： 金属氧化锌避雷器（MOA）是一种过电压保护装置，它由封装在瓷套内的若干非线性电阻阀片串联组成。其阀片以氧化锌为主要原料，并配以其它金属氧化物，所以又称为氧化锌（Zno）避雷器。 二、氧化锌避雷器的工作原理： 在额定电压下，流过氧化锌避雷器阀片的电流仅为10-5A以下，相当于绝缘体。因此，它可以不用火花间隙来隔离工作电压与阀片。当作用在金属氧化锌避雷器上的电压超过定值（起动电压）时，阀片“导通”将大电流通过阀片泄入地中，此时其残压不会超过被保护设备的耐压，达到了保护目地。此后，当作用电压降到动作电压以下时，阀片自动终止“导通”状态，恢复绝缘状态，因此，整个过程不存在电弧燃烧与熄灭的问题。 三、结构： 一般220kV等级的氧化锌避雷器采用2串、110kV采用1串。氧化锌避雷器底部与底座绝缘*的是绝缘瓷套（有采用一个大瓷套或采用四各小瓷套）。氧化锌避雷器内部有一导线从底部引出至大地，当中串联一只泄漏电流表，以监视避雷器阀片绝缘情况。避雷器屏蔽线接于避雷器瓷套的最后一级裙边上，用一导线连接大地，作用是使瓷套表面电导电流不进入泄漏电流表，使泄漏电流表测量更加精确。 四、最常见异常分析及处理： 1、泄漏电流表为零。可能引起该现象的原因有：表计指示失灵；屏蔽线将电流表短接。处理方法为： （1）用手轻拍表计看是否卡死，无法恢复时，应添报缺单，修理或更换。 （2）用令克棒将屏蔽线与避雷器导电部分相碰之处挑开，既可恢复正常。 2、泄漏电流表指示偏大：根据历史数据进行分析，如发现表计打足，应判断避雷器有问题，应立即汇报调度，将避雷器退出运行，请检修检查。 3、避雷器瓷套管破裂放电。在工频情况下，避雷器的瓷套管用于保证避雷器必要的绝缘水平，如果瓷套管发生破裂放电，则将成为电力系统的事故隐患。此种情况，应及时停用、更换。
《继电保护原理》第二次作业答案 一、单项选择题。本大题共20个小题，每小题 2.0 分，共40.0分。在每小题给出的选项中，只有一项是符合题目要求的。 1.电磁型电流继电器的动作条件是( C ) A.M ≥M m?? dc B.M ≥M th????????? dc C.M ≥M m+ M th??????? dc? D.M ≥ M m?+2M th dc 2.电流继电器返回系数是指返回电流和动作电流的比值。为保证电流保护较高的 动作( C )，要求有较高的返回系数。 A.选择性 B.速动性 C.灵敏性 D.可靠性 3.电流保护进行灵敏度校验时选择的运行方式为系统( B )? A.最大运行方式 B.最小运行方式 C.正常运行方式 D.事故运行方式 4.灵敏度过低时，则在最不利于保护动作的运行方式下，可能使保( B )。 A.误动 B.拒动 C.速动性受影响 D.可靠性受影响 5.Y/ -11变压器后( D )相故障时, 三继电器方式动作灵敏度提高1倍。? A.BC B.ABC C.CA D.AB 6.电流速断保护定值不能保证( B )时，则电流速断保护要误动作，需要加装方 向元件。? A.速动性 B.选择性 C.灵敏性 D.可靠性
7.大电流接地系统单相接地短路时保护安装处的零序电流、电压之间的相位差由 其(?B?)零序阻抗角决定，与故障点位置无关。 A.线路的 B.背侧的 C.相邻变压器的 D.相邻线路的 8.一般零序过电流(零序III段)保护的动作时间( A )单相重合闸的非同期时间， 因此可以不考虑躲非全相运行时的最大零序电流。 A.大于 B.小于 C.等于 D.接近 9.在给方向阻抗继电器的电流、电压线圈接入电流电压时，一定要注意不要接错 极性，如果接错极性，会发生方向阻抗继电器(?C )的后果。 A.拒动 B.误动 C.正向故障拒动或反向故障误动 D.损坏 10.距离 III 段的灵敏度校验应按分支系数K fz 为最大的运行方式来确定，目的是为了保证保护的(?C?)。 A.速动性 B.选择性 C.灵敏性 D.可靠性 11.反应接地短路的阻抗继电器，如果U J =U A ，则 I J =(?C )。 A.I A B.I A -I C.I A -K3I D.3I 12.对于三段式距离保护，当线路故障且故障点位于保护 I 段范围内时，阻抗元件 的启动顺序是(?C?)。? A.Ⅰ段?Ⅱ段?Ⅲ段 B.Ⅲ段?Ⅱ段?Ⅰ段 C.Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段同时 D.任意顺序 13.对于双侧电源系统，由于故障时两侧电流的相位不同，如果故障点的短路电流 I d 超前流过保护的电流 I d1 ，则保护的(?C )。? A.测量阻抗减小
在理想的干净供电系统中，电流和电压都是正弦波的。在只含线性元件(电阻、电感及电容)的简单电路里，流过的电流与施加的电压成正比，流过的电流是正弦波。 在实际的供电系统中，由于有非线性负荷的存在，当电流流过与所加电压不呈线性关系的负荷时，就形成非正弦电流。任何周期性波形均可分解为一个基频正弦波加上许多谐波频率的正弦波。谐波频率是基频的整倍数，例如基频为50Hz，二次谐波为100Hz，三次谐波则为150Hz。因此畸变的电流波形可能有二次谐波、三次谐波……可能直到第三十次谐波组成。 有几个常见多发的问题是由谐波引起的：电压畸变、过零噪声、中性线过热、变压器过热、断路器的误动作等。 ①电压畸变：因为电源系统有内阻抗，所以谐波负荷电流将造成电压波形的谐波电压畸变(这是产生"平顶"波的根源)。此阻抗有两个组成部分：电源接口(PCC)以后的电气装置内部电缆线路的阻抗和PCC以前电源系统内的阻抗，用户处的供电变压器即是PC C的一例。 由非线性负荷引起的畸变负荷电流在电缆的阻抗上产生一个畸变的电压降。合成的畸变电压波形加到与此同一电路上所接的全部其他负荷上，引起谐波电流的流过，即使这些负荷是线性的负荷也是如此。 解决的办法是把产生谐波的负荷的供电线路和对谐波敏感的负荷的供电线路分开，线性负荷和非线性负荷从同一电源接口点开始由不同的电路馈电，使非线性负荷产生的畸变电压不会传导到线性负荷上去。 ②过零噪声：许多电子控制器要检测电压的过零点，以确定负荷的接通时刻。这样做是为了在电压过零时接通感性负荷不致产生瞬态过电压，从而可减少电磁干扰(EM I)和半导体开关器件上的电压冲击。当在电源上有高次谐波或瞬态过电压时，在过零处电压的变化率就很高且难于判定从而导致误动作。实际上在每个半波里可有多个过零点。 ③中性线过热：在中性点直接接地的三相四线式供电系统中，当负荷产生3N次谐波电流时，中性线上将流过各相3N次谐波电流的和。如当时三相负荷不平衡时，中性线上流经的电流会更大。最近研究实验发现中性线电流会可能大于任何一相的相电流。造成中性线导线发热过高，增加了线路损耗，甚至会烧断导线。 现行的解决措施是增大三相四线式供电系统中中性线的导线截面积，最低要求要使用与相线等截面的导线。国际电工委员会(IEC)曾提议中性线导线的截面应为相线导线截面的200%。 ④变压器温升过高：接线为Yyn的变压器，其二次侧负荷产生3N次谐波电流时，其中性线上除有三相负荷不平衡电流总和外，还将流过3N次谐波电流的代数和，并将谐波电流通过变压器一次侧流入电网。解决上述问题最简单的办法是采用Dyn接线的变压器，使负荷产生的谐波电流在变压器△形绕组中循环，而不致流入电网。 无论谐波电流流入电网与否，所有的谐波电流都会增加变压器的电能损耗，并增加了变压器的温升。 ⑤引起剩余电流断路器的误动作：剩余电流断路器(RCCB)是根据通过零序互感器的电流之和来动作的，如果电流之和大于额定的限值它就将脱扣切断电源。出现谐波时RCC B误动作有两个原因：第一，因为RCC B是一种机电器件，有时不能准确检测出高频分量的和，所以就会误跳闸。第二，由于有谐波电流的缘故，流过电路的电流会比计算所得或简单测得的值要大。大多数的便携式测量仪表并不能测出真实的电流均方根值而只是平均值，然后假设波形是纯正弦的，再乘一个校正系数而得出读数。在有谐波时，这样读出的结果可能比真实数值要低得多，而这就意味着脱扣器是被整定在一个十分低的数值上。 现在可以买到能检测电流均方根值的断路器，再加上真实的均方根值测量技术，校正脱扣器的整定值，便可保证供电的可靠性。
阀式避雷器的工作原理 阀式避雷器是一种能释放雷电或兼能释放电力系统操作过电压能量，保护电工设备免受瞬时过电压危害，又能截断续流，不致引起系统接地短路的电器装置。 避雷器通常接于带电导线和地之间，与被保护设备并联。当过电压值达到规定的动作电压时,避雷器立即动作,流过电荷，限制过电压幅值，保护设备绝缘；当电压值正常后，避雷器又迅速恢复原状，以保证系统正常供电。 1正常情况下，导线与地绝缘 2当Uo>U 时，避雷器击穿动作，雷电流经火花间隙阀片电阻泄入大地，此时电流大，电阻小，残压较低，保护了电气设备3过电压消失后，工频电流流入，此时电流小，电阻大，将电流限制在80A 以下，当电流过零时，将电弧熄灭，使系统恢复绝缘。 阀式避雷器：碳化硅阀式避雷器、金属氧化物避雷器(又称氧化锌避雷器) 1、碳化硅阀式避雷器 间隙 变压器 避雷器 瓷瓶外壳 可变电阻 其基本工作元件是叠装于密封瓷套内的火花间隙和碳化硅阀片（电压等级高的避雷器产品具有多节瓷套）。 火花间隙的主要作用是平时将阀片与带电导体隔离，在过电压时放电和切断电源供给的续流。碳化硅避雷器的火花间隙由许多间隙串联组成，放电分散性小，伏秒特性平坦，灭弧性能好。 碳化硅阀片是以电工碳化硅为主体，与结合剂混合后，经压形、烧结而成的非线性电阻体，呈圆饼状。碳化硅阀片的主要作用是吸收过电压能量，利用其电阻的非线性（高电压大电流下电阻值大幅度下降）限制放电电流通过自身的压降（称残压）和限制续流幅值，与火花间隙协同作用熄灭续流电弧。 碳化硅避雷器按结构不同，又分为普通阀式和磁吹阀式两类。后者利用磁场驱动电弧来提高灭弧性能，从而具有更好的保护性能。 碳化硅避雷器保护性能好，广泛用于交、直流系统，保护发电、变电设备的绝缘。
谐波制动系数是指二次（或五次）谐波电流与基波（工频）电流的比值，比值超过设定值（谐波制动系数）就闭锁差动保护 差动保护由于要考虑各种因素产生的不平衡电流，故灵敏度受到一定的影响。而不平衡电流的大小与外部短路时的穿越电流有关，穿越电流越大，不平衡电流也越大。所以在差动保护中引入一个能够反映穿越电流大小的制动电流，使保护的动作电流随着制动电流的增大而增大，从而具有了制动特性。而制动系数是动作电流与制动电流的比值 现在的差动保护多数采用比率制动特性，制动电流具体大小有不同的取值方法，并且发电机、变压器和线路差动保护的制动电流的选取方法均有不同的考虑 穿越电流是指从电气元件的一侧流入再从另一侧流出的电流。 个人意见制动系数K=△Id/△Ir，是动作电流变化量与制动电流变化量的比值 制动电流=主变各侧电流有效值的和 每个不同的厂家都有自己的定义,二次谐波电流与动作电流的比值为二次谐波制动系数 一般取0.15 没有小于0.15的，也没有大于0.20的，一般后者居多 用户可以在0.15~0.25间先做5次空载合闸试验……或用谐波分析仪确定主变压器的励磁涌流中二次谐波含量比，并作为二次谐波制动比定值的整定依据 一般取0.15~0.20之间！如果小于0.15那有可能会造成保护拒动，大于0.20可能会误动新投变压器可以在0.20做5次空载合闸试验，如误动则进行调整到0.18，最低不要低于0.15。做空载试验来测量，是最好的办法 谐波制动系数取小些，则变压器空充时（或外部故障切除后电压重建时）能更好地正确闭锁差动保护。但是当内部故障时，故障瞬间电流含有多次谐波分量（包括二
次谐波），较小的谐波制动系数会延迟差动保护的动作时间。 反之正相反，若取较大的谐波制动系数，在内部故障时差动保护动作较迅速，但空载充电（或外部故障切除后电压重建时）差动保护较易误动。 说白了，就是保护灵敏性和可靠性的矛盾。 通常可取0.15。 在用测试仪测试时可能谐波制动系数误差偏大，我遇到过，后来经过分析发现部分测试仪的百分比是二次谐波与全电量的比值，和保护装置二次谐波与基波的比不同当制动电流变大时，要抬高制动系数一个主要目的就是防止CT饱和。 制动电流大，制动效应增强是正确的制动逻辑，有些自适应的意思。 传统的电磁式差动继电器的制动曲线是类似指数曲线形式的，就有着很明显的这种自适应效应。微机保护方程化特性后，近似用了多段制动来模拟。一般高制动段的起始制动电流整定的较高，防止了很大的穿越性故障电流时的保护误动。而在很大的穿越性电流下，差动回路不平衡电流的一个重要的可能来源就是CT饱和。 差动保护中，CT的铁心饱和特性，铁心的不平衡电流随着电流的增大而增大，所以，为了保护正确动作和提高差动的灵敏度，就需要制动量随着电流的增大逐步增大，这个也可以算是一个自适应保护了 制动电流大，制动效应增强是正确的制动逻辑，有些自适应的意思 装置的‘二次谐波制动系数’固定取为0.15，‘比率差动制动系数’固定取为0.5，‘零差比率制动系数’固定取为0.5。 比例系数是为了抗区外故障TA饱和母线区外故障，可能会引起TA饱和，这时差流较大，设置制动量，提高动作门槛，防止误动 在母差保护中，CT很多，型号、特性不尽相同，在正常运行和外部故障时，不平衡
二次谐波的应用 二次谐波成像是近年发展起来的一种三维光学成像技术，具有非线性光学成像所特有的高空间分辨率和高成像深度，可避免双光子荧光成像中的荧光漂白效应。 此外二次谐波信号对组织的结构对称性变化高度敏感，因此二次谐波成像对于某些疾病的早期诊断或术后治疗监测具有很好的生物医学应用前景. 二次谐波英文名称：second harmonic component 定义：将非正弦周期信号按傅里叶级数展开，频率为原信号频率两倍的正弦分量。 SHG的一个必要条件是需要没要反演对称的介质其次是必须满足相位匹配，传播中的倍频光波和不断昌盛的倍频极化波保持了相位的一致性. 谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，从而产生谐波。 ＳＨＧ实验装置ＳＨＧ实验装置按二次谐波信号收集方式可分为前向和后向，图２为前向和后向二次谐波产生的实验装置示意图．以图２（ａ）为例：由激光器产生的角频率为的入射基频光，经过物镜聚焦到样品上，产生频率为２的二次谐波，由另一个高数值孔径的物镜收集，滤光片（一般为窄带滤光片）滤掉激发光和可能产生的荧光和其他背景光，再用探测器件（如ＰＭＴ）和计算机系统进行信号的采集、存储、分析和显示．要实现二次谐波微成像需要对以下因素进行最优化考虑：超短脉冲激光、高数值孑Ｌ径的显微物镜、高灵敏度的非解扫面探测器、准相位匹配和具有高二阶非线性的样品Ｊ．激光器：掺Ｔｉ蓝宝石飞秒激光器因具有高重复频率（８０ＭＨｚ）和高峰值功率，单脉冲能量低且町在整个近红外区（７００～１０００ｎｍ）内连续调谐，所以是二次谐波显微成像的理想光源．激光的重复频率对ＳＨＧ也有影响，如果提高激发光的重复频率，激发光的平均功率可相应提高，二次谐波信号也得到增强．物镜：一般情况下，二次谐波主要非轴向发射，即信号收集时必须有一个足够大的数值孑Ｌ径来有效接收整个二次谐波信号．滤光片：为保证所收集的信号为二次谐波信号，必须使用滤光片．一般采用一长波滤光片和窄带滤光片（带宽１０ｎｍ）组合以过滤任何干扰信号．信号收集系统：为尽晕减少二次谐波信号在系统中的损失，提高系统的探测灵敏度，最好采用非解扫（ｎｏｎ．ｄｅｓｃａｎｎｅｄ）的信号．信号收集系统中的主要部件是ＰＭＴ探测器．首先，为收集整个二次谐波信号，需要探测器的接收面足够宽．其次，对于由可调谐Ｔｉ：蓝宝石飞秒激光器，要接收的二次谐波信号处于３５０～５００ｎｍ波段，故可采用双碱阴极光电倍增管．由于激发光波长离探测器的响应区很远，故可有效探Ｎ－－次谐波信号．除了使用不同的滤光片外，二次谐波显微成像和双光子激发荧光显微成像在系统结构上是完全兼容的．已有人成功地将激光扫描共聚焦显微镜改造成双光子系统９，同样，也可以方便的用改造后的系统进行两者的复合成像 二次谐波显微成像技术的发展及其在生物医学中的应用. 细胞膜电压的测量对理解细胞信号传递过程有重要作用. 使用合适的膜染剂进行标记, 通过对染剂分子的二次谐波显微成像, 信号强度变化便能反映膜电压的大小. 近年来, 二次谐波显微成像的一个主要领域, 就是发展具有高时空分辨率及高灵敏度的活细胞中横跨膜电压的光学测量方法. ＳＨＧ成像用于膜电压测量细胞膜电压的测量对理解细胞信号传递过程有重要作用．使用合适的膜染剂进行标记，通过对染剂分子的二次谐波显微成像，信号强度变化便能反映膜电压的大小．近年来，二次谐波显微成像的一个主要领域，就是发展具有高时空分辨率及高灵敏度的活细胞中横跨膜电压的光学测量方法．１９９３年，ＯＢｏｕｅｖｉｔｃｈ等人¨证明，所加电场可强烈地调制ＳＨＧ强度．１９９９年，ＰＪＣａｍｐａｇｎｏ！ａ等人则证明了ＳＨＧ信号随膜电压变化．实验结果表明，激发波长为
应用ADS设计混频器 1．概述 图1为一微带平衡混频器，其功率混合电路采用3dB分支线定向耦合器，在各端口匹配的条件下，1、2为隔离臂，1到3、4端口以及从2到3、4端口都是功率平分而相位差90°。 图1 设射频信号和本振分别从隔离臂1、2端口加入时，初相位都是0°，考虑到传输相同的路径不影响相对相位关系。通过定向耦合器，加到D1，D2上的信号和本振电压分别为： D1上电压 1-1 1-2 D2上电压 1-3 1-4 可见，信号和本振都分别以相位差分配到两只二极管上，故这类混频器称为 型平衡混频器。由一般混频电流的计算公式，并考虑到射频电压和本振电压的相位差，可以得到D1中混频电流为：
同样，D2式中的混频器的电流为： 当时，利用的关系，可以求出中频电流为： 主要的技术指标有： 1、噪音系数和等效相位噪音(单边带噪音系数、双边带噪音系数； 2、变频增益，中频输出和射频输入的比较； 3、动态范围，这是指混频器正常工作时的微波输入功率范围； 4、双频三阶交调与线性度； 5、工作频率； 6、隔离度； 7、本振功率与工作点。 设计目标：射频：3.6 GHz，本振：3.8 GHz，噪音：<15。 2.具体设计过程 2.1创建一个新项目 ◇ 启动ADS ◇ 选择Main windows
◇ 菜单－File－New Project，然后按照提示选择项目保存的路径和输入文件名 ◇ 点击“ok”这样就创建了一个新项目。 ◇ 点击，新建一个电路原理图窗口，开始设计混频器。 2.2 3dB定向耦合器设计 ◇ 里面选择类“Tlines-Microstrip”
◇选择，并双击编辑其中的属性，，这是微带线基板的参数设置，其中的各项的物理含义，可以参考ADS的帮助文档。 ◇选择，这是一个微带传输线，选择，这是一个三叉口。 ◇按照下图设计好电路图 图2 3dB耦合器 其中50 ohm传输线的线宽w＝0.98mm，四分之一波长长度为10.46mm，35ohm传输线的线宽为w＝1.67mm，四分之一波长长度为10.2mm。MTEE是三端口器件，有三个参数W1，W2，W3具体是有定义的，可以此参考ADS帮助文档。 ◇选择类“Simulation－S_Param”并把仿真器和“Term”拉出来放好。
避雷器 避雷器是普遍采用的入侵波保护装置，也是应用最广泛的过电压限制器，它实质是过电压能量的吸收器。它与被保护设备并联运行，当作用电压超过-一定幅值后避雷器总是先动作，通过它自身泄放掉大量的能量，限制过电压，保护电气设备。 避雷器放电后，避雷器两端的过电压消失，系统正常运行电压又继续作用在避雷器两端，在这一正常运行电压作用下，处于导通状态的避雷器中继续流过工频接地电流，该电流称为工频电流，它以电弧放电的形式出现。工频续流的存在一方面使相导线对地的短路状态继续维持，系统无法恢复正常运行。 作为过电压保护装置，当电网电压升高达到避雷器规定的动作电压时，避雷器动作，释放电压负荷，将电网电压升高的幅值限制在- 定水平之下，从而保护设备绝缘所能承受的水平，现代避雷器除了限制雷电过电压外，还能限制-部分操作过电压，因此称之为过电压限制器是更为确切的。 避雷器工作原理避雷器设置在与被保护设备对地并联的位置，如图所示，各种避雷器均有一个共同的特性，即在高电压作用下呈现低阻状态，而在低电压作用下呈现高阻状态。在发生雷击时，当雷电波过电压沿线路传输到避雷器安装点后，由于这时作用于避雷器上的电压很高，避雷器将动作，并呈低阻状态，从而限制过电压，同时将过电压引起的大电流泄放入地，使与之并联的设备免遭过电压的损害。 在雷电侵入波消失后，线路又恢复了常传输的工频电压，这一工频电压相对雷电侵入波过电压来说是低的，于是避雷器将转变为高阻状态，接近于开路，此
时避雷器的存在将不会对线路上正常工频电压的传输产生响应。 保护间隙结构及工作原理保护间隙：由两个电极组成。当雷波浸入时，间隙首先击穿，工作母线接地，从而避免被保护设备上的电压升高，从而保护设备。过电压消失后，间隙中仍存在工频连续电流。由于间隙灭弧能力差，经常不能自动灭弧，导致断路器跳闸，这是保护间隙的主要缺陷。因此，该间隙可用于自动重合闸。 保护间隙结构及工作原理结构及工作原理：常用的角形保护间隙如下图所示。它由主间隙1和辅助间隙2串联而成。 主间隙的两个电极做成角形。正常运行时，间隙与地面绝缘。当受到雷电过电压时，间隙击穿，工作回路接地，从而保护与间隙并联的电气设备辅助间隙的设置是为了防止主间隙被异物（如鸟）短路，从而避免整个保护间隙误动作。 主间隙做成羊角形，主要是在自身电磁力和热风流的作用下，使工频连续电流电弧向上拉长，容易熄灭。
二次谐波制动比率差动的原理 摘要：对国内几起微机型主变差动保护误动原因分析，对新建变电站、运行中变电站、改造变电站主变差动保护误动原因，提出了防范措施。 关键词：差动保护；误动；暂态特性；线路纵差保护 电力系统中，主变是承接电能输送主要设备，作为主设备主保护微机型纵联差动（简称纵差或差动）保护，不断改进，还存“原因不明”误动作情况，这将造成主变非正常停运，影响大面积区供电，是造成系统振荡，对电力系统供电稳定运行是很不利。对新建变电站、运行中变电站、改造变电站主变差动保护误动原因进行分析，并提出了防止主变差动误动对策。 1主变差动保护 主变差动保护一般包括：差动速断保护、比率差动保护、二次(五次)谐波制动比率差动保护，哪种保护功能差动保护，其差动电流都是主变各侧电流向量和到，主变正常运行保护区外部故障时，该差动电流近似为零，当出现保护区内故障时，该差动电流增大。现以双绕组变压器为例进行说明。 1.1比率差动保护动作特性 比率差动保护动作特性见图1。当变压器轻微故障时，例如匝间短路圈数很少时，不带制动量，使保护变压器轻微故障时具有较高灵敏度。而较严重区外故障时，有较大制动量，提高保护可靠性。 二次谐波制动主要区别是故障电流励磁涌流，主变空载投运时会产生比较大励磁涌流，并伴随有二次谐波分量，使主变不误动，采用谐波制动原理。判断二次谐波分量，是否达到设定值来确定是主变故障主变空载投运，决定比率差动保护是否动作。二次谐波制动比一般取0.12～0.18。有些大型变压器，增加保护可靠性，也有采用五次谐波制动原理。 1.2差动速断作用 差动速断是较严重区内故障情况下，快速跳开变压器各侧断路器，切除故障点。差动速断定值是按躲过变压器励磁涌流，和最大运行方式下穿越性故障引起不平衡电流，两者中较大者。定值一般取(4～14)Ie。 2主变差动保护误动作原因分析 主变差动保护误动作可能性大小，大致分为新建变电站、运行中变电站、改造变电站三个方面进行说明，这种分类方法并绝对相互区别，便于分析问题时优先考虑现实问题。 2.1新建变电站主变差动保护误动作原因分析
1.什么是二次谐波？ 答：谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，从而产生谐波。谐波频率是基波频率的整倍数，根据法国数学家傅立叶(M．Fourier)分析原理证明，任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。谐波是正弦波，每个谐波都具有不同的频率，幅度与相角。谐波可以I区分为偶次与奇次性，第3、5、7次编号的为奇次谐波，而2、1 4，6、8等为偶次谐波，如基波为50Hz时，2次谐波为lOOHz，3次谐波则是150Hz。 2.谐波是怎样分类的？ 谐波主要根据频率和相序特性进行分类。 1. 根据频率分类 2次谐波（100Hz）、3次谐波（150Hz）。非工频整数倍的谐波称为间谐波。 2. 根据相序旋转作用分类 根据相序旋转作用可负序谐波、零序谐波、正序谐波三种。分别对应2、3、4次谐波，并依次类推分别对应5、6、7次谐波，8、 9、10次谐波……。其中正序谐波包括基波频率，为正向旋转。 负序谐波为逆向旋转，产生的磁场抵消基波产生的磁场。零序谐波不旋转，但会叠加到三相四线制系统中的中性线上。在三相四线制系统中，一些谐波能够相互抵消，另一些却会相互叠加，致使谐波被放大。 理想情况下，电网电压和电流波形为频率为50Hz（有些国家为60Hz）的正弦波。但是现实情况并非如此，电压和电流波形不是完美的正弦波，这被称为“畸变”。利用傅立叶分析法，这个畸
变的波形可以分解为一系列不同频率的正弦波的叠加，其中序数为1的是我们需要的50Hz（或60Hz）的基波，其余的分量的频率是基波频率的整数倍，这些频率的电能是我们不希望看到的，被称为谐波。 二次谐波就是电网中存在的频率为100Hz（50Hz的2倍）。一般是由冶炼金属的电弧炉产生的。二次谐波的治理是比较复杂的
集训试卷二 姓名单位得分 题号一二三四五六 分数30 10 24 12 8 16 得分 注意事项：1、答卷必须用蓝色或黑色钢笔、圆珠笔，不许用铅笔或红笔。 2、本份试卷共6道大题，满分100分，考试时间120分钟。 评卷人得分 一、选择题（每题1分，共30分包含单选、多选） 1、下列关于电力系统振荡和短路的描述哪些是不正确的：（） A．短路时电流、电压值是突变的，而系统振荡时系统各点电压和电流值均作往复性 摆动； B．振荡时系统任何一点电流和电压之间的相位角都随着功角δ的变化而变化； C．系统振荡时，将对以测量电流为原理的保护形成影响，如：电流速断保护、电流 纵联差动保护等。 D．短路时电压与电流的相位角是基本不变的。 2、微机保护一般都记忆故障前的电压，其主要目的是（）。 A．事故后分析故障前潮流 B．保证方向元件的方向性 C．录波功能的需要 D．微机保护录波功能的需要 3、继电保护装置中采用正序电压做极化电压有以下优点( )。 A.故障后各相正序电压的相位与故障前的相位基本不变，与故障类型无关， 易取得稳定的动作特性； B.除了出口三相短路以外，正序电压幅值不为零，死区较小； C.可改善保护的选相性能； D.可提高保护动作时间。 A． 4、线路发生两相短路时短路点处正序电压与负序电压的关系为（）。 A．UK1＞UK2 B．UK1＝UK2 C．UK1＜UK2 5、负序电流整定往往用模拟单相接地短路的方法，因为单相接地短路时负序电流分量为短 路电流的（） A．3倍 B．2倍
C．1/3倍 6、输电线路BC两相金属性短路时，短路电流IBC（）。 A.滞后于C相间电压一线路阻抗角 B.滞后于B相电压一线路阻抗角； C.滞后于BC相间电压一线路阻抗角 D.滞后于A相电压一线路阻抗角； 7、在大电流接地系统中发生接地短路时，保护安装点的3U0和3I0之间的相位角取决于( ) A.该点到故障点的线路零序阻抗角； B.该点正方向到零序网络中性点之间的零序阻抗角； C.该点背后到零序网络中性点之间的零序阻抗角； 8、系统故障时电流互感器磁路的饱和一般（）发生。 A.立即； B.3~5ms后； C.半个周波后； D.一个周波后； 9、双侧电源的输电线路发生不对称故障时，短路电流中各序分量受两侧电势相差影响的是 ( C ) A．零序分量B．负序分量C．正序分量 10、如下图门电路为（）电路 A.延时动作瞬时返回 B.瞬时动作延时返回 C.延时动作延时返回 Usr Usc 0/T 11、双侧电源线路上发生经过渡电阻接地,流过保护装置电流与流过过渡电阻电流的相位 （） A.同相 B.不同相 C.不定 12、由开关场至控制室的二次电缆采用屏蔽电缆且要求屏蔽层两端接地是为了降低（）。 A.开关场的空间电磁场在电缆芯线上产生感应，对静态型保护装置造成干扰 B.相邻电缆中信号产生的电磁场在电缆芯线上产生感应，对静态型保护装置造成干扰 C.本电缆中信号产生的电磁场在相邻电缆的芯线上产生感应，对静态型保护装置造成 干扰 D.由于开关场与控制室的地电位不同，在电缆中产生干扰 13、对于高频闭锁式保护，如果由于某种原因使高频通道不通，则（）。 A．区内故障时能够正确动作 B.功率倒向时可能误动作 C.区外故障时可能误动 作 D.区内故障时可能拒动 14、若取相电压基准值为额定相电压，则功率标么值等于（） A．线电压标么值B．线电压标么值的3倍C．电流标么值D．电流标么值的3倍。 15、在继电保护中，通常用电抗变压器或中间小TA将电流转换成与之成正比的电压信号。 两者的特点是（）。 A．电抗变压器具有隔直（即滤去直流）作用，对高次谐波有放大作用，小TA则不然B．小TA具有隔直作用，对高次谐波有放大作用，电抗变压器则不然 C．小TA没有隔直作用，对高次谐波有放大作用，电抗变压器则不然 16、一台发信功率为10W、额定阻抗为75Ω的收发信机，当其向输入阻抗为100Ω的通道发信时，通道上接受的功率（）。
常用的混频器结构主要有两种：（１）基波混频，本振信号频率等于射频信号频率，一般用于射频载波信号频率较低的情况；（2）分谐波混频，射频信号的频率是本振信号的偶数倍，一般用于射频载波信号频率较高的情况（常用于X 波段及其以上频段混频器设计）。 我们的设计目标是L波段零中频直接变频混频器。拟采用的两种方案如下： （一）基波混频 若是采用基波混频方案，即采用本振输出的基波信号直接与射频信号进行混频。其优势在于：（1）射频信号载波频率较低，用于产生本振信号的VCO及锁相环、鉴相器的实现设计难度较低；（2）从已有的公司产品和公开发表的文献可知，该方案技术发展比较成熟，可参考的设计拓扑结构多。 在零中频接收结构中，基波混频存在一些缺点：（1）本振泄漏；（2）直流偏移；（3）若是采用平衡混频结构，对带内杂波抑制不好，其输出高次杂波可能正好处在输出频率的边带上而无法通过输出滤波器滤掉，这会对接收机的性能产生较大的影响。 为了克服由于本振泄露引起的直流偏移对接收机性能的影响，直接变频接收的本振方案往往采用二分频或二倍频结构实现本振与射频的偏差，从而消除直流偏移产生的途径。这种方案框图如下图1所示。 （二）分谐波混频 分谐波混频法主要是利用本振的n（2，4，6。。。）次谐波来跟RF信号混频，然后通过输出滤波器选出所需的信号。因此，这种混频方法的主要优点是：（1）可以降低本振频率至所需频率的1/2，1/4等，本振的调谐范围窄，简化了本振的设计难度。 （2）这种混频方法产生的高阶混频产物少，电平低，这对混频器的输出些杂波的抑制有好处。 （3）采用谐波混频法，将本振频率降低一半，甚至更低，则可通过提高杂波阶数，降低其幅度，从而有效抑制了带内杂波。 （4）一般低频谐波混频器本振信号频率选为射频信号频率的一半，混频器使用本振信号的二次谐波与输入射频信号进行混频。由本振泄漏引起的自混频将