微机保护自学指导书

微型机继电保护基础自学指导书

(56学时)

一、课程性质和任务

本课程是高等职业学校继电保护专业的一门重要专业课。其任务是：随着网络技术的发展，使学生掌握发电厂、变电站电气运行所必需的微机保护工作原理和相关知识技能，为今后从事发电厂及变电站继电保护和检修工作打下基础。

二、课程教学目标

(一) 知识教学目标

1. 掌握微机保护装置的硬件结构和各种程序框图原理，理解微机保护装置的数据采集系统、开关量输入输出回路等内容。

2. 熟悉连续和离散时间系统的频率特性和响应及各类数字滤波器的表达式、型式选择。

3. 了解微机(数字)型继电保护的各种算法。

4. 掌握提高微机保护可靠性的措施。

5. 熟悉微机保护程序流程。

(二) 能力培养目标

1. 了解微机保护在电力系统中的重要作用。

2. 掌握阅读常用微机保护工作原理图的方法。

3. 利用学过的专业知识，培养学生数学推理和运用技术的能力。

4. 通过综合练习和小组讨论，培养学生逻辑设计和自我管理的能力。

(三) 思想教育目标

1. 树立电力生产安全第一的思想和一切服从系统的大局观念。

2. 具有严谨、细致的工作作风和创新精神，提高分析问题和解决问题的能力。

三、教学内容和要求

项目一 微机继电保护总论

1. 知道微机保护的发展过程 2. 掌握微机保护的特点

3. 了解微机保护的应用概括及其发展趋势

课后作业：微机继电保护装置有哪些特点？

项目二 微机保护装置硬件构成的基本原理

任务一 概述

1. 能看懂微机保护的硬件组成框图

2. 知道微机保护硬件构成部分及其作用

课后作业：1. 微机保护的硬件由哪几部分组成？各包含什么内容？

2. 对照微机保护硬件构成框图说明各组成部分的作用。

任务二 数据采集系统

1. 知道利用电抗变换器和电流变换器形成电压回路的原理和优缺点

2. 了解共模干扰和差模干扰的区别

3. 掌握采样保持电路作用、原理与要求

4. 会进行采样频率的选择和模拟低通滤波器的应用

5. 明白模拟量多路转换开关的编码原理和类型

6. 掌握模数转换方法和对溢出现象的处理方法

7. 熟悉VFC型数据采集系统的工作原理和特点

课后作业：1. 试比较电抗变换器和电流变换器的优缺点。

2. 采样保持电路里阻抗变换器Ⅰ、Ⅱ各起什么作用？高质量的采样保持电路应满足什么要求？

3. 什么是频率混叠？如何避免发生频率混叠？

4. 写出二分搜索法的搜索过程。

5. 试画出数据采集系统采用循环寄存方式和变址寻址方式两种查询数据方式的控制流程图。

6. 电压频率变换器VFC如何实现数据采集功能？它有什么特点？

任务三 开关量输入及输出电路

1. 知道光电耦合器的作用、类型和工作方式

2. 能说出开关量输入（DI）回路里两种接点状态的输入方式的区别和用途

3. 会分析装置正常、设备异常、系统短路、出口回路自检几种典型状态下DO的动作情况

课后作业：1. 对微机保护装置的开关量输入，装在面板上的接点和从装置外部经过端子排引入装置的接点有何不同？

2. 装置开关量输出回路中设置反相器和与非门，而不是将发光二极管直接同并行口相连的原因是什么？

任务四 DSP技术的应用

1. 知道DSP的主要特点

2. 明白DSP内部结构和主要部件的功能

课后作业：1. 什么叫哈佛结构？为什么DSP处理数据速度很快？

2. DSP技术有哪些特点？

任务五 网络化硬件电路和硬件技术的展望

1. 知道设计标准化插件模块的优点

2. 了解CAN总线的特点和传输信息的方式

3. 能说出微机保护采用的通用硬件平台满足的要求

课后作业：1. 什么是非破坏性总线仲裁技术？

2. 网络化硬件模块结构有什么优点？

项目三 数字信号处理的基础知识

任务六 连续时间系统的频率特性和冲击响应

1. 知道系统的基本知识和定义

2. 掌握连续时间系统频率特性与冲击响应的定义式、物理意义和两者间的关系

3. 会用卷积的图解法求解输出函数

4. 熟悉周期性时间函数的傅氏变换和傅氏级数

课后作业：1. 线性系统、时不变系统、因果系统、稳定系统是如何定义的？其表达式是什么？

2. 写出时域卷积定理和频域卷积定理的内容和变换式子。

3. 写出直流量、复指数信号、正弦、余弦信号、周期为T的任意周期函数)(tfT、一串等间隔冲击函数的傅氏变换。

任务七 离散时间信号的频谱

1. 会写离散信号的傅氏变换式

2. 能由连续时域的采样信号推导出)(fX与)(*fX之间的关系

3. 知道利用采样定理使)(*fX中包含的)(fX不失真

课后作业：写出离散时间信号和采用信号的傅氏变换或频谱的定义式。

任务八 Z变换、离散系统的单位冲击响应和频率特性 1. 知道傅氏变换、拉氏变换和Z变换之间的关系

2. 熟悉S平面和Z平面的映射关系

3. 会求离散系统的单位冲击响应和频率特性

课后作业：分别用输入、输出函数表示离散信号的单位冲击响应和频率特性

项目四 数字滤波器

任务九 非递归型数字滤波器

1. 了解非递归型数字滤波器的实现原理

2. 知道设计滤波器时应满足的条件

3. 会分析正弦和余弦型50Hz带通滤波器的滤波效果

4. 明白出现吉波斯现象的原因和选取时窗函数时的考虑因素

5. 掌握差分滤波器和积分滤波器的原理与滤波效果

课后作业：1. FIR滤波器的实现原理是什么？

2. 什么叫设计样本？设计非递归型数字滤波器应注意哪两个问题？

3. 写出差分滤波器和积分滤波器的频率特性表达式，并说明其滤波效果。

任务十 递归型数字滤波器

1. 了解递归型数字滤波器的实现原理

2. 掌握递归型数字滤波器的设计方法和步骤

课后作业：1. IIR滤波器的实现原理是什么？

2. 试画出递归型数字滤波器的设计步骤框图。

任务十一 零、极点法设计数字滤波器

1. 知道零、极点对频率特性的影响

2. 希望滤除或突出某频率分量时，会用零点设计法或极点设计法求解数字滤波器的传递函数

课后作业：设3/5STms（即N=12）,用零点设计法设计出能同时滤除2次和3次谐波分量的数字滤波器传递函数

任务十二 数字滤波器型式的选择

项目五 微机继电保护算法 任务十三 概述

1. 知道算法的定义和目标

2. 掌握分析和评价各种不同算法优劣的标准

任务十四 假定输入为正弦量的算法

1. 掌握两点乘积算法、导数法、半周积分算法计算电流、电压有效值和幅角的原理与公式

2. 会对算法中采用的近似计算产生的误差进行分析

课后作业：1. 工程上常用的通过采样值求瞬时值、微分值和积分值的方法是什么？

2. 为什么说导数法在原理上就存在计算误差？

任务十五 突变量电流算法

1. 了解突变量电流算法原理

2. 会分析频率变化对突变量电流的影响

课后作业：1. 短路电流课分解为哪两个状态电流？

2. 为了补偿电网频率变化引起的不平衡电流，应采取什么什么方法计算突变量电流？

任务十六 选相方法

1. 会对各种故障类型的特征进行分析

2. 掌握突变量电流选相原理和故障相判别程序流程

3. 会画单相接地短路和两相接地短路时的负荷序网图和电流相量图

4. 掌握对称分量选相方法原理和流程图

课后作业： 分别画出突变量电流选相方法和对称分量选相方法的故障相判别流程图。

任务十七 傅里叶级数算法

1. 能说出傅里叶级数算法的基本原理

2. 会对傅氏算法的滤波特性进行分析

3. 会比较傅氏算法、两点乘积法和导数法的优缺点

课后作业： 1. 傅氏算法的基本原理如何用公式表示？

2. 什么叫互相关？它与卷积有什么联系？

3. 傅氏算法可以滤掉哪些电流分量？

任务十八 R－L模型算法 1. 知道R－L模型算法的基本原理

2. 能在频域对算法作初步分析后，找出其突出的优点

3. 能找出R－L模型算法与导数法的不同点

4. 会对算法稳定性进行分析和评价

课后作业： 1. R－L模型算法的两个突出优点是什么？

2. 如何提高R－L模型算法的稳定性？

任务十九 故障分量阻抗继电器

1. 会分析短路附加状态，说出故障分量阻抗继电器的工作原理与动作方程

2. 掌握故障点K在保护范围内、保护范围外及反方向时工作电压和故障电压的变化情况，并能画出相应的电压分布图

3. 能对正方向和反方向短路时的动作特性进行分析

课后作业：1. 故障分量阻抗继电器的动作方程是什么？

2. 写出正方向和反方向短路时其幅值比较动作方程是什么？画出其对应的动作特性，并标出圆心和半径。

任务二十 算法的动态特性和算法的选择

1. 知道算法动态特性的概念，以及研究算法动态特性的必要性

2. 熟悉实现单调动态特性的方法

3. 会比较各种算法的特点，进行算法的选择

课后作业： 1. 什么是算法的动态特性？

2. 如何实现单调的动态特性？

项目六 WXB-11型线路保护装置

任务二十一 程序流程的基本结构

1. 知道实时系统、中断源和中断优先级的概念

2. 了解程序流程的三种基本结构

3. 熟悉顺序结构、切换结构和混合结构中采样间隔时间应满足的条件

课后作业： 1. 一个好的微机保护软件程序应具备哪些特点？

2. 一般情况下，级别最高的中断源应如何选择？

3. 顺序法、切换法和混合法中采样间隔时间ST的选取应如何考虑？

任务二十二 WXB-11型线路保护

1. 能说出WXB-11型保护装置硬件结构框图