电器智能化重点.doc

电器智能化题型：填空、名词解释、简答、论述设计题 第一章1电气智能化定义：是传统电器技术、现代传感器技术、微机控制技术、现代电子技术、电力电子技术、数字通信技术及其网络技术等多门学科交叉和融合的结果。2. 电器智能化作用：用于完成电路检测，并根据不同的运行状态和要求，实现电路接通和分断操作的设备，主要用于电力的传输与分配、电力系统继电保护、工业及民用电设备供电、保护及控制场合。3. 智能化电器：是指智能化了的开关电器元件或成套开关设备，是一种产品。4. 智能化电器元件：有一次开关元件及其智能监控器组成，实现操动机构智能操作的电器元件。5. 智能开关设备：一次开关元件及其智能监控器组成且能够通过数字通信网络向控制系统中心传送各类现场参数，接受系统控制中心的远程操作与管理。6. 智能化电器的组成结构：有输入、中央处理与控制、输出、通信和人机交互模块组成。7. 电器智能化网络特点：第一，现场设备具有独立的监控、测量、保护、操作控制功能，并具有通信能力；第二，网络允许不同制造商、不同类型的产品间互联和互访；第三，能包容采用不同传输介质、不同通信协议的网段或局域网；第四，必须保证各类数据在网络传输中的实时性及准确性；第五，通过数字通信和数据库管理系统，智能化网络的后台管理设备能实现对网络中各个现场设备运行状态的实时监控和管理；第六，网络运行必须稳定、可靠，以保证现场设备安全运行。 第二章 1. 智能电器一次设备包括哪些：智能电器 一次设备只包括开关元件和成套开关设备，例如断路器、负荷开关、隔离开关和接地开关、接触器等，还有计量柜、进出线柜、联络柜等2. 永磁操动机构的特点：综合利用了电磁铁与永磁铁产生的磁力实现断路器、分合闸操作及闭合、断开的状态保持。 电磁铁和永磁铁共同产生是断路器合、分闸操作的能量，而断路器断开或者闭合状态则有永磁铁产生的磁力保持，因此该操作机构不需要弹簧操作机构种的机械扣锁和解锁装置，使其机械动作可靠性大大提高。3. 永磁操动机构的分类：（1）双线圈永磁操动机构（2）单线圈永磁操动机构（3）分离磁路式永磁操动机构。断路器的选相和分合闸操作： 1）监控器实现选相操作的工作过程（1）后台管理系统或现场操作人员根据实际系统要求设置分合闸相角。（2）监控器根据设定的相角计算对应的延时时间。（3）在收到操作控制信号并检测到电压过零点后起动处理器件定时器延时。（4）延时时间到，通过开关量输出模块发出相应的操作命令。 按选相合闸要求设计的监控器可以配置到不同应用场合的断路器，具有较好的通用性 。 2）实现定相操作的监控器特点 （1）合、分闸相角是针对特定应用条件由软件预先设置，后台管理系统和现场操作人员不能随意修改。 （2）发出合、分闸操作命令的过程与选相操作基本相同。 （3）只能针对特定应用的断路器配置。 （1） 三极分相操作的高压断路器 断路器的三个极有各自独立的操动机构，智能监控器可以方便地控制各相主接点在设定的最佳相角完成分、合闸。 （2）中压以下电压等级，三个极共用同一个弹簧操动机构断路器 三相主接点分断、关合同时进行，不可能有相同的相位，控制各相主接点在最佳相角分断与关合非常困难。 （3）采用永磁操动机构的断路器 由于机构简单，动作一致性好，只要操动机构本身采用分相设计，就比较容易实现相角可控的合、分闸操作。4. 馈电线路中的重合器：重合器是交流高压自动线路重合器的简称，是一种自具控制及保护功能的高压开关设备；自具功能是指它本身具备故障电流检测、操作顺序控制和执行操作的功能，而且不需要附加操作电源，适合于户外和野外安装。5. 成套开关设备：是一种将一次开关元件按一定主接线形势连在一起，并与控制、测量、保护和调整等二次装置以及电气连接、辅助、外壳等组装为一体结构的电气设备、主要用于电力系统发电、输电、配电、供电各环节及电能转化系统。6. 气体绝缘金属封闭开关设备（gas insulated switchgear,gis）：是指采用或部分采用高于大气压介质作为绝缘介质的金属封闭开关设备，其外形多为圆形或罐装结构，当前gis中的气体几乎都是sf6 ，气体绝缘金属封闭开关柜（cubic gis,简称c-gis)其主要集中在在线监测和智能控制两个方面。7. 熔断器-接触器组合开关柜（f-c回路开关柜）即fuse-contactor：熔断器为高压限流式熔断器，接触器通常为高压真空接触器或高压sf6接触器。适合于控制2000kw以下的高压电动机、保护600kva以下变压器及开合补偿电容器等需要频繁操作的场合 第三章1智能电器的现场参量：模拟型现场参量和开关型现场参量。2. 智能电器的核心是监控器，主要完成现场参量的转换、调理和采集是监控器的主要任务。 3模拟型现场参量的类型：电量信号：电压、电流。非电量信号：温度、压力、速度。4. 电量信号的检测方法：按照传感器原理分为：（1)以法拉第电磁感应定理为基础的互感器，包括铁心电磁式电压、电流互感器和空心电流互感器。（2)按霍尔效应原理为基础的互感器，主要包括霍尔电流传感器和霍尔电压传感器。（3）基于磁光效应和光电效应的互感器，主要有光学电流互感器和光学电压互感器。5. 霍尔效应基本原理： 霍尔元件是由一种具有霍尔效应的半导体材料制成的薄片，是一种磁电转换器件，可以把磁场信号转换为电压信号。霍尔传感器利用霍尔效应，可实现电流或电压变换和被测电路与控制电路间的电气隔离。其为磁场敏感的元件，可以实现位置、速度、加速度、流量、电流、电功率等的非接触式测量。6. 光电效应：在电场的作用下会是其输入光的折射率随外加电场改变而线性变化，这就是pockels效应，也称为线性电光效应。7. 热电偶：同一金属材料上不同空间位置的两点间温度不同时，这两点间将会出现电位差，这一现象称为热点效应。不同的金属材料在相同的温度下热电势不同，因此把两根不同材料的金属丝甲和乙绞在一起，一端直接相连，就构成了热电偶。8. 信号类型和幅值调理：是指采用集成运算放大器组成的电路，把传感器输出的不同类别、不同大小的电信号变成幅值和极性符合a/d转换器的电压信号9. 集成运算放大器：是一种线性放大器，通过不同的电路设计，可改变模拟信号幅值、极性；可以把电流、电荷输入变成电压输出。其有体积小、功耗低、电路设计简单等优点，其是模拟信号类型和幅值调理的最合适、最常用器件。10. 幅值调理电路：在模拟量测量输入通道中，幅值调理电路就是各种电路放大器。反相放大器，电压放大倍数可以大于1也可以小于1；同相比例放大器放大倍数一定大于1 ；电压跟随器放大比例等于1。11. 幅值调理滤波：分为有源滤波和无源滤波；无源滤波有无源电路元件，如电阻、电感和电容组成，在智能监控器中，无源滤波主要采用电阻电容一阶滤波器；根据频率特性，有源滤波分为低通、高通和带通三种12. 误差的常用方法：绝对误差、相对误差、引用误差； 第四章 1. 采样的定义：在进行模拟/数字信号的转换过程中，当采样频率fs.max大于信号中最高频率fmax的2倍时(fs.max=2fmax)，采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息，一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的510倍；采样定理又称奈奎斯特定理。2. 数字滤波： 用数字设备，通过一定的算法，对信号进行处理，将某个频段的信号进行滤除，得到新的信号的这一过程叫做数字滤波。主要有程序判断滤波法和平均值滤波法。3. 平均值滤波法：包括算术平均滤波、滑动平均滤波、防止脉冲干扰的平均滤波方法。（1） 算术：对采样结果求平均值滤波，每次都要连续采集n个数据，然后将其的平均值作为本次采样值。（2）滑动：采集n个数据进行排序，每次去掉队首的数据，然后求平均值，并将其存入队尾作为新的数据重新计算平均值，其不宜处理智能电器现场的电参量信号采样值。（3）第三种：从n此次采样中除去最大值和最小值求平均值，n不宜过大，一般取值为44. 非线性传感器测量结果的数字化处理方法：直接计算法、查表法、插值法。5. 减小采样不同步的方法:（1）用锁相环倍频电路控制a/d转换器采样（2）电源频率的实时监测（3)软件测频的同步采样控制。 第五章 1. 监控器的基本功能：测量和计算功能、保护功能、监控功能、通信功能、人机交互功能、故障录波功能。2. 监控器的监控对象：各种断路器、接触器和成套开关设备及其控制和保护的电力线路、电力设备和电力用户，包括各类控制系统。3. 监控器的功能模块：（1）输入模块：被测参量的入口通道，其也是把被测量信号转换成可与中央控制模块接口的信息的功能元件 （2）中央处理与控制模块：是智能监控的核心元件，完成各种现场运行参量、上级管理中心或现场操作人员给出的操作指令的处理和分析，并根据分析结果协调监控器中各功能模块的工作。（3）开关量输出模块：接受中央控制模块输出地相应指令，完成一次开关元件的操作控制，并输出被监控对象的工作和保护所要求的各种联锁和闭锁信号 （4）通信模块：是智能电器实现网络功能的关键，是现场智能电器与后台管理系统之间通过网络实现信息交互的物理窗口（5）人机交互模块：是为运行现场的操作人员就地对智能电器设备进行操作与监控的重要环节，完成功能和保护参数阀值的就地设置及运行状态的就地监控。（6）电源模块电源模块的注意事项：第一，各模块的完成的功能不同，电路的工作电压可能不同；第二，为了保证中央控制模块工作电压不受其他功能模块工作电压的影响，中央控制模块电源与其他功能模块电源一般要隔离；第三，在监控器的emc设计时，要求模拟通道和数字通道分开供电；第四，相当多的模拟器件要求双电源供电。设计原则在1保证中央控制模块地线全浮空,提高模块工作的可靠性和抗干扰能力2模拟通道与数字电路分开供电,若二者不能隔离则供电电源地线应单点接地3开关量输入输出模块供电电源必须与中央控制模块电源隔离4通信模块中收发驱动电路要求独立供电采用485/422接口时电源必须隔离5一次开关元件的操作线圈必须独立供电且能保证在开关分断后重新关和6一次开关元件开断后能保证监控器正常运行7电源自具4. 开关量输出模块的电路结构： 1lec直接驱动的控制及电器输出模块 2增加控制继电器驱动元件的输出模块3执行元件为电力电子开关器件的输出模块4直接驱动一次开关元件操作线圈的输出模块 5. 监控器软件设计的基本要求：（1）满足一次开关操作的准确性与快速性（2)具有与后台管理系统交换数据的透明度和程序对用户的开放性（3）良好的人机交互能力和友好的用户界面（4）软件产品的标准化、可移植（5）满足电器智能化网络运行对节点设备的要求（6）保证监控器稳定、有序并可靠的运行。6. rtos：是指在pc操作系统的进程管理和调度思想的基础上建立的实时多任务的管理调度系统，是嵌入式系统软件的核心，负责统一安排所有与硬件和软件资源的管理、调配与控制相关程序模块的执行，以便提高软件的灵活性、可扩充性和开放性。7. 任务及任务调度的概念：任务是指完成一项工作的程序及其使用的操作数在处理器中的工作过程；任务调度是指根据任务的实时性、重要性合理的安排执行的优先顺序，并在任务执行的条件满足后，按优先顺序完成任务状态的切换。8. 任务调度：占先式任务调度，其有五种状态（等待态、就绪态、执行态、阻塞态、中断态）其有以下特点：第一，实时性高，重要任务请求能得到及时响应；第二，任务切换率高，需要高处理能力和处理速度的处理器；第三，需要为每个任务安排专用硬件堆栈，占用内存容量大；第四，任务调度的设计非常困难。9. 非占先式：每个任务都有运行态、就绪态和等待态，且必定处于三种状态的一种。特点：对重要任务响应较慢；第二，任务切换次数少，调度程序设计相对简单；第三，不需要为每个任务安排专用硬件堆栈，内存容量需求较小；第四，为保证重要任务请求尽快得到响应，任务必须合理分解，使每个任务执行时间尽可能的短。 第六章1. 电磁兼容概述：（electromagnetic compatibility）emc，是指在有限空间、有限时间、有限频谱资源条件下的各种用电设备可以共存，不是设备可靠性、安全性降低的性能。2. 电磁干扰模型：干扰源、接收器、耦合路径三部分，如下图所示： 3. 监控器受到的主要干扰：低频干扰、高频干扰、静电放电干扰、磁场干扰。4. 电压电流浪涌的吸收：常见的浪涌抑制器有压敏电阻、气体放电管和tvs三种。5. 压敏电压：是指压敏电阻的击穿电压，又称为阀值电压，通常指在其中通入1ma直流电流时测到的元件两端电压。期一般按1.5倍的保护电路电压峰值或者2.2倍的电路电压有效值。压敏电阻使用特点：能吸收的浪涌能量大，但寄生电容容量大，响应时间较长，而且随着冲击次数增加，其漏电流也增加，主要有zno压敏电阻6. 监控器中提高pcb抗干扰的措施：（1）布线：数字电路与模拟电路分开布置，分开供电 采用双面基板时，尽量加宽板上电源进线与回线的线宽，以减少传导阻抗引起的个芯片和电源之间的电位差pcb的强电区域与弱电区域严格分离通信部分采用与中央控制模块完全隔离的独立供电电源。与数据联系紧密的芯片尽可能的集中布置，以减少总线长度减少平行走线的数量与长度pcb的基板采用多层板pc板上的ic电路，不适用的i/o引脚必须经电阻接电源或零线。（2）数字电路ic芯片的选择：pcb上尽可能采用表贴技术smt封装的集成电路当必须采用双列直插元件时，应尽量采用电源线和零线靠近布局的封装方式，以减小电源回路包围面积 在完成功能和工作频率相同的情况下，选用变化沿较慢的数字ic芯片。 第七章1. 电器智能化网络是一种有通信介质连接的分布式通信网络，它包括后台管理系统、分布在运行现场的各种不同功能的智能电器和智能开关设备。2. 数字通信系统的主要性能指标：传输速率、误码率、频带利用率。3. 模拟数据编码：方式有幅移键控ask：幅值随数据载波信号变化而变化，频率和相位不变频移键控fsk用不同频率的载波信号来代表不同的被传数据数字量。相移键控psk：用相位不同的载波信号来表示数据信号的不同数字量。4. 数据的传输方式：基带传输、载波传输、宽带传输。5. 多路复用技术：在同一传输介质上并列传输若干数据源信号的方法称为多路复用，主要有时分多路复用tdm、频分多路复用fdm、波分多路复用wdm。6. 时分多路复用：按信源数将一个数据传输周期划分为若干时间片，每个信源占一个时间片。7. 频分复用：采用频率变换或调制的方法，使不同信源的信息具有不同的频谱。现场总线类型：目前电器智能化网络常用总线标准有modbus、can、profibus等，这种网络采用串行总线结构，半双工主从式通信方式，网络分层一般只含物理层和应用层，物理层接口标准常采用rs-232或rs-485/422。 第八章硬件设计三选一：1、 低压塑壳式断路器的智能脱扣器设计：1.设计要求：电流保护功能，要满足过载长延时、短路短延时、短路瞬时三段式电流保护特性。人机交互功能：通过操作和提示面板，操作人员可以根据被监控和保护对象要求现场选择电流保护特性，只是保护对象的工作状态脱扣器工作电源要求，一般塑壳断路器的智能脱扣器电源模块都采用电流互感器作为交流供电电源。能与额定电压为交流220v/380v、多种电流规格的小型塑壳断路器配合2. 硬件部分：电流信号检测调理模块、中央处理与控制模块、人机交互模块、输出驱动模块、电源模块五个部分（1） 电流信号：包括信号调理，和采样环节。信号调理电路把电流互感器的二次输出电流变为采样环节模拟输入端兼容的电压信号，有采样电阻、阻容滤波电路和比例放大器环节组成（2）电源模块：脱扣器模块需要提供+5v和+12v两种电源（30中央处理控制模块:是脱扣器完成数据处理、控制和保护其他功能的核心，其电路结构设计和处理器的选择是脱扣器硬件设计的关键。（4）输出驱动模块：驱动执行元件为mosfet（5）人机交互模块：只配置了保护动作阀值的整定输入和脱扣器工作状态指示。3. 软件部分：包括初始化模块、采样定时中断处理模块、采样值处理模块、故障处理模块。其基本功能如下：（1）初始化模块：完成对整个硬件系统初始化工作，包括对pic单片机各输入/输出端口的配置和定时工作的设置。（2）采样定时中断处理模块：该模块的中断源是pic单片机定时器，完成电流采样、采样值存储和瞬动保护功能。（3）采样值处理模块：主要功能是计算并存储一个电源周期中个采样点的平方，为故障判定与处理程序模块提供需要的数据。（4）故障处理模块：功能是完成过载长延时和短路短延时故障处理，采用累积热效应的处理方法。2、 电能质量在线监控器设计1要求：（1）三相电压、电流的实时监测（2）实时事件记录，故障报警和故障波形跟踪记忆的功能（3）分析检测结果，提取电能评估质量信息，为用户提供决策（4）具有开关量输入/输出能力，可以实现各种开关控制功能（5）通过通信网络传输检测到工作现场点电能质量信息，向更高层的企业信息分析和管理系统提供服务。（6）就地实时显示监测和分析结果，以便现场操作人员及时了解电网的运行状况，在出现异常时能迅速作出决策 .监测器的技术要求（1）高速的运行速度，以满足实时监测的需求。（2）具备较强大的数字信号处理能力，满足庞大的计算量和复杂的算法要求。3）足够的硬件资源，保证装置功能能够覆盖从底层任务执行直到高层应用。（4）具备远程通信能力。（5）具有键盘输入和信息显示能力。（6）作为现场设备必须具有的电磁兼容性设计。 此外，设计应满足监测器的成本要求。 2硬件：硬件的整体结构采用按功能划分模块，各模块相对独立的设计原则。监测器硬件由模拟量输入通道、数据处理与控制、开关量输出、人机交互（液晶显示与键盘）、通信和电源等6个模块和硬件测频与串性eeprom 2个外围电路组成。 （1）数据处理与控制模块 完成模拟量采集、计算、显示和通信等功能。（2）模拟量输入通道 实现被测电压和电流的信号采集（3）开关量输入输出模块 由输入通道和输出通道组成输出通道功能和结构 按照被监测系统要求，放大dsp输出的指令，驱动系统内部断路器的脱扣操作（4）通信模块 用于为更高层的企业信息分析和管理系统服务。（5）人机交互模块 功能：根据现场操作人员的指令，用数字或图形方式显示管理信息测量分析结果报警和事件记录等。3软件设计实时多任务操作系统的设计（1）裁减：裁减的目的是在满足功能要求的前提下，减少c/os-占用的cpu和存储资源。删除c/os-源码中监测