武汉理工大学 电力系统继电保护实验指导书.docx
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武汉理工大学电力系统继电保护实验指导书
实验一电流电压联锁保护原理与实验
一、实验目的
1、通过实验进一步理解电流电压联锁保护的原理、并掌握其整定和计算的方法。
2、掌握电流电压联锁保护适用的条件。
二、实验原理
1、电压速断保护
在电力系统的等值电抗较大或线路较短的情况下，当线路上不同地点发生相间短路时，短路电流变化曲线比较平坦，见图10-1所示的无时限电流速断保护。
电流速断保护的保护范围较小，尤其是在两相短路和最小运行方式时的保护范围更小，甚至没有保护范围。
在这种情况下，可以采用电压速断保护，而不采用电流速断保护。
在线路上不同地点发生相间短路时，母线上故障相之间残余电压Ucy的变化曲线如图10-2所示。
从图中看出，短路点离母线愈远，Ucy愈高。
其中：
①表示最大运行方式下Ucy变化曲线；②表示最小运行方式下的Ucy变化曲线。
电压速断保护是反应母线残余电压Ucy降低的保护。
在保护范围内发生短路时，Ucy较低，保护装置起动；在保护范围以外发生短路时，Ucy较高，保护装置不起动。
如同电流速断保护一样，电压速断保护可以构成无时限的，也可以构成有延时的。
在图10-2所示的线路上，如果装有保护相间短路的无时限电压速断保护，它的动作电压Udx应整定为
（10-1）
式中Ucy.min——最小运行方式下在线路末端三相短路时，线路始端母线上的残余电压；
——上述短路时的短路电流；
Xl——线路电抗；
Kk——可靠系数，考虑到电压继电器的误差和计算误差等因素，它一般取1.1～1.2。
从图10-2可见，在最小运行方式下，电压速断保护的保护范围（Ib.min）最大；在最大运行方式下，保护范围（Ib.max）最小。
所以电压速断保护应按最小运行方式来整定动作电压，按最大运行方式来校准保护范围。
在线路上任何一点发生短路时，不论是三相短路还是两相短路，母线上故障相之间的残余电压是相等的。
因此，保护相间短路的电压速断保护应采用三相式接线，电压继电器应接相间电压。
这样，电压速断保护既能保护三相短路也能保护两相短路，而且保护范围与故障种类无关。
如同无时限电流速断保护一样，无时限电压速断保护的保护范围也可以用解析法进行计算.
（10-2）
—
最大运行方式下的系统电抗；
—
最小运行方式下的系统电抗；
—
被保护线路每公里的电抗；
—
被保护线路的全长（km）。
由式（10-2）不难看出，电压速断保护适用于运行方式变化小的场合，如图10-3所示。
2、电流、电压联锁速断保护
为了保证选择性，电流速断保护应按最大运行方式来整定其动作电流，但在最小运行方式下保护范围要缩小；而电压速断保护应按最小运行方式来整定其动作电压，但在最大运行方式下保护范围要缩小。
在有些电网中，由于最大和最小运行方式相差很大，不能采用电流速断保护或电压速断保护。
如果出现这两种运行方式的时间较短，大多数时间是在某一种运行方式（称为主要运行方式）下工作。
对此，可以采用电流、电压联锁速断保护。
电流、电压联锁速断保护的起动元件包括电流起动元件和电压起动元件，它们的触点是相串联的，因此只有在两者都动作的情况下，保护才会起动，它们的整定值互相配合，以保证动作的选择性和协调性。
在图10-4所示的线路上，如果装有保护相间短路的无时限电流、电压联锁速断保护。
在主要运行方式下。
要求它的保护范围达到线路全长的80%（考虑到电流、电压继电器误差等因素，不能要求保护线路的全长），也就是要求在主要运行方式下电流起动元件和电压起动元件的保护范围都为线路全长的80%。
电流起动元件的动作电流Idz应整定为
（10-3）
式中
——
系统的次暂态电热（相）；
——
主要运行方式下的系统电抗；
——
线路电抗。
电压起动元件的动作电压UdZ应整定为
式中
——
主要运行方式下保护范围末端的三相短路电流。
——
在主要运行方式下保护范围末端相间短路时，母线上故障相之间的残余电压。
按主要运行方式整定以后，当处在最大运行方式时，电流起动元件的动作范围将伸长，但由于电压起动元件的动作范围将缩小，所以整个保护装置的保护范围是缩小的，不会造成无选择性动作。
当出现最小运行方式时，电压起动元件的动作范围将伸长，但由于电流起动元件的动作范围将缩小，所以也不会造成整个保护装置无选择性动作。
由以上分析可知，在任何运行方式下电流电压联锁速断保护都不能保护线路的全长，所以在实际中可以和定时限过电流保护配合使用。
在后面的电流电压联锁与定时限过电流保护综合实验,就是解决这个问题。
三、实验内容与步骤
1、根据线路模型，按照电流电压连锁保护整定的原则进行计算和整定。
2、保护装置设置时，任选一段电流保护，将低电压闭锁投入，时间定值设置为0，在“过流电压闭锁定值”项中设置电压的整定值。
起动实验控制屏，将计算值存入装置中。
3、运行方式分别设置为最大、正常、最小，在BC段末端进行三相短路，注意保护装置是否动作。
如若不跳闸，将短路点缓慢前移找到最大保护范围。
对实验结果进行记录。
4、在AB段重复步骤3和4。
5、将保护装置A和B按无时限电流速断保护整定，找到三相短路时的保护范围。
6、分别在最大、正常、最小运行方式下,在AB和BC线路上发生两相短路时,保护装置A和B的保护范围。
7、断开保护装置B的跳闸压板，在BC段首端进行三相短路，注意保护装置是A否动作。
四、实验报告
1、写出上面的整定计算过程。
2、电流电压连锁保护一般有哪几种形式？
为什么常将低电压起动的过电流保护（这种保护带有一定时限）用于发电机保护中？
3、电流电压连锁保护中电流元件与电压元件是什么样的逻辑关系？
为什么在电磁继电器实现的电流电压联锁保护中总要装设电压回路断线指示信号？
4、将上面的实验记录填入下表
保护装置
A保护
B保护
无时限电流速断保护
整定电流（A）
最大方式下保护范围
正常方式下保护范围
最小方式下保护电流
电流电压联锁保护
整定电流（A）
整定电压（V）
最大方式下保护范围
正常方式下保护范围
最小方式下保护范围
实验二阶段式过电流与自动重合闸前加速保护
一、实验目的
1、熟悉自动重合闸前加速保护的原理与接线。
2、掌握自动重合闸与继电保护的配合形式。
3、理解继电保护与自动重合闸前加速这种配合形式的使用场合。
二、实验说明
重合闸前加速保护是当线路发生故障时，靠近电源侧的保护首先无选择性地瞬时动作，使断路器跳闸，尔后再借助于自动重合闸来纠正这种非选择性的动作。
重合闸前加速保护的动作原理可由图12-1说明,线路X-1上装有无选择性的电流速断保护1和过流保护2，线路X-2上装有过流保护4，ZCH仅装在靠近电源的线路X-1上。
无选择性电流速断保护1的动作电流，按线路末端的短路电流来整定，动作不带延时。
过流保护2、4的动作时限按阶梯原则来整定，即t2＞t4。
图12-1自动重合闸前加速保护原理示意图
当任何线路、母线（I除外）或变压器高压侧发生故障时，装在变电所I的无选择性电流速断保护1总是先动作，不带延时地将1QF跳开，尔后ZCH动作再将1QF重合。
若所发生的故障是暂时性的，则重合成功，恢复供电；若故障为永久性的，由于电流速断已由ZCH的动作退出工作，因此，此时通过各电流保护有选择性地切除故障。
图12-2示出了ZCH前加速保护的原理接线图。
其中1LJ是电流速断，2LJ是过流保护。
从该图可以清楚地看出，线路X-1故障时，首先速断保护的1LJ动作，其接点闭合，经JSJ的常闭接点不带时限地动作于断路器，使其跳闸，随后断路器辅助触点起动重合闸装置，将断路器合上。
重合闸动作的同时，起动加速继电器JSJ，其常闭接点打开，若此时线路故障还存在，但因JSJ的常闭接点已打开，只能由过流保护继电器2LJ及SJ带时限有选择性地动作于断路器跳闸，再次切除故障。
自动重合闸前加速保护有利于迅速消除故障，从而提高了重合闸的成功率，另外还具有只需装一套ZCH的优点。
其缺点是增加了1QF的动作次数，一旦1QF或ZCH拒绝动作将会扩大停电范围。
因此，前加速方式只用于35KV以下的网络。
三、实验内容与步骤
1、拟订AB段采用两段式保护（即无时限电流速断和定时限过电流保护）和加速保
图12-2自动重合闸前加速保护原理接线图
护；BC段只采用定时限过电流。
保护A与自动重合闸的配合方式采用前加速方式，保护B不必设置自动重合闸。
保护电流整定值可根据线路模型计算，也可采用实验八中的整定值。
重合闸时间设为1.5S（方便跳闸后清楚短路故障），BC段保护时限设为1S。
电流加速保护电流定值与BC段定时限过电流保护定值相同，时限为0。
2、起动实验控制屏，将以上数据存入保护装置。
3、将系统电压升至105V，合上断路器QF1、QF2，待保护装置液晶屏内重合闸充电指示满，方可开始实验。
4、任意运行方式下，在BC段末端进行两相短路，不加任何干预，记录各断路器动作顺序。
在QF1跳闸后立即解除短路故障，即模拟故障消除；注意会发生什么情况。
5、分别在断开保护装置A的跳闸压板和合闸压板、保护装置B的跳闸压板的情况下，重复步骤4，记录断路器动作的先后顺序。
6、分别在AB段末端和首端进行三相短路，记录各断路器动作的顺序；在QF1跳闸后立即解除短路故障，注意会发生什么情况。
四、实验报告
1、将保护装置A和B整定设置项填入下表
一段电流定值
三段电流定值
三段时间定值
前加速电流定值
前加速时间定值
重合闸时间定值
2、填充
2.1、在BC段发生永久性故障
由于BC段故障，保护装置（A或B）的保护经秒首先作用于断路器（QF1或QF2）跳闸，经秒，保护装置发出重合闸指令，断路器合闸，由于BC段线路故障一直存在，保护装置，经——发出跳闸指令，断路器跳闸，切除故障。
2.2、AB断末端发生瞬时性故障
由于AB段末端故障，保护装置（A或B）的保护经秒首先作用于断路器（QF1或QF2）跳闸，经秒，保护装置发出重合闸指令，断路器合闸，由于线路故障消失，断路器合闸成功。
实验三阶段式过电流与自动重合闸后加速保护
一、实验目的
1、熟悉自动重合闸后加速保护的原理和接线。
2、掌握继电保护与自动重合闸后加速的配合技术。
3、理解继电保护与自动重合闸后加速的这种配合形式的使用场合。
二、实验说明
重合闸后加速保护是当线路上发生故障时，首先按正常的继电保护动作，有选择性地动作于断路器使其跳闸，然后ZCH动作将断路器重合，同时ZCH的动作将过流保护的时限解除。
这样,当断路器重合于永久性故障线路时，电流保护将无时限地作用于断路器跳闸。
实现后加速的方法是在被保护各段线路上都装设有选择性的保护和自动重合闸装置，见图13-1。
ZCH后加速保护的原理接线见图13-2。
图13－1自动重合闸后加速保护原理说明图
当线路故障时，由于延时返回继电器JSJ尚未动作，其常开触点未闭合，电流继电器LJ动作后，起动时间继电器SJ，并经一定延时后，其常开触点闭合，起动出口中间继电
图13－2自动重合闸后加速保护原理接线图
器BCJ，使QF跳闸。
QF跳闸后，ZCH发出合闸脉冲。
在发出合闸脉冲的同时，重合闸出口元件ZJ3的常开触点闭合。
起动继电器JSJ，见图13-2，JSJ动作后，其触点闭合。
若故障为持续性故障，则保护第二次动作时，经JSJ的触点直接起动BCJ而使断路器瞬时跳闸。
在35KV以上的高压网络中，通常都装有性能比较好的保护，所以第一次有选择性的跳闸时限不会很长，故后加速保护方式在这种网络中被广泛采用。
三、实验内容与步骤
1、拟订线路模型AB段采用电流三段式保护，BC段采用两段保护，即电流速断保护和定时限过电流保护。
电流保护定值可根据模型计算，也可参照实验八。
在AB和BC段均设置自动重合闸后加速。
重合闸设置为不检电压或检无压方式，重合闸时间设置为1.5S（方便跳闸后清除短路故障）。
电流加速定值与每一回路定时限过电流保护电流定值相同，电流加速时间设置为零秒。
2、起动实验控制屏，将以上定值存入保护装置。
3、将系统电压升至105V，运行方式任意，合上断路器QF1和QF2。
4、分别在BC段末端和首端进行三相短路，不加任何干预，观察断路器动作过程和先后顺序。
并作好记录。
5、在步骤4的实验中，保护装置动作后重合闸脉冲还还未发出时，解除线路故障，观察并记录这时断路器动作过程。
6、在AB段重复步骤4和步骤5，并做好相关记录。
四、实验报告
1、将保护装置A和B整定设置项填入下表
保护装置
保护装置A
保护装置B
一段电流定值
二段电流定值
二段时间定值
三段电流定值
三段时间定值
加速电流定值
加速时间定值
重合闸时间
2、填充
2.1、在BC段末端发生永久性故障
由于BC段末端故障，保护装置（A或B）的保护经秒首先作用于断路器（1QF或2QF）使其跳闸，经秒，保护装置发出重合闸指令，断路器合闸，由于BC段线路故障一直存在，保护装置（A或B）经秒发出跳闸指令，断路器跳闸，切除故障。
2.2、AB断末端发生瞬时性故障
由于AB段线路末端故障，保护装置（A或B）的保护经秒首先作用于断路器（1QF或2QF）使其跳闸，经秒，保护装置发出重合闸指令，断路器合闸，由于线路故障消失，断路器合闸成功。
实验四变压器电流速断保护实验
一、实验目的
1、加深对变压器电流速断保护原理的理解。
2、掌握传统变压器电流速断保护和微机保护的整定方法。
二、实验预习
1、仔细阅读实验指导书中关于实验装置及微机保护装置的使用说明。
2、变压器电流速断保护的适应范围。
3、电流速断保护和瓦斯保护一起，能不能构成完整的变压器主保护，如果能，它的保护范围有多大，如果不能，则存在哪些缺陷？
三、实验原理
对变压器绕组、套管及引出线上的故障，根据容量的不同，应装设差动保护或电流速断保护。
纵联差动保护适用于并列运行的变压器，容量为6300KVA以上；单独运行的变压器，容量为10000KVA以上；发电厂厂用工作变压器和工业企业中的重要变压器，容量为6300KVA以上。
电流速断保护用于10000KVA以下的变压器，且其过电流保护的时限大于0.5S。
对2000KVA以上的变压器，当电流速断保护的灵敏度不能满足要求时，也应装设纵联差动保护。
根据实验二可知，瓦斯保护虽然是反应变压器油箱内部故障最灵敏而快速的保护，但它不能反应油箱外部的故障。
对于容量较小的电力变压器可以在电源侧装设电流速断保护，它与瓦斯保护互相配合，就可以保护变压器内部和电源侧套管及引出线上的全部故障。
电流速断保护原理接线如图3-1所示。
电源侧为大接地电流系统时，保护采用完全星形接线；为小接地电流系统时，则采用两相式不完全星形接线。
保护的动作电流可按下列条件之一选择：
（1）按躲过变压器负荷侧母线上（D1点）短路时流过保护的最大短路电流；即
（3-1）
式中
——可靠系数，取1.3-1.4，微机保护可取1.1。
——最大运行方式下，变压器负荷侧母线上三相短路时，流过保护的最大短路电流。
图3-1
（2）应躲过变压器空载投入时的励磁涌流，通常取其动作电流大于3～5倍的变压器额定电流；即
（3-2）
式中
——变压器（保护安装侧）的额定电流。
按上述两条件选择其中较大者。
速断保护的灵敏度，要求在保护安装处（D2点）发生两相金属性短路时不小于2，即
（3-3）
式中
——最小运行方式下，保护安装处两相短路时的最小短路电流。
保护动作后，瞬时断开变压器两侧断路器。
电流速断保护的优点：
接线简单、动作迅速。
但它存在下述缺点：
当系统容量不大时，保护区很小，甚至伸不到变压器内部，即其灵敏度不能满足要求；在无电流的一侧从变压器套管到断路器的一段（如D3点）故障时，要靠过电流保护动作跳闸，这样切除故障慢，对系统安全运行影响较大；对于并列运行的变压器，在无电源侧故障时，由于速断保护不能反应该处故障，因此，过电流保护可能无选择性地将所有并列运行的变压器切除。
四、实验内容
（1）保护动作值计算及微机装置参数设置。
（2）变压器电流速断保护动作实验。
五、实验方法
实验中，用三绕组的高、中压侧，断开低压侧，使之成为双绕组变压器，如图3-2所示。
其额定参数为：
SN=800VA，
，Y/Y-12。
实验接线如图3-2所示，由图可知：
微机保护的接线非常简单。
在本实验中，只需把高压侧的电流互感器接成“Y”型，微机装置的三相电流互感器也接成“Y”型，然后对应连线就可。
中压侧CT首末端短接。
必须注意的是：
由于微机后备保护的保护CT和测量CT是分开的，所以在实验中应该把A、C的保护CT和测量CT首尾串联起来接在回路中。
图3-2变压器电流速断保护实验接线图
一次网络模拟接线中各点短路电流如表3-1所示：
表3-1
系统运行方式
短路形式
D1
D2
D3
固定运行方式
两相短路
2A
6.5A
2.5A
三相短路
2.3A
7.5A
2.9A
根据上述参数，计算电流速断动作值
和二次侧整定值
。
由于实验用的变压器容量小，励磁涌流可以不予考虑。
电流互感器的变比为1，接线系数为1，所以二次回路中微机装置整定值：
实验中，为了充分利用实验资源，用微机后备保护装置的部分保护功能完成本实验（注：
在实际应用中，电流速断保护作为主保护有独立的保护装置，与后备保护是分开的）。
依照附录1介绍的方法，先清空微机装置中“历史记录”→“保护事件”的内容。
然后在微机后备保护装置中设置各项参数：
进入“系统设置”→“保护定值”→“修改定值”，依照表3-2，设置各项参数。
其它本实验未涉及的保护均设为“退出”，其参数可以是随机数据，不需要设置。
表3-2
序号
定值名称
定值符号
整定范围
00
电流Ⅰ段保护
I1
投入
03
电流Ⅰ段一时限跳
I1tz1
三侧
04
电流Ⅰ段二时限跳
I1tz2
三侧
05
电流Ⅰ段电流定值
I1zd
Izd
06
电流Ⅰ段一时限
I1-t1
0
07
电流Ⅰ段二时限
I1-t2
0
按实验接线图接好线，变压器负载选择开关置于正常侧。
把调压器调到最小位置，打开直流高压电源开关。
启动电源，合上高、中两侧断路器，把电压升至额定电压，在确保实验接线和微机保护装置中的设置无误后，依照第一章第三节介绍的故障设置方法，设置变压器内部相间短路和三相短路并投入运行，观测保护动作情况。
特别注意：
如果保护不动作，马上按SB1，退出短路运行，检查接线和微机装置中的参数设定。
记录保护动作时的数据如下表3-3：
表3-3
=
短路
形式
三相短路电流
Ia
Ib
Ic
A、B
B、C
C、A
A、B、C
为了研究变压器电流速断保护的动作过程，验证微机电流速断保护的快速性和准确性，把调压器调到最小位置，复位微机后备保护装置，在“修改定值”中把电流Ⅰ段保护定值修改为1.2A，其它不变。
然后设置变压器内部相间短路和三相短路状态，升高变压器输入电压，同时观侧短路电流的变化，直至保护动作。
记录相关数据如表3-4：
表3-4
=
短路
形式
三相短路电流
Ia
Ib
Ic
A、B
B、C
C、A
A、B、C
五、实验报告
1、根据实验内容要求，整理实验数据，完成实验报告。
2、分析并画出微机变压器电流速断保护的程序逻辑图。
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