电力系统自动装置实验指导书新.docx
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电力系统自动装置实验指导书新
电力系统自动装置
实验指导书
电力系实验实训中心
目录
实验一自动重合闸实验2
实验二DH-3型三相一次自动重合闸装置实验5
实验三阶段式过电流保护与自动重合闸前加速12
实验四阶段式过电流保护与自动重合闸后加速16
实验五励磁调节器实验19
实验六同步发电机准同期并列实验………………………………21
实验一自动重合闸实验
一、实验目的
1．了解自动重合闸装置在电力系统中的作用。
2．熟悉自动重合闸装置在各种状态下的工作情况。
二、实验内容
1．认识自动重合闸装置的构造。
2．测定自动重合闸装置的工作原理。
三、预习与思考
1．自动重合装置主要组成元件是什么？
各起什么作用？
2．三相一次自动重合闸为什么只能重合一次？
3．自动重合闸1KM的触点1KM11KM3为什么要串联？
四、原理说明
三相一次重合闸装置用于输电线路上实现三相一次自动重合闸，它是重要的保护设备。
重合闸装置由一只时间继电器（作为时间元件）、一只中间继电器（作为中间元件）及一些电阻、电容元件组成。
装置内部的元件及主要功能如下：
1、时间继电器：
该继电器由DS—22时间继电器构成，其延时调整范围为1.2—5S，用以调整从重合闸装置起动到接通断路器合闸线圈实现断路器重合的延时，时间元件有一对延时常开触点和一对延时滑动触点及两对瞬时切换触点。
2、中间继电器：
该继电器是装置的出口元件，用以接通断路器的合闸线圈。
继电器线圈由两个线圈组成：
电压线圈，用于中间元件的起动；电流线圈，用于在中间元件起动后使衔铁继续保持在合闸位置。
3、电容器C：
用于保证装置只动作一次。
4、充电电阻4R：
用于限制电容器的充电速度。
5、附加电阻5R：
用于保证时间元件的线圈热稳定性。
6、放电电阻6R：
在需要实现分闸，但不允许重合闸动作（禁止重合闸）时，电容器上储存的电能经过它放电。
7、信号灯H1：
在装置的接线中，监视中间继电器的触点和控制按钮的辅助触点是否正常。
故障发生时信号灯应熄灭，当直流电源发生中断时，信号灯也应熄灭。
8、附加电阻17R：
用于降低信号灯上的电压。
在输电线路正常工作的情况下，重合闸装置中的电容器C经电阻4R已经准备动作状态。
当断路器由于保护动作或其它原因而跳闸时，断路器的辅助接点起动重合闸装置的时间继电器，经过延时后其触点闭合，电容器C对中间继电器电压线圈放电，电压线圈启动后接通了中间继电器电流线圈回路并自保持到断路器完成合闸。
如果线路上发生的是暂时性故障，则合闸成功后，电容器自行充电，装置重新处于准备动作的状态。
如线路上存在永久性故障，此时重合闸不成功，断路器第二次跳闸，但这一段时间远远小于电容器充电到使中间继电器电压线圈起动所必须时间（15~25S），因而保证装置只动作一次。
五、实验主要设备及接线
主要设备
名称
型号及规格
数量
DCH-1自动重合闸
DCH-1型直流220V0.25A
1
电阻箱
0—5A
1
信号继电器
DX—31B0.25A
1
起动、停止按钮
1
交流接触器
1
实验接线
六、实验步骤
1．按实验电路线路接好线。
2．先接通交流电源，按下起动按钮。
然后接通直流电源，观察重合闸继电器的充电时间。
3．重合闸继电器充好电后，按下停止按钮，观察重合闸继电器的动作情况。
如此时再按下停止按钮，观察接触器能否再次得电。
七、注意事项
1．自动重合闸的⑧、⑨接线柱内部已接线，不需外接线。
2．自动重合闸的⑥号接线柱不需接。
3．自动重合闸的④、⑧号接线柱需接在一起。
实验二DH-3型三相一次自动重合闸装置实验
一、实验目的
1、熟悉三相一次重合闸装置的电气结构和工作原理。
2、理解三相一次重合闸装置内部器件的功能和特性，掌握其操作及调整方法。
二、预习与思考
1、电容式重合闸装置主要组成元件是什么？
各起什么作用？
2、电容式的重合闸装置为什么只能重合一次？
3、重合闸装置ZJ两个触点为什么串联使用？
4、重合闸装置中充电电阻能否任意更换？
为什么？
5、重合闸装置不动作的内部原因是什么？
6、电秒表使用时应注意什么？
三、原理说明
DH-3型三相一次重合闸装置用于输电线路上实现三相一次自动重合闸，它是重要的保护设备。
重合闸装置内部结线见图2-1。
装置由一只DS-22时间继电器（作为时间元件）、一只电码继电器（作为中间元件）及一些电阻、电容元件组成。
装置内部的元件及其主要功用如下：
1、时间元件SJ：
该元件由DS-22时间继电器构成，其延时调整范围为1.2-5S，用以调整从重合闸装置起动到接通断路器合闸线圈实现断路器重合的延时，时间元件有一对延时常开触点和一对延时滑动触点及两对瞬时切换触点。
2、中间元件ZJ：
该元件由电码继电器构成，是装置的出口元件，用以接通断路器的合闸线圈。
继电器线圈由两个绕组组成：
电压绕组ZJ（V），用于中间元件的起动；电流绕组ZJ（I），用于在中间元件起动后使衔铁继续保持在合闸位置。
3、电容器C：
用于保证装置只动作一次。
4、充电电阻4R：
用于限制电容器的充电速度。
5、附加电阻5R：
用于保证时间元件SJ的线圈热稳定性。
6、放电电阻6R：
在需要实现分闸，但不允许重合闸动作（禁止重合闸）时，电容器上储存的电能经过它放电。
7、信号灯XD：
在装置的接
线中，监视中间元件的触点ZJ1、
ZJ2、和控制按钮的辅助触点是
否正常。
故障发生时信号灯应
熄灭，当直流电源发生中断时，
信号灯也应熄灭。
8、附加电阻17R：
用于
降低信号灯XD上的电压。
在输电线路正常工作的
情况下，重合闸装置中的电
容器C经电阻4R已经充足
电，整个装置处于准备动作
状态。
当断路器由于保护动
作或其它原因而跳闸时，断图2－1自动重合闸装置内部接线图
路器的辅助接点起动重合闸装置的时间元件SJ，经过延时后触点SJ2闭合，电容器C通过SJ2对ZJ（V）放电，ZJ（V）起动后接通了ZJ（I）回路并自保持到断路器完成合闸。
如果线路上发生的是暂时性故障，则合闸成功后，电容器自行充电，装置重新处于准备动作的状态。
如线路上存在永久性故障，此时重合闸不成功，断路器第二次跳闸，但这一段时间远远小于电容器充电到使ZJ（V）起动所必须时间（15～25S）,因而保证装置只动作一次。
图2-2DH-3型重合闸装置试验接线图
四、实验设备
序号
设备名称
使用仪器名称
数量
1
ZB03
数字式电秒表及开关组件
1只
2
ZB19
DH－3重合闸继电器
1只
3
ZB43
可调800Ω电阻
3个
4
ZB31
直流数字电压、电流表
各1只
5
DZB01
直流操作电源
1路
五、实验步骤和操作方法
1、DH-3型自动重合闸装置实验接线见图2-2，按图接线完毕后首先进行自检，然后请指导教师检查，确定无误后，接入直流操作电源进行调试。
2、时间继电器动作电压、返回电压的测定
（1）合上开关S1，调节R1使直流电压调至装置的额定值，检查各元件有无异常现象，投入后15～25秒指示灯应发光。
（2）合上S1、S2，调节R1逐步提高输入电压，读取SJ铁芯可靠吸合的最小动作电压。
（3）上述SJ动作后，向反方向调节R1，逐步降低输入电压，读取SJ返回的最高电压。
3、中间元件的自保持电流测试
（1）合上S1后，调节R1使电压等于装置的额定电压，用手按中间元件ZJ的衔铁，使常开接点闭合，调整R2，使流过ZJ线圈的电流略低于0.9倍的额定电流时，然后将手松开，ZJ应能自保持。
断开S1，使ZJ复归。
（2）再合上S1，待电容充电15～25秒后，投入S2，使SJ线圈励磁，经过某一整定延时时间，ZJ动作并自保，此时断开S2，ZJ不应返回。
（3）重复上述步骤,调整R2测出中间元件ZJ的最小保持电流。
4、中间元件电压线圈的动作电压测定
在重合闸继电器接线端子
与
之间连接一导线，合上S1，调节R1，
从零伏逐渐升高电压，测出使中间元件衔铁能被可靠吸住的最小动作电压。
一般对于额定电压为220伏的中间元件ZJ动作电压为50伏左右，本项测定完毕应拆除连接导线。
5、充电时间的测定
仍按图2-2接线，在额定电压下合上S1对C充电，经15～25秒后再投入S2，中间元件ZJ应能可靠地动作并自保持。
这时电秒表1所记录的时间即为充电时间。
重复测定充电时间时，应先断开S1，后断开S2，以保证电容器的放电状态。
并将电秒表1回零，再重复以上操作，进行第二次试验。
如充电时间不符合要求，应检查充电电阻、电容器是否良好，是否参数变值，若变值需更换C或4R使之达到所需的充电时间。
调整完毕，应再次测量中间元件的动作电压和自保持电流。
6、保证只动作一次测定
在额定电压下合上S1，充电60秒后，瞬间短接
两端子，使电容器放电，然后合上S2，此时中间元件不应动作。
7、重合闸装置动作时间整定试验
见图2-2先将S1合上，观察电秒表1，当给电容器C充电25秒后，再合上S2，此时电秒表2所记录的就是重合闸装置的动作时间。
这一接线方式的特点是：
当合上S2，起动重合闸装置的同时起动了电秒表2，停止了电秒表1，并以中间元件ZJ常开接点的闭合停止电秒表2计时，所以电秒表2可测得重合闸继电器起动到实现断路器重合的时间。
电秒表1记录了电容器C的充电时间。
重合闸装置动作时间的整定可以通过改变时间元件的整定时间来实现。
六、技术数据
1、额定工作电压直流220V。
2、中间元件电流绕组ZJ（I）的额定保持电流为直流0.25A。
3、在额定电压下，当环境温度为20±5℃，相对湿度不大于70%时，电容器充电到中间元件动作电压的时间（装置准备下一动作时间）在15～25S范围内。
4、在70%额定电压下，环境温度为20±5℃，相对湿度不大于70%时，装置应保证可靠动作，此时电容器充电到使中间元件动作的时间，允许增加到2S。
5、当中间元件电压绕组去掉电压，在电流绕组流过额定电流时，衔铁应保持在吸合位置。
6、中间元件的电流绕组ZJ（I）允许流过3倍的额定电流历时1S。
7、中间元件的触点ZJ1、ZJ2串联后，在额定电压下能接通8A的电流,历时5S。
8、在额定电流下，中间元件电流绕组ZJ（I）的功率消耗应不大于1.35W。
9、时间元件的延时调整范围为1.2～5S。
10、时间元件的线圈串联附加电阻后，能长期经受110%的额定电压。
七、注意事项
在操作试验前必须熟悉实验电路，认真按照操作规程的要求，正确接线，细心操作，特别要注意在电流保持回路中，不能误接入电压信号，变阻器R2串入保持回路的阻值必须从最大位置慢慢减小，同时注意观察毫安表的指示，不应大于装置的额定保持电流。
每个操作试验环节要确保其正确性和安全性。
八、实验报告
对重合闸继电器的动作特性，起动条件，实验操作进行总结，结合上述思考题写出实验实验报告。
表1－1
名 称
额定电压
型 号
额定电流
测
试
数
据
SJ最小起动电压
SJ最高返回电压
ZJ最小动作电压
ZJ最小保持电流
C充电时间
1
ZCH重合时间
1
2
2
3
3
实验三阶段式过电流保护与自动重合闸前加速
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3-1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3-1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3-2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3-2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。
2.2AB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。
实验四阶段式过电流保护与自动重合闸后加速
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4-1。
ZCH后加速保护的原理接线见图4-2。
图4－1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3-2，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。
图4－2自动重合闸后加速保护原理接线图
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。
实验五励磁调节器实验
一、实验目的
（1）增强对可控硅励磁调节器工作原理与作用的感性认识，掌握励磁调节器实验调整的一般方法。
（2）训练分析、解决问题的能力和动手能力。
二、实验要求
（1）了解励磁调节器的工作原理。
（2）预习本实验指导书，对实验内容、实验方法和仪器设备有清楚的了解。
（3）对实验中出现的各种现象要细心观察、认真分析，并做好实验记录。
（4）遵守实验纪律，爱护仪器设备，注意人身和设备安全。
（5）认真撰写实验报告。
报告内容应包括实验项目、实验记录、结果、分析及结论等。
对实验中出现的问题及其处理方法、对实验的改进意见等也可以反映在实验报告中。
三、实验设备与仪器仪表
（1）AVR-2励磁调节教学实验装置1台
（2）三相自耦调压器1台
（3）滑线电阻器（100Ω/1A）1台
（4）低频双踪示波器1台
（5）万用表2块
四、实验内容
1.励磁调节器开环实验
开环实验接线图如图1-1所示。
AVR2原理电路图如图5-1所示。
AVR2的测量输入端有两组，其中VGA、VGB、VGC额定线电压为380V；VGa、VGb、VGc额定线电压为100V。
两组输入端不能同时使用，更不能互换使用！
一般情况下推荐使用380V输入。
两组输入最大值都不能超过120%额定电压。
2.测量比较单元实验
测量比较单元的任务是：
测量发电机的端电压；将测量电压与给定电压相比较得到两者的偏差。
对测量比较单元的要求是：
输出平稳（纹波小）、反应迅速。
本实验装置的测量比较单元由电压测量、电压给定和比较三部分电路构成。
测量部分包括测量变压器、正序电压滤过器、两组整流桥电路、两组信号调理电路、低通滤波器（U4），它们把被测三相交流电压转换为与之成正比的直流电压（VG’）。
两组整流桥和信号调理电路由开关K3切换，以选择正序滤过器的投切。
电压给定值VREF由电压给定电位器Rw5对-15v电源分压获得。
比较电路（U5）为典型的反相加法器。
3.综合放大单元实验
综合放大单元的作用是对多个信号按照各自的增益进行综合放大。
对它的要求是线性度好，放大倍数整定方便。
放大倍数Kp可以用6位平拨开关K5分挡选择（只能有1位在“on”的位置）。
对应于K5的①～⑥分别约为1、3、5、7、9和11。
综合放大单元（U8）有两个输入信号：
反相器U6输出的ΔU反相信号和积分U7输出的ΔU积分信号。
故放大单元输出
，可以实现PI调节。
但是在开环实验时积分器必须退出，否则会使U’饱和。
想想为什么？
积分器退出后，
。
放大单元的实验数据记录到表5-1。
在两个饱和点附近测取的数据应适当密集一些，同时应当用示波器监视输入输出电压波形，如果波形异常，应分析原因，排除问题后再测量。
根据实验数据绘制的放大单元静态特性曲线绘制到图5-2。
实验六同步发电机准同期并列实验
一．实验目的
1．加深理解同步发电机准同期并列原理，掌握准同期并列条件；
2．掌握模拟式综合整步表的使用方法；
3．熟悉同步发电机准同期并列过程。
二．实验内容
1．按准同期并列条件手动合闸
2．偏离准同期并列条件手动合闸
3．观察各电量变化情况
三．实验设备及仪器
1．WDT-ⅡC型电力系统综合自动化试验台
2．发电机组
四.注意事项
1．手动合闸时，仔细观察表上的旋转指针，在旋转灯接近0º位置之前某一时刻合闸。
2．微机自动励磁调节器上的增减磁按钮按键只持续5秒内有效，过了5秒后如还需调节则松开按钮，重新按下。
3．在做完准同期并列实验之后，应将同期开关选择为“OFF”档位。
五.实验线路及原理
1．将同步发电机并入电力系统的合闸操作通常采用准同期并列方式。
准同期并列要求在合闸前通过调整待并机组的电压和转速，当满足电压幅值和频率条件后，由运行操作人员手动或由准同期控制器自动选择合适时机发出合闸命令，这种并列操作的合闸冲击电流一般很小，并且机组投入电力系统后能被迅速拉入同步。
本实验台采用手动准同期方式。
2．手动准同期并列，应在正弦整步电压的最低点（同相点）时合闸，考虑到断路器的固有合闸时间，实际发出合闸命令的时刻应提前一个相应的时间或角度。
六.实验方法与步骤
1．机组启动与建压
A．检查原动机调速上自耦调压器指针是否指在0位置，如不在则应调到0位置；
B．合上操作电源开关，检查实验台上各开关状态：
各
升级会员 