继保实验指导书.docx

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继保实验指导书

前言

电力系统继电保护是本专业的主要课程，是一门理论性和实践性都很强的专业课，要求学生通过本课程的学习，掌握电力系统继电保护的基本原理、基本概念、考虑和解决问题的基本方法以及基本的实验技能，为学生毕业后从事本专业范围内的各项工作奠定专业基础。

因此，实验是教学的主要环节之一，通过实验，掌握各种主要保护继电器的构造、特性及一般调试方法，巩固和丰富所学到的理论知识、培养操作技能，并可从中发现和探讨新的问题。

为保护实验的顺利进行，提高实验质量，以达到预期的效果，实验应按以下要求进行：

1.实验前应对实验内容认真预习，弄清所需仪器设备规范、性能及使用方法，并写好预习报告。

预习报告内容应包括：

实验目的；简明的实验步骤；实验接线图及实验数据记录表格。

实验前将预习报告交指导教师签阅后方可参加实验。

否则，不得参加实验。

2.按实验接线图接线。

接线要整齐、清晰。

线路接好后须经指导教师检查、方可接通电源进行实验。

3.按实验步骤进行实验。

每做完一项实验，应将数据交指导教师检查后，方能拆线，再进行下一个实验。

注意：

改变实验接线前应先拉开电源。

4.实验中如遇异常事故，应首先切断电源，请指导教师一起查明原因后方可再进行实验。

事故损坏的仪器设备，按学校规定处理。

5.实验完毕，应将全部数据交指导教师审阅后再拆除实验线路，整理好实验所用的仪器设备及导线。

6.实验报告按规定内容书写，按时交指导教师批阅。

实验一、DL-10系列电流继电器、DJ-100系列电压继电器

的特性实验

一、实验目的：

1．了解电磁型电流继电器和电压继电器的构造及动作原理。

2．测量继电器的各项电气参数及进行各部件调整以达到掌握电流、电压继电器的基本检验及调试方法。

3．加深对过量继电器和欠量继电器的动作、返回的意义的理解。

二、实验内容：

1．观察电流继电器及电压继电器的构造及其动作原理。

2．测量电流继电器的动作电流IDZ及返回电流IFH，计算返回系数KFH。

3．测量低电压继电器起动电压UDZ和返回电压UFH，计算返回系数KFH。

4．检验电流继电器的时间特性，并作出时间特性曲线图。

三、实验步骤及实验线路图

1．DL-10系列电流继电器特性实验：

1）起动电流和返回电流的测量：

图

（一）

（1）串联继电器的二个线圈，并按图

（一）接好线路，然后把继电器的整定把手放在第一个位置。

接通电源，均匀调节调压器及滑线电阻，使继电器电流按单一方向增加，至继电器的触点接通（灯亮），继电器动作，此时电流表计的读数就是电流继电器的起动电流IDZ，注意，继电器的整定值与测量值的相对误差不得超过±3%。

（2）单方向减少继电器电流，使继电器的触点断开（灯暗），继电器返回，此时的电流表的读数即为继电器返回电流IFH，重复测量继电器的起动电流和返回电流，取三次平均值。

（3）将整定把手放在其它位置上，重做

（1）

（2）步骤实验。

并记录实验结果。

IDZ

IZD

IDZ1

IDZ2

IDZ3

平均

IDZ

误差

IFH1

IFH2

IFH3

平均

IFH

返回系数

KFH

计算公式：

误差△I%=（IDZ-IZD）／IZD×100%＜±3%

KFH=IFH／IDZ

IDZ------动作电流

IZD------整定值

IFH------返回电流

2）校验电流继电器时间特性，作时间特性曲线tdz=f（IR／Idz），IR为实际通过继电器的电流

图

（二）

如图

（二）接线，将把手定在起始位置，合上K1调整电流使之流过继电器的电流分别为整定值IZD的1.2倍、1.5倍、2倍，然后断开K1、合K2，后速合K1，此时继电器动作，记下继电器的动作时间。

每一电流值分别测量三次继电器动作时间，取平均值。

要求1.2IZD时，动作时间不大于0.15″；2IZD时，不大于0.03″。

2．电压继电器起动电压和返回电压的测量

图（三）

（1）图（三）接线，将整定把手放在起始位置，平稳、单方向地调整电压，使继电器触点打开（灯暗）,此时继电器返回。

这时电压表的读数是继电器的返回电压UFH，重复二次，取平均值。

（2）降低电压，至继电器触点闭合（灯亮），此时继电器动作，这时电压表的读数为继电器的动作电压UDZ。

（重复二次，取平均值）

（3）将整定把手放在其它位置，重做以上的实验并记录实验结果如下：

UDZ

UZD

UDZ1

UDZ2

UDZ3

平均

误差

UFH1

UFH2

UFH3

平均

返回

系数

KFH

计算公式：

△U%=（UDZ-UZD）／UZD×100%

KFH=UFH／UZD

UDZ-------动作电压

UZD-------整定值

四、实验报告：

1．根据所测数据计算继电器的返回系数KFH，对电流继电器要求KFH不小于0.85，不大于0.9，低电压继电器的返回系数KFH＜1.2。

2．用方格纸作出电流继电器的时间特性曲线。

3．通过实验，对欠量继电器和过量继电器的动作、返回意义有何体会。

五、实验设备；

单相调压器3KVA1台

滑线变阻器4~5A47Ω1个

交流电流表（2.5~5A）1只

交流电压表（10~250V）1只

401型电秒表（或701-2型数字毫秒计）1个

实验二、电磁型电流电压保护整组实验

一、实验目的

1．研究电力系统中如何利用电流电压整定保护

2．研究电力系运行方式对电流电压保护灵敏度的影响

3．学习时间继电器的动作时间的测定和整定方法

4．了解中间继电器、信号继电器的结构特点及作用，学会调整电流电压继电器的动作值、返回值和返回系数。

二、实验原理与实验

电流保护是根据网络发生短路时，电源到故障点之间电流增大的特点构成的。

如图一所示：

图

（一）

Id=E／XS+Zd

式中：

E-------为系统等值电源的相电势

Zd------为短路点至保护安装处之间的阻抗

XS------为系统等值阻抗，当最大运行方式时，XS为XSmin，当最小运行方式时，XS为XSmax，正常运行方式时，XS为XSN

由式可见，当一定运行方式下，XS和E一定，则I=f（Zd）。

三段式电流保护的整定计算及电流电压保护整定计算见教材：

无时限电流速断保护是以避开被保护线路外部最大短路电流为整定的原则，它是靠动作电流的整定获得选择性。

带时限电流速断保护则同时依靠动作电流和动作时间获得选择性，并要下一线路的无时限电流速断保护相配合。

过电流保护以躲开线路最大负荷电流和外部短路切除后电流继电器能可靠返回为整定原则。

它依靠动作电流及时间元件的配合获得选择性。

本实验：

XSmin=2Ω，XSmax=5Ω，XSN=3Ω，线路LAB=10Ω，LBC=10Ω，最大负荷电流为1安和0.9安，A变电所装无时限电流速断保护和过电流保护，B变电所装电流电压联锁速断保护和过电流保护，B变电所动作时间tB=1秒，取△t=0.5秒。

实验见图

（二）所示，TB为自耦变压器，模拟线电压为100伏的电源电势，它由TB付方调定，一组可变绕线电阻模拟，线路断路器1DL和2DL由交流接触器模拟KT1和KT2，不同地点的三相和二相短路由闸门实现，负载用灯泡负载箱代替。

图

（二）

三、实验内容与要求

1．测量在各种运行方式下，短路点Id与短路点至保护安装处距离Zd的关系曲线，即Id（3）=f（L），Id

（2）=f（L）的关系曲线。

并作出B变电所母线残余电压UCY与短路点至保护安装处距离的关系曲线。

即：

UCY=f（L）

2．整定电流继电器、电压继电器和时间继电器的动作值，即IDZ、UDZ、tDZ，且取KKI=1.25KKII=1.15Kf=0.85，以上内容应在实验预习报告中完成，并计算各种运行方式及不同类型短路时各保护的灵敏度。

3．整定、调整电流继电器和电压继电器的动作值和返回值，要求电流继电器的返回系数Kf=0.85~0.9，电压继电器的返回系数Kf=1.15，整定时间继电器的动作时间。

4．测量各种运行方式对电流、电压保护灵敏度的影响，用实验方法求取A、B变电所电流速断保护在各种运行方式及各种短路类型下的灵敏度，并与理论计算值进行比较。

5．根据图三中A、B变电所保护原理接线图画出展开图。

四、实验设备

1．电流、电压保护盘三组

2．三相灯泡三组

附时间继电器特性实验

实验原理接线图如下所示：

实验步骤为：

1．按图上接好线路，调整时间继电器的整定值，将静触点时间性整定指针对准一刻度中心位置。

2．合上K1，记录电秒表显示的读数，然后复位。

3．测量三次，取平均值，改变整定值重复以上的实验记录结果于表格

整定值

T1

T2

T3

平均值

误差

实验三、LG-11型功率方向继电器特性实验

一、实验目的

1．学会用有关相位测试仪测量电流和电压之间相角的关系

2．掌握功率方向继电器的动作特性、接线方式及测量动作特性的试验方法

3．研究接入功率方向继电器的电流、电压的极性对功率方向继电器的动作特性的影响

二、实验原理与实验装置简介

本实验选用LG-11整流型功率方向继电器为实验对象，该继电器是根据绝对值比较原理构成的。

它由电压形成回路、比较回路和执行元件三部分组成。

1．电压形成回路：

电压形成回路主要是由电压变换器UV和电抗变压器UR构成，将

加到继电器上的电压UK和电流IK变换成电压KUUK和KIIK，以便进行幅值比较。

其中UR有两个相同的二次绕组W2、W3，与一次绕组W1间的转移阻抗均为KI，KI的阻抗角为UR输出电压KIIK超前IK的相位角φI，可通过移相绕组W4的移相电阻Rφ1或Rφ2调节。

φI的余角α（α=90°-φI），称作继电器的内角，该继电器的内角有两个值30°和45°。

它可通过更换面板上的压板Y的位置来进行调整。

2．幅值比较回路：

由图中可见LG-11型的功率方向继电器的比较回路为环流式，整

流桥BZ1所加的交流电压为KUUK+KIIK，它称为工作电压，整流桥BZ2所加的交流电压为KUUK-KIIK，它称为制动电压。

其中UK、IK分别为加入功率方向继电器的电压和电流；KU为电压变换器UV的匝比，KI为电抗变压器的模拟电抗。

工作电压和制动电压分别经整流后输出电流II和III。

3．执行元件：

整流型的继电器所采用的执行元件为极化继电器，极化继电器的动作

具有方向性，当电流从极化继电器的极性端流入时，继电器动作；反之不动作。

继电器的动作条件为：

II-III≥I0I0极化继电器的动作电流。

理想状态下I0=0，故LG-11型功率方向继电器的动作条件是工作电压大于制动电压，其动作方程为：

|KUUK+KIIK|≥|KUUK-KIIK|

三、实验内容：

1．检查功率方向继电器的电压潜动和电流潜动

2．测量功率方向继电器动作区及最大灵敏角度

3．测量功率方向继电器的角度特性UJ=f（φ），并测出最小的动作电压

4．测量功率方向继电器的伏安特性UJ=f（IJ）并测出继电器的最小动作电流

5．改变接入功率方向继电器的电流或电压的极性，测量继电器的动作区

6．测量功率方向继电器的记忆特性

四、实验接线图及实验步骤：

实验线路图

1．检查继电器的潜动情况：

此时相位表不接入，理论上，当继电器只加入电流或电

压时，继电器不可能动作。

但是由于继电器内部参数的不平衡，在只加入电压；电流为0；或只加入电流；电压为0时，有可能在极化继电器线圈两端产生动作电压或制动电压，使继电器动作。

这种现象称为继电器的潜动。

（1）电压潜动：

将电流回路开路，合上交流电压回路开关K1，断开电流回路开关K2，调节自耦调压

器T1，使输入继电器的电压为1.1倍的继电器额定电压，继电器不应动作此时，极化继电器两端的电压小于0.2伏，则说明无电压潜动。

（2）电流潜动：

将电压回路短接，合上交流电流回路开关K2，断开电压回路开关K1，调节T2，使流

过继电器的电流为1~2倍的额定电流，此时继电器不应动作，说明无电流潜动。

2．测量继电器的动作区和最大灵敏角：

如图

（二）接好实验线路，合上开关K1，在继电器上加额定电压Ue=100V，合上开关

K2，调流过继电器的电流为额定电流Ie=5A，再合上直流开关K3，摇动移相器的手柄，改变电流与电压间的相位，记下继电器开始动作时（灯刚亮）电流滞后电压的动作角度φJ1和电流超前电压的动作角度φJ2，φJ1和φJ2之和即为继电器的动作区（小于180°）。

作φJ1和φJ2之和的角平分线与电压向量UJ的夹角即为最大灵敏角，继电器动作区应在170°+10°之间。

3．测量继电器的角度特性并作出特性曲线

保持流过继电器的电流为额定电流即：

I=Ie不变，摇动移相器手柄从φJ=φLM开始，

调电压使UJ从零逐渐提高至继电器动作，然后依次改变φJ（每隔10°改变一次），UJ仍从零逐渐提高至继电器动作，逐点记录下UJ和φJ的数值并列表如下：

φJ

UJ

（伏）

注意：

在测量不同φJ下继电器的动作电压时，加在继电器上的电压不应超过100V。

4．测量继电器的伏安特性UJ=f（IJ），并找出最小动作电压及电流

将φJ调至继电器的最大灵敏角度的位置，并保持不变，电流从0.1A始,电压从零

逐渐提高至继电器动作。

测量在不同的电流值时，继电器的动作电压。

电流分别为0.1A、0.2A、0.3A、0.4A、0.5A、1A、2A、3A、5A时，继电器的动作电压，记录测量值如下：

I（安）

U（伏）

5．改变接入功率方向继电器的电压、电流极性测量动作区

（1）改变接入的电流极性时

（2）改变接入的电压极性时

（3）同时改变接入的电压、电流极性时

6．测量继电器的记忆时间

将继电器的常开触点⑾　⑿改接至电秒表上，如下图所示

图三

（1）合图三中的开关K1、K2，将φ调至φ=φLM，IJ=5A，UJ=100V

（2）断开K2（即不加电流）

（3）合K3（即给电秒表动作电源）

（4）同时速合K2，断开K1（模拟出口处三相短路）观察电秒表的动作情况，记录动作时间，并分析此现象产生原因。

五、实验报告

1．分析功率方向继电器动作区为何小于180°？

2．根据实验数据分别在直角坐标纸上画出动作区及最大灵敏角，绘出UJ=f（φ）及UJ=f（IJ）曲线。

3．用相量图分析加入功率方向继电器的电压、电流极性变化对其动作特性的影响。

六、实验设备

移相器1台D-φ型电动式相位表1只

电流表（2.5~5A）1台电压表（0~300V）1台

电压表（0~10V）1台LG-11型功率方向继电器1台

实验四、方向阻抗继电器特性实验

（一）实验目的

1.熟悉整流型LZ-21型方向阻抗继电器的原理接线图，了解其动作特性。

2.测量方向阻抗继电器的静态Zf（ϕ）pu=特性，求取最大灵敏角。

3.测量方向阻抗继电器的静态（）purZ=fI特性，求取最小精工电流。

4.研究方向阻抗继电器记忆回路和引入第三相电压的作用。

（二）LZ-21型方向阻抗继电器原理图分析

由CT引入的电流ICY=Im/nCT，接于电抗变压器DKB的原方端子1，2，3，4。

在它的副方，得到正比于原方电流的电压，DKB的原方有几个抽头，当改变抽头位置时，即可改变Zf值。

由PT引入的电压Um接于电压变换器YB的原方端子5，6，7，用于引入电压UA、UB、UC，UPT=Um/nPT，YB副方每一定匝数就有一个抽头，改变抽头的位置即可改变nYB，也可改变Zset的大小。

JJ为具有方向性的直流继电器（又称极化继电器）。

端子9，10，11为极化继电器接点桥的输出。

端子12，13，14为继电器Ⅰ，Ⅱ段切换的接点。

当12，13连通时，Ⅰ段接通。

当12，14连通时，Ⅱ段接通。

LZ-21型方向阻抗继电器面板上有压板Y用于调整最大灵敏角。

LZ-21型方向阻抗继电器原理接线图

3．LZ-21型方向阻抗继电器的接线方式

根据阻抗继电器的工作原理，输入到继电器的电压和电流应满足下列要求：

①继电器的测量阻抗应正比于保护安装处至短路点的线路阻抗，以便正确地测定故障发生点；

②继电器的测量阻抗应与故障类型无关，即保证在发生各种不同类型短路时保护都能动作。

由于相间短路和接地短路的短路回路不同，所以防御相间短路和接地短路的阻抗继电器接线方式也不相同。

LZ-21型方向阻抗继电器是防御相间短路的继电器，其接线方式有两种

（1）线电压和相电流差的接线方式

三相阻抗继电器的接线如表4-1所列，这种接线方式称为0°接线方式

就是假定在cosφ=1时，接入阻抗继电器的电流和电压相位相同。

（2）线电压和相电流接线方式

由于输入继电器的相电流的不同，线电压和相电流接线方式可分为+30°接线方式和-30°接线方式两种，各相继电器接入的电压和电流如表4-2所列。

（三）实验内容

1．整流型阻抗继电器的阻抗整定值的整定和调整

当方向阻抗继电器处在临界动作状态时，推证的整定阻抗表达式如式所示：

显然，阻抗继电器的整定与LZ-21中的电抗变压器DKB的模拟阻抗ZI、电压变换器YB的变比nYB、电压互感器变比nPT和电流互感器nCT有关。

例如，若要求整定阻抗为Zset=15Ω，当nPT=100，nCT=20，ZI=2Ω（即DKB原方匝数为20匝时），则nYB=15/10，即1/nYB=0.67。

也就是说电压变换器YB副方线圈匝数是原方匝数的67%，这时插头应插入60、5、2三个位置。

整定值整定和调整实验的步骤如下：

（1）要求阻抗继电器阻抗整定值为Zset=5Ω，实验时设nPT=1，nCT=1，检查电抗变压器DKB原方匝数应为16匝。

（ZI=1.6Ω）

（2）计算电压变换器YB的变比nyb=5/1.6，YB副方线圈对应的匝数为原方匝数的32%。

（3）在参考上图阻抗继电器面板上选择20匝、10匝，2匝插孔插入螺钉。

（4）改变DKB原方匝数为20匝（ZI=2Ω）重复步骤

（1）、

（2），在阻抗继电器面板上选择40匝、0匝，0匝插孔插入螺钉。

（5）上述步骤完成后，保持整定值不变，继续做下一个实验。

2．方向阻抗继电器的静态特性Zpu=f（Φ）测试实验

实验步骤如下：

（1）熟悉LZ-21方向阻抗继电器和ZNB-Ⅱ智能多功能表的操作接线及实验原理。

认真阅读LZ-21方向阻抗继电器原理接线图和实验原理接线图

（2）按实验原理图接线，具体接线方法可参阅LG-11功率方向继电器实验中所介绍的内容。

（3）逆时针方向将所有调压器调到0V，将移相器调到0°，将滑线电阻的滑动触头移至其中间位置，将继电器灵敏角度整定为72°，整定阻抗设置为5Ω。

（4）合上三相电源开关、单相电源开关和直流电源开关。

（5）打开多功能表电源开关，将其功能选择开关置于相位测量位置（“相位”指示灯亮），相位频率测量单元的开关拔到“外接频率”位置。

LZ-21方向阻抗继电器实验原理接线图

（6）调节三相调压器使电压表读数为20V，调节单相调压器使电流表读数为2A，检查多功能表，看其读数是否正确，分析继电器接线极性是否正确。

（7）调节单相调压器的输出电压，保持方向阻抗继电器的电流回路通过的电流为Im=2.0A；

（8）按照LG-11功率方向继电器角度特性实验中步骤（7）至（12）介绍的方法，（（7）保持电流为2A不变，将两个滑线电阻的滑动触点移到靠近移相器输出bc接线端，调节三相调压器使其输出电压为30V。

（8）合上操作开关BK，调节两个滑线电阻的滑动触点使电压表读数为10V。

（9）断开操作开关BK。

（10）改变移相器的位置。

（11）迅速合上开关BK，检查继电器动作情况。

（12）重复步骤（9）至（11），找到使继电器动作的两个临界角度ϕ1、ϕ2，在断开开关BK的情况下，将多功能表的读数记录于表3-1中。

）

测量给定电压分别为表4-4中所确定数值下使继电器动作的两个角度ϕ1、ϕ2、，并将实验测得数据记录于表4-4中相应位置。

（9）实验完成后，将所有调压器输出调至0V，断开所有电源开关。

（10）作出静态特性Zpu=f（ϕ）图，求出整定灵敏度ϕ。

3．测量方向阻抗继电器的静态特性Zpu=f（Im），求最小精工电流

实验步骤如下：

（1）保持上述接线及阻抗继电器的整定值不变，调整输入电压和电流的相角差为ϕ=ϕsen=72°并保持不变。

（2）将电流回路的输入电流Im调到某一值（按表4-5中给定值进行）。

（3）断开开关BK，将三相调压器的输出电压调至30V.

（4）合上开关BK，调节两个滑线电阻的滑动触头使电压表的读数由小到大，直到方向阻抗继电器动作，记录相应的动作电压值。

再逐渐增大电压值，直到方向阻抗继电器返回，然后再减小电压值，直到继电器动作，并记下动作电压值。

改变输入电流Im，重复上述操作，测量结果填入表4-5中。

（5）实验完成后，使所有调压器输出为0V，断开所有电源开关。

（6）绘制方向阻抗继电器静态特性Zpu=f（Im）的曲线。

（7）在特性曲线上确定最小精工电流和最小动作电流Ipu⋅min。

（四）思考题

1．分析实验所得Zpu=f（ϕ）和Zpu=f（Im）特性曲线，找出有关的动作区、死区、不动作区。

2．讨论电压回路和电流回路所接的滑线变阻器的作用。

3．研究记忆回路和引入第三相电压的作用。

4．按图4-11的实验原理图接线，对应阻抗继电器的哪种接线方式？

其对应的Zpu=f（ϕ）特性有什么特点。

5．如果LZ-21继电器的模拟阻抗ZI=2Ω，nPT=100，nCT=20，若整定阻抗Zset=45Ω，请问nYB的抽头放在什么位置上？