TQXDBIII多功能继电保护试验培训标准系统试验书.docx
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TQXDBIII多功能继电保护试验培训标准系统试验书
第3章微机保护课程实验
3.1微机保护课程实验概述
电力系统微机保护课程实验包括数字式继电器特性实验、成组微机保护实验及微机保护与继电保护配合动作实验三部分。
本章实验需要用到的设备包括：
TQWB-III多功能微机保护实验装置、TQWX-III微机型继电保
护试验测试仪、部分常规继电器及实验台上的成组保护实验模型图。
本章实验中的数字式继电器或成组微机保护装置是由TQWB-III多功能微机保护实验装置实现
的，实现不同的功能只需向装置硬件中下载相应的程序模块。
例如数字式电流继电器”指的就是通
过向TQWB-III多功能微机保护实验装置中下载电流继电器程序模块，实现数字式电流继电器的功能。
（1）数字式继电器特性实验
数字式继电器采用单片机或DSP技术，实现常规继电器的功能。
由于其核心功能用软件实现，
因此具有更高的动作精度，并可实现更丰富、更复杂的继电器特性。
TQWB-III多功能微机保护实验装置可实现的数字式继电器类型包括：
数字式电流继电器、电压
继电器、功率方向继电器、差动继电器、阻抗继电器、反时限电流继电器、零序反时限电流继电器、负序反时限电流继电器、零序电流继电器、负序电流继电器、零序电压继电器、负序电压继电器、零序功率方向继电器及负序功率方向继电器等。
数字式继电器特性实验的实验方法是：
采用TQWX-III微机型继电保护试验测试仪产生信号，
对各种微机型继电器的动作值及动作特性进行测试。
实验原理图如图3-1。
实验前应确认多功能微机保护实验装置和测试仪与PC机串口正确连接。
由于多功能微机保护
实验装置的通信接口为RS485接口，需要经过RS485/RS232接口转换器转换后与PC机串口连接（建议连在PC机COM1上）；测试仪本身具有RS232接口，直接与PC机另一个串口相连。
由于在实验台内部已将TQWB-III多功能微机保护实验装置的跳闸出口接点连接到测试仪的开
入3上，因此不需要再进行开关量连接。
在选择开关量动作接点”时，必须选动作接点3！
（2）成组微机保护实验
TQWB-III多功能微机保护实验装置可实现的成组微机保护装置包括：
10kV线路微机保护装置、
35kV线路微机保护装置、110kV线路微机保护装置、变压器微机保护装置、电容器微机保护装置、发电机微机保护装置、电动机微机保护装置等。
成组微机保护实验的实验方法是：
微机保护实验装置从实验台上的成组保护实验模型图上获取电压、电流信号进行实验。
实验原理图如图3-2。
图3-1数字式继电器特性实验接线图
图3-2成组微机保护实验原理图（以10kV线路保护实验为例）
（3）微机保护与继电保护配合动作实验
将多个常规继电器组合构成继电保护，利用TQWB-III多功能微机保护实验装置实现需要的微
机保护，在成组保护实验模型图上完成微机保护与继电保护配合动作实验。
实验原理图如图3-3。
实验前注意：
本章实验前请仔细阅读以下参考文档：
《TQWB-III多功能微机保护实验装置用户手册》
《TQWX-III微机型继电保护试验测试仪用户手册》
《电力网信号源控制系统使用说明书》
《多功能微机保护实验装置管理程序使用说明》
图3-3微机保护与继电保护配合动作实验原理图（以电流保护配合实验为例）
3.2数字式电流继电器特性实验
3.2.1实验目的
（1）了解数字式电流继电器的常用算法。
（2）测试数字式电流继电器的动作和返回值，并与模拟式电流继电器的动作和返回情况进行比
较。
3.2.2实验原理及实验说明
3.2.2.1数字式电流继电器基本原理
数字式电流继电器与常规电流继电器的功能一样，都是仅反应于电流增大而动作，其动作方程
为：
（3-1）
其中，表示加入继电器的电流，表示电流继电器的整定电流值。
数字式继电器一般采用傅式算法计算电流有效值。
在离散系统中，用傅式算法计算基波电流有
效值的方法如下：
（3-2）
式中，表示电流的第个采样值，为每基频周期内的采样点数。
则电流基频分量的幅值可表示为。
电流基波的有效值为：
。
2/17
3.222实验说明
本实验中的数字式电流继电器为单相继电器，只反应A相电流动作，即：
只有将电流施加于
TQWB-III多功能微机保护实验装置的A相电流通道时，电流继电器才动作。
由于数字式继电器的计算和动作判断均由微机程序自行判断，无外部机械元件，因此其返回系数在1左右，在动作值附近，继电器反复动作、返回属正常现象。
3.2.3实验内容
3.2.3.1实验接线
将测试仪A相电流信号与TQWB-III多功能微机保护实验装置的A相电流接线端连接。
注意电
流公共端也应连接在一起。
3.2.3.2实验过程
（1）程序下载
由于TQWB-III多功能微机保护实验装置的功能可通过在线下载程序进行配置，因此实验前必须下载需要的模块程序。
本实验需要下载电流继电器保护侧程序”和电流继电器监控侧程序”。
TQWB-III多功能微机保护实验装置内部有两块CPU分别完成保护（逻辑）和监控功能，因此
必须对两块CPU程序同时下载更新，否则可能运行出错！
下载程序步骤如下：
a.首先按住装置面板上的ESC”键，再同时按住RESET”键，3秒后松开RESET”键，再松开
ESC”键，此时装置液晶屏上显示程序正在下载中…”的信息。
b.在PC机上运行多功能微机保护实验装置管理程序”，点击进入在线下载继电保护程序”模
块，见图3-4。
图3-4下载程序界面
点击通讯口设置”对应的下拉框，选择与PC机相连的串行口（首次安装为串口1）,串行口正
确打开后，才能进行程序下载。
点击下载新保护程序"按钮，选择下载程序的存放路径（路径为：
"…'下载程序特性实验下载程序”（…•表示多功能微机保护实验装置管理程序安装路径，默认安装路径为多功能微机保护实验装置管理程序），选择电流继电器保护侧程序.dat”文件
后进行下载，下载需要1分钟左右时间，下载时请勿在PC机上做其他操作。
下载成功后，屏幕上
将显示下载成功”的提示信息。
点击下载新监控程序”按钮，选择电流继电器监控侧程序.dat”文件进行下载。
c.下载成功后按RESET”键使TQWB-III多功能微机保护实验装置重新复位运行，如果下载正确，装置液晶屏上将显示电流继电器特性实验界面。
（2）整定值设定
TQWB-III多功能微机保护实验装置保护整定值的设定方法有两种，任意选择一种均可。
a.按装置面板上的ESC键进入管理菜单，并输入定值。
菜单详细操作可参见《TQWB-III多功
能微机保护实验装置用户手册》，注意输入完毕后按提示保存。
b.进入多功能微机保护实验装置管理程序”的继电保护特性实验”模块，如图3-5。
选择电流继电器实验”页面，点击通讯口设置”对应的下拉框，选择与PC机相连的串行口。
选定电流继电器”和速动”选项，在文本框中输入定值后，点击下载定值”按钮即可。
图3-5定值下载界面
（3）数字式电流继电器特性测试实验
测试内容及测试方法与DL-31型电流继电器近似，可参考。
注意开关量动作接点应选择接点3”
（实验台内部已连接好）。
测试过程记录的数据及计算数据填入表3-1。
表3-1数字式电流继电器测试数据记录表
动作值（A）
返回值（A）
返回系数
1
2
3
4
平均值（A）
/
误差（%）
变差（%）
返回系数
整定值（A）
3.2.4思考题
比较数字式电流继电器与DL-31型电流继电器的返回系数，并分析两者不同的原因。
3.3数字式电压继电器特性实验3.3.1实验目的
（1）了解数字式低电压、过电压继电器的常用算法。
（2）测试数字式低电压、过电压继电器的动作和返回值，并与模拟式电压继电器的动作和返回情
况进行比较。
3.3.2实验原理及实验说明3.3.2.1数字式电压继电器基本原理
数字式电压继电器分为低电压继电器和过电压继电器，可通过控制字进行选择。
过电压继电器反应于相间电压升高而动作，其动作方程为：
（3-3）
其中，表示加入继电器的相间电压，表示过电压继电器的整定电压值（用相电压表示）。
低电压继电器反应于相间电压降低而动作，其动作方程为：
（3-4）
其中，表示加入继电器的相间电压，表示低电压继电器的整定电压值（用相电压表示）。
数字式电压继电器动作逻辑框图如图3-6所示。
图3-6数字式电压继电器逻辑框图
数字式继电器一般采用傅式算法计算电压有效值。
在离散系统中，用傅式算法计算基波电压有
效值的方法如下：
（3-5）
式中，表示电压的第个采样值，为每基频周期内的采样点数。
则电压基频分量的幅值可表示为。
电压基波的有效值为：
。
3.322实验说明
数字式电压继电器仅反映AB相间电压动作，即:
只有在TQWB-III多功能微机保护实验装置的
A相电压和B相电压通道施加电压时，电压继电器才动作。
3.3.3实验内容
3.3.3.1实验接线
将测试仪A、B相电压信号分别与TQWB-III多功能微机保护实验装置的A、B相电压接线端连
接。
注意电压公共端也应连接在一起。
3.3.3.2实验过程
（1）程序下载
运行多功能微机保护实验装置管理程序”软件，进入在线下载继电保护程序”模块，对TQWB-III
多功能微机保护实验装置进行功能配置，下载电压继电器保护侧程序”和电压继电器监控侧程序”。
（2）整定值下载
可运行软件多功能微机保护实验装置管理程序”进行整定值下载，整定界面如图3-7（进入继电保护特性实验”模块，并点击其他继电器”选项卡）。
当测过电压特性时，勾选电压继电器”及过电压”当测低电压特性时，勾选电压继电器”及低电压”输入整定值，成功打开串口后下载定值。
图3-7电压继电器整定值下载界面
整定注意：
输入的电压动作值（整定值）应为相电压值。
例如：
设置在过电压模式下，当整定值为50V时，加入继电器的必须要大于86.6V时，继电器
才会动作。
（3）特性测试
首先进行过电压继电器特性测试实验，测试内容及测试方法与DY-36型电压继电器近似，可参
考。
注意：
开关量动作接点应选择接点3”（实验台内部已连接好）。
控制变量应选择幅值”，若设置过电压继电器动作值为60V，则变量的程控变化范围应包含60V，
例如可设置为从50V到70V。
测试过程记录的数据及计算数据填入表3-2。
表3-2过电压继电器特性测试（填入表格中的电压均用相电压表示）
动作值（V）
返回值（V）
返回系数
1
2
3
4
平均值（V）
/
误差（%）
变差（%）
返回系数
整定值（V）
然后进行低电压继电器特性测试实验，测试过程记录的数据及计算数据填入表3-3。
表3-3低电压继电器特性测试（填入表格中的电压均用相电压表示）
动作值（V）
返回值（V）
返回系数
1
2
3
4
平均值（V）
/
误差（%）
变差（%）
返回系数
整定值（V）
3.3.4思考题
比较数字式电压继电器与DY-36型电压继电器的返回系数，并分析两者不同的原因。
3.4数字式功率方向继电器特性实验
3.4.1实验目的
（1）了解数字式功率方向继电器的算法。
（2）测试数字式功率方向继电器的最大灵敏角和动作范围。
（3）测试数字式功率方向继电器的角度特性。
3.4.2实验原理
数字式功率方向继电器的主要任务是判断短路功率的方向，为了保证在各种相间短路故障时，功率方向继电器能可靠、灵敏地动作，采用90°接线方式。
数字式功率方向继电器仅反映和之间的相
位关系而动作。
当方向元件内角取时，功率方向继电器的正方向动作方程式为：
（3-6）数字式功率方向继电器提供30。
和45。
两个内角供选择。
3.4.3实验内容
3.4.3.1实验接线
将TQWB-III多功能微机保护实验装置的A相电流、B与C相电压接线端分别与测试仪的对应
相电流及电压端子相连。
电流与电压公共端也应分别连接在一起。
3.4.3.2程序及整定值下载
（1）程序下载。
运行多功能微机保护实验装置管理程序”软件，进入下线下载继电保护程序”
模块，对TQWB-III多功能微机保护实验装置进行功能配置，下载功率方向继电器保护侧程序”和功
率方向继电器监控侧程序”。
（2）整定值下载。
运行多功能微机保护实验装置管理程序”软件，进入继电保护特性实验”模块。
数字式电压继电器定值下载界面，选择其他继电器”选项，同时选定功率继电器”和功率方向继电
器”选项，选择功率内角”为30°成功打开串口后点击下载定值”按钮即可。
3.4.3.3特性测试
（1）测试数字式功率方向继电器的最大灵敏角
a.整定功率方向继电器内角为30°,内角与最大灵敏角之间的关系为：
。
b.按LG-11型功率方向继电器特性实验”同样的方法（手控或程控方式均可）测试数字式功率
方向继电器的最大灵敏角。
将得到的数据填入表3-4。
并与模拟式继电器的测试值进行比较。
注意：
开关量动作接点应选择接点3”（实验台内部已连接好）。
表3-4数字式功率方向继电器最大灵敏角测试（保持电流为5A）
内角
最大灵敏角
注意:
在进行不同的功率内角实验时，需重新进行整定值下载。
（2）测试数字式功率方向继电器的角度特性
按LG-11型功率方向继电器特性实验”同样的方法测试数字式功率方向继电器的角度特性，将数据记入表3-5，并绘出角度特性曲线。
表格中的可填入测试过程中遍布功率方向继电器动作范围内的一些角度。
表3-5数字式功率方向继电器角度特性测试数据
（V）
（V）
（V）
（3）测试数字式功率方向继电器的伏安特性
保持，按LG-11型功率方向继电器特性实验”同样的方法测试数字式功率方向继电器的伏安特性，将数据记入表3-6，并绘出伏安特性曲线。
表3-6数字式功率方向继电器伏安特性实验数据（保持=30°不变）
（A）
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
（V）
344思考题
数字式功率方向继电器与常规功率方向继电器相比，动作范围和灵敏角精度有什么不同?
3.16三段式电流保护实验
3.16.1实验目的
（1）掌握三段式保护的基本原理。
（2）熟悉三段式保护的接线方式。
（3）掌握三段式电流保护的整定方法。
（4）了解运行方式对灵敏度的影响。
（5）了解三段电流保护的动作过程。
⑹了解反时限过电流保护的时限特性。
3.16.2实验原理及实验说明
3.1621三段式电流保护基本原理
三段式电流保护一般作为中低压线路的主保护，分电流速断（简称I段），限时电流速断（简称
H段）和定时限过电流保护（简称川段）。
目前电力网大多由多电源系统构成，但可以发现，当输电
线路由双测电源供电时，只要在单侧电源上加装方向元件，就可以把双测电源拆开成两个单侧电源看待。
因此本节所述保护原理都用单侧电源说明。
（1）电流速断保护
对于仅反映于电流增大而瞬间动作的电流保护，称为电流速断保护，作用原理如图3-14所示：
当AB段末端发生短路时，希望保护1能够瞬时动作切除故障，当相邻线路BC末端发生故障时，
希望保护2瞬时动作切除故障，但是实际上，和点短路时流经保护1的短路电流之几乎一样，则可
知希望点短路时速断保护1能动作，而保护2不动作，这就是动作的选择性问题，为保证选择性，则保护装置的起动参数的整定上保证下一出口处短路时不起动。
则可知保护装置1的动作电流必须
大于短路时的最大短路电流。
对于保护1来说，应有。
可选取：
（3-20）
其中可靠系数取1.2〜1.3。
如图3-14所示，当系统最大方式下运行时（图示线I）,电流速断的
保护范围为最大，当出现其它运行方式或两相短路时，速断的保护范围都要减小，而当出现系统最小运行方式下的两相短路时（图示线II）,电流速断的保护范围为最小，但总的来说，电流速断保护
不能保护线路全长，并且保护范围直接受运行方式的影响。
动作时间：
电流保护I段无时限动作，动作时间为断路器固有的动作时间。
灵敏度校验方法：
求出I段的最小保护范围，即在最小运行方式下发生两相短路时的保护范围，用表示。
（3-21）
要求最小保护范围不得低于15%〜20%线路全长。
式中：
一线路的单位阻抗，一般0.4Q/km;—系统最大短路阻抗。
在进行整定电流计算时，应该按照在最大运行方式下发生三相短路时通过保护装置的短路电流进行整定，按最小运行方式下发生两相短路时的短路电流进行灵敏度校验。
短路电流计算方法如下：
三相短路时，流过保护的短路电流为：
。
两相短路时，流过保护的短路电流为：
。
其中，为电源的等效计算相电动势，为短路点至保护安装处的阻抗，为保护安装处到系统等效电源的阻抗。
图3-14电流速断保护动作特性分析
（2）限时电流速断保护
能以较小的时限快速切除全线路范围以内的故障称为带时限电流速断，对这个新设保护的要求，
首先是在任何情况下都能保护本线路全长，并且具有足够的灵敏性，其次是在满足上述要求的前提下力求具有最小动作时限。
如图3-15，由于要求带时限电流速断保护必须保护本线路AB的全长，
因此，它的保护范围延伸到下一线路中去，为了使AB上的带时限电流速断保护1获得选择性，它
必须和下一线路BC的保护2的电流速断保护配合，且保护1的限时电流速断动作电流必须大于保
护2的电流速断动作电流，如图3-15所示，引入可靠系数，取1.1〜1.2。
（3-22）
动作时限整定方法：
保护1的限时速断的动作时限应该比下一线路的速断保护动作时限高出一
个时间阶段，此时间阶段用表示=+，如图3-15所示，在保护2电流速断范围以内的故障，将以的
时间被切除，此时保护1的限时速断虽然可能起动，但是由于较大一个，因而时间上保证了选择性。
灵敏度校验方法：
为了能够保护本线路的全长，限时电流速断保护必须在系统最小运行方式下，
线路末端发生两相短路时具有足够的反应能力，这个能力通常用来衡量，对保护1的限时电流速断
而言，即应采用系统最小运行方式下线路AB发生两相短路时的短路电流作为故障参数的计算值来
校验：
=，且要求1.3~1.5。
图3-15限时电流速断动作特性及时间配合
（3）定时限过电流保护
过电流保护是指其起动电流按照躲开最大负荷电流来整定的一种保护装置，它在正常运行时不
应该起动，而在电网发生故障时，则能反应于电流的增大而动作，在一般情况下它不仅能保护本线
路的全长，而且能保护相邻线路的全长，以起到后备保护的作用。
当点短路时，短路电流将通过保
护5,4,3，这些保护都要起动，但是按照选择性要求由保护3动作切除故障，然后保护4和5由
于电流减小而返回。
保护3的动作电流为：
（3-23）
其中，为可靠系数，一般取1.15~1.25;为自启动系数，如果有电动机负荷，大于1，如果无电
动机负荷，可取1,应由网络具体接线和负荷性质确定；为电流继电器的返回系数，如果采用微机保护装置，可取0.95~1，如果采用常规电流继电器，可取0.85。
动作时限的整定方法：
为了保证选择性则可知过电流保护的动作时间必须按阶梯原则。
相邻保护装置之间相差一个。
如图3-16所示。
灵敏度的校验方法：
当过电流保护作为本段线路的主保护时，即采用在最小运行方式下本线路
末端两相短路时的电流进行校验=，且要求1.3~1.5;当作为相邻线路的后备保护时，则应采用最小
运行方式相邻线路末端两相短路时的电流进行校验=，且要求1.2。
图3-16定时限过电流保护时间配合
（4）反时限过电流保护
反时限过电流保护是动作时限与被保护线路中的电流大小有关的一种保护，当电流大时，保护
的动作时限短，当电流小时，保护的动作时限长。
反时限过电流继电器的时限特性如图3-17所示：
若电流III段采用反时限过电流保护，对于保护1来说，其起动电流按照定时限过电流保护的整定方
法进行计算，即按照躲开最大负荷电流来整定。
IEC255-4标准中常用的反时限特性曲线包括：
标准反时限特性、非常
反时限特性和极端反时限特性。
标准反时限特性方程为：
非常反时限特性方程为：
极端反时限特性方程为：
各式中：
为继电器的动作时间，为继电器延时整定时间，为加入继电
器的实际电流值，为继电器的整定电流值。
图3-17反时限过电流继电器时限特性
3.16.2.210kV线路保护配置及逻辑框图
在本实验中，10kV线路保护的基本配置是：
三段电流保护、反时限电流保护，保护可选择带方向。
三段式电流保护的逻辑框图如图3-18到3-20，其中表示A、B、C三相电流的最大值，、和分别
表示三段电流定值，和表示2段和3段时间定值。
图3-1810kV线路保护电流I段动作逻辑框图
图3-1910kV线路保护电流II段动作逻辑框图
反时限电流保护逻辑框图如图3-21。
提供了三种反时限特性，通过控制字可以进行选择。
曲线
1”表示标准反时限特性，曲线2”表示非常反时限特性，曲线3”表示极端反时限特性。
图3-2010kV线路保护电流III段动作逻辑框图
图3-21反时限电流保护动作逻辑框图
本实验以实验台上的成组保护接线图为一次系统模型，如图3-22。
各元件基本参数已标示在模
型上。
相应的测试仪实验模型为1OkV线路模型”。
10kV线路保护安装于A变电站1QF处，从3TA二次侧获取电流，控制1QF动作。
通过向
TQWB-III多功能微机保护实验装置下载10kV线路保护程序构成10kV线路保护。
图3-2210kV微机线路保护实验一次系统图
其它实验模型的基本参数可在电力网信号源控制系统”软件上查看。
具体方法如下：
（1）在文件”菜单中选择打开项目”，选择10kV线路模型.ddb”打开。
（2）双击左侧树形菜单中的文件管理”中的10kV线路模型.ddb”，并双击测试”打开实验模型。
（3）在选项”中点击显示元件名称”和显示元件参数”，各元件名称和参数将显示在系统模型一次图中。
3.16.3实验内容3.16.3.1实验接线
将TQWB-III多功能微机保护实验装置的三相电流接线端分别与成组保护接线图的1QF处的电
流互感器的三相电流插孔相连，装置的跳闸、合闸接线端分别与1QF处的跳闸、合闸插孔相连，装
置的跳、合位端子分别与1Q
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