电力系统继电保护实验报告.docx
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电力系统继电保护实验报告
电力系统继电保护实验报告
一、常规继电器特性实验
（一）电磁型电压、电流继电器的特性实验
1．实验目的
1）了解继电器基本分类方法及其结构。
2）熟悉几种常用继电器，如电流继电器、电压继电器、时间继电器、中间继电器、信号继电器等的构成原理。
3）学会调整、测量电磁型继电器的动作值、返回值和计算返回系数。
4）测量继电器的基本特性。
5）学习和设计多种继电器配合实验。
2．继电器的类型与原理
继电器是电力系统常规继电保护的主要元件，它的种类繁多，原理与作用各异。
3．实验内容
1）电流继电器特性实验
电流继电器动作、返回电流值测试实验。
实验电路原理图如图2-2所示：
虚线框为台体内部接线
图2-2电流继电器动作电流值测试实验原理图
实验步骤如下：
（1）按图接线，将电流继电器的动作值整定为1.2A，使调压器输出指示为0V，滑线电阻的滑动触头放在中间位置。
（2）查线路无误后，先合上三相电源开关（对应指示灯亮），再合上单相电源开关和直流电源开关。
（3）慢慢调节调压器使电流表读数缓慢升高，记下继电器刚动作（动作信号灯XD1亮）时的最小电流值，即为动作值。
（4）继电器动作后，再调节调压器使电流值平滑下降，记下继电器返回时（指示灯XD1灭）的最大电流值，即为返回值。
（5）重复步骤
（2）至（4），测三组数据。
（6）实验完成后，使调压器输出为0V，断开所有电源开关。
（7）分别计算动作值和返回值的平均值即为电流继电器的动作电流值和返回电流值。
（8）计算整定值的误差、变差及返回系数。
误差＝［动作最小值－整定值]／整定值
变差＝［动作最大值－动作最小值］／动作平均值100%
返回系数＝返回平均值／动作平均值
表2-1电流继电器动作值、返回值测试实验数据记录表
动作值/A
返回值/A
1
1.21
1.12
2
1.19
1.12
3
1.19
1.12
平均值
1.197
1.12
误差
0.8%
整定值Izd
1.2
变差
1.6%
返回系数
0.93
2）电流继电器动作时间测试实验
电流继电器动作时间测试实验原理图如图2-3所示：
图2-3电流继电器动作时间测试实验电路原理图
实验步骤如下：
（1）按图接线，将电流继电器的常开触点接在多功能表的“输出2”和“公共端”，将开关BK的一条支路接在多功能表的“输入1”和“公共端”，使调压器输出为0V，将电流继电器动作值整定为1.2A，滑线电阻的滑动触头置于其中间位置。
（2）检查线路无误后，先合上三相电源开关，再合上单相电源开关。
（3）打开多功能表电源开关，使用其时间测量功能（对应“时间”指示灯亮），工作方式选择开关置“连续”位置，按“清零”按钮使多功能表显示清零。
（4）合上操作开关BK，慢慢调节调压器使其输出电压匀速升高，使加入继电器的电流为1.2A。
（5）先拉开操作开关（BK），按“清零”按钮清零多功能表，使其显示为零，然后再迅速合上BK，多功能表显示的时间即为动作时间，将时间测量值记录于表2-2中。
（6）重复步骤（5）的过程，测三组数据，计算平均值，结果填入表2-2中。
表2-2电流继电器动作时间测试实验数据记录表
I
1.2A
1.4A
1.6A
1
2
3
平均
1
2
3
平均
1
2
3
平均
T/ms
148
165
147
153
100
102
95
99
70
53
70
64
（7）先重复步骤（4），使加入继电器的电流分别为1.4A、1.6A，再重复步骤（5）和（6），测量此种情况下的继电器动作时间，将实验结果记录于表2-2。
（8）实验完成后，使调压器输出电压为0V，断开所有电源开关。
（9）分析四种电流情况时读数是否相同，为什么？
4）时间继电器特性测试实验
时间继电器特性测试实验电路原理接线图如图2-5所示：
图2-5时间继电器动作时间测试实验电路原理图
实验步骤如下：
（1）按图接好线路，将时间继电器的常开触点接在多功能表的“输入2”和“公共线”，将开关BK的一条支路接在多功能表的“输入1”和“公共线”，调整时间整定值，将静触点时间整定指针对准一刻度中心位置，例如可对准2秒位置。
（2）合上三相电源开关，打开多功能表电源开关，使用其时间测量功能（对应“时间”指示灯亮），使多功能表时间测量工作方式选择开关置“连续”位置，按“清零”按钮使多功能表显示清零。
（3）先断开BK开关，合上直流电源开关，再迅速合上BK，采用迅速加压的方法测量动作时间。
（4）重复步骤
（2）和（3），测量三次，将测量时间值记录于表2-4中，且第一次动作时间测量不计入测量结果中。
表2-4时间继电器动作时间测试
整定值
1
2
3
平均
误差
变差
T/ms
5000
4911
4902
4916
4909
1.7%
0.3%
（5）实验完成后，断开所有电源开关。
（6）计算动作时间误差。
3．实验内容
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=sen=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2-12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2-11中。
表2-12方向阻抗继电器的静态特性Zpu=f（Im）测试
（条件为：
内=72，Zset=5）
Im/A
1.5
1.0
0.8
0.6
0.4
0.3
0.2
U/V
U
13.6
8.6
6.1
4.9
2.8
U
0.9
1
0.8
0.8
0.9
Zpu=
Zpu
4.5
4.3
4
4
3.5
Zpu
0.3
0.5
0.5
0.6
1.1
（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Ipumin。
4．思考题
（1）分析实验所得Zpu=f（）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。
答：
1、达到保护电路的目的的是为了尽可能增大电路的总电阻，使电路中的电流达到最小，从而达到保护电路的目的。
如伏安法测电阻、用电流表和电压表测小灯泡的电功率等实验都利用了滑动变阻器保护电路的作用。
2、达到控制变量
（3）研究记忆回路和引入第三相电压的作用。
答：
（1）防止线路正方向相问出口短路时继电器的动作死区；
（2）防止线路反方向相问出口短路时继电器的误动作；
（3）改善继电器的动作特性。
（4）按图2-22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（）特性有什么特点。
答：
阻抗继电器的接线方式
一、对阻抗继电器接线方式的基本要求及常用接线方式
阻抗继电器的接线方式是指接入阻抗继电器的电压和电流İ.
mUm 分别取用什么电压和电流的接线方法。
对于阻抗继电器，接入电压和电流将会直接影响阻抗继电器的测量阻抗 Ｚm 。
根据距离保护的工作原理，加入继电器的电压 和电流İ.
（5）如果LZ-21继电器的模拟阻抗ZI=2，nPT=100，nCT=20，若整定阻抗Zset=45，请问nYB的抽头放在什么位置上？
实验心得与体会：
通过本次,实验我们了解继电器基本分类方法及其结构。
熟悉几种常用继电器，如电流继电器、电压继电器、时间继电器、中间继电器、信号继电器等的构成原理。
并且对几种继电器的内部接线图有了更直观的了解，通过理论联系实际对实验有了更好的掌握。
对各种继电器的参数和特性有了更好的了解以便于将来使用的时候有基本的映像。
学会调整、测量电磁型继电器的动作值、返回值和计算返回系数。
了解了测量继电器的基本特性。
通过方向阻抗继电器静态特性Zpu=f（Im）等的曲线我们能够更直观形象的看出方向阻抗继电器的静态特性等等。
在实验的过程中使理论实践化，提高了我们的动手能力，而且能初步分析实验过程中遇到的问题并解决他们。
在做实验的过程中还有一些的不足，但坚信，通过不断的积累才会越来月熟悉。
二、输电线路电流电压常规保护实验
（一）实验目的
1．了解电磁式电流、电压保护的组成。
2．学习电力系统电流、电压保护中电流、电压、时间整定值的调整方法。
3．研究电力系统中运行方式变化对保护灵敏度的影响。
4．分析三段式电流、电压保护动作配合的正确性。
（二）基本原理
1．试验台一次系统原理图
试验台一次系统原理图如图3-1所示。
2．电流电压保护实验基本原理
1）三段式电流保护
图3-2单侧电源线路上无时限电流速断保护的计算图
图3-5过电流保护动作时间选择的示意图
4．常规电流保护的接线方式
电流保护常用的接线方式有完全星形接线、不完全星形接线和在中性线上接入电流继电器的不完全星形接线三种，如图3-8所示。
电流保护一般采用三段式结构，即电流速断（I段），限时电流速断（II段），定时限过电流（III段）。
但有些情况下，也可以只采用两段式结构，即I段（或II段）做主保护，Ⅲ段作后备保护。
下图示出几种接线方法，供接线时参考。
（a）完全星形两段式接线图
（b）不完全星形接线
（c）在中性线上接入电流继电器的不完全星形接线
图3-8电流保护常用的几种接线
（三）实验内容
DJZ-III试验台的常规继电器都没有接入电流互感器和电压互感器，在实验之前应参阅图3-1的一次系统图，设计好保护接线图，并接好线后才能进行实验。
3．三相短路时Ⅰ段保护动作情况及灵敏度测试实验
在不同的系统运行方式下，做三段式常规电流保护实验，找出Ⅰ段电流保护的最大和最小保护范围，具体实验步骤如下：
（1）按前述完全星形实验接线，将变压器原方CT的二次侧短接，调I段三个电流继电器的整定值为5.16A，II段三个电流继电器的整定值为2.78A，或者III段整定值为1.62A。
（2）系统运行方式选择置于“最大”，将重合闸开关切换至“OFF”位置。
（3）把“区内”、“线路”和“区外”转换开关选择在“线路”档（“区内”、“区外”是对变压器保护而言的，在线路保护中不使用）。
（4）合三相电源开关，三相电源指示灯亮（如果不亮，则停止下面的实验）。
（5）合上直流电源开关，直流电源指示灯亮（如果不亮，则停止下面的实验）。
（6）合上变压器两侧的模拟断路器1KM、2KM。
（7）缓慢调节调压器输出，使并入线路中的电压表显示读数从0V上升到100V为止，此时负载灯全亮。
（8）将常规出口连接片LP2投入，微机出口连接片LP1退出。
（9）合上短路选择开关SA、SB、SC。
（10）模拟线路段不同处做短路实验。
先将短路点置于100%的位置（顺时针调节短路电阻至最大位置），合上故障模拟断路器3KM，检查保护I段是否动作，如果没有动作，断开故障模拟断路器，再将短路电阻调至90%处，再合上故障模拟断路器，检查保护I段是否动作，没有动作再继续本步骤前述方法改变短路电阻大小的位置，直至保护I段动作，然后再慢慢调大一点短路电阻值，直至I段不动作，记录最后能够使I段保护动作的短路电阻值于表3-1中。
（11）分别将系统运行方式置于“最小”和“正常”方式，重复步骤（4）至（10）的过程，将I段保护动作时的短路电阻值记录在表3-1中。
（12）实验完成后，将调压输出调为0V，断开所有电源开关。
（13）根据实验数据分析出无时限电流速断保护最大保护范围。
表3-1三相短路实验数据记录表
短路电阻/
运行方式
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
最大
3.58
3.81
4.11
4.46
4.87
5.36
5.5A/5.5最大保护范围
最小
2.98
3.14
3.33
3.56
3.79
4.11
4.45
4.92
5.13A/2.6
正常
3.14
3.31
3.54
3.79
4.08
4.43
4.83
5.38
5.18A/3.3
4．两相短路时I段保护动作情况及灵敏度测试实验
在系统运行方式为最小时，做三段式常规电流保护实验，找出I段电流保护的最小保护范围，具体实验步骤如下：
（1）按前述完全星型实验接线，将变压器原方CT的二次侧短接。
调整I段三个电流继电器的整定值为5.16A，II段三个电流继电器的整定值为2.78A或者III段整定值为1.62A。
（2）系统运行方式选择置于“最小”。
（3）把“区内”、“线路”和“区外”转换开关选择在“线路”档。
（4）合三相电源开关，三相电源指示灯亮（如果不亮，则停止下面的实验）。
（5）合上直流电源开关，直流电源指示灯亮（如果不亮，则停止下面的实验）。
（6）合上变压器两侧的模拟断路器1KM，2KM。
记录能使保护I段动作的最大短路电阻值于表3-2中。
表3-2两相短路实验数据记录表
短路电阻/
运行方式
AB相短路
BC相短路
CA相短路
最大
5.13A/4
4
5.12A/3.8
最小
5.12A/1.3
1.3
5.10A/1.1
正常
5.14A/2.1
1.7
5.15A/2.1
表3-3低电压闭锁电流速断保护实验数据记录表
短路电阻/
运行方式
10
9
8
7
6
5
保护范围
最大
3.32
3.77
4.06
4.38
4.78
5.22
53V8.26A/1.3
最小
2.92
3.08
3.25
3.47
3.72
3.98
4.55A/3.4
正常
3.1
3.27
3.46
3.71
3.99
4.29
4.72A/3.8
6．复合电压启动的过电流保护实验
参见图2-8实验原理接线图。
具体实验步骤如下述：
（1）将变压器原方CT的二次侧短接，串入负序电压和低电压继电器,调整I段三个电流继电器的整定值为4.3A。
电压继电器整定值为56V，负序电压继电器整定值为6V。
（2）重复实验3（三相短路实验）中步骤
（2）至（12），将实验数据记录于3-4中。
（3）根据实验数据求出复合电压启动的过电流保护的最大保护范围，分析复合电压启动的过电流保护的敏感性，并与低压闭锁速断保护、无时限电流速断保护的范围进行比较。
表3-4复合电压启动的过电流保护实验数据记录表
短路电阻/
运行方式
4
5
6
8
范围
最大
77.8/6.23A
81/5.59A
83.5/5.07A
91.6/4.5A
0.8
最小
57.3/4.59A
61.5/4.26A
64.8/3.95A
73.7/3.63A
4.4
正常
62.6/4.98A
66.4/4.54A
69.7/4.24A
78.3/3.85A
3.3
注意：
由于保护出口连接片已退出（断开），保护动作后不能使模拟断路器分断，所以故障持续时间不易太长，即要在故障开始后，当所有保护均已经动作时，人为断开故障模拟断路器。
（四）思考题
1．比较分析三段式电流保护和电压电流联锁保护，以及复合电压启动的过电流保护的灵敏性。
答：
一段又叫电流速断保护，没有时限，按躲开本段末端最大短路电流整定
二段又叫限时电流速断，按躲开下级各相邻元件电流速断保护的最大动作范围整定，可以作为本段线路一段的后备保护，比一段多时间t时限。
三段又叫过电流保护，按照躲开本元件最大负荷电流来整定，具有比二段更长的时限，可以作为一二段的后备保护，保护范围最大，时限最长。
系统运行方式变化很大时，电流保护（尤其电流速断保护）的保护区可能很小，往往不能满足灵敏度要求，为了提高灵敏度可以采用电流、电压联锁保护。
电流、电压联锁保护可以分为电流、电压联锁速断保护，带时限电流、电压联锁速断保护和低电压起动的过电流保护三种。
由于这种保护装置较为复杂，所以只有当电流保护灵敏度不能满足要求时才采用。
2．电流保护和电流、电压联锁保护的整定值计算方法，有什么不同？
答：
电流电压速断保护是在线路电流大于电流整定值，且母线电压低于电压整定值时才动作，这样，在最大运行方式下，在线路的保护范围外的某一点短路时，虽然电流会超过整定值，但由于电源等效内阻小，则母线电压降低不多，会高于整定值，整套保护不会误动；而在最小运行方式下短路时，由于电源等效内阻较大，即使母线电压降至动作值以下，但由于系统等效阻抗较大，其电流仍会小于整定值，整套保护也不会误动。
因此，整定电流值可按正常运行方式下的短路电流值来整定，这就比最大运行方式下的短路电流值要小，从而可增大电流保护的范围，改善电流速断保护的灵敏性。
为保证在外部短路时保护不误动，电流电压联锁速断保护一般可按正常运行方式下，能保护线路全长的80％来整定。
（1）电流元件的整定值计算：
根据上述原则，电流整定值计算公式为：
Iact＝Ext/（Zxt＋0．8ZL）式中ZL为被保护线路的阻抗。
（2）电压元件的整定值计算：
电压整定值按以上同种运行方式下，电流元件保护范围末端（即线路全长的80％处）三相短路时，母线上的残压来计算，即：
Uact＝1.732Iact×0．8ZL
实验心得与体会：
通过本次，实验我们了解电磁式电流、电压保护的组成。
学习了实验台一次系统，三段式电流保护，电流电压联锁保护等的原理。
采用电流、电压联锁保护可以提高灵敏度满足系统运行方式变化很大时保护区小达不到要求的需要。
以及三段式电流保护和电流电压联锁保护的区别。
通过对实验的操作还了解了电力系统电流、电压保护中电流、电压、时间整定值的调整方法。
通过实验还了解了输电线路电流电压常规保护不是想象中的那样简单，只有掌握好其中的知识，才能在将来的工作提高中有基础可以拿出来，收益颇多。
实验的过程也是知识的积累，见识的拓展，更是对理论知识的加强与巩固，对于我们掌握好书本知识有很好的帮助。
根据实验得到的数据，进行对保护功能的研讨和分析，是有助于提高本门学科的知识掌握水平，以及自己的分析能力。
三、电磁型三相一次重合闸实验
（一）实验目的
1．熟悉电磁型三相一次自动重合闸装置的组成及原理接线图。
2．观察重合闸装置在各种情况下的工作情况。
3．了解自动重合闸与继电保护之间如何配合工作。
（二）基本原理
1．DCH-1重合闸继电器构成部件及作用
运行经验表明，在电力系统中，输电线路是发生故障最多的元件，并且它的故障大都属于暂时性的，这些故障当被继电保护迅速断电后，故障点绝缘可恢复，故障可自行消除。
若重合闸将断路器重新合上电源，往往能很快恢复供电，因此自动重合闸在输电线路中得到极其广泛的应用。
在我国电力系统中，由电阻电容放电原理组成的重合闸继电器所构成的三相一次重合闸装置应用十分普遍。
图4-1为DCH-1重合闸继电器的内部接线图。
图4-1DCH-1型重合闸继电器内部接线图
继电器内各元件的作用如下：
（三）实验内容
1．重合闸继电器实验
DCH-1型重合闸继电器实验的接线如图4-6所示。
2．三段式电流保护与自动重合闸装置综合实验
1）自动重合闸前加速保护动作实验
实验时请参阅图3-1及第三章的有关实验内容。
具体实验步骤如下：
（1）按完全星形实验接线完成实验连线，将变压器原方CT的二次侧短接，调整I段整定值为5.16A，II段整定值为2.78A，III段整定值为1.62A。
（2）把重合闸开关切换至“ON”，使其投入；再把加速方式选择开关切换至“前加速”的位置，也就选择好了重合闸前加速保护动作的方式。
（3）把“区内”、“线路”和“区外”转换开关选择在“线路”档。
（“区内”、“区外”是对变压器保护而言的，在线路保护中不使用。
）
（4）合三相电源开关，三相电源指示灯亮。
（如果不亮，则停止下面的实验，检查电源接线，找出原因。
）
（5）合上直流电源开关，直流电源指示灯亮（如果不亮，则停止下面的实验，检查电源接线找出原因）。
（6）合上变压器两侧的模拟断路器1KM、2KM。
（7）缓慢调节调压器输出，使并入的线路中的电压数显示值从0V上升到100V为止，此时负载灯全亮。
（8）将常规出口连接片投入（连接LP2），微机出口连接片退出（断开LP1）。
（9）在重合闸继电器充电完成后，合上短路选择开关SA、SB、SC按钮。
（10）将短路电阻调节到20%处，短时间合上故障模拟断路器，模拟系统发生暂时性三相短路故障。
将实验过程现象记录于表4-1中。
（11）待系统稳定运行一段时间后，长时间合上短路开关，模拟系统发生永久性故障，将实验现象记录于表4-1中。
表4-1自动重合闸前/后加速保护实验数据记录
故障类型
加速方式
永久性故障时
暂时性故障时
分析重合闸前、后加速保护的不同点
重合闸前加速保护动作情况
I段动作-重合-II段动作
I段动作-重合
后加速方式在线路上都设有选择性的保护和自动重合闸装置
重合闸后加速保护动作情况
II段动作-重合-I段动作
II段动作-重合
（12）实验完成后，使调压器输出电压为0V，断开所有电源开关。
4．复合电压启动的过电流保护与自动重合闸装置综合实验
实验步骤如下：
（1）按前述完全星形实验接线，将变压器原方CT的二次侧短接，调整I段三个电流继电器的整定值为1A。
II段整定值为0.8A或者III段整定值为0.8A。
（2）把防跳开关切换到“ON”档，即投入防跳继电器。
（3）把“区内”、“线路”和“区外”转换开关选择在“线路”档。
（“区内”、“区外”是对变压器保护而言的，线路保护中不使用。
）
（4）合三相电源开关，三相电源指示灯亮（如果不亮则停止下面的实验）。
合上直流电源开关，直流电源指示灯亮（如果不亮则停止下面的实验）。
（5）合上变压器两侧的模拟断路器1KM、2KM。
（6）缓慢调节调压器输出，使并入线路中的电压表显示从0V上升到50V为止。
（7）将常规出口连接片投入（连接LP2），微机出口连接片退出（断开LP1）。
（8）将模拟线路电阻调到50%处。
表4-4断路器防止“跳跃”实验数据记录表
防跳状态
投入防跳时
不投入防跳时
分析实验结果
动作情况
合闸-分闸
“跳-合”现象
防跳中间
继电器
（9）合上短路选择开关SA、SB、SC按钮，并合上故障模拟断路器。
（10）短路故障存在，中间继电器发命令跳开模拟断路器2KM。
（11）顺时针钮动SAV2不放，使其在手动合闸位置。
将观察到的实验现象记录于表4-4中。
（12）SAV2在手动合闸位置
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