电力系统继电保护实验指导书111docdeflate.docx
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电力系统继电保护实验指导书111docdeflate
实验一电磁型电流继电器和电压继电器实验
一．实验目的
1．熟悉DL型电流继电器和DY型电压继电器的实际结构，工作原理、基本特性。
2．掌握动作电流、动作电压参数的整定。
二．预习与思考
1．电流继电器的返回系数为什么恒小于1？
2．动作电流（压），返回电流（压）和返回系数的定义是什么？
3．实验结果如返回系数不符合要求，你能正确地进行调整吗？
4．返回系数在设计继电保护装置中有何重要用途？
三．原理说明
DL-20C系列电流继电器和DY-20C系列电压继电器为电磁式继电器。
由电磁系统、整定装置、接触点系统组成。
当线圈导通时，衔铁克服游丝的反作用力矩而动作，使动合触点闭合。
转动刻度盘上的指针，可改变游丝的力矩，从而改变继电器的动作值。
改变线圈的串联并联，可获得不同的额定值。
DL-20C系列电流继电器铭牌刻度值，为线圈并联时的额定值。
继电器用于反映发电机，变压器及输电线短路和过负荷的继电保护装置中。
DY-20C系列电压继电器铭牌刻度值，为线圈串联时的额定值。
继电器用于反映发电机、变压器及输电线路的电压升高（过压保护）或电压降低（低电压起动）的继电保护装置中。
四．实验设备
序号
设备名称
使用仪器名称
数量
1
控制屏
1
2
EPL-20
变压器及单相可调电源
1
3
EPL-04
继电器
（一）—DL-21C电流继电器
1
4
EPL-05
继电器
（二）—DY-28C电压继电器
1
5
EPL-11
交流电压表
1
6
EPL-12
交流电流表
1
7
EPL-18
直流电源及母线
1
8
EPL-13
光示牌
1
五．实验内容
1.整定点的动作值、返回值及返回系数测试
实验接线图1-2、图1-4分别为过流继电器及低压继电器的实验接线。
（1）电流继电器的动作电流和返回电流测试：
a.DL-21C过流继电器在EPL-04组件上（其额定电流为6A），整定值可以从转动刻度盘上的指针读出（学生也可以拆下玻璃罩子自行调整电流整定值）。
b.根据整定值要求对继电器线圈确定接线方式；
（1）过流继电器线圈可采用串联或并联接法，如右图1-1所示。
其中串联接法电流动作值就是转动刻度盘上的指针所对应的电流值，并联接法电流动作值则为串联接法的2倍。
（2）串并联接线时需注意线圈的极性，应按照要求接线，否则得不到预期的动作电流值。
c.继电器采用串联接法（按图1-2接线），调压器T、变压器T2和电阻R均位于EPL-20，220V直流电源位于EPL-18，交流电流表位于EPL-12，量程为20A。
实验按照图1-2所示的接线正确连接线路。
d．检查无误后，并把调压器T旋钮逆时针调到底。
合上主电路电源开关和220V直流电源船型开关，顺时针调节自耦调压器，增大输出电流，并同时观察交流电流表的读数和光示牌的动作情况。
注意：
当电流表的读数接近电流整定值时，应缓慢对自耦调压器进行调节，以免电流变化太快。
当光示牌由灭变亮时，说明继电器动作，观察交流电流表并读取电流值。
记入表1-2，用起动电流
表示（能使继电器动作的最小电流值）。
e．继电器动作后，反向缓慢调节调压器降低输出电流，当光示牌由亮变灭时，说明继电器返回。
记录此时的电流值称为返回电流，用
表示（能使继电器返回的最大电流值），记入表1-2，并计算返回系数：
继电器的返回系数是返回与动作电流的比值，用Kf表示。
过流继电器的返回系数在0.85-0.9之间。
当小于0.85或大于0.9时，应进行调整，调整方式见附。
实验结束，逆时钟调节三相电源旋钮，按下EPL-17上三相电源红色按钮，关闭三相电源。
f．改变继电器线圈接线方式（采用并联接法），重复以上步骤。
表1-2过流继电器实验结果记录表
整定电流I（安）
2.7A
线圈接线方式为
5.4A
线圈接线方式为
测试序号
1
2
3
1
2
3
实测起动电流Idj
实测返回电流Ifj
返回系数Kf
起动电流与整定电流误差%
（2）低压继电器的动作电压和返回电压测试
a．DY-28C型低压继电器在EPL-05组件（其额定电压为30V），整定值可以从转动刻度盘上的指针读出，学生同样可以拆下玻璃罩子自行调整电流整定值。
b．根据整定值需求确定继电器接线方式。
（1）低压继电器线圈可采用串联或并联接法，如右图1-3所示。
其中并联接法电压动作值就是转动刻度盘上的指针所对应的电压值，串联接法电压动作值则为并联接法的2倍。
（2）串并联接线时需注意线圈的极性，应按照要求接线，否则得不到预期的动作电压值。
c．继电器采用串联接法（按图1-3接线），调压器T位于EPL-20，220V直流电源位于EPL-18，交流电压表位于EPL-11，量程为200V。
实验按照图1-4所示的接线正确连接线路。
d．检查无误后，把调压器旋钮逆时针调到底。
合上主电路电源开关和220V直流电源船型开关，顺时针调节变压器T，增大输出电压，并同时观察交流电压表的读数和光示牌的动作情况。
当光示牌由灭变亮后，再逆时针调节自耦变压器逐步降低电压，并观察光示牌的动作情况。
注意：
当电压表的读数接近电压整定值时，应缓慢对自耦调压器进行调节，以免电压变化太快。
当光示牌由亮变灭时，说明继电器舌片开始跌落。
记录此时的电压称为动作电压
。
e．再缓慢调节自耦变压器升高电压，当光示牌由灭变亮时，说明继电器舌片开始被吸上。
记录此时的电压称为返回电压
，将所取得的数值记入表1-3并计算返回系数。
返回系数
为
低压继电器的返回系数不大于1.2。
将所得结果记入表1-3。
实验结束，逆时钟调节三相电源旋钮，按下EPL-17上三相电源红色按钮，关闭三相电源。
f．改变继电器线圈接线方式（采用并联接法），重复以上步骤。
表1-3低压继电器实验结果记录表
整定电压U（伏）
24V
线圈接线方式为
48V
线圈接线方式为
测试序号
1
2
3
1
2
3
实测起动电压Udj
实测返回电压Ufj
返回系数Kf
起动电压与整定电压误差%
六．实验报告
实验结束后，针对过电流，低压继电器实验要求及相应动作返回值、返回系数的具体整定方法，按实验报告编写的格式和要求写出过流继电器，低压继电器实验报告和实验体会，并书面解答本实验思考题。
实验二电磁型时间继电器实验
一．实验目的
熟悉DS-20C系列时间继电器的实际结构，工作原理，基本特性，掌握时限的整定和试验调整方法，
二．预习与思考
1．影响起动电压、返回电压的因素是什么？
2．在某一整定点的动作时间测定，所测得数值大于或（小于）该点的整定时间，并超出允许误差时，将用什么方法进行调整？
3．根据你所学的知识说明时间继电器常用在那些继电保护装置电路？
三．原理说明
DS-20系列时间继电器为带有延时机构的吸入式电磁继电器。
继电器具有一付瞬时转换触点，一付滑动延时动合主触点和一付终止延时动合主触点。
当电压加在继电器线圈两端时，唧子（铁芯）被吸入，瞬时动合触点闭合，瞬时动断触点断开，同时延时机构开始起动。
在延时机构拉力弹簧作用下，经过整定时间后，滑动触点闭合。
再经过一定时间后，终止触点闭合。
从电压加到线圈的瞬间起，到延时动合触点闭合止的这一段时间，可借移动静触点的位置以调整之，并由指针直接在继电器的标度盘上指明。
当线圈断电时，唧子和延时机构在塔形反力弹簧的作用下，瞬时返回到原来的位置。
DS-20系列时间继电器用于各种继电保护和自动控制线路中，使被控制元件按时限控制进行动作。
四．实验设备
序号
设备名称
使用仪器名称
数量
1
控制屏
1
2
EPL-05
继电器
（二）—DS-21时间继电器
1
3
EPL-14
按钮及电阻盘
1
4
EPL-15
电秒表、相位仪
1
5
EPL-18
直流电源及母线
1
6
EPL-19
直流仪表
1
五．实验内容
1．内部结构检查
（1）观察继电器内部结构，检查各零件是否完好，各螺丝固定是否牢固，焊接质量及线头压接应保持良好。
（2）衔铁部分检查
手按衔铁使其缓慢动作应无明显摩擦，放手后塔形弹簧返回应灵活自如，否则应检查衔铁在黄铜套管内的活动情况，塔形弹簧在任何位置不许有重叠现象。
（3）时间机构检查
当衔铁压入时，时间机构开始走动，在到达刻度盘终止位置，即触点闭合为止的整个动作过程中应走动均匀，不得有忽快忽慢，跳动或中途卡住现象，如发现上述不正常现象，应先调整钟摆轴螺丝，若无效可在老师指导下将钟表机构解体检查。
（4）接点检查
a．当用手压入衔铁时，瞬时转换触点中的常闭触点应断开，常开触点应闭合。
b．时间整定螺丝整定在刻度盘上的任一位置，用手压入衔铁后经过所整定的时间，动触点应在距离静触点首端的1/3处开始接触静触点，并在其上滑行到1/2处，即中心点停止。
可靠地闭合静触点，释放衔铁时，应无卡涩现象，动触点也应返回原位。
c．动触点和静触点应清洁无变形或烧损，否则应打磨修理。
2.动作电压、返回电压测试
实验接线按图2-1所示，
直流电压表位于EPL-11组件上。
DS-21型时间继电器在EPL-05挂箱的，整定范围（0.25-1.25s）。
Rp采用EPL-14的900电阻盘（分压器接法），注意：
图2-1中Rp的引出端（A3、A2、A1）接线方式，注意：
不要接错，并把电阻盘调节旋钮逆时针调到底。
开关S采用EPL-14的按钮开关SB1，处于弹出位置，即断开状态。
数字电秒表的使用方法：
“启动”两接线柱接通，开始计时，“停止”两接线柱接通，结束计时。
（1）动作电压Ud的测试
合上220V直流电源船型开关和按钮开关SB1，顺时针调节可变电阻Rp使输出电压从最小位置慢慢升高，并观察直流电压表的读数。
当电压超过70V左右时，注意观察时间继电器的动作情况，直到时间继电器衔铁完全吸入为止。
然后弹出开关S，再瞬时按下开关S，看继电器能否动作。
如不能动作，调节可变电阻R加大输出电压。
在给继电器突然加入电压时，使衔铁完全被吸入的最低电压值，即为最低动作电压Ud。
弹出S，将动作电压Ud填入表2-1内。
（2）返回电压Uf的测试
按下S，加大电压到额定值220V，然后渐渐调节可变电阻Rp降低输出电压，使电压降低到触点开启，即继电器的衔铁返回到原来位置的最高电压即为Uf，断开S，将Uf填入表2-1内。
实验结束，关闭220V直流电源船型开关。
表2-1时间继电器动作电压、返回电压测试
测量值
为额定电压的%
动作电压Ud（V）
返回电压Uf（V）
3．动作时间测定
动作时间测定的目的是检查时间继电器的控制延时动作的准确程度。
测定是在额定电压下，取所试验继电器允许时限整定范围内的大、中、小三点的整定时间值（见表2-2），在每点测三次。
用电秒表测定动作时间的实验接线图按图2-2所示。
电秒表位于EPL-12组件上，开关S采用EPL-14的按钮开关SB1，处于断开状态。
其余同图2-1。
（1）合上220V直流电源船型开关和电秒表船型开关，按下按钮开关SB1，顺时针调节可变电阻Rp使直流电压表的读数到220V。
然后按一下按钮开关SB1断开开关S，再断开220V直流电源船型开关。
（2）拆下有机玻璃罩子对延时时间进行调整，使刻度盘上的指针指向0.25s。
（3）按下电秒表的毫秒按钮开关，对数字电秒表进行复位并把量程置于ms档了。
（4）合上220V直流电源船型开关，按下按钮开关SB1，观察电秒表的读数变化，并记录最后的稳定读数填入表2-2。
然后断开开关S和220V电源船型开关。
（5）两次重复步骤3、4，分别把电秒表的读数填入表2-2。
（6）把延时时间分别调整到0.75s、1s，重复以上步骤。
注意：
当延时时间为1s时，数字电秒表量程置于s档。
表2-2时间继电器动作时间测定
测量值
整定值t（s）
1
2
3
0.25
0.75
1
六．实验报告
实验报告结束后，结合时间继电器的各项测试内容及时限整定的具体方法，写出时间继电器实验报告和本次实验体会，并书面解答本实验的思考题。
实验六差动继电器实验实验十七网络式输电线路三段式电流保护实验
一．实验目的
1．掌握无时限电流速断保护、带时限电流速断保护及过电流保护的电路原理，工作特性及整定原则。
2．理解输电线路阶段式电流保护的原理图及保护装置中各继电器的功用。
3．掌握阶段式电流保护的电气接线和操作实验技术。
二．预习思考
1．三段式电流保护为什么要使各段的保护范围和时限特性相配合？
2．由指导老师提供有关技术参数，对三段式电流保护参数进行计算与整定。
3．为什么在实验中，采用两相一继接法三段式保护能满足教学要求？
并指出其优缺点。
4．三段式保护动作之前是否必须对每个继电器进行参数整定？
为什么？
5．写出控制回路前后的过程和原理。
三．实验设备
序号
设备名称
使用仪器名称
数量
1
控制屏
1
2
EPL-01
A站保护
1
3
EPL-02
B站保护
1
4
桌面
AB站故障点设置
1
5
桌面
BC站故障点设置
1
6
EPL-04
继电器
（一）—DL-21C电流继电器
1
7
EPL-05
继电器
（二）—DS-21时间继电器
1
8
EPL-06
继电器（四）—DZ-31B中间继电器
1
9
EPL-07
继电器（五）—DX-8信号继电器
1
10
EPL-11
交流电压表
1
11
EPL-11
交流电流表
1
12
EPL-13
光示牌
1
13
EPL-17
三相交流电源
14
EPL-18
直流电源及母线
1
15
EPL-32
继电器（三）—DL-21C电流继电器
—DS-22时间继电器
1
四．三段式电流保护实验原理及接线图
1．无时限电流速断保护
三段式电流保护通常用于3—66kV电力线路的相间短路保护。
在被保护线路上发生短路时，流过保护安装点的短路电流值，随短路点的位置不同而变化。
在线路的始端短路时，短路电流值最大；短路点向后移动时，短路电流将随线路阻抗的增大而减小，直至线路末端短路时短路回路的阻抗最大，短路电流最小。
短路电流值还与系统运行方式及短路的类型有关。
图17-1曲线1表示在最大运行方式下发生三相短路时，线路各点短路电流变化的曲线；曲线2则为最小运行方式下两相短路时，短路电流变化的曲线。
由于本线路末端f1点短路和下一线路始端的f2点短路时，其短路电流几乎是相等的（因f1离f2很近，两点间的阻抗约为零）。
如果要求在被保护线路的末端短路时，保护装置能够动作，那么，在下一线路始端短路时，保护装置不可避免地也将动作。
这样，就不能保证应有的选择性。
为了保证保护动作的选择性，将保护范围严格地限制在本线路以内，就应使保护的动作电流Iop1.1（为保护1的动作电流折算到一次电路的值）大于最大运行方式下线路末端发生三相短路时的短路电流If.B.max，即
Iop1.1If.b.max，Iop1.1=KrelIf.b.max
式中，Krel—可靠系数，当采用电磁型电流继电器时，取Krel=1.2~1.3。
显然，保护的动作电流是按躲过线路末端最大短路电流来整定，可保证在其他各种运行方式和短路类型下，其保护范围均不至于超出本线路范围。
但是，按照以上公式整定的结果（如图17-1中的直线3）。
保护范围就必然不能包括被保护线路的全长。
因为只有当短路电流大于保护的动作电流时，保护才能动作。
从图17-1中能够得出保护装置的保护范围。
还可以看出，这种保护的缺点是不能保护线路的全长，而且随着运行方式及故障类型的不同，其保护范围也要发生的相应变化。
图17-1中在最大运行方式下三相短路时，其保护范围为lmax；而在最小运行方式下两相短路时，其保护范围则缩小至lmin。
无时限电流速断保护的优点是：
因为不反应下一线路的故障，所以动作时限将不受下一线路保护时限的牵制，可以瞬时动作。
无时限电流速断保护的灵敏度可用其保护范围占线路全长的百分数来表示。
通常，在最大运行方式下保护区达到线路全长的50%、在最小运行方式下发生两相短路时能保护线路全长的15%—20%时，即可装设瞬时电流速断。
所以在线路始端一定范围内短路时，无时限电流速断保护可以做到快速地切除附近故障。
2．带时限电流速断保护
无时限电流速断保护（也称第I段保护）虽然能实现快速动作，但却不能保护线路的全长。
因此，必须装设第II段保护，即带时限电流速断保护，用以反应无时限电流速断保护区外的故障。
对第II段保护的要求是能保护线路的全长，还要有尽可能短的动作时限。
（1）带时限电流速断保护的保护范围分析
带时限电流速断保护要求保护线路的全长，那么保护区必然会延伸至下一线路，因为本线路末端短路时流过保护装置的短路电流与下一线路始端短路时的短路电流相等，再加上还有运行方式对短路电流的影响，如若较小运行方式下保护范围达到线路末端，则较大运行方式下保护范围必然延伸到下一线路。
为尽量缩短保护的动作时限，通常要求带时限电流速断延伸至下一线路的保护范围不能超出下一线路无时限电流速断的保护范围，因此线路L1带时限电流速断保护的动作电流
应大于下一线路无时限电流速断保护的动作电流
，即
式中，Krel—可靠系数，考虑到非周期分量的衰减一般取Krel=1.1~1.2。
该保护的保护范围分析见图17-2。
由图可知，为保证保护动作的选择性，带时限电流速断保护的动作时限需要与下一线路的无时限电流速断保护相配合，即应比后者的时限大一个时限级差Δt。
时限级差，从快速性的角度要求，应愈短愈好，但太短了保证不了选择性。
其时限配合如图17-3所示。
当在下一线路首端f点发生短路故障时，本线路L1的带时限电流速断保护和下一线路L2的无时限电流速断保护同时启动，但本线路L1的带时限电流速断保护需经过延时后才能跳闸，而下一线路L2的无时限电流速断保护瞬时跳闸将故障切除，这就保证了选择性。
要做到这一点Δt应在0.3-0.6s间，一般取0.5s。
（2）灵敏度校验
为了使带时限电流速断能够保护线路的全长，应以本线路的末端作为灵敏度的校验点，以最小运行方式下的两相短路作为计算条件，来校验保护的灵敏度。
其灵敏度为
式中：
If.B.min—在线路L1末端短路时流过保护装置的最小短路电流；
—线路L1带时限电流速断保护的动作电流值折算到一次电路的值。
根据规程要求，灵敏度系数应不小于1.3。
如果保护的灵敏度不能满足要求，有时还采用降低动作电流的方法来提高其灵敏度。
为此，应使线路L1上的带时限电流速断保护范围与线路L2上的带时限电流速断保护相配合，即
式中：
——L2上的带时限电流速断保护的一次动作电流值。
——L2上的带时限电流速断保护的动作时间。
显然，动作时限增大了，但灵敏度却提高了，而且仍保证了动作的选择性。
3．定时限过电流保护
无时限电流速断保护和带时限电流速断保护能保护线路全长，可作为线路的主保护用。
为防止本线路的主保护发生拒动，必须给线路装设后备保护，以作为本线路的近后备和下一线路的远后备。
这种后备保护通常采用定时限过电流保护（又称为第III段保护），其动作电流按躲过最大负荷电流整定，动作时限按保证选择性的阶梯时限来整定。
其原理接线图与带时限电流速断保护相同，但由于保护范围和保护的作用不同，其动作电流和动作时限则不同。
（1）定时限过电流保护的工作原理和动作电流
过电流保护工作原理：
正常运行时，线路流过负荷电流，保护不动。
当线路发生短路故障时，保护启动，经过保证选择性的延时动作，将故障切除。
过电流保护动作电流：
过电流保护动作电流的整定，要考虑可靠性原则，即只有在线路存在短路故障的情况下，才允许保护装置动作。
过电流保护应按躲过最大的负荷电流计算保护的动作电流，根据可靠性要求，过电流保护的动作电流必须满足以下两个条件。
a．在被保护线路通过最大负荷电流的情况下，保护装置不应该动作，即
。
式中，
——保护的一次动作电流值
——被保护线路的最大负荷电流
最大负荷电流要考虑电动机自启动时的电流。
由于短路时电压下降，变电所母线上所接负荷中的电动机被制动，在故障切除后电压恢复时，电动机有一个自启动过程，电动机自启动电流大于正常运行时的额定电流IN.M，则线路的最大负荷电流ILmax也大于其正常值IR，即
。
式中，Kast——自启动系数，一般取1.53。
b．对于已经启动的保护装置，故障切除后，在被保护线路通过最大负荷电流的情况下应能可靠地返回。
如图17-4所示，在线路L1、L2分别装有过电流保护1和保护2，当在f点短路时，短路电流流过保护1也流过保护2，它们都启动。
按选择性的要求，应该由保护2动作将QF2跳开切除故障。
但由于变电所B仍有其他负荷，并且因电动机自启动，线路L1可能出最大负荷电流，为使保护1的电流继电器可靠返回，它的返回电流Irel（继电器的返回电流折算到一次电路的值），应大于故障切除后线路L1最大负荷电流ILmax。
式中，Irel——保护1的返回电流
由于
，即
式中：
Krel——可靠系数，取1.21.25。
Kre——电流继电器的返回系数，取0.850.95。
（2）动作时限的整定
定时限过电流保护的动作时限，应根据选择性的要求加以确定。
例如，在图17-5所示的辐射形电网中，线路L1上装设有过电流保护1，线路L2和线路L3上也都分别装设有过电流保护2和3。
那么当线路L3上的f2点发生短路故障时，短路电流将从电源经线路L1、线路L2和线路L3而流向短路点。
这样，过电流保护1、2及3均启动。
但是，根据选择性的要求，应该只由保护3动作使QF3跳闸。
为此，就应使保护2的动作时限t2大于保护2的延时t2。
由此可见，装于辐射形电网中的各定时限过电流保护装置，其动作时限必须按选择性的要求互相配合。
配合的原则是：
离电源较近的上一级保护的动作时限，应比相邻的、离电源较远的下一级保护的动作时限要长（注意：
是过电流保护之间的配合）。
在图17-5中将各级保护的整定时限特性画于图17-5b）中，好似一个阶梯，这就是通常所说的阶梯形时限特性。
若线路L3有几条并行的出线，那么保护2的时限应与其中最大的时限配合。
由此可见，每条电力线路过电流保护的动作时限，不能脱离整个电网保护配置的实际情况及时限的配合要求，不能孤立地加以整定。
处于电网终端的保护，其动作时限是无时限的或只带一个很短的时限，因为它没有下一线路保护需要配合。
在这种情况下，过电流保护常可作为主保护，而无需再装设无时限动作的其他保护。
按照时限配合的要求，保护装设地点离电源愈近，其动作时限将愈长，而故障点离电源愈近，短路电流却愈大，对系统的影响也愈严重。
所以，定时限过电流保护虽可满足选择性的要求，却不能满足快速性的要求。
故障点离电源近，其动作时间反而长。
这是它的缺点。
正因为如此，定时限过电流保护在电网中一般用作其他快速保护的后备保护。
这种过电流保护的动作时限是由时间继电
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