TQXDBIII多功能继电保护实验培训系统实验指导书1026.docx
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TQXDBIII多功能继电保护实验培训系统实验指导书1026
微机保护课程实验
1.1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。
注意：
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）
2数字式电流继电器特性实验
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。
2.2实验原理及实验说明
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：
。
2.2.2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。
2.3实验内容
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。
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”。
注意：
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C:
\ProgramFiles\Tq\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）
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数字式电压继电器特性实验
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。
3.2实验原理及实验说明
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：
。
3.2.2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实验内容
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。
3.3.2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）
3.4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。
4数字式功率方向继电器特性实验
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。
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。
4.3实验内容
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。
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。
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）
4.4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？
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