09电气继电实验项目.docx
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09电气继电实验项目
实验项目:
实验一、电磁型电流继电器和电压继电器特性
实验三、单侧电源辐射式输电线路三段式电流保护
实验五、距离保护及方向距离保护整定
实验七、自动重合闸前加速保护
实验八、自动重合闸后加速保护
实验一、电磁型电流继电器和电压继电器特性实验
一、实验目的
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；掌握动作电流值、动作电压值及其相关参数的整定方法。
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系列电流继电器用于反映发电机、变压器及输电线路短路和过负荷的继电保护装置中。
DY—20c系列电压继电器用于反映发电机、变压器及输电线路的电压升高（过电压保护）或电压降低（低电压起动）的继电保护装置中。
DL—20c、DY—20c系列继电器的内部接线图见图1一1。
图1-1电流（电压）继电器内部接线图
上述继电器是瞬时动作的电磁式继电器，当电磁铁线圈中通过的电流达到或超过整定值时，衔铁克服反作用力矩而动作，且保持在动作状态。
过电流（压）继电器：
当电流（压）升高至整定值（或大于整定值）时，继电器立即动作，其常开触点闭合，常闭触点断开。
低电压继电器：
当电压降低至整定电压时，继电器立即动作，常开触点断开，常闭触点闭合。
继电器的铭牌刻度值是按电流继电器两线圈串联，电压继电器两线圈并联时标注的指示值等于整定值；若上述二继电器两线圈分别作并联和串联时，则整定值为指示值的2倍。
转动刻度盘上指针，以改变游丝的作用力矩，从而改变继电器动作值。
图1-2电流继电器实验接线图
图1-3过电压继电器实验接线图
四、实验设备
序号
设备名称
使用仪器名称
数量
1
ZB11
DL--24C/6电流继电器
1
2
ZB15
DY--28C/160电压继电器
1
3
ZB35
交流电流表
1
4
ZB36
交流电压表
1
5
DZB01--1
单相自耦调压器
1
变流器
1
触点通断指示灯
1
单相交流电源
1
可调电阻R16.3Ω/10A
1
6
1000伏兆欧表
1
五、验步骤和要求
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1－3、（图1－4）分别为电流继电器及过（低）电压继电器的实验接线，可根据下述实验要求分别进行。
实验参数电流值（或电压值）可用单相自耦调压器、变流器、变阻器等设备进行调节。
实验中每位学生要注意培养自己的实践操作能力，调节中要注意使参数平滑变化。
（1）电流继电器的动作电流和返回电流测试
a、选择ZB11继电器组件中的DL—24C/6型电流继电器，确定动作值并进行初步整定。
本实验整定值为2A及4A的两种工作状态见表1－2。
b、根据整定值要求对继电器线圈确定接线方式（串联或并联）；查表1－5。
c、按图1--4接线，检查无误后，调节自耦调压器及变阻器，增大输出电流，使继电器动作。
读取能使继电器动作的最小电流值，即使常开触点由断开变成闭合的最小电流，记入表1－2；动作电流用Idj表示。
继电器动作后，反向调节自耦调压器及变阻器降低输出电流，使触点开始返回至原来位置时的最大电流称为返回电流，用Ifj表示，读取此值并记入表1--2，并计算返回系数；继电器的返回系数是返回电流与动作电流的比值，用Kf表示。
表1-2电流继电器实验结果记录表
整定电流I（安）
2A
继电器两线圈的接线方式选择为：
4A
继电器两线圈的接线方式选择为：
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=Ifj/Idj
求每次实测起动电流
与整定电流的误差%
过电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，调整方法详见本节第（4）点。
（2）过电压继电器的动作电压和返回电压测试
a、选择ZB15型继电器组件中的DY—28c/160型过电压继电器，确定动作值为1.5倍的额定电压，即实验参数取150V并进行初步整定。
b、根据整定值要求确定继电器线圈的接线方式，查表1－6。
c、按图1--3接线。
检查无误后，调节自耦调压器，分别读取能使继电器动作的最小电压Udj及使继电器返回的最高电压Ufj，记入表1－3并计算返回系数Kf。
返回系数的含义与电流继电器的相同。
返回系数不应小于0.85，当大于0.9时，也应进行调整。
（2）低电压继电器的动作电压和返回电压测试
a、选择ZB15继电器组件中的DY—28c/160型低电压继电器，确定动作值为0.7倍的额定电压，即实验参数取70V并进行初步整定。
b、根据整定值要求确定继电器线圈的接线方式，查表1－6。
c、按图1--3接线，调节自耦调压器，增大输出电压，先对继电器加100伏电压，然后逐步降低电压，至继电器舌片开始跌落时的电压称为动作电压Udj，再升高电压至舌片开始被吸上时的电压称为返回电压Ufj，将所取得的数值记入表1－3并计算返回系数。
返回系数Kf为:
低电压继电器的返回系数不大于1.2，用于强行励磁时不应大于1.06。
以上实验，要求平稳单方向地调节电流或电压实验参数值，并应注意舌片转动情况。
如遇到舌片有中途停顿或其他不正常现象时，应检查轴承有无污垢、触点位置是否正常、舌片与电磁铁有无相碰等现象存在。
动作值与返回值的测量应重复三次，每次测量值与整定值的误差不应大于±3%。
否则应检查轴承和轴尖。
在实验中，除了测试整定点的技术参数外，还应进行刻度检验。
用整定电流的1.2倍或额定电压1.1倍进行冲击试验后，复试定值，与整定值的误差不应超过±3%。
否则应检查可动部分的支架与调整机构是否有问题，或线圈内部是否层间短路等。
（3）返回系数的调整
返回系数不满足要求时应予以调整。
影响返回系数的因素较多，如轴间的光洁度、轴承清洁情况、静触点位置等。
但影响较显著的是舌片端部与磁极间的间隙和舌片的位置。
返回系数的调整方法有：
a、调整舌片的起始角和终止角：
调节继电器右下方的舌片起始位置限制螺杆，以改变舌片起始位置角，此时只能改变动作电流，而对返回电流几乎没有影响。
故可用改变舌片的起始角来调整动作电流和返回系数。
舌片起始位置离开磁极的距离愈大，返回系数愈小，反之，返回系数愈大。
调节继电器右上方的舌片终止位置限制螺杆，以改变舌片终止位置角，此时只能改变返回电流而对动作电流则无影响。
故可用改变舌片的终止角来调整返回电流和返回系数。
舌片终止角与磁极的间隙愈大，返回系数愈大；反之，返回系数愈小。
b、不调整舌片的起始角和终止角位置，而变更舌片两端的弯曲程度以改变舌片与磁极间的距离，也能达到调整返回系数的目的。
该距离越大返回系数也越大；反之返回系数越小。
c、适当调整触点压力也能改变返回系数，但应注意触点压力不宜过小。
（4）动作值的调整
a、继电器的整定指示器在最大刻度值附近时，主要调整舌片的起始位置，以改变动作值，为此可调整右下方的舌片起始位置限制螺杆。
当动作值偏小时，调节限制螺杆使舌片的起始位置远离磁极；反之则靠近磁极。
b、继电器的整定指示器在最小刻度值附近时，主要调整弹簧，以改变动作值。
c、适当调整触点压力也能改变动作值，但应注意触点压力不宜过小。
3、触点工作可靠性检验
应着重检查和消除触点的振动。
（1）过电流或过电压继电器触点振动的消除
a、如整定值设在刻度盘始端，当试验电流（或电压）接近于动作值或整定值时，发现触点振动可用以下方法消除。
静触点弹片太硬或弹片厚度和弹性不均，容易在不同的振动频率下引起弹片的振动，或由于弹片不能随继电器本身抖动而自由弯曲，以至接触不良产生火花。
此时应更换弹片。
静触点弹片弯曲不正确，在继电器动作时，静触点可能将动触点桥弹回而产生振动。
此时可用镊子将静触点弹片适当调整。
如果可动触点桥摆动角度过大，以致引起触点不容许的振动时，可将触点桥的限制钩加以适当弯曲消除之。
变更触点相遇角度也能减小触点的振动和抖动。
此角度一般约为55°～65°。
b、当用大电流（或高电压）检查时产生振动，其原因和消除方法如下：
当触点弹片较薄以致弹性过弱，在继电器动作时由于触点弹片过度弯曲，很容易使舌片与限制螺杆相碰而弹回，造成触点振动。
继电器通过大电流时，可能使触点弹片变形，造成振动。
消除方法是调整弹片的弯曲度，适当地缩短弹片的有效部分，使弹片变硬些。
若用这种方法无效时，则应将静触点片更换。
在触点弹片与防振片间隙过大时，亦易使触点产生振动。
此时应适当调整其间隙距离。
继电器转轴在轴承中的横向间隙过大，亦易使触点产生振动。
此时应适当调整横向间隙或修理轴尖和选取与轴尖大小适应的轴承。
调整右侧限制螺杆的位置，以变更舌片的行程，使继电器触点在电流近于动作值时停止振动。
然后检查当电流增大至整定电流的1.2倍时，是否有振动。
过分振动的原因也可能是触点桥对舌片的相对位置不适当所致。
为此将可动触点夹片座的固定螺丝拧松，使可动触点在轴上旋转一个不大的角度，然后再将螺丝拧紧。
调整时应保持足够的触点距离和触点间的共同滑行距离。
另外改变继电器纵向串动大小，也可减小振动。
（2）全电压下低电压继电器振动的消除
低电压继电器整定值都较低，而且长时间接入额定电压，由于转矩较大，继电器舌片可能按二倍电源频率振动，导致轴尖和轴承或触点的磨损。
因此需要细致地调整，以消除振动。
其方法如下：
a、按上述消除触点振动的方法来调整静触点弹片和触点位置,或调整纵向串动的大小以消除振动。
b、将继电器右上方舌片终止位置的限制螺杆向外拧，直到继电器在全电压下舌片不与该螺杆相碰为止。
此时应注意触点桥与静触点有无卡住，返回系数是否合乎要求等。
c、在额定电压下，松开铝框架的固定螺丝，上下移动铝框架调整磁间隙，以找到一个触点振动最小的铝框架位置，再将铝框架固定，也就是人为地使舌片和磁极间的上下间隙不均匀（一般是上间隙大于下间隙）来消除振动。
但应注意该间隙不得小于0.5毫米，并防止舌片在动作过程中卡塞。
d、仅有常闭触点的继电器，可使舌片的起始位置移近磁极下面，以减小振动。
e、若振动仍未消除，则可以将舌片转轴取下，将舌片端部向内弯曲。
（3）电压继电器触点应满足下列要求
a、在额定电压下，继电器触点应无振动。
b、低电压继电器，当从额定电压均匀下降到动作电压和零值时，触点应无振动和鸟啄现象。
c、过电压继电器，以1.05倍动作电压和1.1倍额定电压冲击时，触点应无振动和鸟啄现象。
表1-3电压继电器实验结果记录表
（4）电流继电器触点应满足下列要求
以1.05倍动作电流或保护出现的最大故障电流冲击时，触点应无振动和鸟啄现象。
继电器种类
过电压继电器
低电压继电器
整定电压U（伏）
150V
继电器两线圈的接线方式选择为：
70V
继电器两线圈的接线方式选择为：
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=Ufj/Udj
求每次实测动作电压与整定电压的误差%
继电器种类
过电压继电器
低电压继电器
整定电压U（伏）
150V
继电器两线圈的接线方式选择为：
70V
继电器两线圈的接线方式选择为：
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=Ufj/Udj
求每次实测动作电压与整定电压的误差%
图1－4 低电压继电器实验接线图
六、技术数据
1、继电器触点系统的组合形式见表1-4。
表1－4
２、继电器技术数据：
电流继电器见表1-5，电压继电器见表1-6
3、动作时间：
过电流（或电压）继电器在1.2倍整定值时，动作时间不大于0.15秒；在3倍整定值时，动作时间不大于0.03秒。
低电压继电器在0.5倍整定值时，动作时间不大于0.15秒。
4、接点断开容量：
在电压不大于250伏，电流不大于2安时的直流有感负荷电路（时间常数不大于5×103秒）中断开容量为40瓦；在交流电路中为200伏安。
5、重量：
约为0.5公斤。
七、实验报告
继电器型号
继电器中触点数量
常开触点
常闭触点
DL—21c.DY—21c.DY—26c
1
DL—22c.DY—22c
1
DL—23c.DY—23c.DY—28c
1
1
DL—24c.DY—24c.DY—29c
2
DL—25c.DY—25c
2
实验结束后，针对过电流、过电压、低电压继电器实验要求及相应动作值、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及时写出电流继电器、电压继电器实验报告和本次实验的体会，并书面解答本实验思考题。
表1--5
型 号
最大整定电流（A）
额定电流（A）
长期允许电流（A）
电流整定范围（A）
动作电流（A）
最小整定值时的功率消耗（VA）
返回系数
线圈串联
线圈并联
线圈串联
线圈并联
线圈串联
线圈并联
DL—20C
0.05
0.08
0.16
0.08
0.16
0.0125～0.05
0.0125～0.025
0.025～0.05
0.4
0.8
0.2
0.3
0.6
0.3
0.6
0.05～0.2
0.05～0.1
0.1～0.2
0.5
0.6
1
2
1
2
0.15～0.6
0.15～0.3
0.3～0.6
0.5
2
3
6
3
6
0.5～2
0.5～1
1～2
0.5
6
6
12
6
12
1.5～6
1.5～3
3～6
0.55
10
10
20
10
20
2.5～10
2.5～5
5～10
0.85
20
10
20
15
30
5～20
5～10
10～20
1
50
15
30
20
40
12.5～50
12.5～25
25～50
6.5
100
15
30
20
40
25～100
25～50
50～100
23
200
15
30
20
40
50～200
50～100
100～200
0.7
表1－6
名称
型 号
最大整定电压（V）
额定电压
（V）
长期允许电压（V）
电压整定范围
（V）
动作电压（V）
最小整定值时的功率消耗（VA）
返回系数
线圈并联
线圈串联
线圈并联
线圈串联
线圈并联
线圈串联
过电压
DY—21C～25C
60
30
60
35
70
15～60
15～30
30～60
1
0.8
200
100
200
110
220
50～200
50～100
100～200
400
200
400
220
440
100～400
100～200
200～400
低电压
DY—26C、28C、29C
48
30
60
35
70
12～48
12～24
24～48
1.25
160
100
200
110
220
40～160
40～80
80～160
320
200
400
220
440
80～320
80～160
160～320
DY—21C～DY—25C/60C
60
100
200
110
220
15～60
15～30
30～60
2.5
0.8
实验三、单侧电源辐射式输电线路三段式电流保护
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、展开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、预习与思考
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、由指导教师提供有关技术参数，你能对三段式电流保护进行计算与整定吗？
3、为什么在实验中，采用单相接线三段式保护能满足教学要求？
你能将图3-2正确改绘成单相式接线图吗？
4、为什么可取消电流互感器，直接将各段电流继电器的电流线圈串入一次侧的模拟接线中？
5、三段式保护模拟动作操作前，是否必须对每个继电器进行参数整定？
为什么？
6、在辐射式输电线故障模拟接线中，“R、R1、R2、Rf、Rf’”各代表什么？
S1的设置可分别模拟什么性质的短路故障？
7、断路器QF是用什么元件模拟的？
写出控制回路合闸时及保护动作后跳闸时的电路工作原理？
三、原理说明：
1、阶段式电流保护的构成
图3-1三段式电流保护各段的保护范围及时限配合
无时限电流速断只能保护线路的一部分，带时限电流速断只能保护本线路全长，但却不能作为下一线路的后备保护，还必须采用过电流保护作为本线路和下一线路的后备保护。
由无时限电流速断、带时限电流速断与定时限过电流保护相配合可构成的一整套输电线路阶段式电流保护，叫做三段式电流保护。
输电线路并不一定都要装三段式电流保护，有时只装其中的两段就可以了。
例如用于“线路－变压器组”保护时，无时限电流速断保护按保护全线路考虑后，此时，可不装设带时限电流速断保护，只装设无时限电流速断和过电流保护装置。
又如在很短的线路上，装设无时限电流速断往往其保护区很短，甚至没有保护区，这时就只需装设带时限电流速断和过电流保护装置，叫做二段式电流保护。
输电线路并不一定都要装三段式电流保护，有时只装其中的两段就可以了。
例如用于“线路－变压器组”保护时，无时限电流速断保护按保护全线路考虑后，此时，可不装设带时限电流速断保护，只装设无时限电流速断和过电流保护装置。
又如在很短的线路上，装设无时限电流速断往往其保护区很短，甚至没有保护区，这时就只需装设带时限电流速断和过电流保护装置，叫做二段式电流保护。
在只有一个电源的辐射式单侧电源供电线路上，三段式电流保护装置各段的保护范围和时限特性见图3-1。
XL-1线路保护的第Ⅰ段为无时限电流速断保护，它的保护范围为线路XL-1的前一部分即线路首端，动作时限为t1I，它由继电器的固有动作时间决定。
第Ⅱ段为带时限电流速断保护，它的保护范围为线路XL-1的全部并延伸至线路XL-2的一部分，其动作时限为t1II=t2I+△t。
无时限电流速断和带时限电流速断是线路XL-1
的主保护。
第Ⅲ段为定时限过电流保护，保护范围包括XL-1及XL-2全部，其动作时限为t1III，它是按照阶梯原则来选择的，即t1III=t2III+△t，t2III为线路XL-2的过电流
保护的动作时限。
当线路XL-2短路而XL-2的保护拒动或断路器拒动时，线路XL-1的
图3－2三段式电流保护接线图
（a）原理图（b）展开图
过电流保护可起后备作用使断路器1跳闸而切除故障，这种后备作用称远后备。
线路XL-1本身故障，其主保护速断与带时限速断拒动时，XL-1的过电流保护
也可起后备作用，这种后备作用称近后备。
综上所述，电流保护是根据网络发生短路时，电源与故障点之间电流增大的特点构成的。
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，并要与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。
2、阶段式电流保护的电气接线
图3-2为三段式电流保护接线图，其中1LJ、2LJ、1XJ、BCJ构成第Ⅰ段无时限电流速断保护；3LJ、4LJ、1SJ、2XJ、BCJ构成第Ⅱ段带时限电流速断保护；5LJ、6LJ、7LJ（两相三继电器式接线）、2SJ、3XJ、BCJ构成第Ⅲ段定时限过电流保护。
BCJ为保护出口中间继电器，任何一段保护动作时，均有相应的信号继电器动作指示，从指示可知道哪段保护曾动作过，从而可分析故障的大概范围。
3、一次网络模拟接线
单侧电源辐射网络见图3-1，在母线A和母线B上都装有三段式电流保护。
由于正常时，系统三相是对称的，所以在实验室中可采用单相一次网络模拟接线图，如图3-3所示。
4、绘制三段式电流保护单相式接线图
本实验安装调试内容为线路XL-1上的三段式电流保护装置，但要考虑与线路XL-2上的三段式电流保护配合，可参考图3-1。
实验中采用DL-20C系列电流继电器，组合型DXM-2A信号继电器，DS-20时间继电器和DZB-10B中间继电器，为了简化实验接线，每一段保护中电流继电器只装一个。
要求每一位学生在实验前参照图3-2绘制一张完整的三段式电流保护单相式展开图。
四、三段式电流保护实验参数整定计算
如图3-4所示35千伏单侧电源辐射式线路,XL-1的继电保护方案拟定为三段式电流保护，保护采用两相不完全星形接线。
选定线路XL-1的正常最大工作电流为0.25安，（设计模拟一次电流等于二次电流，因此电流互感器采用一比一，也可将电流继电器线圈直接串入）在最大运行方式下及最小运行方式下D1、D2及D3点三相短路电流值见表3-1。
图3-4三段电流保护计算网络图
（一）、一次网络模拟接线中各点短路电流及负荷电流
表3-1
短路点
D1
D2
D3
XL-1的正常最大工作电流
并Rf后的负荷电流
最大运行方式下三相短路电流（安）
4.5
1.75
0.695
0.25
0.5
最小运行方式下三相短路电流（安）
3
1.465
0.645
/
/
（二）、三段保护动作值的整定计算
1、线路XL-1的无时限电流速断保护
电流速断保护的动作值按大于本线路末端D2点短路时流过保护的最大短路电流IdL2。
Zd来整定，即保护的一次动作电流为：
IdI.b.1=KKIdL2.Zd=1.3×1.75=2.275安（3-1）
式中KK——可靠系数，对电流速断取1.2~1.3：
继电器的动作电流为：
Kj1
IdI.j.1=-------IdI.b.1=------×2.275=2.275安（3-2）
nL1/1
式中：
KJ=1，电流互感器变比nL采用1∶1。
选用DL-24C/6型电流继电器，其动作电流的整定范围为1.5~6安，本段保护整定2.28安。
图3–3（a）三段式电流保护交流电流部分（一次网络模拟接线）实验接线图
2、线路XL-1的带时限电流速断保护
要计算线路XL-1的带时限电流速断保护的动作电流，必须首先计算出线路XL-2
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