供配电实验.docx
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供配电实验
辽宁工业大学
综合设计实验
院（系）：
电气工程学院
专业班级：
电气111
学号：
110303007
学生姓名：
付卓越
（一）综合设计实验-供配电部分
模块1复合电压电流连锁保护
设计实验任务：
1、设计电流电压联锁保护的实验电路；
2、根据线路模型，进行电流电压连锁保护整定值计算；
3、根据设计电路及整定计算结果，进行实验，观察实验现象。
设计实验要求：
1、完成实验方案的设计和原理分析
2、说明实验步骤及实验过程
3、根据实验数据进行分析
一.实验方案的设计和原理分析
复合电压过电流联锁保护原理图
电流电压连锁保护是由电压保护和电流保护装置两部分组成。
在线路过电流保护的电流继电器KA的常开触点回路中，串入低电压继电器KV的常闭触点，而KV经过电压互感器TV接至被保护线路的母线上。
当供电系统正常运行时，母线电压接近于额定电压，因此电压继电器KV的常闭触点是断开的。
因此这时的电流继电器KA即使由于过负荷而误动作，使其触点闭合，断路器QF也不致误跳闸。
正因为如此，凡装有低电压闭锁的过电流保护动作电流（也包括返回电流）不必按躲过线路的最大负荷电流IL.min来整定，而只需按躲过线路的计算电流I30来整定，即
Iop=
I30（1-1）
由于其Iop的减小，能有效地提高过电流保护的灵敏度。
上述低电压继电器KV的动作电压按躲过母线正常最低工作电压Umin来整定，同时返回电压也应躲过Umin。
因此低电压继电器动作电压的整定计算公式为
Uop=
≈0.6
（1-2）
式中，Umin为母线最低工作电压，取（0.85～0.95）Un；Un为线路额定电压；Krel为保护装置的可靠系数，可取1.2；Kre为低电压继电器的返回系数，一般取1.25；Ku为电压互感器的变压比。
当线路发生短路故障时，母线电压剧烈下降。
利用这一特征，当电压下降至预先整定的数值时，低压继电器（图1-1中的KV）接点闭合而作用于跳闸，瞬时切除故障，这就构成了电压速断保护。
图1-2所示线路X装设瞬时动作的电压速断保护。
由于保护瞬时动作，为了满足选择性要求，它的保护范围必须限制在本线路X以内。
为此，低压继电器的动作电压必须低于线路末端短路时母线上的最小残余电压。
图中曲线1为最小运行方式下线路各点短路时母线上的残余电压。
由图可见短路点距电源端越近，母线残余越低。
在系统运行方式变化时，线路同一地点短路时母线上的残压是不同的。
在最小运行方式下短路时，母线残压较低；在最大运行方式下短路时，母线残压较高。
图中曲线2即为最大运行方式下线路各点短路时母线残压曲线。
为了保证选择性，低电压继电器的动作电压Udz应小于最小运行方式下线路X末端短路时母线上的残压Uc.min，即：
Udz＜Uc.min（1-3）
写成等式：
Udz=
（1-4）
式中Uc.min——最小运行方式下，线路X末端短路时，母线上的最小残压；
Kk——可靠系数，取Kk=1.2～1.3
二.实验步骤及实验过程
1、根据线路模型，按照电流电压连锁保护整定的原则进行计算整定。
2、按下“确认”键，选择“保护投退”当光标（黑影部分）处于“保护投退”上时，按“确定”键即进入“保护投退”菜单
3、进入“保护投退”菜单后按“▼”键直至显示以下界面
“过电流”退操作说明如下：
按“
”，则退变成投，按“确认”键，则显示：
PASSWORD1：
0000
按“▲”键一次，则0000变成1000，
按“确定”键，保护“过电流”从“退”保存成“投”，则“过电流”投入运行如下显示：
4、进入“保护投退”菜单后按“▼”键直至显示以下界面
“复合电压闭锁过流”退操作说明如下：
按“
”，则退变成投，按“确认”键，则显示：
PASSWORD1：
0000
按“▲”键一次，则0000变成1000，
按“确定”键，保护“复合电压闭锁过流”从“退”保存成“投”，则“复合电压闭锁过流”投入运行如下显示：
5、设置完保护投退后按面板上“取消”按钮使界面显示如下菜单，并按“▼”键把光标移动“保护定值”
5、当光标（黑影部分）处于“保护定值”上时，按“确定”键即进入“保护定值”菜单按“▼”键直至显示并使光标出现在限时速断定值下的数字06上：
通过右移键“
”按三次，将光标移动到第三个“0”上，即显示为：
06：
000.00
按上移键“▲”一次（或者按“▼”键九次）后，则变成：
06：
001.00
按“确定”键，则显示：
PASSWORD1：
0000，按“▲”键一次，则0000变成1000，按“确定”键则参数“过电流定值”设置为1A。
6、按“▼”键直至显示并使光标出现在过电流延时下的数字07上：
通过右移键“
”按三次，将光标移动到第三个“0”上，即显示为：
07：
000.00
按上移键“▲”二次（或者按“▼”键八次）后，则变成：
07：
002.00
按“确定”键，则显示：
PASSWORD1：
0000，按“▲”键一次，则0000变成1000，按“确定”键则参数“过电流延时”设置为2S。
7、按“▼”键直至显示并使光标出现在低压闭锁定值下的数字08上：
通过右移键“
”按二次，将光标移动到第二个“0”上，即显示为：
08：
000.00
按上移键“▲”八次（或者按“▼”键二次）后，则变成：
08：
080.00
按“确定”键，则显示：
PASSWORD1：
0000，按“▲”键一次，则0000变成1000，按“确定”键则参数“低压闭锁定值”设置为80V。
同理把负压闭锁定值20V。
8、将电流互感器TA9与线路保护装置的保护CT相连，线圈分别与装置的线圈对应相连。
如下图
9﹑合上主电源，开启实验设备，运行方式设置为最小。
QS1、QS3、QS5、QS8、QS11拨到“ON”,按下合闸按钮QF1、QF3、QF5、QF8、QF9。
10、运行方式设置最小，按下线路短路故障设置d2，观察QF8是否动作,如果动作那么把电压互感器TV7的A相和B相对调，然后微机复位重新按下短路故障设置d2，观察是否动作。
11、拔掉电压互感器的A相电压接线，观察保护装置是否动作，观察QF8的动作情况。
对实验结果进行记录。
模块2线路过电流与自动重合闸后加速实验
设计实验任务：
1、设计线路过电流保护与自动重合闸后加速实验的电路；
2、根据实验要求进行整定计算并设定整定值；
3、根据设计电路进行试验，观察实验现象。
设计实验要求：
1、完成实验方案设计及原理分析
2、说明实验步骤及实验过程
3、根据实验数据进行分析
一.实验方案设计及原理分析
如图示出了自动重合闸前加速保护的原理接线图。
其中KA是过流保护。
从该图可清楚地看出，线路故障时，首选继电器KA1动作，其触点闭合，经KM2的常闭触点不带时限地动作于断路器使其跳闸，随后断路器辅助触点起动重合闸继电器，将断路器重合。
重合闸动作的同时，起动继电器KM2，其常闭触点打开。
若此时线路故障还存在，但因KM2的常闭接点已打开，只能由过流保护继电器KA2和时间继电器KT带时限有选择性地动作于断路器跳闸，再次切除故障。
二.实验步骤及实验过程
1﹑根据预习准备，计算获得的动作参数整定值，对各段保护进行整定。
将过电流、过电流前加速、重合闸投入，其它整定退出。
过电流定值设定为1A、过电流延时设定为3S、重合闸延时2S，重合闸前加速延时0S。
2、按下“确认”键，选择“保护投退”当光标（黑影部分）处于“保护投退”上时，按“确定”键即进入“保护投退”菜单
3、进入“保护投退”菜单后按“▼”键直至显示以下界面
4、设置完保护投退后按面板上“取消”按钮使界面显示如下菜单，并按“▼”键把光标移动“保护定值”
5、当光标（黑影部分）处于“保护定值”上时，按“确定”键即进入“保护定值”菜单按“▼”键直至显示并使光标出现在过电流定值下的数字06上：
6、按“▼”键直至显示并使光标出现在限时速断定值下的数字07上：
7、同理把重合闸前加速延时设置为0S
8﹑将电流互感器TA9与线路保护装置的保护CT相连，线圈分别与装置的线圈对应相连。
如下图
9﹑合上主电源，开启实验设备，运行方式设置为最小。
QS1、QS3、QS5、QS8、QS11拨到“ON”,按下合闸按钮QF1、QF3、QF5、QF8、QF9。
10﹑按下线路短路故障设置d2，模拟线路短路，观察断路器QF8是否跳闸。
11、（让微机充电30S）当微机液晶显示有“充电”二字时,按下d2进行线路短路，不加任何干预（不解除短路故障，及为永久性故障），观察实验现象。
模块3自动重合闸前加速保护实验
设计实验任务
1、设计自动重合闸前加速保护的接线电路；
2、根据自动重合闸前加速实验的原则进行整定计算；
3、根据设计电路进行试验，观察实验现象。
设计实验要求：
1、完成实验方案设计及原理分析
2、说明实验步骤及实验过程
3、根据实验数据进行分析
一.实验方案设计及原理分析
如图示出了自动重合闸前加速保护的原理接线图。
其中KA是过流保护。
从该图可清楚地看出，线路故障时，首选继电器KA1动作，其触点闭合，经KM2的常闭触点不带时限地动作于断路器使其跳闸，随后断路器辅助触点起动重合闸继电器，将断路器重合。
重合闸动作的同时，起动继电器KM2，其常闭触点打开。
若此时线路故障还存在，但因KM2的常闭接点已打开，只能由过流保护继电器KA2和时间继电器KT带时限有选择性地动作于断路器跳闸，再次切除故障。
二.实验步骤及实验过程
1﹑根据预习准备，计算获得的动作参数整定值，对各段保护进行整定。
将过电流、过电流前加速、重合闸投入，其它整定退出。
过电流定值设定为1A、过电流延时设定为3S、重合闸延时2S，重合闸前加速延时0S。
2、按下“确认”键，选择“保护投退”当光标（黑影部分）处于“保护投退”上时，按“确定”键即进入“保护投退”菜单
3、进入“保护投退”菜单后按“▼”键直至显示以下界面
4、设置完保护投退后按面板上“取消”按钮使界面显示如下菜单，并按“▼”键把光标移动“保护定值”
5、当光标（黑影部分）处于“保护定值”上时，按“确定”键即进入“保护定值”菜单按“▼”键直至显示并使光标出现在过电流定值下的数字06上
6、按“▼”键直至显示并使光标出现在限时速断定值下的数字07上：
7、同理把重合闸前加速延时设置为0S。
8﹑将电流互感器TA9与线路保护装置的保护CT相连，线圈分别与装置的线圈对应相连。
如下图
9﹑合上主电源，开启实验设备，运行方式设置为最小。
QS1、QS3、QS5、QS8、QS11拨到“ON”,按下合闸按钮QF1、QF3、QF5、QF8、QF9。
10﹑按下线路短路故障设置d2，模拟线路短路，观察断路器QF8是否跳闸。
11、（让微机充电30S）当微机液晶显示有“充电”二字时,按下d2进行线路短路，不加任何干预（不解除短路故障，及为永久性故障），观察实验现象。
（二）综合设计实验-继电保护部分
模块1自动重合闸前加速保护实验
设计实验任务：
1、利用电力系统继电保护实验设备，设计输电线路自动重合闸前加速保护实验方案；
2、根据实验方案，完成实验过程，给出实验步骤及过程；
3、对实验数据及结果进行分析，说明实验现象与理论结果的对应关系及原因。
设计实验要求：
1、完成实验方案设计及原理分析
2、给出实验电路及实验设备清单
3、说明实验实验步骤及过程
4、根据实验数据进行分析
一.实验方案设计及原理分析
图自动重合闸前加速保护的网路接线图
如图所示的网络接线，假定在每条线路上均装设过电流保护，其动作时限按阶梯型原则来配合。
因而，在靠近电源端保护3处的时限就很长。
为了能加速故障的切除，可在保护3处采用前加速的方式，即当任何一条线路上发生故障时，第一次都由保护3瞬时动作予以切除。
如果故障是在线路A-B以外（如d1点），则保护3的动作都是无选择性的。
但断路器3跳闸后，即起动重合闸重新恢复供电，从而纠正了上述无选择性的动作。
如果此时的故障是瞬时性的，则在重合闸以后就恢复了供电。
如果故障是永久性的，则故障由保护1或2切除，当保护2拒动时，则保护3第二次就按有选择性的时限t3动作与跳闸。
为了使无选择性的动作范围不扩展的太长，一般规定当变压器低压侧短路时保护3不应动作。
因此，其起动电流还应按照躲开相邻变压器低压侧的短路（d2点）来整定。
图21-2示出了自动重合闸前加速保护的原理接线图。
其中KA是过流保护。
从该图可清楚地看出，线路故障时，首选继电器KA1动作，其触点闭合，经KM2的常闭触点不带时限地动作于断路器使其跳闸，随后断路器辅助触点起动重合闸继电器，将断路器重合。
重合闸动作的同时，起动继电器KM2，其常闭触点打开。
若此时线路故障还存在，但因KM2的常闭接点已打开，只能由过流保护继电器KA2和时间继电器KT带时限有选择性地动作于断路器跳闸，再次切除故障。
二.实验电路及实验设备清单
序号
设备名称
使用仪器名称
数量
1
控制屏
1
2
EPL-04
继电器
（一）—DL-21C电流继电器
1
3
EPL-05
继电器
（二）—DS-21C时间继电器
1
4
EPL-06
继电器（四）—DZ-31B中间继电器
—DZS-12B中间继电器
1
5
EPL-07B
继电器（五）—DX-8信号继电器
1
6
EPL-08
自动重合闸
1
7
EPL-11
交流电压表
1
8
EPL-11
交流电流表
1
9
EPL-12B
光示牌
1
10
EPL-14
按钮及电阻盘
1
11
EPL-17A
三相电源
1
12
EPL-11
直流电源及母线
1
三.实验实验步骤及过程
1．根据过电流保护的要求整定KA2的动作电流值，和KT的动作时限
2．根据速断保护的要求整定KA1的动作电流。
3．根据时间继电器、加速继电器、保护出口继电器的技术参数选择相应的操作电源。
4．按图21-2接线，认真仔细检查后，再请指导老师检查。
6．等重合闸电容充满电后，在A站线路上短路点接入故障，观察前加速动作情况，加速跳闸后重合启动，ARD出口接点，DZ的闭合来起动KM2，KM2常闭触点打开。
7．模拟故障继续存在，但由于KM2常闭触点已经打开，所以只能由过流保护KM2和KT带时限有选择性地进行跳闸，切除故障。
模块2自动重合闸后加速保护实验
设计实验任务：
1、利用电力系统继电保护实验设备，设计输电线路自动重合闸后加速保护实验方案；
2、根据实验方案，完成实验过程，给出实验步骤及过程；
3、对实验数据及结果进行分析，说明实验现象与理论结果的对应关系及原因。
设计实验要求：
1、完成实验方案设计及原理分析
2、给出实验电路及实验设备清单
3、说明实验实验步骤及过程
4、根据实验数据进行分析
一.实验方案设计及原理分析
重合闸后加速保护一般又简称为“后加速”，所谓后加速就是当线路第一次故障时，保护有选择性动作，然后，进行重合。
如果重合于永久性故障上，则在断路器合闸后，再加速保护动作，瞬时切除故障，而与第一次动作是否带有时限无关。
“后加速”的配合方式广泛应用于35kV以上的网络及对重要负荷供电的送电线路上。
因为，在这些线路上一般都装有性能比较完善的保护装置，例如，阶段式电流保护、距离保护等，因此，第一次有选择性地切除故障的时间（瞬时动作或具有0.5s的延时）均为系统运行所允许，而在重合闸以后加速保护的动作（一般是加速第II段的动作，有时也可以加速第III段的动作），就可以更快地切除永久性故障。
线路故障时，由于延时返回继电器KM2尚未动作，其常开触点仍断开，电流继电器KA动作后，起动时间继电器KT，经一定延时后，其接点闭合，起动出口中间继电器KM1，使QF跳闸。
QF跳闸后，ARD动作发出合闸脉冲。
在发生合闸脉冲的同时，ARD起动继电器KM2，使其触点闭合。
若故障为持续性故障，则保护第二次动作，经KM2的触点直接起动KM1而使断路器QF瞬时跳闸图
二.实验电路及实验设备清单
序号
设备名称
使用仪器名称
数量
1
控制屏
1
2
EPL-04
继电器
（一）—DL-21C电流继电器
1
3
EPL-05
继电器
（二）—DS-21C时间继电器
1
4
EPL-06
继电器（四）—DZ-31B中间继电器
—DZS-12B中间继电器
1
5
EPL-07B
继电器（五）—DX-8信号继电器
1
6
EPL-08
自动重合闸
1
7
EPL-11
交流电压表
1
8
EPL-11
交流电流表
1
9
EPL-12B
光示牌
1
10
EPL-14
按钮及电阻盘
1
11
EPL-17A
三相电源
1
12
EPL-11
直流电源及母线
1
三.实验实验步骤及过程
1．根据过流保护的要求整定KA的动作电流和KT的动作时限。
2．由加速继电器，保护出口继电器和时间继电器的参数选择相应的操作电源。
按图22-2直流部分接线。
认真仔细检查后，再请指导老师检查。
3．检查接线无误后加入直流电源。
4．等自动重合闸电容充满电后，用A站模拟线路故障，把万能转换开关打在电流保护处，再进行短路调节，电流继电器KA加入一个大于整定值的电流，此时加速继电器KMZ未起动，因此KA起动KT，KT经过一定时限起动KM1，使断路器跳闸，同时经KS发信号。
5．断路器跳闸后，重合闸发出合闸脉冲的同时，由ZCH出口触点DZ起动KM2，KM2动作后其延时断开的常开触点闭合，实现后加速。
6．模拟持续性故障，观察后加速动作情况。
此时KM2触点已经闭合，KA动作信号不经过KT，直接由KM2的延时追回触点传给KS和KM1
（三）综合设计实验-PLC技术部分
液体混合装置控制系统设计实验
液体混合装置控制要求：
1、系统从初始状态（容器放空）开始工作；
2、启动操作:
按下启动按钮SB1，装置就开始按下列约定的规律操作：
（1）液体A阀门打开，液体A流入容器；
（2）当液面到达SL2时，SL2接通，关闭液体A阀门，同时打开液体B阀门；
（3）液面到达SL1时，关闭液体B阀门，搅动电机开始搅动；
（4）搅动电机工作6秒后停止搅动，混合液体阀门打开，开始放出混合液体；
（5）当液面下降到SL3时，SL3由接通变为断开，再过2秒后，容器放空，混合液阀门关闭，开始下一周期。
3、停止操作:
按下停止按钮SB2后，在当前的混合液操作处理完毕后，才停止操作（停在初始状态上）。
设计实验任务：
1、根据控制要求，设计出液体混合装置的总体设计方案及步骤；
2、根据控制要求，设计PLC硬件接线图及I/O地址分配；
3、根据控制要求，设计出满足控制要求的顺序功能图及梯形图程序。
设计实验要求：
1、完成实验总体方案的设计；
2、通过对程序的编写及调试，分析总结顺序功能图及梯形图程序的设计方法；
3、完成PLC综合设计性实验报告。
一.实验总体方案的设计
图中下框里的YV1、YV2、YV3、M分别接主机的输出点；起、停按钮SB1、SB2和液面传感器SL1、SL2、SL3分别接主机的输入点。
图中，液面传感器利用钮子开关来模拟，启动、停止用动合按钮来实现，液体A阀门、液体B阀门、混合液阀门的打开与关闭以及搅动电机的运行与停转用发光二极管的点亮与熄灭来模拟。
液体A、B阀门与混合液阀门由电磁阀YV1、YV2、YV3控制，M为搅动电机，
控制要求：
初始状态:
装置投入运行时，液体A、B阀门关闭，混合液阀门打开20秒将容器放空后关闭。
启动操作:
按下启动按钮SB1，装置就开始按下列约定的规律操作：
液体A阀门打开，液体A流入容器。
当液面到达SL2时，SL2接通，关闭液体A阀门，打开液体B阀门。
液面到达SL1时，关闭液体B阀门，搅动电机开始搅动。
搅动电机工作6秒后停止搅动，混合液体阀门打开，开始放出混合液体。
当液面下降到SL3时，SL3由接通变为断开，再过2秒后，容器放空，混合液阀门关闭，开始下一周期。
停止操作:
按下停止按钮SB2后，在当前的混合液操作处理完毕后，才停止操作（停在初始状态上）。
二.程序的编写及调试，分析总结顺序功能图及梯形图程序的设计方法
（四）综合设计实验-仿真实验部分
模块1电压互感器运行时的管理
任务：
1、通过一次设备仿真软件，掌握串级式电压互感器工作原理、结构以及运行时的管理（运行操作、日常巡视检查）；
2、通过一次设备仿真软件，掌握电容式电压互感器（CVT）工作原理、结构以及运行时的管理（运行操作、日常巡视检查）；
3、通过一次设备仿真软件，掌握电流互感器工作原理、结构以及工作时注意事项、二次线的更换、巡视和检查）。
要求：
1、完成电压互感器运行操作方法和日常巡视检查注意事项总结；
2、完成电流互感器二次线的更换方法以及巡视和检查注意事项。
一.电压互感器运行操作方法和日常巡视检查注意事项总结
（1）检查瓷套管有尢积尘、油污，是否有裂损和放电现象。
（2）检查有无渗、漏油现象。
如渗、漏油严重，应停电修补和加油。
（3）检查油位和油色是否正常，呼吸器是否完好，吸湿剂有无变色。
（4）监听互感器内部有无异常声响，有无剧烈震动，有无焦臭味。
（5）检查6～35kV电压互感器开口三角绕组上的过电压指示灯泡是否损坏。
如损坏，应及时更换。
（6）检查高、低压侧导线连接是否良好，有无过热或腐蚀现象。
（7）检查低压侧熔断器和限流电阻是否完好。
（8）检查二次保护接地是否良好。
如接地不良或断开，应及时处理，以免威胁人身和设备安全。
二.电流互感器二次线的更换方法以及巡视和检查注意事项。
1）电流互感器的接线应遵守串联原则：
即一次绕阻应与被测电路串联，而二次绕阻则与所有仪表负载串联。
2）按被测电流大小，选择合适的变化，否则误差将增大。
同时，二次侧一端必须接地，以防绝缘一旦损坏时，一次侧高压窜入二次低压侧，造成人身和设备事故
3）二次侧绝对不允许开路，因一旦开路，一次侧电流I1全部成为磁化电流，引起φm和E2骤增，造成铁心过度饱和磁化，发热严重乃至烧毁线圈;同时，磁路过度饱和磁化后，使误差增大。
电流互感器在正常工作时，二次侧近似于短路，若突然使其开路，则励磁电动势由数值很小的值骤变为很大的值，铁芯中的磁通呈现严重饱和的平顶波，因此二次侧绕组将在磁通过零时感应出很高的尖顶波，其值可达到数千甚至上万伏，危机工作人员的安全及仪表的绝缘性能。
另外，二次侧开路使E2达几百伏，一旦触及造成触电事故。
因此，电流互感器二次侧都备有短路开关，防止一次侧开路。
如图l中K0，在使用过程中，二次侧一旦开路应马上撤掉电路负载，然后，再停车处理。
一切处理好后方可再用。
4）为了满足测量仪表、继电保护、断路器失灵判断和故障录波等装置的需要，在发电机、变压器、出线、母线分段断路器、母联断路器、旁路断路器等回路中均设具有2～8个二次绕阻的电流互感器。
对于大电流接地系统，一般按三相配置;对于小电流接地系统，依具体要求按二相或三相配置
5）对于保护用电流互感器的装设地点应按尽量消除主保护装置的不保护区来设置。
例如：
若有两组电流互感器，且位置允许时，应设在断路器两侧，使断
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