供配电工程实验指导书2010.4.1(修改过了的)

《供配电工程》实验指导书1实验二继电器的结构和特性实验一、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）继电器与电力系统继电保护的关系非常密切，测量继电器的基本特性，可对今后做继电保护调试和整定计算打下良好基础。二、实验主要仪器与设备LHDJZ-Ⅲ型电气自动化及继电保护综合试验台、TQDB-Ⅲ继电保护及变电站综合自动化仿真培训系统。三、实验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。继电保护中常用的有电流继电器、电压继电器、中间继电器、信号继电器、阻抗继电器、功率方向继电器、差动继电器等。下面仅就常用的电磁型继电器的构成及原理作简要介绍。（1）电磁型电流继电器电磁型继电器的典型代表是电磁型电流继电器，它既是实现电流保护的基本元件，也是反应故障电流增大而自动动作的一种电器。下面通过对电磁型电流继电器的分析，来说明一般电磁型继电器的工作原理和特性。图2-1为DL系列电流继电器的结构图，它由固定触点1、可动触点2、线圈3、铁心4、弹簧5、转动舌片6、止挡7所组成。当线圈中通过电流IKA时，铁心中产生磁通Φ，它通过由铁心、空气隙和转动舌片组成的磁路，将舌片磁化，产生电磁力Fe，形成一对力偶。由这对力偶所形成的电磁转矩，将使转动舌片按磁阻减小的方向（即顺时针方向）转动，从而使继电器触点闭合。电磁力IKA3456127图2-1DL系列电流继电器《供配电工程》实验指导书2Fe与磁通Φ的平方成正比，即分析表明，电磁转矩Me等于电磁力Fe与转动舌片力臂KAl的乘积，即222221KAKAcKAKAKAeeIKIRNlKlFM（2-1）式中，K2为与磁阻RC、线圈匝数NKA和转动舌片力臂lKA有关的一个系数。为了使继电器动作（衔铁吸持，触点闭合），它的平均电磁力矩Me必须大于弹簧及摩擦的反抗力矩之和(Ms+M)。所以由式（2-1）得到继电器的动作条件是：MMIRNKlMSKACKAKAe2221（2-2）能使继电器动作的最小电流称为继电器的动作电流，用IOP表示，在式（2-2）中用IOP代替IKA并取等号，移项后得：KASKACOPlKMMNRI1（2-3）从式（2-3）可见，IOP可用下列方法来调整：（1）改变继电器线圈的匝数NKA；（2）改变弹簧的反作用力矩Ms；（3）改变能引起磁阻RC变化的气隙。继电器的返回条件是：MIRNlKMMMKACKAKAeS2222（2-4）能使继电器返回的最大电流称为继电器的返回电流，并以Ire表之。在式（2-4）中，用Ire代替IKA并取等号且移项后得：KASKACrelKMMNRI2（2-5）返回电流Ire与动作电流IOP的比值称为返回系数Kre，即Kre=Ire/IOP。反应电流增大而动作的继电器IOPIre，因而Kre1。对于不同结构的继电器，Kre不相同，且在0.1～0.98这个相当大的范围内变化。《供配电工程》实验指导书3（2）电磁型电压继电器电压继电器的线圈是经过电压互感器接入系统电压Us的，其线圈中的电流为rrrZUI式中：Ur—加于继电器线圈上的电压，等于Us/npT（npT为电压互感器的变比）；Zr—继电器线圈的阻抗。继电器的平均电磁力22sreUKKIF，因而它的动作情况取决于系统电压Us。我国工厂生产的DY系列电压继电器的结构和DL系列电流继电器相同。它的线圈是用温度系数很小的导线（例如康铜线）制成，且线圈的电阻很大。DY系列电压继电器分过电压继电器和低电压继电器两种。过电压继电器动作时，衔铁被吸持，返回时，衔铁释放；而低电压继电器则相反，动作时衔铁释放，返回时，衔铁吸持。亦即过电压继电器的动作电压相当于低电压继电器的返回电压；过电压继电器的返回电压相当于低电压继电器的动作电压。因而过电压继电器的Kre1；而低电压继电器的Kre1。DY系列电压继电器的优缺点和DL系列电流继电器相同。它们都是触点系统不够完善，在电流较大时，可能发生振动现象。触点容量小不能直接跳闸。（3）时间继电器特性时间继电器是用来在继电保护和自动装置中建立所需要的延时。对时间继电器的要求是时间的准确性，而且动作时间不应随操作电压在运行中可能的波动而改变。电磁型时间继电器由电磁机构带动一钟表延时机构组成。电磁起动机构采用螺管线圈式结构，线圈可由直流或交流电源供电，但大多由直流电源供电。其电磁机构与电压继电器相同，区别在于：当它的线圈通电后，其触点须经一定延时才动作，而且加在其线圈上的电压总是时间继电器的额定动作电压。时间继电器的电磁系统不要求很高的返回系数。因为继电器的返回是由保护装置起动机构将其线圈上的电压全部撤除来完成的。（4）中间继电器特性中间继电器的作用是：在继电保护接线中，用以增加触点数量和触点容量，实现必要的延时，以适应保护装置的需要。它实质上是一种电压继电器，但它的触点数量多且容量大。为保证在操作电源电压降低时中间继电器仍能可靠地动作，因此中间继电器的可靠动作电压只要达到额定电《供配电工程》实验指导书4压的70%即可，瞬动式中间继电器的固有动作时间不应大于0.05秒。（5）信号继电器特性信号继电器在保护装置中，作为整组装置或个别元件的动作指示器。按电磁原理构成的信号继电器，当线圈通电时，衔铁被吸引，信号掉牌（指示灯亮）且触点闭合。失去电源时，有的需手动复归，有的电动复归。信号继电器有电压起动和电流起动两种。四、预习要求认真预习相关实验内容，明确实验的目的和要求，掌握实验的原理及方法，了解实验操作及所用仪器的使用方法，记住安全注意事项。五、实验内容及步骤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：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1A，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。A~220VKA+RTY1305A2A《供配电工程》实验指导书5（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/A123平均值误差整定值Izd变差返回系数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“公共线”，将开关BK的一条支路接在多功能表的“输入1”和“公共线”，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。~220VKABK停止A多功能表启动TY1《供配电工程》实验指导书6（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）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）先拉开刀闸（BK），复位多功能表，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I2.4A3.0A3.6A4.8A123平均123平均123平均123平均T/ms（7）先重复步骤（4），使加入继电器的电流分别为3.0A、3.6A、4.8A，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？3、电压继电器特性实验电压继电器动作、返回电压值测试实验（以低电压继电器为例）。低电压继电器动作值测试实验电路原理图如下图2-4所示：图2-4低电压继电器动作值测试实验电路原理图实验步骤如下：（1）按图接线，检查线路无误后，将低电压继电器的动作值整定为60V，使调压器的输出电压为0V，合上三相电源开关和单相电源开关及直流电源开关（对应指示灯亮），这时动作信号灯XD1亮。~220VKV+TY1150VV《供配电工程》实验指导书7（2）调节调压器输出，使其电压从0V慢慢升高，直至低电压继电器常闭触点打开（XD1熄灭）。（3）调节调压器使其电压缓慢降低，记下继电器刚动作（动作信号灯XD1刚亮）时的最大电压值，即为动作值，将数据记录于表2-3中。表2-3低电压继电器动作值、返回值测试实验数据记录表动作值/V返回值/V123平均值误差整定值Uset变差返回系数（4）继电器动作后，再慢慢调节调压器使其输出电压平滑地升高，记下继电器常闭触点刚打开，XD1刚熄灭时的最小电压值，即为继电器的返回值。（5）重复步骤（3）和（4），测三组数据。分别计算动作值和返回值的平均值，即为低电压继电器的动作值和返回值。（6）实验完成后，将调压器输出调为0V，断开所有电源开关。（7）计算整定值的误差、变差及返回系数。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220VKTBK停止多功能表启动+－《供配电工程》实验指导书8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）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123平均误差变差T/ms（5）实验完成后，断开所有电源开关。六、思考题（1）电磁型电流继电器、电压继电器和时间继电器在结构上有什么异同点？（2）如何调整电流继电器、电压继电器的返回系数？（3）电磁型电流继电器的动作电流与哪些因素有关？（4）在时间继电器的测试中为何整定后第一次测量的动作时间不计？七、实验报告1、根椐实验测量所得的数据，进行继电器特性分析。2、回答思考题。