《继电保护》实验指导书

继电保护实验指导书目录继电器的特性实验单侧电源辐射型线路三段式电流电压保护实验微机及其变压器保护实验实验要求：(1)因实验设备台件数有限，每班分两组根据本班级时间进行实验,必须按照实验课表的人数进行实验，不得超过规定的人数。实验分组原则上按成绩表序号排列，分组情况烦请各班具体落实。如有疑问等，请致电：13535040794（2）由于内容较多，请事先做好预习。实验报告应精简（不要照搬本指导书），也可实验后再写（但实验前需了解实验内容）。（3）数据处理尽可能体现自己的理解，比如：理论值应该是多少，实验结果是多少，中间误差及其原因（具体原因，不要泛泛而谈：仪器误差原因等等）。鼓励同学们在完成基本实验要求基础上，自己设计实验。（4）实验报告上写座位号（不是号码很长的学号）。继电器的特性实验1．实验目的1）了解继电器基本分类方法及其结构。2）熟悉电流继电器的构成原理。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）测量继电器的基本特性。2．继电器的类型与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。1）继电器的分类继电器按所反应的物理量的不同可分为电量与非电量的两种。属于非电量的有瓦斯继电器、速度继电器等；反应电量的种类比较多，一般分类如下：（1）按结构原理分为：电磁型、感应型、整流型、晶体管型、微机型等。（2）按继电器所反应的电量性质可分为：电流继电器、电压继电器、功率继电器、阻抗继电器、频率继电器等。（3）按继电器的作用分为：起动动作继电器、中间继电器、时间继电器、信号继电器等。近年来电力系统中已大量使用微机保护，整流型和晶体管型继电器以及感应型、电磁型继电器使用量已有减少。2）电磁型继电器的构成原理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电流继电器的构成及原理作简要介绍。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、止档7所组成。当线圈中通过电流KAI时，铁心中产生磁通，它通过由铁心、空气隙和转动舌片组成的磁路，将舌片磁化，产生电磁场，产生电磁力eF，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eF与磁通的平方成正比，即21eFK其中/KAKACINR所以2221/eKAKACFKINR式中，KAN——继电器线圈匝数；CR——磁通所经过的磁路的磁阻。分析表明，电磁转矩eM等于电磁力eF与转动舌片力臂KAl的乘积，即222122KAeeKAKAKAKACNMFlKlIKIR（2-1）式中，2K为与磁阻、线圈匝数和转动舌片力臂有关的一个系数，2212KAKACNKKlR。从式（2-1）可知，作用于转动舌片上的电磁力矩与继电器线圈中的电流KAI的平方成正比，因此，eM不随电流的方向而变化，所以，电磁型结构可以制造成交流或直流继电器。除电流继电器之外，应用电磁型结构的还有电压继电器、时间继电器、中间继电器和信号继电器。为了使继电器动作（衔铁吸合，触点闭合），它的平均电磁力矩eM必须大于弹簧及磨擦的反抗力矩之和（sMM）。所以由式（2-1）得到继电磁的动作条件是：2212KAeKAKAsCNMlKIMMR（2-2）当KAI达到一定值后，上式即能成立，继电器动作。能使继电器动作的最小电流称为继电器的动作电流，用opI表示，在式（2-2）中用opI代表KAI并取等号，移项后得：1CSopKAKARMMINKl（2-3）从式（2-3）可见，opI可用下列方法来调整：（1）改变继电器线圈的匝数KAN；（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。当KAI减小时，已经动作的继电器在弹簧力的作用下会返回到起始位置。为使继电器的返回，弹簧的作用力矩'sM必须大于电磁力矩'eM及摩擦的作用力矩'M。继电器的返回条件是：222'2KAseKAKACNMMMKlIMR（2-4）当KAI减小到一定数值时，上式即能成立，继电器返回。能使继电器返回的最大电流称为继电器的返回电流，并以reI表之。在式（2-4）中，用reI代替kAI并取等号且移项后得：'''2()CSreKAKARMMINKl（2-5）返回电流reI与动作电流opI的比值称为返回系数rek，即/rereopKII。反应电流增大而动作的继电器opI＞reI，因而1rek。对于不同结构的继电器，rek不相同，且在0.1~0.98这个相当大的范围内变化。3．实验内容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：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。（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平均值误差变差2)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2-3图2-3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。（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缓降低，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2-2中。表2-2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。3）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2-4所示：图2-4时间继电器特性测试实验电路原理接线图实验步骤如下：（1）按图接好线路，将时间继电器的常开接点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，将静触点时间整定指针对准一刻度中心位置，例如对准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2-3中，且第一次动作时间测量不计入测量结果中。表2-3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。（6）计算动作时间误差。4．思考题（1）电磁型电流继电器在结构上有什么特点？（2）如何调整电流继电器的返回系数？（3）电流继电器的动作电流与哪些因素有关？单侧电源辐射型线路三段式电流电压保护实验（一）实验目的1．了解电磁式电流、电压保护的组成。2．学习电力系统电流、电压保护中电流、电压、时间整定值的调整方法。3．研究电力系统中运行方式变化对保护灵敏度的影响。4．分析三段式电流、电压保护动作配合的正确性。（二）基本原理1．试验台一次系统原理图试验台一次系统原理图如图3-1所示。2．电流电压保护实验基本原理1）三段式电流保护当网络发生短路时，电源与故障点之间的电流会增大。根据这个特点可以构成电流保护。电流保护分无时限电流速断保护（简称I段）、带时限速断保护（简称II段）和过电流保护（简称III段）。下面分别讨论它们的作用原理和整定计算方法。（1）无时限电流速断保护（I段）单侧电源线路上无时限电流速断保护的作用原理可用图3-2来说明。短路电流的大小kI和短路点至电源间的总电阻R及短路类型有关。三相短路和两相短路时，短路电流kI与R的关系可分别表示如下：(3)0ssksEEIRRRl(2)03*2sksEIRRl式中，sE——电源的等值计算相电势；sR——归算到保护安装处网络电压的系统等值电阻；0R——线路单位长度的正序电阻；l——短路点至保护安装处的距离。由上两式可以看到，短路点距电源愈远（l愈长）短路电流kL愈小；系统运行方式小（sR愈大的运行方式）kI与l的关系曲线如图3-2曲线1和2所示。曲线1为最大运行方式（sR最小的运行方式）下的()kIfl曲线，曲线2为最小运行方式（Rs最小的运行方式）下的()kIfl曲线。线路AB和BC上均装有仅反应电流增大而瞬时动作的电流速断保护，则当线路AB上发生故障时，希望保护KA2能瞬时动作，而当线路BC上故障时，希望保护KA1能瞬时动作，它们的保护范围最好能达到本路线全长的100%。但是这种愿望是否能实现，需要作具体分析。以保护KA2为例，当本线路末端1k点短路时，希望速断保护KA2能够瞬时动作切除故障，而当相邻线路BC的始端（习惯上又称为出口处）2k点短路时，按照选择性的要求，速断保护KA2就不应该动作，因为该处的故障应由速断保护KA1动作切除。但是实际上，1k和2k点短路时，从保护KA2安装处所流过短路电流的数值几乎是一样的，因此，希望1k点短路时速断保护KA2能动作，而2k点短点时又不动作的要求就不可能同时得到满足。为了获得选择性，保护装置KA2的动作电流2opI必须大于被保护线路AB外部（2k点）短路时的最大短路电流maxkI。实际上2k点与母线B之间的阻抗非常小，因此，可以认为母为B上短路时的最大短路电流maxmaxkBkII。根据这个条件得到：12maxoprelkBIKI式中，1relK——可靠系数，考虑到整定误差、短路电流计算误差和非周期分量的影响等，可取为1.2~1.3。由于无时限电流速断保护不反应不短路，因此，可以构成无时限的速动保护（没有时间元件，保护仅以本身固有动作时间动作）。它完全依靠提高整定值来获得选择性。由于动作电流整定后是不变的，在图3-2上可用直线3来表示。直线3与曲线1和2分别有一个交点。在曲线交点至保护装置安装处的一段线路上短路时，2kopII保护动作。在交点以后的线路上短路时，2kopII保护不会动作。因此，无时限电流速断保护不能保护线路全长的范围。如图3-2所示，它的最大保护范围是maxl，最小保护范围是minl。保护范围也可以用解析法求得。无时限电流速断保护的灵敏度用保护范围来表示，其最小保护范围一般不应用。它的缺点是不可能保护线路全长的15%~20%。实验