电力系统继电保护原理实验.docx

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电力系统继电保护原理实验

电力系统继电保护原理

实验指导书

任丽苗王思华编写

自动化学院

2008年10月

前言

继电保护是一门理论和实践并重的学科。

为更好地掌握及了解继电保护的工作原理及动作性能，既需要运用所学的理论知识对系统故障情况和保护动作性能进行分析，还需要对各种继电保护的动作原理及性能进行实验。

本实验指导书在03年编写的《TKDZB-1型电力自动化及继电保护装置实验指导书》基础上，整理了专业教研室的教师们利用TKDZB-1型电力自动化及继电保护实验装置所做的一些实验及相关资料，并总结近几年学生做实验的实际情况，改编而成的。

TKDZB-1型电力自动化及继电保护实验装置是一套能够对继电保护系统中各种继电器和多种保护电路进行试验的装置，利用此装置能够掌握各种常规继电器、特殊继电器以及由它们所组成的各种保护电路、信号回路的结构、工作原理、电气特性、动作过程。

另外，利用TKDZB-1型电力自动化及继电保护实验装置,同学们还可以自行设计模拟一些较复杂的保护线路。

通过利用TKDZB-1型电力自动化及继电保护实验装置对学生进行实验训练，不但可以加深他们对继电保护工作原理的理解，提高同学们的实践能力，同时还为创新能力的培养提供了条件。

第一章实验的基本要求和安全操作规程

1-1实验的基本要求

实验课的目的在于培养学生掌握基本的实验方法与操作技能。

培养学生学会根据实验目的，实验内容及实验设备拟定实验线路，选择所需仪表，确定实验步骤，测取所需数据，进行分析研究，得出必要结论，从而完成实验报告。

在整个实验过程中，必须集中精力，及时认真做好实验。

现按实验过程提出下列基本要求。

一、实验前的准备

实验前应复习课本有关章节，认真研读实验指导书,了解实验目的、项目、方法与步骤，明确实验过程中应注意的问题（有些内容可到实验室对照实验预习，如熟悉组件的编号，使用及其规定值等），并按照实验项目准备记录抄表等。

实验前应写好预习报告,经指导教师检查认为确实作好了实验前的准备，方可开始作实验。

认真作好实验前的准备工作，对于培养同学独立工作能力，提高实验质量和保护实验设备都是很重要的。

二、实验的进行

1、建立小组，合理分工

每次实验都以小组为单位进行,每组由2～3人组成，实验进行中的接线、调节负载、保持电压或电流、记录数据等工作每人应有明确的分工，以保证实验操作协调，记录数据准确可靠。

2、选择组件和仪表

实验前先熟悉该次实验所用的组件，选择仪表量程，然后依次排列组件和仪表便于测取数据。

3、按图接线

根据实验线路图及所选组件、仪表、按图接线，线路力求简单明了，按接线原则是先接串联主回路，再接并联支路。

为查找线路方便，每路可用相同颜色的导线或插头。

4、开启电源，观察电源指示

在正式实验开始之前，先熟悉电源仪表指示。

然后按交直流电源操作说明规范启动电源，观察所有仪表是否正常（如3个指示仪表是否一致、是否超满量程等）。

如果出现异常，应立即切断电源，并排除故障；如果一切正常，即可正式开始实验。

5、完成实验内容

预习时对每次实验的试验方法、步骤及所需测数据的大小作到心中有数。

正式实验时,根据实验步骤逐次测取数据。

6、认真负责，实验有始有终

实验完毕，须将数据交指导教师审阅。

经指导教师认可后，才允许拆线并把实验所用的组件、导线及仪器等物品整理好。

三、实验报告

实验报告是根据实测数据和在实验中观察和发现的问题，经过自己分析研究或分析讨论后写出的心得体会。

实验报告要简明扼要、字迹清楚、图表整洁、结论明确。

实验报告包括以下内容：

1）实验名称、专业班级、学号、姓名、实验日期。

2）列出实验中所用组件的名称及编号。

3）列出实验项目并绘出实验时所用的线路图，并注明仪表量程，电阻器阻值等。

4）数据的整理和计算

5）按记录及计算的数据用坐标纸画出曲线，图纸尺寸不小于8cm×8cm，曲线要用曲线尺或曲线板连成光滑曲线,不在曲线上的点仍按实际数据标出。

6）根据数据和曲线进行计算和分析，说明实验结果与理论是否符合，可对某些问题提出一些自己的见解并最后写出结论。

实验报告应写在一定规格的报告纸上，保持整洁。

7）每次实验每人独立完成一份报告，按时送交指导教师批阅。

1-2TKDZB-1型实验装置电源操作规程

为了确保实验时人身安全，TKDZB-1型实验装置全部采用封闭挂件的形式，为了确保实验设备安全，在实验过程中要做到：

1）接线或拆线都必须在切断电源的情况下进行；2）学生独立完成接线或改接线路后必须同组同学再认真理一遍接线电路后方可接通电源。

实验中如发生事故，应立即切断电源，经查清问题和妥善处理故障后，才能继续进行实验。

而所有的电源操作必须严格按照下述电源操作规程操作。

说明：

实验中开启及关闭交流或直流电源均在控制屏上操作

一、开启三相交流电源的步骤为：

1）开启电源前，要检查控制屏下面“直流操作电源”的“可调电压输出”开关（右下角）及“固定电压输出”开关（左下角）都须在“关”断的位置。

控制屏左侧面上安装的三相自耦调压器必须调在零位，即必须将调节手柄沿逆时针方向旋转到底。

2）无误后开启“电源总开关”，“停止”按钮指示灯亮，表示实验装置的进线已接通电源，但还不能输出电压。

此时在电源输出端进行实验电路接线操作是安全的。

3）按下“启动”按钮，“启动”按钮指示灯亮，只要调节自耦调压器的手柄，在输出口U、V、W处可得到0～450V的线电压输出，并可由控制屏上方的三只交流电压表指示。

当屏上的“电压指示切换”开关拨向“三相电网输入电压”时，三只电压表指示三相电网进线的线电压值；当“指示切换”开关拨向“三相调压输出电压”时，三表指示三相调压输出之值。

4）实验中如果需要改接线路，必须按下“停止”按钮以切断交流电源，保证实验操作的安全。

实验完毕，须将自耦调压器回到零位，将“直流操作电源”的两个电源开关置于“关”断位置，最后关断“电源总开关”。

二、开启单相交流电源的步骤为：

1）开启电源前，检查控制屏下面“单相自耦调压器”电源开关须在“关”位置，调压器必须调至零位。

2）打开“电源总开关”，按下“启动”按钮，并将“单相自耦调压器”开关拨到“开”位置，通过手动调节，在输出口a、x两端，可获得所需的单相交流电压。

3）实验中如果需要改接线路，必须将开关拨到“关”位置，保证操作安全。

实验完毕，将调压器旋钮调回到零位，并把“直流操作电源”的开关拨回“关”位置，最后，还需关断“电源总开关”。

三、开启直流操作电源的步骤为：

1）在交流电源启动后，接通“固定直流电压输出”开关，可获得220V、1.5A不可调的直流电压输出。

接通“可调直流电压输出”开关，可获得40～220V、3A可调节的直流电压输出。

固定电压及可调电压值可由可控制屏下方中间的直流电压表指示。

当将该表下方的“电压指示切换”开关拨向“可调电压”时，指示可调电源电压的输出值；当将它拨向“固定电压”时，指示固定电源电压的输出值。

2）“可调直流电源”是采用脉宽调制型开关稳压电源，输入端接有滤波用的大电容，为了不使过大的充电电流损坏电源电路，采用了限流延时保护电路。

所以本电源在开机时，约需有3～4秒钟的延时后，方进入正常的输出。

3）可调直流稳压输出设有过压和过流保护告警指示电路。

当输出电压调得过高时（超过240V），会自动切断电路，使输出为零，并告警指示。

只有将电压调低（约240V以下），并按“过压复位”按钮后，方能自动恢复正常输出。

当负载电流过大（即负载电阻过小），超过3A时，也会自动切断电路，并告警指示，此时若要恢复输出，只要调小负载电流（即调大负载电阻）即可。

有时候在开机时出现过流告警，这说明在开机时负载电流太大，需要降低负载电流。

若在空载下开机，发生过流告警，这是由于气温或湿度明显变化，造成光电耦合器TIL117漏电使过流保护起控点改变所致，一般经过空载开机（即开启交流电源后，再开启“可调直流电源”开关）预热几十分钟，即可停止告警，恢复正常。

第二章基础实验

实验一继电器特性实验

一、实验目的

1、熟悉DL型电流继电器和DS-20型时间继电器的实际结构、工作原理、基本特性。

2、掌握动作电流值、时限整定和试验调整方法。

二、原理说明

1、电流继电器

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。

过电流继电器：

当电流升高至整定值时，继电器立即动作，其常开触点闭合，常闭触点断开。

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。

2、时间继电器

DS系列时间继电器用于各种继电保护和自动控制线路中，使被控制元件按时限控制原则进行动作。

DS-20系列时间继电器是带有延时机构的吸入式电磁继电器，其中DS-21～DS-24是内附热稳定限流电阻型时间继电器（线圈适于短时工作），DS-21/C～DS-24/C是外附热稳定限流电阻型时间继电器（线圈适于长时工作）。

DS-25～28是交流时间继电器。

该继电器具有一付瞬时转换触点，一付滑动主触点和一付终止主触点。

当加电压于线圈两端时，衔铁克服塔形弹簧的反作用力被吸入，瞬时常开触点闭合，常闭触点断开，同时延时机构开始启动，先闭合滑动常开主触点，再延时后闭合终止常开主触点，从而得到所需延时，当线圈断电时，在塔形弹簧作用下，使衔铁和延时机构立刻返回原位。

从电压加于线圈的瞬间起到延时闭合常开主触点上，这段时间就是继电器的延时时间，可通过整定螺钉来移动静接点位置进行调整，并由螺钉下的指针在刻度盘上指示要设定的时限。

三、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

ZB13

DS-23时间继电器

1

3

ZB35

交流电流表

1

4

ZB36

交流电压表

1

5

ZB43

800Ω可调电阻

1

6

ZB03

数字电秒表注

1

7

ZB31

直流电压、电流表

各1

8

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

9

DZB01

可调直流操作电源

1

四、实验内容及步骤

1、电流继电器整定点的动作值、返回值及返回系数测试

电流继电器特性测试实验接线图注如图1-1所示。

（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。

选2.4A和4.8A为实验整定值。

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）本实验整定值2.4A采用是串联的接线方式，4.8A采用并联的接线方式。

c、按图1-1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1-1；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，记录下来并计算返回系数；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。

Kf=

过电流继电器的返回系数在0.85-0.9之间。

图1-1电流继电器实验原理接线图

表1-1电流继电器实验结果记录表

整定电流I（安）

2.4A

继电器两线圈的接线方式选择为：

4.8A

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（A）

实测返回电流Idj（A）

返回系数K=

求每次实测起动电流与整定电流的误差%

2、时间继电器特性测试

选用ZB13挂箱的DS-23型时间继电器，整定范围（2.5S～10S），实验原理接线如图1-2所示。

（1）动作电压Ud测试

按图1-2接线，将可变电阻R置于输出电压最小位置，合上S1和S2，调节可变电阻R使输出电压由最小位置慢慢地升高到时间继电器的衔铁完全吸入为止，可变电阻R保持不变，断开开关S1然后迅速合上开关S1，以冲击方式使继电器动作，如不能动作，再调整可变电阻R，增大输出电压，用冲击方式使继电器衔铁瞬时完全被吸入的最低冲击电压即为继电器的最低动作电压Ud，断开S1，将动作电压Ud填入表1-2内。

Ud应不大于70%Ued（154V）。

（2）返回电压Uf的测试

合上S1，S2加大电压至额定值220V，然后渐渐的调节可变电阻R降低输出电压，使电压降低到触点开启即继电器的衔铁返回到原来位置的最高电压，即为Uf，断开开关S1，将Uf填入表1-2内。

应使Uf不低于0.05倍额定电压（11V）。

若动作电压过高，则检查返回弹簧力量是否过强，衔铁在黄铜套管内摩擦是否过大，衔铁是否生锈或有污垢，线圈是否有匝间短路现象。

图1-2时间继电器特性测试实验接线图

若返回电压过低，检查摩擦是否过大，返回弹簧力量是否过弱。

（3）动作时间测定

按图1-2接好线后，将继电器定时标度放在较小刻度上。

合上开关S1，S2，调节可变电阻器R，使加在继电器上的电压为额定电压Ued。

断开S2，合上电秒表工作电源开关，并将电秒表复位，然后投入S2，使继电器与电秒表同时起动，继电器动作后经一定时限，触点（5-6）闭合，将电秒表控制端“Ⅰ”和“Ⅱ”短接，秒表停止记数，此时电秒表所指示的时间就是继电器的延时时间，把测得数据填入表1-2中，每一整定时间刻度应测定三次，取三次平均值作为该刻度的动作值。

然后将定时标度分别置于中间刻度5S、7.5S及最大刻度10S上，按上述方法各重复三次，求平均值。

表1-2时间继电器实验记录

特性试验记录

动作电压

V

为额定电压的%

返回电压

V

为额定电压的

%

整定时间t（秒）

2.5S

5S

7.5S

10S

第一次测试结果

第二次测试结果

第三次测试结果

平均值

五、思考题

1、在电流继电器特性测试实验中，对于线圈串联形式，能不能在电路中只接入一个线圈来实现？

试分析原因。

2、时间继电器共有几中类型接点？

分别在什么情况下有动作？

3、时间继电器面上有两排（左右并列）整定按钮，分别起什么作用？

实验二线路过电流保护实验

一、实验目的

1、掌握过电流保护的电路原理，深入认识继电保护、自动装置的二次原理接线和展开接线图。

2、学会识别本实验中继电保护实际设备与原理接线图和展开线图接的对应关系，为以后各项实验打下良好的基础。

3、进行实际接线操作，掌握过流保护的整定调试和动作试验方法。

二、实验原理

过电流保护是反映系统中出现过负荷所采用的保护，作为电流速断和限时电流速断的后备保护，以下通过动作值、时限整定和灵敏度校验分别说明。

1、过电流保护的动作电流整定，从下面几个方面考虑：

a、只有在被保护线路过电流时它才起动，在最大负荷电流

时保护装置的电流继电器不应动作。

即：

b、当外部短路时，如本线路过电流继电器已起动，但由于下一线路上保护的时限短而首先动作，短路电流消失，当电流降低到最大负荷电流后，本线路的过电流继电器应能可靠地返回。

同时应考虑由于故障切除后电压恢复，负荷中的电动机自起动，可能出现最大负荷电流，为使过电流继电器能可靠返回，它的返回电流应大于故障切除后线路上的最大负荷电流。

综合考虑上述因素，过电流保护按照右式整定：

式中

——可靠系数取1.2；

——自起动系数，取1.3；

——返回系数，取0.85。

2、过电流保护动作时限的整定

为了保证选择性，过电流保护的动作时限阶梯原则整定，具体是从用户到电源的各保护装置的动作时限逐级增长一个

。

3、过电流保护的灵敏度校验，校验算式如右：

a、为了保证被保护线路全长范围内发生短路时，过电流保护均能可靠动作，选择被保护线路末端作为线路过电流保护的灵敏度校验点，应用本线路末端发生短路时，流过保护装置的最小短路电流计算灵敏度系数。

根据规定，这个灵敏度系数的最小允许值为1.5。

b、对于定时限过电流保护不仅要求它在本段线路上发生短路时能可靠地动作，而且相邻元件的继电保护或断路器拒动作时也能可靠动作，起到相邻元件后备保护的作用，故选择相邻元件末端作为后备保护室的灵敏度检验点，用相邻线路末端短路时，流过保护的最小短路电流计算灵敏度系数，根据规程要求，这个灵敏度系数应大于1.2。

原理接线包含交流接线和直流两部分，交流回路中用电阻来模拟线路阻抗，代表线路;直流回路为保护动作的逻辑控制回路。

三、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只

DZB-12B出口中间继电器

1只

2

ZB12

DS-22时间继电器

1只

DXM-2A信号继电器

1只

3

ZB01

断路器触点及控制回路模拟箱

1只

4

ZB03

数字电秒表及开关组件

1只

5

ZB05

光字牌组件

1只

6

ZB31

直流数字电压、电流表

各1只

7

ZB35

存储式智能真有效值交流电流

1只

8

DZB01-1

变流器

1只

复归按钮

1只

可调变阻器R112.6Ω5A

1只

交流电流

1路

单相自耦调压器

1只

9

DZB01

直流操作电源

1路

四、实验内容及步骤

1、完成过电流保护整定值计算（本实验设最大工作电流为3A，动作时限2.5S），选择合适的电流继电器和时间继电器，填入表2-1中。

2、分别对电流继电器和时间继电器进行元件整定测试。

3、按图2-1过电流保护实验接线图进行接线，将单相调压器，变流器，时限电阻，交流电流表等连接组成电流形成回路，将电流输出端接入电流继电器的线圈。

图2-1过电流保护实验原理接线图

4、检查上述接线和设备，确定无误后，根据实验原理说明加入电流，进行保护动作试验，并认真观察动作过程，做好记录（表2-1），深入理解各个继电器在该保护电路中的作用和动作次序。

表2-1线路过电流保护实验记录表

序号

代号

型号规格

整定

范围

实验整定值或额定工作值

线圈

接法

过电流时的工作状态

用途

1

LJ

2

SJ

3

XJ

4

BCJ

5

GP

6

R

五、思考题

根据实验中各元件动作过程，简述过电流保护的动作顺序

实验三三相一次自动重合闸实验

一、实验目的

1．熟悉三相一次自动重合闸装置的结构及原理

2．理解三相一次重合闸装置各部分功能及特性，掌握去实验操作级调整方法。

二、实验原理

DH-3型三相一次自动重合闸装置用输电线路上实现三相一次自动重合闸它是重要的保护设备。

装置由一只DS.22时间继电器（作为时间元件）、一只电码继电器（作为中间元件）及一些电阻、电容元件组成，装置内部接线如图3-1所示。

图3-1DH-3型三相一次自动重合闸装置内部接线图

装置内部的元件及其主要功能如下：

1.时间元件SJ：

该元件由DS.22时间继电器构成，其延时调整范围为1～2.5S，用以调整从重合闸装置起动到接通断路器合闸线圈实现断路器重合的延时，时间元件有一对延时常开触点和一对延时滑动触点及两对瞬时切换触点。

2.中间元件ZJ：

该元件由电码继电器构成,是装置的出口元件,用以接通断路器的合闸线圈.继电器线圈由两个绕组组成:

电压绕组ZJ（V）,用于中间元件的起动；电流绕组ZJ（I），用于在中间元件起动后使衔铁继续保持在合闸位置。

3.电容器C：

用于保证装置只动作一次。

4.充电电阻4R：

用于限制充电器的充电速度。

5.附加电阻5R：

用于保证时间元件SJ的线圈热稳定性。

6.放电电阻6R：

在需要实现分闸，但不允许重合闸动作（禁止重合闸）时，电容器上存储的电能经过它放电。

7.信号灯XD：

在装置的接线中，监视中间元件的触点ZJ1、ZJ2、和控制按钮的辅助触点是否正常。

故障发生时信号灯也应熄灭。

8.附加电阻17R：

用于降低信号灯XD上的电压。

动作过程如下：

在输电线路正常工作的情况下，重合闸装置中的电容器C经电阻4R已经充足电，整个装置处于准备动作状态。

当断路器由于保护动作或其它原因跳闸时，断路器的辅助接点起动重合闸装置的时间元件SJ，经过延时后触点SJ2闭合，电容器C通过SJ2对ZJ（V）放电，ZJ（V）起动后接通了ZJ（I）回路并自保持到断路器完成合闸。

如果线路上发生的是暂时性故障，则合闸成功后电容器自行充电，装置重新处于准备动作状态。

如线路上存在永久性故障，此时重合闸不成功，断路器第二次跳闸，但这一段时间远远小于电容器充电到使ZJ（V）起动所必须时间（15～25S），因而保证装置只动作一次。

三、实验设备

ZB01、ZB03、ZB19、ZB31、ZB43、DZB01-1

四、实验步骤

1.DH-3型自动重合闸装置实验接线原理图如图3-2所示，按图接线完毕后进行检查，确定无误后，接入直流操作电源进行调试

2．合上开关使电容器充电15～25S，当看到重合闸装置的灯发亮时，说明电容器充电以满，装置正常可以动作。

3.测定时间继电器的动作电压和返回电压（选做）

4.调整电阻R，使ZJ的自保持电流不超过装置的额定保持电流（ZJ只允许流过3倍的额定电流历时1S）

5.测定中间继电器的最小保持电流（选做）

6.此时如手动断开分闸按钮则重合闸装置经电容器放电，时间继电器闭合延时常开触点可使得重合线圈动作，实验成功。

7.重复第3步，在重合成功后立即再次断开断路器（模拟重合永久故障），观察会不会再次重合。

图3-2DH-3型自动重合闸装置实验接线原理图

五、实验记录及思考

1.根据实验情况，说明重合闸装置的动作情况

线路正常时：

发生瞬时性故障时：

发生永久性故障时：

2.什么是自动重合闸的重合时间？

在实验中自动重合闸的重合时间是通过什么原件来实现的？

如何测量自动重合时间？

试简单画出测试原理图。

3.DH-3装置是如何保证只能重合一次的？

4.重合闸装置的充电电阻能否任意更换？

为什么？