电力系统继电保护报告.docx
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电力系统继电保护报告
电力系统继电保护
学院:
核技术与自动化工程学院
专业:
电气工程及其自动化
班级:
电气(4)班
姓名:
学号:
201106050424
老师:
顾民
一、常规继电器特性实验
(一)电磁型电压、电流继电器的特性实验
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)测量继电器的基本特性。
5)学习和设计多种继电器配合实验。
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。
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1.2A,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/A
1
1.21
1.12
2
1.19
1.12
3
1.19
1.12
平均值
1.197
1.12
误差
0.8%
整定值Izd
1.2
变差
1.6%
返回系数
0.93
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:
输入2
公共端
a
停止
KA
TY1
多功能表
A
公共端
输入1
R
o
~220V
启动
BK
图2-3电流继电器动作时间测试实验电路原理图
4、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“公共端”,将开关BK的一条支路接在多功能表的“输入1”和“公共端”,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。
(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)合上操作开关BK,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)先拉开操作开关(BK),按“清零”按钮清零多功能表,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
I
1.2A
1.4A
1.6A
1
2
3
平均
1
2
3
平均
1
2
3
平均
T/ms
148
165
147
153
100
102
95
99
70
53
70
64
(7)先重复步骤(4),使加入继电器的电流分别为1.4A、1.6A,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:
220
+220
a
动作信号灯
KV
TY1
~220V
V
o
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36V,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/V
1
36.1
41.3
2
35.7
41.4
3
35.7
41.3
平均值
35.8
41.3
误差
0.8%
整定值Uset
36
变差
0.2%
返回系数
1.15
(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)先断开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
1
2
3
平均
误差
变差
T/ms
5000
4911
4902
4916
4909
1.7%
0.3%
(5)实验完成后,断开所有电源开关。
(6)计算动作时间误差。
5)多种继电器配合实验
(1)过电流保护实验
该实验内容为将电流继电器、时间继电器、信号继电器、中间继电器、调压器、滑线变阻器等组合构成一个过电流保护。
要求当电流继电器动作后,启动时间继电器延时,经过一定时间后,启动信号继电器发信号和中间继电器动作跳闸(指示灯亮)。
动作信号灯
-
+
KM
KS
+
KT
+
KA
R
~220V
a
A
o
-
-
图2-6过电流保护实验原理接线图
实验步骤如下:
①图2-6为多个继电器配合的过电流保护实验原理接线图。
②按图接线,将滑线变阻器的滑动触头放置在中间位置,实验开始后可以通过改变滑线变阻器的阻值来改变流入继电器电流的大小。
将电流继电器动作值整定为2A,时间继电器动作值整定为3秒。
③经检查无误后,依次合上三相电源开关、单相电源开关和直流电源开关。
(各电源对应指示灯均亮。
)
④调节单相调压器输出电压,逐步增加电流,当电流表电流约为1.8A时,停止调节单相调压器,改为慢慢调节滑线电阻的滑动触头位置,使电流表数值增大直至电流继电器动作。
仔细观察各种继电器的动作关系。
⑤调节滑线变压器的滑动触头,逐步减小电流,直至信号指示灯熄灭。
仔细观察各种继电器的返回关系。
⑥实验结束后,将调压器调回零,断开直流电源开关,最后断开单相电源开关和三相电源开关。
(2)低电压闭锁的过电流保护实验
过电流保护按躲开可能出现的最大负荷电流整定,启动值比较大,往往不能满足灵敏度的要求。
为此,可以采用低电压启动的过电流保护,以提高保护的灵敏度。
KV
动作信号灯
-
+
KM
KS
+
KT
+
KA
TY2
R
TY1
~220V
a
A
o
-
-
图2-7低电压闭锁过流保护实验原理接线图
实验步骤如下:
①图2-7为多个继电器配合的低电压闭锁过流保护实验原理接线图。
②按图接线;试验台上单相调压器TY1输出端的接法与上个实验电流回路接法相同;单相调压器TY2的输出端a、0接到电压继电器的线圈端子上,同时并上一块交流电压表。
整定电流继电器为1.2A,电压继电器为36V(也可以在量程0-60任意选择)。
③经检查无误后,依次合上三相电源开关、单相电源开关和直流电源开关。
(各电源对应指示灯均亮)
④先调TY2使电压表读数为60伏;再调TY1,逐步增加电流,使电流表读数为表2-5中的给定值,然后调TY2减小调压器的输出电压至表2-5中的给定值。
观察各种继电器的动作关系,对信号指示灯在给出的电压、电流值下亮、灭情况进行分析。
也可自行设定电压、电流值进行实验。
⑤实验完毕后,注意将调压器调回零,断开直流电源开关,最后断开单相电源开关和三相电源开关。
表2-5低电压闭锁过流保护实验数据记录表
I/A
U/V
动作信号灯亮熄情况
0.5
50
熄
1.5
40
熄
1.5
20
亮
实验心得:
通过实验让我多各种继电器的认识更加清楚,也了解了许多的使用技巧:
电压继电器,线圈多线截面积细电流继电器相反连接的方法功能也不一样,电流继电器是串接可以用作电流表使用用以观察电流。
电压继电器则是并联的可以用作电压表用来监查电压量。
时间继电器是要经过时间的而动作不会马上动作的继电器,要经过一段时间才会使内部发生变化,使其发生动作。
电压继电器一般接于电压互感器二次侧,与电流互感器相比较,由于电压高,所以继电器线圈匝数多、导线细、阻抗大,且线圈的电抗增大,以至电流减小;另一方面使磁路磁抗减小,而电流的减小和阻抗的减小互相补偿,使继电器在动作过程中电磁力矩不变,失去继电特性。
二、LG-11型功率方向继电器特性实验
1.实验目的
(1)学会运用相位测试仪器测量电流和电压之间相角的方法。
(2)掌握功率方向继电器的动作特性、接线方式及动作特性的试验方法。
(3)研究接入功率方向继电器的电流、电压的极性对功率方向继电器的动作特性的影响。
2.实验原理
在单侧电源的电网中,电流保护能满足线路保护的需要。
但是,在两侧电源的电网(包括单电源环形电网)中,只靠简单电流保护的电流定值和动作时限不能完全取得动作的选择性,为此,必须在保护回路中加方向闭锁,构成方向性电流保护,要求只有在流过断路器的电流的方向从母线流向线路侧时才允许保护动作。
保护动作的方向性,可以利用功率方向继电器来实现。
3.实验内容
1)功率方向继电器电压潜动现象检查实验
LG-11功率方向继电器实验原理接线如图2-14所示。
图中,380V交流电源经移相器和调压器调整后,由bc相分别输入功率方向继电器的电压线圈,A相电流输入至继电器的电流线圈,注意同名端方向。
图2-14LG-11功率方向继电器实验原理接线图
实验步骤如下:
(1)熟悉LG-11功率方向继电器的原理接线和ZNB-II智能式多功能表的操作方法及试验原理。
认真阅读LG-11功率方向继电器原理图(图2-9)和实验原理接线图(图2-14),在图2-14上画出功率方向继电器LG-11中的接线端子号和所需测量仪表接法。
(2)按实验原理线路图接线。
(3)调节三相调压器和单相调压器,使其输出电压为0V,将移相器调至0度,将滑线电阻滑动触头移到其中间位置。
(4)合上三相电源开关、单相电源开关。
(5)打开多功能表电源开关,将其功能选择开关置于相位测量位置(“相位”指示灯亮),相位频率测量单元的开关拔到“外接频率”位置。
(6)调节三相调压器使移相器输出电压为20V,调节单相调压器使电流表读数为1A,观察分析多功能表读数是否正确。
若不正确,则说明输入电流和电压相位不正确,分析原因,并加以改正。
(7)在多功能表读数正确时,使三相调压器和单相调压器输出均为0V,断开单相电源开关。
检查功率继电器是否有潜动现象。
电压潜动测量:
将电流回路开路,对电压回路加入110V电压;测量极化继电器JJ两端之间电压,若小于0.1V,则说明无电压潜动。
2)用实验法测LG-11整流型功率方向继电器角度特性Upu=f(),并找出继电器的最大灵敏角和最小动作电压。
实验步骤如下:
(1)按图2-14所示原理接线图接线。
(2)检查线路无误后,合上三相电源开关、单相电源开关和直流电源开关。
(3)调节单相调压器的输出电压使电流表的读数为1A,并保护此电流值不变。
(4)在操作开关断开状态下,调节三相调压器的输出电压,使电压表读数为60V。
(5)调节移相器,在电压表为给定值的条件下找到使继电器动作(动作信号灯由不亮变亮)的两个临界角度1、2,将测量数据记录于表2-6中。
(6)保持电流为1A不变,调节三相调压器,依次降低电压值,重复步骤(5)的过程,给定电压为30V、20V情况下,使继电器动作的1、2,并记录在表2-6中。
(7)保持电流为1A不变,将两个滑线电阻的滑动触点移到靠近移相器输出bc接线端,调节三相调压器使其输出电压为30V。
(8)合上操作开关BK,调节两个滑线电阻的滑动触点使电压表读数为10V。
(9)断开操作开关BK。
(10)改变移相器的位置。
(11)迅速合上开关BK,检查继电器动作情况。
(12)重复步骤(9)至(11),找到使继电器动作的两个临界角度1、2,在断开开关BK的情况下,将多功能表的读数记录于表2-6中。
表2-6角度特性Upu=f()实验数据记录表
U/V
60
50
30
20
10
1/度
11
8
2
0
-4
2/度
-90
-92
-98
-101
-105
(13)重复步骤(8)的过程,使电压表的读数分别为5、2.5、2、1和0.5V,再重复步骤(9)至(12)的过程,找出使继电器动作的最小动作电压值。
(14)实验完成后,使调压器输出为0,断开所有电源开关。
(15)计算继电器的最大灵敏角
,绘制角度特性曲线,并标明动作区。
3)用实验法作出功率方向继电器的伏安特性Upu=f(Ir)和最小动作电压
实验步骤如下:
(1)调整功率方向继电器的内角=30,调节移相器使=sen,并保持不变。
(2)实验接线与图2-14相同,检查线路无误后,合上三相电源开关、单相电源开关和直流电源开关。
(3)按照实验5)中步骤(7)和(8)介绍的方法将电压表读数调至表2-6中的某一给定值。
(4)调节单相调压器的输出,改变继电器输入电流的大小,当继电器动作时,记录此时电流表的读数。
(5)重点步骤(3)和(4),在依次给出不同的电压时,找出使继电器动作(指示灯由不亮到亮)的相应的电流值,记入表2-7中。
注意找出使继电器动作的最小电压和电流。
表2-7伏安特性Upu=f(Ir)实验数据记录表
Upu/V
10
5
2
1.5
1
0.5
Ir/A
0.44
0.45
0.44
(6)实验完成后,使所有调压器输出电压为0V,断开所有电源开关。
(7)绘出Upu=f(Ir)特性曲线。
实验心得:
功率方向继电器用于电力系统方向保护线路中,作为方向判别元件。
此类继电器包括用于相间短路的功率方向继电器,用于接地故障保护的功率方向继电器,用于平行线路保护的双方向功率方向继电器,以及用于反映不对称故障的负序功率方向继电器。
继电器的灵敏角LG-11型为-30或-45LG-12型为+70灵敏角的误差为5在灵敏角下通入额定电流时继电器的动作电压不大于2V。
对LG-11型在灵敏角下电压由额定电压突然降至4倍最小动作电压,电流同时由0升至额定电流时动作时间不大于30ms,对于LG-12型在灵敏角下,同时突然加入额定电流和4倍最小动作电压时动作时间不大于40ms。
灵敏角为出厂前已调好,主要是调整其动作值的。
潜动就是指,过去有时限功能的电磁型继电器的时间延时是靠铝盘和游丝来完成,铝盘经经电磁感应后产生一个动作力,游丝则给铝盘施加一个制动力,但继电器本身的动作条件不满足时,铝盘就不应该动,如果动了就叫潜动。
功率方向继电器保护的是逆功率,这是一般用于两个不同电源但又并网运行,保证功率向一个方向输送,出现逆向功率报警信号或者保护动作。
实际可以加载任何线路上,来测量电能输送方向,或者作为保护。
(三)方向阻抗继电器特性实验
阻抗继电器是距离保护中不可缺少的元件,它是低动作量的继电器,它有多种特性,LZ-21整流型方向阻抗继电器在电力系统中应用相当广泛。
1.实验目的
(1)熟悉整流型LZ-21型方向阻抗继电器的原理接线图,了解其动作特性。
(2)测量方向阻抗继电器的静态
特性,求取最大灵敏角。
(3)测量方向阻抗继电器的静态
特性,求取最小精工电流。
(4)研究方向阻抗继电器记忆回路和引入第三相电压的作用。
但是,如何引入极化电压
呢?
其要求是:
(1)无论是保护安装处正向,反向出口短路,
都应该存在。
(2)
的相位应与测量电压一致并保持一定的数值。
LZ-21方向阻抗继电器引入
的电路如图2-16所示:
RJ
图2-19通过高值电阻接于第三相电压获取
的原理接线图和相量图
(a)原理接线图(b)AB两相短路的等效电路(c)相量图
图2-19(a)为AB相阻抗继电器通过高值电阻R5接于第三相电压
获取极化电压的原理接线图。
图中RJ、CJ和LJ构成谐振记忆回路,辅助电压变换器JYB的一次绕组接于RJ两端,由JYB二次侧两个相同的绕组获得极化电压
。
由于谐振回路中容抗和感抗相等,即
,故
与测量电压
相同。
当保护安装处正、反向出口发生三相短路时
=0,记忆回路以
为谐振频率自由振荡。
若电网频率
与谐振频率
相等,
的相位维持不变,使阻抗继电器动作。
当保护安装处正、反相出口发生AB两相短路时,测量电压
=0,这时极化电压回路如图2-19(b)所示,各电压的相量图如图2-19(c)所示。
通过电阻
的电流为:
由于
,
则上式可以写为:
由上式可见,通过
的电流
超前
相角,考虑到电压
与
同相。
极化电压
与电压
相位相反,则可得:
=
=
式中,
—JYB的变压比;
m—系数,且
由式可见,
滞后
,与测量电压
同相。
极化电压的数值可由选择适当的参数CJ、LJ、RJ和变比KJYB来获得,以使方向阻抗继电器正确动作,消除正向出口短路时的死区和防止反向出口短路时可能的误动作。
Zpu.min
5.实验内容
1)整流型阻抗继电器的阻抗整定值的整定和调整
前述可知,当方向阻抗继电器处在临界动作状态时,推证的整定阻抗表达式如式(2-8)所示,显然,阻抗继电器的整定与LZ-21中的电抗变压器DKB的模拟阻抗ZI、电压变换器YB的变比nYB、电压互感器变比nPT和电流互感器nCT有关。
例如,若要求整定阻抗为Zset=15,当nPT=100,nCT=20,ZI=2(即DKB原方匝数为20匝时),则
,即
=0.67。
也就是说电压变换器YB副方线圈匝数是原方匝数的67%,这时插头应插入60、5、2三个位置,如图2-24所示。
1
(a)YB整定板示意图
(b)YB副方线圈内部接线
图2-24LZ-21型阻抗继电器整定面板说明图
整定值整定和调整实验的步骤如下:
(1)要求阻抗继电器阻抗整定值为Zset=5,实验时设nPT=1,nCT=1,检查电抗变压器DKB原方匝数应为16匝。
(ZI=1.6)
(2)计算电压变换器YB的变比
,YB副方线圈对应的匝数为原方匝数的32%。
(3)在参考图2-24阻抗继电器面板上选择20匝、10匝,2匝插孔插入螺钉。
表2-10DKB最小整定阻抗范围与原方线圈对应接线
最小整定阻抗范围
(欧相)
DKB原方绕组匝数
DKB原方绕组接线示意图
(一个绕组)
0.2
2
2
4
14
0.4
4
2
4
14
0.6
6
2
4
14
0.8
8
2
4
14
1
10
2
4
14
1.2
12
2
4
14
1.4
14
2
4
14
1.6
16
2
4
14
1.8
18
2
2
20
2
4
14
(4)改变DKB原方匝数为20匝(ZI=2)重复步骤
(1)、
(2),在阻抗继电器面板上选择40匝、0匝,0匝插孔插入螺钉。
(5)上述步骤完成后,保持整定值不变,继续做下一个实验。
2)方向阻抗继电器的静态特性Zpu=f()测试实验
实验步骤如下:
(1)熟悉LZ-21方向阻抗继电器和ZNB-Ⅱ智能多功能表的操作接线及实验原理。
认真阅读LZ-21方向阻抗继电器原理接线图(图2-16)和实验原理接线图(图2-25)
(2)按实验原理图接线,具体接线方法可参阅LG-11功率方向继电器实验中所介绍的内容。
(3)逆时针方向将所有调压器调到0V,将移相器调到0°,将滑线电阻的滑动触头移至其中间位置,将继电器灵敏角度整定为72°,整定阻抗设置为5。
图2-25LZ-21方向阻抗继电器实验原理接线图
(4)合上三相电源开关、单相电源开关和直流电源开关。
(5)打开多功能表电源开关,将其功能选择开关置于相位测量位置(“相位”指示灯亮),相位频率测量单元的开关拔到“外接频率”位置。
(6)调节三相调压器使电压表读数为20V,调节单相调压器使电流表读数为1A,检查多功能表,看其读数是否正确,分析继电器接线极性是否正确。
(7)调节单相调压器的输出电压,保持方向阻抗继电器的电流回路通过的电流为Im=2.0A;
(8)按照LG-11功率方向继电器角度特性实验中步骤(7)至(12)介绍的方法,测量给定电压分别为表2-11中所确定数值下使继电器动作的两个角度1、2,并将实验测得数据记录于表2-11中相应位置。
表2-11方向阻抗继电器静态特性Zpu=f()测试
(条件为:
内=72,Im=2A,Zset=5)
Upu/V
20
16
12
10
5
2
1.5
1.0
1
66
41
24
17
-1
-0.7
4.9
2
81
94
110
116
126
123
119
Zpu1
Zpu2
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