电力实验22.docx

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电力实验22

二十一、BCH-2差动继电器特性实验

一、实验目的

熟悉差动继电器的工作原理、实际结构、基本特性，掌握执行元件和工作安匝的整定调试方法。

二、预习与思考

1、BCH—2型差动继电器为何具有较强的躲开励磁涌流的能力？

2、当差动继电器的差动线圈接入正弦交流时，有短路线圈和无短路线圈对BCH—2型继电器的动作安匝有何影响？

当Wd"/Wdˊ值变化时对继电器的动作安匝有何影响？

3、在励磁涌流时，当Wd"/Wdˊ值变化时或Wd"/Wdˊ按比例增加时，对继电器的动作安匝有何影响？

三、用途与特点

BCH-2型差动继电器用于两绕组或三绕组电力变压器以及交流发电机的单相差动保护线路中，并作为主保护。

该继电器能较好地躲过在非故障状态时所出现的暂态电流的干扰。

例如当电力变压器空载合闸，或短路切除后电压恢复时出现很大的涌磁电流，其瞬间值常达到额定电流的5—10倍;这时差动保护不会误动作。

当发生区内（即两电流互感器间）短路时，却能迅速切除故障。

四、原理说明

BCH-2型差动继电器系由执行元件电磁式继电器DL—11/0.2及一个中间快速饱和变流器组成。

中间速饱和变流器的导磁体是三柱形的铁心。

在导磁体的中间柱上置有工作（差动）绕组、平衡（I、II）绕组和短路绕组，此短路绕组与右侧柱上的短路绕组相连接。

在导磁体的左侧柱上置有二次绕组，它与执行元件相连接。

速饱和变流器的所有绕组都是制成带有抽头的，这样就可以对继电器的参数进行阶段性的调整。

当用BCH-2继电器保护电力变压器时，平衡绕组的圈数根据这样的条件来选择：

即当发生穿越性短路时，所有绕组的安匝数相等。

当用继电器保护两绕组变压器时，动作电流可以在更细致的范围内进行调整，因为这时可以利用两个平衡绕组。

中间速饱和变流器及执行元件放在一个外壳中，继电器可以作成前接线或后接线（本实验装置设计为挂箱面板接线）两种形式。

用插头螺丝选择快速饱和变流器绝缘安装板上相应的插孔，即可对差动继电器动作电流、平衡电流，抑制励磁涌流进行需调整。

孔上面的数目字表示当用插头螺丝插在这些插孔时的工作绕组及平衡绕组的匝数。

改变短路绕组接入匝数的插头螺丝钉应该旋入符号相同的两孔中（例如：

“A-A”或：

“B-B”）,否则就会改变继电器的动作安匝数。

具有开口短路绕组的继电器是不能在这种情况下工作的（继电器的安匝数将要减少）。

继电器在工作过程中不能改变铭牌上指针的位置（离开铭牌刻度）或改变弹簧固定螺丝。

这样将恶化抑制励磁涌流及非周期分量影响的能力，或当保护区内发生短路时降低继电器的可靠系数。

该继电器的基本原理是利用非故障时暂态电流中的非周期分量来磁化速饱和变流器的导磁体，提高其饱和程度。

在具有短路绕组的速饱和变流器的磁路中,直流磁通可以无阻碍地以两个边柱为路径环流，交流磁通将遭到短路绕组的感应作用而削弱。

在直流磁通的作用下导磁体将迅速饱和，大大降低了导磁率。

这就恶化了工作绕组与二次绕组间的电磁感应条件，因而显著增大了继电器的动作电流，从而避开励磁涌流及非周期电流分量的影响。

继电器工作绕组接入保护的差动回路，平衡绕组可以按照实际需要接入环流回路或工作回路。

五、实验设备

序号

设备名称

使用仪器名称

数量

1

ZB20

BCH－2差动继电器

1只

2

ZB31

直流数字电压、电流表

1只

3

ZB43

可调800Ω电阻

2个

4

DZB01－1

可调变阻器R1　12.6Ω

2个

交流电源

1路

单相调压器

1只

变流器

1只

触点通断指示灯

1只

六、实验方法及步骤

1、观察BCH-2型差动继电器的结构和内部接线。

并注意下列几点：

a、继电器的型号和铭牌数据。

b、继电器的主要组成部分和内部结构—具有速饱和特性的变流器及各线圈在铁心上的分布。

DL—11/0.2型电流继电器等。

c、继电器整定值的调整方法。

d、继电器内部接线和引出端子。

继电器内部接线如图21—1，各端子所连接的线圈和总线圈数见表21—1。

e、继电器的动作安匝为60±4。

用作执行元件的电流继电器不作调整动作值之用。

所以其电流整定是靠改变Wcd的匝数来实现的。

图21-1差动继电器内部接线图

f、每一平衡线圈的两个插头，应分别插在该线圈的两排插孔中，以免造成平衡线圈的匝间短路。

各插头应拧紧，且应与整定板压接良好，必要时加上铜线圈。

2、绝缘测试

用1000伏兆欧表测试导电回路对外壳和导磁体的绝缘电阻及互不连接各回路间的绝缘电阻，并将测得数据记入表21—2，绝缘电阻测试要求同实验一。

3、执行元件的动作电压、动作电流与返回电流的测试与调整。

按图21—2接线进行测试。

试验时应拆除

两端子间连接片（注:

设备出厂时已拆除），对执行元件单独进行测试。

测试时，在触点动作后用非导磁物将动触点拨回原位再读电压值。

动作电压应满足1.5～1.56伏，动作电流满足220~230毫安，返回系数为0.7~0.85。

测试应重复三次取其平均值，并将测试结果一并记入表21—3。

图21—2继电器执行元件测试

表21—1

线圈符号

接线端子号

线圈名称

总圈数

Wcd

4与6

差动线圈

20

WphI

1与2

平衡线圈I

19

WphII

3与2

平衡线圈II

19

W2

10与12

二次线圈

48

Wdˊ

短路线圈I

28

Wd"

短路线圈II

56

继电触点

5与7

表21—2

编号

测试项目

电阻值（兆欧）

要求

1

外壳—WphI

（1）

不小于50兆欧

2

外壳—WphII（3）

3

外壳—Wcd（6）

4

外壳--W2（10）

5

外壳—触点（7）（5）

6

W2（10）—Wcd（6）

不小于10兆欧

7

触点（5）—Wcd（6）

不小于50兆欧

表21--3

项目

1

2

3

平均值

动作电压

动作电流

返回电流

返回系数

当动作电压不满足要求时，可以拨动刻度把手，同时改变动作电压和电流，也可以向里拧继电器左端的舌片限位螺丝，以提高动作电压（改变舌片铁心间隙即改变线圈的电抗）。

但注意可动舌片不要过分接近铁芯，否则将使执行元件返回系数过高，导致继电器在动作值附近发生“鸟啄”现象。

4、继电器起始动作安匝测试：

按照图21—3接线。

实验中，执行元件线圈

端子连接片应接通（注：

连接片用导线代替，在面板上直接连通），短路线圈放在某一整定位置，差动线圈整定在20匝，测得动作电流乘以使用匝数即为动作安匝AW,要求值为60±4。

将测得的数据记入表21—4。

表21—4

Wdˊ--Wd"位置

差动线圈匝数Wcd

动作电流Idj（安）

动作安匝

A—A

B—B

C—C

D—D

如果测得动作电压安匝与要求相差不大时，可采用将执行元件动作值适当增减（在要求范围内）的办法或稍许改变速饱和变流器铁芯压紧螺丝松紧程度的方法使之符合要求。

如果相差较大，则必须改变速饱和变流器铁芯的组合方式进行调整。

a、动作安匝小于60±4，则将饱和变流器铁芯的硅钢片由较少片数相间对叠改为较多片数相间对叠，但铁芯的总厚度不变。

为此应松开底座上的一部分接线端子，取出执行元件后，将速饱和变流器下部抽出一部分硅钢片，再按要求插入。

b、动作安匝大于60±4，则将硅钢片由较多片数相间对叠改为较少片数相间对叠。

图21—3继电器起动动作安匝测试

改变速饱和变流器硅钢片相间对叠的片数能改变磁路的磁阻，使动作安匝增加或减少。

但应注意铁芯组装后不应把夹紧螺丝拧得太紧，防止磁化曲线降低，使励磁电流增加，从而导致动作安匝增加。

参数确定后，不应再改变其松紧程度。

图21--4

5、整组伏安特性试验

试验接线按图21—3。

Wcd=20匝，Wdˊ--Wd"仍放在A—A位置，用电压表测量W2上的电压，试验电流逐步上升，不允许来回摆动，以免磁滞影响曲线的平滑。

读电压数值时应手持绝缘物将执行元件的可动舌片卡住在未动作的位置。

伏安特性曲线的横座标可采用安匝。

录取整组伏安特性曲线，除可作为定期检测中比较分析继电器工作性能是否发生变化的原始记录之外，尚可根据试验所得结果大致确定速饱和变流器工作磁通密度是否取得合适。

其动作安匝是否在伏安特性直线段的上部，可将试验作出的曲线与图21—4曲线进行比较。

表21—5Wcd=20匝Wdˊ-Wd"=A1-A2

电流（安）

安匝（AW）

电压（伏）

七、技术数据

1、继电器的动作安匝数（AWcp）为60±4。

2、当保护三绕组变压器时，继电器的线路图对具有大电流的保护一侧（运用工作—差动绕组）有以下的动作电流值:

3、4.6、6、7.5、10、12安（Awcp=60）。

此时在另两个保护臂中平衡系数最大。

当最小整定值时在差动绕组中的动作电流等于2A。

当用继电器保护两绕组变压器或发电机时，可以利用平衡绕组选择整定值，这时每一臂中的动作电流在1.5~12安更细致的范围内进行调整。

3、可靠系数（当在初级绕组中的电流为5Icp与Icp时继电器正弦动作电流的比值）不小于1.35。

当整定为2Icp时，上述的比值不小于1.2。

注：

为了确定在初级绕组中的电流等于Icp时继电器的正弦电流值，必须将执行元件的指针从左向右旋。

使得当加在饱和变流器上的电流为5Icp时继电器正好动作，然后直接在执行元件的绕组上通以正弦电流使继电器动作。

这时确定其动作电流值。

用这样的方法来确定当在初级绕组中的电流Icp时执行元件的正弦动作电流值。

这两个电流之比就是可靠系数。

4、当初级电流为3Icp时，继电器的动作时间应不大于0.035秒。

5、继电器具有一个常开触点，在具有电感负荷的直流回路中（其时间常数不高于5×10-3秒）当电压为220伏电流在2安以下时，触点的断开容量为50瓦。

6、正常状态下，当变流器变换比的误差在全补偿的情况下，饱和变流器的工作（差动）及平衡绕组能通过10安电流。

7、继电器绕组的电阻值（当接入全部匝数时）示于表21—7中。

8、继电器的绕组数据列于表21—6。

9、继电器所有电路对于外壳的绝缘应能耐受2000V，50Hz的交流电压，历时一分钟。

10、继电器的重量不大于4公斤。

绕组

绕组数据

铁芯截面积

备注

工作

Wp=20匝Φ1.56—SBEC玻璃丝包线

S=1.25cm2

（边柱）

各绕组抽头

见线路图2

平衡III

Wv=19匝Φ1.56—SBEC玻璃丝包线

短路（中柱）

Wˊkz=28匝Φ1.45—SBEC玻璃丝包线

短路（边柱）

Wˊkz=56匝Φ1.45—SBEC玻璃丝包线

二次

2W=48匝1.0—SBEC玻璃丝包线

表21－6

表21—7

绕组

下列电流值下（安培）的阻抗Z（欧姆）

直流电阻（欧姆）

3

5

10

工作

0.32

0.28

0.19

0.04

平衡III

6.3

0.27

0.18

0.042~0.044

八、实验报告

实验结束后要认真进行总结，按本次实验要求和下列问题及时写出实验报告和实验体会。

1、内部结构及绝缘检查是否合格。

2、执行元件动作电压、电流及返回系数是否符合要求。

3、起动安匝是否符合要求，你是如何调整的？

4、分析评价继电器防止非周期分量的影响作用。

5、根据实验绘出的特性曲线，说明被测试继电器的特性。

二十二、单侧电源辐射式输电线路

三段式电流保护实验

一、实验目的

1、掌握无时限电流速断保护、带时限电流速断保护及过电流保护的电路原理、工作特性及整定原则。

2、理解输电线路阶段式电流保护的原理图、展开图及保护装置中各继电器的功用。

3、掌握阶段式电流保护的电气接线和操作实验技术。

二、预习与思考

1、三段式电流保护为什么要使各段的保护范围和时限特性相配合？

2、由指导教师提供有关技术参数，你能对三段式电流保护进行计算与整定吗？

3、为什么在实验中，采用单相接线三段式保护能满足教学要求？

你能将图22-2正确改绘成单相式接线图吗？

4、为什么可取消电流互感器，直接将各段电流继电器的电流线圈串入一次侧的模拟接线中？

5、三段式保护模拟动作操作前，是否必须对每个继电器进行参数整定？

为什么？

6、在辐射式输电线故障模拟接线中，“R、R1、R2、Rf、Rf’”各代表什么？

S1的设置可分别模拟什么性质的短路故障？

7、断路器QF是用什么元件模拟的？

写出控制回路合闸时及保护动作后跳闸时的电路工作原理？

三、原理说明：

1、阶段式电流保护的构成

无时限电流速断只能保护线路的一部分，带时限电流速断只能保护本线路全长，但却不能作为下一线路的后备保护，还必须采用过电流保护作为本线路和下一线路的后备保护。

由无时限电流速断、带时限电流速断与定时限过电流保护相配合可构成的一整套输电线路阶段式电流保护，叫做三段式电流保护。

图22-1三段式电流保护各段的保护范围及时限配合

输电线路并不一定都要装三段式电流保护，有时只装其中的两段就可以了。

例如用于“线路－变压器组”保护时，无时限电流速断保护按保护全线路考虑后，此时，可不装设带时限电流速断保护，只装设无时限电流速断和过电流保护装置。

又如在很短的线路上，装设无时限电流速断往往其保护区很短，甚至没有保护区，这时就只需装设带时限电流速断和过电流保护装置，叫做二段式电流保护。

在只有一个电源的辐射式单侧电源供电线路上，三段式电流保护装置各段的保护范围和时限特性见图22-1。

XL-1线路保护的第Ⅰ段为无时限电流速断保护，它的保护范围为线路XL-1的前一部分即线路首端，动作时限为t1I，它由继电器的固有动作时间决定。

第Ⅱ段为带时限电流速断保护，它的保护范围为线路XL-1的全部并延伸至线路XL-2的一部分，其动作时限为t1II=t2I+△t。

无时限电流速断和带时限电流速断是线路XL-1

图22－2三段式电流保护接线图

（a）原理图（b）展开图

的主保护。

第Ⅲ段为定时限过电流保护，保护范围包括XL-1及XL-2全部，其动作时限为t1III，它是按照阶梯原则来选择的，即t1III=t2III+△t，t2III为线路XL-2的过电流保护的动作时限。

当线路XL-2短路而XL-2的保护拒动或断路器拒动时，线路XL-1的过电流保护可起后备作用使断路器1跳闸而切除故障，这种后备作用称远后备。

线路XL-1本身故障，其主保护速断与带时限速断拒动时，XL-1的过电流保护

也可起后备作用，这种后备作用称近后备。

综上所述，电流保护是根据网络发生短路时，电源与故障点之间电流增大的特点构成的。

无时限电流速断保护是以避开被保护线路外部最大短路电流为整定的原则，它是靠动作电流的整定获得选择性。

带时限电流速断保护则同时依靠动作电流和动作时间获得选择性，并要与下一线路的无时限电流速断保护相配合。

过电流保护以躲开线路最大负荷电流和外部短路切除后电流继电器能可靠返回为整定原则。

它依靠动作电流及时间元件的配合获得选择性。

2、阶段式电流保护的电气接线

图22-2为三段式电流保护接线图，其中1LJ、2LJ、1XJ、BCJ构成第Ⅰ段无时限电流速断保护；3LJ、4LJ、1SJ、2XJ、BCJ构成第Ⅱ段带时限电流速断保护；5LJ、6LJ、7LJ（两相三继电器式接线）、2SJ、3XJ、BCJ构成第Ⅲ段定时限过电流保护。

BCJ为保护出口中间继电器，任何一段保护动作时，均有相应的信号继电器动作指示，从指示可知道哪段保护曾动作过，从而可分析故障的大概范围。

3、一次网络模拟接线

单侧电源辐射网络见图22-1，在母线A和母线B上都装有三段式电流保护。

由于正常时，系统三相是对称的，所以在实验室中可采用单相一次网络模拟接线图，如图22-3所示。

4、绘制三段式电流保护单相式接线图

本实验安装调试内容为线路XL-1上的三段式电流保护装置，但要考虑与线路XL-2上的三段式电流保护配合，可参考图22-1。

实验中采用DL-20C系列电流继电器，组合型DXM-2A信号继电器，DS-20时间继电器和DZB-10B中间继电器，为了简化实验接线，每一段保护中电流继电器只装一个。

要求每一位学生在实验前参照图22-2绘制一张完整的三段式电流保护单相式展开图。

四、三段式电流保护实验参数整定计算

如图22-4所示35千伏单侧电源辐射式线路,XL-1的继电保护方案拟定为三段式电流保护，保护采用两相不完全星形接线。

选定线路XL-1的正常最大工作电流为0.25安，（设计模拟一次电流等于二次电流，因此电流互感器采用一比一，也可将电流继电器线圈直接串入）在最大运行方式下及最小运行方式下D1、D2及D3点三相短路电流值见表22-1。

图22-4三段电流保护计算网络图

（一）、一次网络模拟接线中各点短路电流及负荷电流

表22-1

短路点

D1

D2

D3

XL-1的正常最大工作电流

并Rf后的负荷电流

最大运行方式下三相短路电流（安）

4.5

1.75

0.695

0.25

0.5

最小运行方式下三相短路电流（安）

3

1.465

0.645

/

/

（二）、三段保护动作值的整定计算

1、线路XL-1的无时限电流速断保护

电流速断保护的动作值按大于本线路末端D2点短路时流过保护的最大短路电流IdL2。

Zd来整定，即保护的一次动作电流为：

IdI.b.1=KKIdL2.Zd=1.3×1.75=2.275安（22-1）

式中KK——可靠系数，对电流速断取1.2~1.3：

继电器的动作电流为：

Kj1

IdI.j.1=-------IdI.b.1=------×2.275=2.275安（22-2）

nL1/1

式中：

KJ=1，电流互感器变比nL采用1∶1。

选用DL-24C/6型电流继电器，其动作电流的整定范围为1.5~6安，本段保护整定2.28安。

图22–3（a）三段式电流保护交流电流部分（一次网络模拟接线）实验接线图

图22—3（b）三段式电流保护直流部分实验接线图

2、线路XL-1的带时限电流速断保护

要计算线路XL-1的带时限电流速断保护的动作电流，必须首先计算出线路XL-2无时限电流速断保护的动作电流IdI.b.2

IdI.b.2=KKIdL3.Zd=1.3×0.695＝0.9035安（22-3）

线路XL-1的带时限电流速断保护的一次动作电流为：

IdIIb.1=KKIdI.b.2=1.1×0.9035=0.99385安（22-4）

继电器的动作电流为:

Kj1

IdIIj.1=------IdIIb.1=----0.99385=0.99385安（22-5）

nL1/1

选用DL-24C/2型电流继电器，其动作电流的整定范围为0.5~2安，本保护整定0.9936安。

动作时限应与线路XL-2无时限电流速断保护配合,即：

t1II=t2I+△t=0+0.5=0.5秒（22-6）

选用DS-22型时间继电器。

其时限调整范围为1.2-5秒，为了便于学生在操作中观察,本保护整定为3秒。

带时限电流速断保护应保证在线路XL-1末端短路时可靠动作，为此以D2点最小短路电流来校验灵敏度。

最小运行方式下的两相短路电流为：

√3

I

（2）dL2.zx=----I（3）dL2.zx=0.866×1.465=1.269安（22-7）

2

则在线路XL-1末端短路时,带时限电流速断保护的灵敏系数为

I

（2）dL2.zx1.269

KL=--------------=-----------=1.277>1.25（22-8）

IdII.b.10.994

3、线路XL-1的过电流保护装置

（1）、过电流保护的动作电流整定原则：

a、只有在被保护线路过流时它才起动，在最大负荷电流Ifh.zd时保护装置的电流继电器不应动作。

即:

Id.b>Ifh.zd（22-9）

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2号保护的时限短而首先动作，使2QF跳闸，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1号保护的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XL-1的最大负荷电流，即:

If.b>Ifh.zd（22-10）

（2）、过电流保护的动作电流整定计算

过电流保护的一次动作电流为：

KKKzq1.2×1.3

IdIII.b.1=-------------Ig.zd=--------------×0.25=0.4588安（22-11）

Kf0.85

式中KK——可靠系数,取1.2；

Kzq——自起动系数，取1.3；

Kf——返回系数，取0.85。

继电器动作电流为:

Kj1

IdIIIj.1=----------IdIII。

b.1=------×0.4588=0.4588安（22-12）

nL1/1

选用DL-24C/2型电流继电器，其动作电流整定范围为0.15~0.6安，本保护整定在0.459安。

（3）、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按阶梯原则整定，这个原则是从用户到电源的各保护装置的动作时限逐级增长一个△t。

所以动作时限t1III应与线路XL-2过电流保护动作时限t2III相配合。

如:

XL-2过电流保护动作时间为2.5秒时，XL-1过电流保护动作时限为

t1III=t2III+△t=2.5+0.5=3秒（22-13）

本实验为了便于观察可取7秒。

选用DS-23型时间继电器，其时限调整范围为2.5~10秒。

（4）过电流保护的灵敏度校验

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地动作，选择被保护线路末端D2点作为线路XL-1过电流保护的灵敏度校验点，应用D2点发生短路时，流过保护装置的最小短路电流计算灵敏度系数。

根据规程规定，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绝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D3点作为后备保护时的灵敏度校验点，用D3点短路时，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。

根据以上要求过电流保护分别对本线路XL-1末端D2短路及下一线路XL-2末端D3短路时校验灵敏度得：

在线路XL-1末端D2点短路时，过流保护的灵敏系数为：

I

（2）dL2.zx1.269

KL=--------------=-----------=2.76>1.5（22-14）满足要求

IdIII.b.10.459

在线路XL-2末端D