继电保护实验指导书增加.docx
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继电保护实验指导书增加
继电保护
实验指导书
重庆科技学院电子信息工程学院
自动化教研室
目录
试验台简介3
实验二DCD-5差动继电器特性实验19
实验三电磁型三相一次重合闸实验25
实验四输电线路三段式电流常规保护实验35
实验五输电线路的电流微机保护实验40
实验台简介
1．试验台的主要特点
DJZ-Ⅲ型电气控制与继电保护试验台是专为熟悉各种继电器特性实验，变压器常规和微机差动保护实验，模拟线路电流电压常规保护和微机保护实验以及常规距离保护和微机距离保护实验设计的装置，试验台上设有各种常规电磁式继电器和线路模型、变压器和微机型继电保护装置等组成。
试验台的主要特点有：
（1）试验台上装有漏电保护，确保实验进程安全。
（2）试验台配置齐全，既有常规的各种电磁式继电器、常规和微机的电流电压保护和距离保护又有线路模型,还可以完成常规和微机的变压器差动保护。
学生可以自行设置短路点，真实模拟线路故障情况，学生还可以自行设计保护接线，提高动手能力和分析能力。
（3）试验台的微机保护含有电流、电压保护、阻抗保护、变压器差动保护三种功能，可以分别做三种保护实验。
（4）试验台的微机保护，具有良好的自诊断功能、事故记录和事件顺序记录功能。
能显示各种信息，调试方便，有利于教学活动。
（5）试验台的微机保护可以进行现场手动跳、合闸操作，当配置上位机和我们研究所的有关软件包时，可实现遥测、遥信和遥控功能，可远程监测和修改下位机的整定值设置。
（此功能作为附加功能，要求实现此功能必须在产品订货合同里加以注明。
）
装置外形图见图1-1。
一次系统图见图1-2。
面板布置图见1-3。
图1-1DJZ-Ⅲ电气控制及继电保护试验台外形图
2．试验台面板布置
图1-3DJZ-III型试验台面板布置图
本实验指导书中所介绍的实验内容涉及到的部分设备，其符号代号及作用定义如下：
DX1动作信号
DX2闪光灯
DX3单相电源指示灯
DX4三相电源指示灯
DX5直流电源指示灯
DX6手动合闸光字牌
DX7手动分闸光字牌
DX8故障动作光字牌
DX9重合闸动作光字牌
DX10模拟断路器2KO合闸信号灯
DX11模拟断路器2KO合闸信号灯
DX12模拟线路A相负载指示灯
DX13模拟线路B相负载指示灯
DX14模拟线路C相负载指示灯
BK操作开关
DK单相电源开关
SK三相电源开关
ZK直流电源开关
FTK防跳开关
CHK重合开关
JSK加速方式选择开关（有前加速，不加速，后加速）
GLJ功率方向继电器
CDJ差动继电器
ZKJ方向阻抗继电器
FDJ负序电压继电器
CHJ电磁式三相一次重合闸继电器
KA电流继电器
KV电压继电器
KT时间继电器
KS信号继电器
KM中间继电器
GC1交流220V电源（单相调压器TY1）输出接线柱（a,o）
GC2三相交流电源输出接线柱（a,b,c,o）
GC3直流220V电源输出接线柱（＋,－）
GC4交流220V电源（单相调压器TY2）输出接线柱（a,o）
GC5移相器输出接线柱（A,B,C）
GC6电流、电压量测试孔
GC71CT二次侧测试孔
GC8PT测试孔
GC92CT二次侧测试孔
LP1微机保护出口投退连接片
LP2常规保护出口投退连接片
1SK模拟断路器1KO的合闸按钮
1SKP模拟断路器1KO的分闸按钮
2SK模拟短路开关
SA、SB、SC分别是A、B、C三相模拟短路选择开关
K1模拟变压器差动保护区内、区外故障转换开关，设有“区内”、“区外”、“线路”三个选择档
K2手动跳合闸及信号控制开关，设有“合闸”、“分闸”二档，中间为自恢位点
K3模拟系统阻抗切换开关，设有“最大”、“正常”、“最小”三个选择档
ZNB-Ⅱ型智能式多功能表（其使用方法见附录1中的说明）
WB微机保护箱（其使用方法见附录2的说明）
1KO、2KO分别为线路段两个模拟断路器
3KO故障模拟断路器
Rd线路段三相模拟电阻，阻值分别为每相10欧
R1限流电阻，阻值为每相2欧
Rs系统模拟阻抗，Rs.min=2欧，Rs.n=4欧，Rs.max=5欧
TY三相自耦调压器
YX移相器
3．试验台的应用
DJZ-Ⅲ型电气控制与继电保护试验台是武汉华工大电力自动技术研究所针对《电力工程》、《继电保护》、《电气工程》等课程中有关继电保护的基础教学内容而设计的，试验台上安装有各种电磁式的继电器，如电流继电器、电压继电器、中间继电器、信号继电器、差动继电器、功率继电器、方向阻抗继电器、负序电压继电器、三相一次重合闸;线路模型;变压器和微机保护装置等等.学生可以做单个继电器的特性试验，可以采用积木式办法，将继电器组合起来做整组实验;也可以利用变压器做常规、微机变压器差动保护;还可以利用线路模型做常规和微机的电流电压保护及距离保护实验；同时提供了学生自己组合设计试验的平台。
DJZ-ⅢC型电气控制与继电保护试验台除了装有常规的继电器外还装有测量时间相位用的多功能表及移相器、调压器等设备，由这些设备可组成一个完整系统，学生使用起来极为方便。
试验台所提供的硬件平台还可作为本科生课程设计、毕业设计和生产实习等项目的基础平台。
本试验台可完成下述所列类型的几种实验：
（1）模拟系统正常、最小、最大运行方式实验
（2）模拟系统短路运行方式实验
（3）学习和设计完成变电站电流保护的接线
（4）保护装置的动作电流校验和动作电压校验实验
（5）模拟系统短路保护动作实验
（6）低电压闭锁电流保护装置的动作实验
（7）保护装置的动作时间整定实验
（8）电流速断保护灵敏度检查实验
（9）低电压闭锁速断保护灵敏度检查实验
（10）复合电压过流保护实验
（11）保护动作时间配合实验
（12）微机线路保护（包括线路电流电压保护和阻抗保护）实验
（13）运行方式对保护灵敏度影响实验
（14）常规保护配合实验
（15）常规保护与微机保护配合实验
（16）电磁式三相一次重合闸和微机重合闸实验
（17）变压器差动保护实验（包括常规差动保护和微机差动保护）
（18）遥测、遥信和遥控实验（附加功能）
（19）远方控制下位机整定值的浏览和修改（附加功能）
（20）其他
DJZ-ⅢC型电气控制与继电保护试验台上的ZNB-Ⅱ智能式多功能表的使用方法见附录一。
微机保护箱的使用方法见本说明书附录二。
4.试验台使用注意事项
1．DJZ-III型电气控制与继电保护教学试验台的工作电流和工作电压不得超过允许值。
实验电流较大时，不得长期工作。
2．实验前检查所有刀闸应在断开位置，电源信号灯均熄灭，此时才能接线。
3．接线过程中密切注视刀闸位置，以防误操作引起事故。
4．接线完毕，要由另一人检查线路。
5．实验中不允许带电改接线路。
6．实验过程中没有使用的CT，其二次侧应该短路。
实验二DCD-5型差动继电器特性实验
（一）实验目的
掌握具有磁力制动特性的DCD-5差动继电器的工作原理、结构特点及实验方法，了解其调试方法。
（二）DCD-5型差动继电器简介
DCD-5型差动继电器用于电力变压器的差动保护。
由于继电器带有一个制动绕组，当被保护变压器外部故障不平衡电流较大时，能产生制动作用。
这两部分磁通分别在W2的两部分绕组中感应出电势，该电势达一定值时（视执行元件的动作电压而定），执行元件就动作。
制动绕组Wres的作用是加速两侧边柱的饱和，从而使得W2与Wd，Wpl、Wp2间的相互作用减弱。
从图3-1（a）中可以看出，在一侧边柱内，差动绕组中电流
产生的磁通
和制动绕组中电流
产生的磁通
相加，而在另一侧边柱内，
和
相减，因而每侧边柱内的合成磁通等于这两个磁通的向量和。
令表示工作电流和制动电流间的相位角，当=0或180时，两边柱内的合成磁通分别为
、
绝对值的和或差；而在=90或270时，两边柱内的合成磁通相等。
由此看出，继电器的动作电流（即Wd内的电流）不仅与Wres内的大小有关，而且还与二者之间的相位有关。
当二者间的相位一定时，继电器的动作电流随Wres内电流的增减而增减，这就是继电器具有制动特性的概念。
Wp1，Wp2和Wd的绕向一致，所以平衡绕组产生的磁通起着增强或削弱差动绕组产生的磁通作用（两绕组内电流方向相同时起增强作用，方向相反时起削弱作用）。
由于变压器各侧电流互感器的变比不能完全配合，在变压器正常运行时，Wd中有不平衡电流Iunb流过。
当平衡绕组接入后，如果平衡绕组的匝数选得适当，就能完全或几乎完全使Iunb得到补偿使得变压器在正常运行时，W2内完全或几乎完全没有Iunb感应电势，从而提高了保护装置的可靠性。
当保护区内部发生故障时，流过平衡绕组内的电流所产生的磁通与差动绕组内电流所产生的磁通方向一致，于是就增加了使继电器动作的安匝数，从而提高了保护装置的灵敏度，此即Wd、Wpl、Wp2三个绕组绕向一致的原因。
图3-1DCD-5差动继电器原理与内部接线
除W2外，其余的绕组都有一定数量的抽头，抽头的引出线都接在饱和变流器前面的面板上。
面板上有插孔，孔下有标号。
除制动绕组插孔下的标号是指一侧边柱的匝数外，其它各绕组插孔下的标号均系实际匝数。
利用螺丝插头插在不同的孔中，就能得到相应的匝数。
应特别注意：
每个平衡绕组具有两组抽头（0、1、2、3）和（0、4、8、12、16），两个螺丝插头必须分别插入（0、l、2、3）或（0、4、8、12、16）的孔中。
若螺丝插头同时都插入（0、l、2、3）或（0、4、8、12、16）的两孔中，将在平衡绕组中造成短路和开路现象，这将会引起保护装置误动作和使电流互感器开路。
这一点在3-1（b）中看得很清楚。
继电器引出端子名称匝数选择见表3-1。
表3-1
线圈代表符号
线圈名称
总匝数
Wd
差动线圈
20
Wp1
平衡线圈Ⅰ
19
Wp2
平衡线圈Ⅱ
19
W2
二次线圈
Wres
制动线圈
14
（三）实验内容
1．熟悉DCD-5差动继电器的结构原理和内部接线图，认真阅读DCD-5差动继电器的原理图（图3-1）。
2．执行元件的检验：
（1）实验接线如图3-2所示：
图3-2DCD-5执行元件试验接线图
（2）实验方法与步骤：
本实验是对执行元件单独进行实验。
应特别注意，执行元件的动作电压是指执行元件起动后再用非磁性物体把舌片卡在未动作位置的电压值。
动作电压应满足1.5~1.56V，动作电流满足220~230mA，返回系数为0.7~0.85。
测量应重复三次，填入表3-2中，其离散值不大于3%，否则应检查原因。
表3-2
Ipu（mA）
If（mA）
Kf
Upu（V）
如果实验时电源频率不是50Hz，应按每偏差1Hz电压值改变2%进行修正。
3．动作安匝检验：
（无制动时起始动作安匝）
（1）实验接线如图3-3所示：
图3-3DCD-5型动作安匝试验接线图
（2）实验方法与步骤：
Wp1、Wp2都插入0匝，Wd先插入20匝。
合上电源K，调节TY的电流使DL-1继电器动作，记下此时电流即为动作电流，动作电流乘以使用的动作安匝即为动作安匝AWd。
动作安匝符合604，以此值为基准，然后改变Wd为13匝、10匝，用上述实验方法测动作电流，填入表3-3中。
表3-3
Wd（匝）
20
13
10
Ipu（A）
IpuWd
如果动作安匝距离要求相差不大时，可采用将执行元件动作值适当增减（在要求范围内）的办法和稍许改变速饱和变流器铁芯压紧螺丝松紧程度的办法使之符合要求。
如果相差较大，则必须用改变变流器铁芯组合方式的方法进行调整。
4．制动特性实验：
（1）实验接线如图3-4所示，Wd=20匝，Wres=14匝。
图3-4制动特性实验接线图
（2）实验步骤：
实验时，先将TY2回零，调TY1差动回路的电流使继电器动作，记录此时动作电流，填入表3-4中；然后TY1回零。
A1为0调TY2逐渐增加制动回路电流，再调节TY1差动回路的电流测出相应的起动电流，填入表3-4中，并绘制出制动曲线WdIpuj=f（WresIres）。
改变实验接线，使制动线圈Wres和差动线圈Wd接在单相调压器（TY1）上，差动线圈Wd接在三相调压器的a、b相上，造成两个线圈的电流有30相位差，这里是指动作电流超前于制动电流的角度。
重复上述方法作出制动特性曲线。
并分析角度的不同其制动特性的变化。
表3-4
Ires（A）
WresIres
Ipu（A）
WdIpu
5．整组伏安特性实验
（1）实验接线如图3-5所示：
图3-5DCD-5差动继电器整组伏安特性实验接线图
（2）实验方法与步骤
差动线圈全部投入，实验时用非导磁物体把执行元件可动舌片卡在未动作位置，实验电流渐渐增加，不允许来回摆动。
按表3-5调好电流值，并记录相应的电压值。
表3-5
I（A）
2.5
5
7.5
10
12.5
12.5
15
17.5
20
IWd
U（V）
根据整组伏安曲线，计算二倍动作安匝时执行元件端子上电压U2与一倍动作安匝时执行元件端子上电压U1之比以及五倍动作安匝时执行元件端子上电压U5与U1之比。
要求：
U2/U11.15，U5/U11.3
（四）思考题
如果差动保护的动作电流经计算为5.2A，理论上Wd的匝数为11.5匝，那么实际上应选多大？
是11匝还是12匝，为什么？
实验三电磁型三相一次重合闸实验
一、实验目的
1．熟悉电磁型三相一次自动重合闸装置的组成及原理接线图。
2．观察重合闸装置在各种情况下的工作情况。
3．了解自动重合闸与继电保护之间如何配合工作。
二、基本原理
1．DCH-1重合闸继电器构成部件及作用
运行经验表明，在电力系统中，输电线路是发生故障最多的元件，并且它的故障大都属于暂时性的，这些故障当被继电保护迅速断电后，故障点绝缘可恢复，故障可自行消除。
若重合闸将断路器重新合上电源，往往能很快恢复供电，因此自动重合闸在输电线路中得到极其广泛的应用。
在我国电力系统中，由电阻电容放电原理组成的重合闸继电器所构成的三相一次重合闸装置应用十分普遍。
图4-1为DCH-1重合闸继电器的内部接线图。
图4-1DCH-1型重合闸继电器内部接线图
继电器内各元件的作用如下：
（1）时间元件KT用来整定重合闸装置的动作时间。
（2）中间继电器KAM装置的出口元件，用于发出接通断路器合闸回路的脉冲，继电器有两个线圈，电压线圈（用字母V表示）靠电容放电时起动，电流线圈（用字母I表示）与断路器合闸回路串联，起自保持作用，直到断路器合闸完毕，继电器才失磁复归。
（3）其他用于保证重合闸装置只动作一次的电容器C。
用于限制电容器C的充电速度，防止一次重合闸不成功时而发生多次重合的充电电阻器4R。
在不需要重合闸时（如手动断开断路器），电容器C可通过放电电阻6R放电。
用于保证时间元件KT的热稳定电阻5R。
用于监视中间元件KAM和控制开关的触点是否良好的信号灯HL。
用于限制信号灯HL上电压的电阻17R。
继电器内与KAM电压线圈串联的附加电阻3R（电位器），用于调整充电时间。
由于重合闸装置的使用类型不一样，故其动作原理亦各有不同。
如单侧电源和两侧电源重合闸，在两侧电源重合闸中又可分同步检定、检查线路或母线电压的重合闸等。
2．重合闸的动作原理
现以图4-2为例说明重合闸的工作过程及原理，图中触点的位置相当于输电线路正常工作情况，断路器在合闸位置，辅助触点QF1断开，QF2闭合。
DCH-1中的电容C经按钮触点SB1（EF）和电阻4R已充电，整个装置准备动作，装置动作原理分几个方面加以说明。
（1）断路器由保护动作或其他原因（触点1KAM闭合）而跳闸此时断路器辅助触点QF1返回，中间继电器9KAM起动（利用10R限制电流，以防止断路器合闸线圈KC（L）同时起动）其触点闭合后，起动重合闸装置的时间元件KT经过延时后触点KT1闭合，电容器C通过KT1对KAM（V）放电。
KAM起动后接通了断路器合闸回路（由＋→SB（EF）→②→KAM1→KAM（I）→①→KS→XB→11KAM2→KC（L）→QF1→－）KC（L）通电后，实现一次重合闸，与此同时，信号继电器KS发出信号，由于KAM（I）的作用，使触点KAM1、KAM2能自保持到断路器完成合闸，其触点QF1断开为止。
如果线路上发生的是暂时性故障，则合闸成功后，电容器自动充电，装置重新处于准备动作的状态。
（2）如果线路上存在有永久性故障此时重合闸不成功，断路器第二次跳闸，9KAM与KT仍同前而起动，但是由于这一段时间是远远小于电容器充电到使KAM（V）起动所必需的时间（15～25s）因而保证了装置只动作一次。
（3）重合闸装置中间元件的触点KAM1发生卡住或者熔接，为了防止在这种情况下断路器多次合闸到永久性故障的线路上去，用中间继电器11KAM，因为断路器合闸于永久性故障时，触点1KAM再次闭合跳闸回路（由＋→1KAM→11KAM（I）→QF2→KT（R）→－）11KAM（I）起动，如果KAM1已熔接或卡住，则中间继电器通过11KAM（V）自保持，并通过11KAM3发出信号，其动断触点11KAM2断开了合闸线圈回路，从而防止了断路器多次合闸。
（4）手动跳闸当按下SB（AC），断路器跳闸。
由于SB（EF）已断开，切断了装置的起动回路，避免了断路器发生合闸。
（5）手动合闸（在投入前应先将装置中电容器C放电完毕）当按下SB，接通电容器C的充电回路（由＋→SB（EF）→⑧→4R→③→－）此时如果在输电线路上存在有永久性故障，则断路器很快又被切除，因为电容器来不及充电到使KAM（V）起动所必需的电压，从而避免了断路器发生合闸。
当用于双端供电的一次重合闸装置时，应该在回路中串入检查同期及检查无压的接点。
3．自动重合闸之前加速保护动作
自动重合闸前加速保护动作简称为“前加速”。
其意义可用图4-3所示单电源辐射网络来解释。
图中每一条线路上均装有过流保护
，当其动作时限按阶梯形选择时，断路器1DL处的继电保护时限最长。
为了加速切除故障，在1QF处可采用自动重合闸前加速保护动作方式。
即在1QF处不仅有过流保护,还装设有能保护到L3的电流速断保护I和自动重合闸装置ARV.这时不论是在线路L1、L2或L3上发生故障，1QF处的电流速断保护都无延时地断开断路器1QF，然后自动重合闸装置将断路器重合一次。
如果是暂时性故障，则重合成功，恢复正常供电。
如果是永久性故障，则在1QF重合之后，过流保护将按时限有选择性地将相应的断路器跳开。
即当K3点故障时，由3QF的保护跳开3QF；若3QF保护拒动,则由2QF保护跳开断路器2QF。
“前加速”方式主要用于35千伏以下的网络。
图4-3重合闸前加速保护动作的原理说明图
4．自动重合闸后加速保护动作
重合闸后加速保护动作简称为“后加速”。
采用这种方式时，就是第一次故障时，保护按有选择性的方式动作跳闸。
如果重合于永久故障，则加速保护动作，瞬时切除故障。
采用“后加速”方式时，必须在每条线路上都设有选择性的保护和自动重合闸装置。
如图4-4所示，当任一线路上发生故障时,首先由故障线的选择性保护动作将故障切除,然后由故障线路的ARV进行重合,同时将选择性保护的延时部分退出工作.如果是暂时性故障,则重合成功,恢复正常供电.如果是永久性故障,故障线的保护便瞬时将故障再次切除。
图4-4重合闸后加速保护动作的原理说明图
在3
5千伏以上的高压网络中，由于通常都装有性能较好的保护（如距离保护等），所以第一次有选择性动作的时限不会很长（瞬动或延时0.5秒），故“后加速”方式在这种网络中广泛采用。
5．断路器防止“跳跃”的基本概念
DJZ-Ⅲ型试验台的跳闸回路原理图如图4-5所示。
当断路器合闸后，如果由于某种原因造成控制开关K2的触点或自动装置的触点5KM2未复归，此时如发生短路故障，继电保护动作使断路器跳闸，则会出现多次的“跳—合”现象，此现象称为“跳跃”，所谓防跳就是采取措施防止断路器出现多次跳合现象的发生。
防止跳跃采取的措施是增加一个防跳中间继电器3KM，它有两个线圈，一个电流启动线圈串于跳闸回路中，另一个是电压自保持线圈，经过自身的常开触点并联于合闸接触器中，此外在合闸回路上还串接了一个3KM的常闭触点。
图4-5跳合闸回路原理图
当利用手动合闸开关K2或自动装置5KM2进行合闸时，如合闸于短路故障上，继电保护动作，使断路器跳闸，此时，跳闸电流流过3KM的电流启动线圈，使3KM动作，其常闭接点断开合闸回路，常开接点接通3KM的电压线圈。
若由于某种原因使K2或5KM1不能断开，合闸脉冲不能解除，则3KM电压线圈通过K2或5KM2实现自保持，长期断开合闸回路3KM断开，使断路器不能再次合闸。
只有当合闸脉冲解除3KM电压自保持线圈断电后，才能恢复正常状态。
（三）实验内容
1、重合闸继电器实验
DCH-1型重合闸继电器实验的接线如图4-6所示。
（1）将开关QS1投入，调整直流电压至继电器额定值，检查各元件应无异常想象。
（2）用手按中间继电器KAM衔铁于动作位置，调整R2使流过KAM电流线圈的电流略低于0.9倍的额定电流。
（3）测定充电时间，在额定电压下投入QS1，经15～25S后，再投入QS2，中间继电器KAM应能可靠动作，并自保持，重复测定充电时间时，应先断开QS1后断开QS2，以保持电容器在放电状态。
根据实践，对220V的中间继电器KAM，动作电压可调至50V左右；对110V的继电器可调至25～30V左右，此时充电时间一般约为15～25S范围内。
（4）额定电压下投入QS1充电60S后，瞬时短路⑥、③端子使电容器C放电，然后投入QS2，此时KAM应不动作。
（5）重合闸继电器动作时间的整定。
先将QS1、QS2开关投入，给电容器充电25S后，再投入QS2开关，测重合闸时间。
试验应重复多次，比较实测值与整定值之间的误差。
2．三段式电流保护与自动重合闸装置综合实验
1）自动重合闸前加速保护动作实验
实验时请参阅图3-1及第三章的有关实验内容。
具体实验步骤如下：
（1）按完全星形实验接线完成实验连线，将变压器原方CT的二次侧短接，调整Ⅰ段整定值为5.16A，Ⅱ段整定值为2.78A，Ⅲ段整定值为1.62A。
（2）把重合闸开关切换至“ON”，使其投入；再把加速方式选择开关切换至“前加速”的位置，也就选择好了重合闸前加速保护动作的方式。
（3）把“区内”、“线路”和“区外”转换开关选择在“线路”档。
（“区内”、“区外”是对变压器保护而言的，在线路保护中不使用。
）
（4）合三
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