继电保护实验指导书.docx
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继电保护实验指导书
实验注意事项
实验是教学的重要环节之一，通过实验可以巩固和丰富已学到的理论知识，发现和探讨实验中出现的新问题；培养实事求是、科学严谨的工作作风；并能进一步培养实验技能，为学生今后走上工作岗位打下良好基础。
为保证实验正常顺利进行，保证实验教学质量，实验者应遵循以下规定：
1、实验前做好充分预习，明确实验目的、要求、方法、和步骤。
2、通电前，必须经老师检查电路接线，确认无误后，方可通电实验。
3、爱护计算机及实验设备，未搞清使用方法之前，不准随便使用。
4、实验中要随时注意现象的观察，如果发生故障或异常（保险熔断，表计指示不正常，电路出现冒烟等），必须立即断开电源，并告知老师。
5、对违反操作规定以及损坏仪器、设备、工具和元器件者应检查原因，对情节严重者，还要按学校有关规定进行赔偿。
6、要始终保持实验室安静和整洁，不得在室内喧哗、打闹、随意走动。
7、实验结束，应先断开各仪器电源开关，再断开实验台上电源开关。
把所有仪器设备、导线、座位等归位，整理就绪，清扫后经允许才能离开。
实验一常规继电器特性实验
第一部分：
电流、电压、时间继电器特性实验
一、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。
二、继电器的类型和原理
继电器是电力系统常规继电保护主要元件，它的种类繁多，原理和作用各异。
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和非电量的两种。
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。
IKA
3
4
Φ
α
5
6
1
2
7
图1-1DL系列电流继电器
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继电器的构成及原理作简要介绍。
（1）电磁型电流继电器
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6-1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、止挡7组成。
当线圈中通过电流IKA时，铁心中产生磁通Φ，它通过由铁心、空气隙和转动舌片组成的磁路，将舌片磁化，产生电磁力Fe，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Fe和磁通Φ的平方成正比，即
Fe
Φ2
其中Φ=
所以
式中，
--继电器线圈匝数；
--磁通Φ所经过的磁路的磁阻。
分析表明，电磁转矩Me等于电磁力Fe和转动舌片力臂
的乘积，即
（1-1）
式中，K2为和磁阻、线圈匝数和转动舌片力臂有关的一个系数，
。
从式（1-1）可知，作用于转动舌片上的电磁力矩和继电器线圈中的电流IKA的平方成正比，因此，Me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，使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（衔铁吸持，触点闭合），它的平均电磁力矩Me必须大于弹簧及摩擦的反抗力矩之和（Ms+M）。
所以由式（1-1）得到继电器的动作条件是：
（1-2）
当IKA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IOP表示，在式（1-2）中用IOP代替IKA并取等号，移项后得：
（1-3）
从式（1-3）可见，IOP可用下列方法来调整：
（1）改变继电器线圈的匝数NKA；
（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δ。
当IKA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。
为使继电器返回，弹簧的作用力矩M's必须大于电磁力矩M'e及摩擦的作用力矩M'。
继电器的返回条件是：
（1-4）
当IKA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Ire表之。
在式（1-4）中，用Ire代替IKA并取等号且移项后得：
（1-5）
返回电流Ire和动作电流IOP的比值称为返回系数Kre，即Kre=Ire/IOP。
反应电流增大而动作的继电器IOP>Ire，因而Kre<1。
对于不同结构的继电器，Kre不相同，且在0.1～0.98这个相当大的范围内变化。
（2）电磁型电压继电器
电压继电器的线圈是经过电压互感器接入系统电压Us的，其线圈中的电流为
式中：
Ur—加于继电器线圈上的电压，等于Us/npT（npT为电压互感器的变比）；Zr—继电器线圈的阻抗。
继电器的平均电磁力
，因而它的动作情况取决于系统电压Us。
我国工厂生产的DY系列电压继电器的结构和DL系列电流继电器相同。
它的线圈是用温度系数很小的导线（例如康铜线）制成，且线圈的电阻很大。
DY系列电压继电器分过电压继电器和低电压继电器两种。
过电压继电器动作时，衔铁被吸持，返回时，衔铁释放；而低电压继电器则相反，动作时衔铁释放，返回时，衔铁吸持。
亦即过电压继电器的动作电压相当于低电压继电器的返回电压；过电压继电器的返回电压相当于低电压继电器的动作电压。
因而过电压继电器的Kre<1；而低电压继电器的Kre>1。
DY系列电压继电器的优缺点和DL系列电流继电器相同。
它们都是触点系统不够完善，在电流较大时，可能发生振动现象。
触点容量小不能直接跳闸。
（3）时间继电器特性
时间继电器是用来在继电保护和自动装置中建立所需要的延时。
对时间继电器的要求是时间的准确性，而且动作时间不应随操作电压在运行中可能的波动而改变。
电磁型时间继电器由电磁机构带动一钟表延时机构组成。
电磁起动机构采用螺管线圈式结构，线圈可由直流或交流电源供电，但大多由直流电源供电。
其电磁机构和电压继电器相同，区别在于：
当它的线圈通电后，其触点须经一定延时才动作，而且加在其线圈上的电压总是时间继电器的额定动作电压。
时间继电器的电磁系统不要求很高的返回系数。
因为继电器的返回是由保护装置起动机构将其线圈上的电压全部撤除来完成的。
（4）中间继电器特性
中间继电器的作用是：
在继电保护接线中，用以增加触点数量和触点容量，实现必要的延时，以适应保护装置的需要。
它实质上是一种电压继电器，但它的触点数量多且容量大。
为保证在操作电源电压降低时中间继电器仍能可靠地动作，中间继电器的可靠动作电压只要达到额定电压的70%即可，瞬动式中间继电器的固有动作时间不应大于0.05秒。
（5）信号继电器特性
信号继电器在保护装置中，作为整组装置或个别元件的动作指示器。
按电磁原理构成的信号继电器，当线圈通电时，衔铁被吸引，信号掉牌（指示灯亮）且触点闭合。
失去电源时，有的需手动复归，有的电动复归。
信号继电器有电压起动和电流起动两种。
三、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1-2所示：
A
~220V
KA
+
-
R
TY1
30Ω5A2A
图1-2电流继电器动作电流值测试实验原理图
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，检查调压器输出指示为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（3）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1-1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
2
3
平均值
误差
整定值Izd
变差
返回系数
2）电流继电器动作时间测试实验
~220V
KA
BK
停止
A
多功能表
启动
TY1
电流继电器动作时间测试实验原理图如图1-3所示：
图1-3电流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“公共线”，将开关BK的一条支路接在多功能表的“输入1”和“公共线”，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）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）先拉开刀闸（BK），复位多功能表，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1-2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1-2中。
表1-2电流继电器动作时间测试实验数据记录表
I
1.2A
1.5A
1.8A
2.0A
1
2
3
平均
1
2
3
平均
1
2
3
平均
1
2
3
平均
T/ms
（7）先重复步骤（4），使加入继电器的电流分别为1.5A、1.8A、2.4A，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1-2。
（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1-4所示：
~220V
KV
+
-
TY1
150V
V
图1-4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1-3中。
表1-3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
2
3
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。
4）时间继电器特性测试实验
220V
KT
BK
停止
多功能表
启动
+
－
时间继电器特性测试实验电路原理接线图如图1-5所示：
图1-5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）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1-4中，且第一次动作时间测量不计入测量结果中。
表1-4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
（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）。
A
KA
+
a
o
~220V
KT
+
-
KS
-
KM
+
-
-
A
B
图1-6过电流保护实验原理接线图
实验步骤如下：
①图1-6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，将调压器输出置0V，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2.5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。
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信号指示灯变亮。
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。
A
KA
+
KV1
a
o
~220V
KT
+
-
KS
-
KM
+
-
-
A
B
KV2
图1-7低电压闭锁过流保护实验原理接线图
实验步骤如下：
1-7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TY2输出端的接法和上个实验电流回路接法相同；单相调压器TY1的输出端a、0接到电压继电器的线圈端子A、B上，同时并联上一块交流电压表。
整定电流继电器为1A，电压继电器为60V。
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。
④先调TY1使电压表读数为50伏；再调TY2，逐步增加电流，使电流表读数为表1-5中的给定值，然后调TY1减小调压器的输出电压至表1-5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1-5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
70
1.5
60
1.5
30
四、思考题
（1）电磁型电流继电器、电压继电器和时间继电器在结构上有什么异同点？
（2）如何调整电流继电器、电压继电器的返回系数？
（3）电磁型电流继电器的动作电流和哪些因素有关？
（4）过电压继电器和低电压继电器有何区别？
（5）在时间继电器的测试中为何整定后第一次测量的动作时间不计？
（6）为什么电流继电器在同一整定值下对应不同的动作电流，有不同的动作时间？
（7）详细描述多种继电器配合实验的动作关系和返回关系。
第二部分：
中间、负序、功率方向继电器特性实验
一、实验目的
（1）熟悉中间继电器结构、作用和工作原理；掌握中间继电器调整以及中间继电器动作值、返回值、保持值、动作时间和返回时间的实验方法；
（2）熟悉DY-4型负序电压继电器的结构、作用和工作原理；掌握DY-4型负序电压继电器电气特性的检验方法。
（3）熟悉LG-11型功率方向继电器的结构、作用和工作原理；掌握LG-11型功率方向组电器电气特性的检验方法。
二、实验内容
（一）电磁型中间继电器电气特性试验
（1）极性检验
对有两个线圈以上的继电器，在新安装或线圈重绕后，应检查各线圈极性标示的正确性。
极性检验接线如图1所示，试验电源可用1.5Ｖ干电池，如果合上闸刀开关瞬间，毫伏表指针正偏，拉开刀闸时反偏，则接电池正极的端子和接毫伏表正极的端子是同极性，反之为异极性。
继电器的线圈极性应符合厂家规定。
线圈极性也可在继电器保持值检验时判明。
（2）动作值和返回值检验
1）合上电源开关，调节变阻器Ｒ，继电器冲击加入电压（或电流），记下使继电器衔铁完全被吸合的最低电压（或电流）值即动作值。
若动作时出现衔铁缓慢运动或吸合不到底以及声音不清脆等现象，应加大电压（或电流）试验。
2）调节可变电阻Ｒ使电压（或电流）升至继电器的额定电压（或电流），然后逐渐减小输入量，测试能使继电器的衔铁返回到初始位置的最大电压（或电流）即继电器的返回值。
3）重复测试三次，求取动作值和返回值的平均值。
继电器的动作电压一般应不大于
，动作电流不应大于其额定电流，一般以
的额定电流为适宜。
中间继电器返回值一般不小于其额定值的5％。
测量次数
1
2
3
平均
动作值
返回值
图2（a）检验动作电流、返回电流接线图图2（b）检验动作电压、返回电压接线图
（3）保持值检验
电压动作电流保持中间继电器
1）依次合上开关
、
，调整
使继电器动作线圈的电压升至其额定值，继电器应动作。
2）调节Ｒ2使保持线圈的电流也达到其额定值，再断开
，此时继电器应自保持。
3）调节
使保持线圈的电流逐渐减小到继电器返回，记下返回值。
合上
，调节
使保持线圈的电流略大于返回值，再断开
，若继电器能自保持，则该电流为其最小保持值；否则，再增大电流测出继电器能自保持的最小电流。
测量次数
1
2
3
平均
保持值
电流动作电压保持中间继电器
1）依次合上开关
、
、
，调整
使继电器动作线圈的电流升至其额定值，继电器应动作。
2））调节Ｒ1使保持线圈的电压也达到其额定值，再断开
，此时继电器应自保持。
3）调节
使保持线圈的电压逐渐减小到继电器返回，记下返回值。
合上
、
，调节
使保持线圈的电压略大于返回值，再断开
、
，若继电器能自保持，则该电压为其最小保持值；否则，再增大电压测出继电器能自保持的最小电压。
测量次数
1
2
3
平均
保持值
继电器的保持电流应不大于
，保持电压应不大于
。
图3电流、电压保持中间继电器检验接线
（二）电磁型负序电压继电器电气特性试验
图4DY-4型负序电压继电器的内部接线图
整定点的负序电压动作值和返回值检验
1、实验接线
2、实验步骤
模拟相间短路的方法试验时，动作电压应为负序动作线电压的
倍。
模拟的方法是将模拟短路的继电器两相端子短接，于非故障相端子间加单相电压。
DY－4型负序电压继电器加入单相交流电压，用单相法检验。
故障类型
端子连接方法
AB短路
⑤、①—③
BC短路
①、③—⑤
CA短路
③、①—⑤
以上接法，分别模拟AB、BC．CA三种方式的两相短路，所测定的动作值和整定值的误差不应超过±3％，返回系数不小于0.8。
由于执行元件的刻度值是指滤过器输入端的负序相间电压动作值U,因此，采用单相法进行检验时，应加入刻度值
倍的电压，即
UDZ（3），如下表：
执行元件刻度值（伏）
6
7
8
9
10
11
12
UDZ（3）（伏）
10.4
12.13
13.86
15.57
17.3
19.03
20.76
（三）LG－11型功率方向继电器电气特性试验
－45︒
－30︒
5
6
*
*
*
*
BZ1
BZ2
7
8
*
*
Y
*
*
W1
W2
W3
W4
W2
W3
W1
DKB
YB
C1
Um
Im
R1
R2
LG－11型功率继电器用于相间短路方向保护，作为功率方向的判别元件。
继电器的原理电路图见下图。
（a）交流回路图
R5
c5
11
12
JJ
R5
BZ2
9
10
2QF
R6
C2
C4
C3
BZ1
（b）直流回路图
图1LG-11功率方向继电器原理接线图
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所示。
图中，380V交流电源经三相自耦调压器、移相器和变阻器调整后，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，注意多功能表同名端方向。
A
B
C
O
移
相
器
多功能表
LGJ
b
c
R
三
相
调
压
器
220
TY1
30Ω/5A2A
A
V
BK
a
0
图2LG-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和实验原理接线图，在实验原理接线图上画出功率方向继电器LGJ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，操作开关BK闭合,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
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