整理继电保护实验手册电力系统方向.docx

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整理继电保护实验手册电力系统方向

实验一距离保护实验

一、实验目的

1.了解距离保护的原理；

2.熟悉接地距离保护的多边形特性和相间距离保护的圆特性；

3.掌握距离保护的逻辑组态方法。

二、实验原理及逻辑框图

相间距离保护采用圆特性的阻抗元件。

相间阻抗元件由ZAB、ZBC、ZCA三个阻抗元件和偏移阻抗元件、电抗线、负荷特性曲线组成。

a.阻抗元件

在故障发生150ms之内采用带记忆的正序电压作极化量的欧姆继电器，记忆电压采用故障前八周电压。

动作方程：

式中：

为故障前的正序电压；

；

为方向特性向一象限偏移角；

Zy为各段定值。

150ms之后取消记忆，采用正序电压作极化量，动作方程为：

若正序电压较低（15%Un），为三相短路，为保证正方向故障能动作，反方向故障不动作，设置了偏移特性。

在I、II段距离继电器暂态动作后，改用反偏阻抗继电器，保证继电器动作后能保持到故障切除。

在I、II段距离继电器暂态不动作时，改用上抛阻抗继电器，保证母线及背后故障时不误动。

对后加速则一直使用反偏阻抗继电器。

反偏或上抛的阻抗值为：

为相间距离I段定值

Ⅰ、Ⅱ段阻抗继电器暂态及稳态动作特性如图5-1，5-2所示：

图5-1Ⅰ、Ⅱ段阻抗继电器暂态特性图5-2Ⅰ、Ⅱ段阻抗继电器稳态特性

Ⅲ段阻抗继电器的动作特性：

b.电抗线

为防止相间阻抗元件偏移后的超越，距离Ⅰ、Ⅱ增加电抗线特性，其动作特性为：

c.负荷特性曲线

在重负荷时，测量阻抗可能落入阻抗元件内，因此增加负荷特性曲线。

如图5-3所示：

图5-3负荷特性曲线

其中：

RD为接地距离电阻定值，当测量阻抗在上图阴影时认为是负荷阻抗。

d.手合故障及重合闸后加速

在手合故障时设置了按阻抗Ⅲ段加速切除故障的功能，手合加速阻抗带偏移特性。

重合后加速设置了可由控制字投退的加速Ⅱ段或Ⅲ段。

在未投入加速时，考虑系统发生振荡时，如开放元件动作，Ⅰ段延时不小于0.03s，其他段按正常延时出口；如开放元件未动作，Ⅰ段按0.5s、Ⅱ段按1s延时出口。

为保证线路上挂的变压器内部故障时，其差动保护来的及动作，Ⅰ段还可通过控制字整定带固定150ms延时出口。

e.距离保护Ⅰ段可通过控制字整定带固定150ms延时出口，以保证线路上挂的变压器内部故障时，其差动保护来得及动作。

不需要时可通过改变相应控制字而退出此项功能，这样距离保护Ⅰ段就瞬时出口。

f.不对称故障相继速动:

带负荷的线路发生不对称故障，对侧跳闸后导致本侧非故障相负荷消失，距离保护利用该特征加速距离Ⅱ段。

g.距离保护在装置检测到TV断线时自动退出，在TV断线恢复后自动投入。

距离保护逻辑框图如5-4所示：

图5-4距离保护逻辑框图

三、实验内容

1．首先将线路保护实验台控制回路接好，用导线将端子“合闸回路”两个接线孔短接，将端子“跳闸回路”两个接线孔短接。

合上“控制开关”和“电源开关”，使实验装置上电，保护装置得电启动同时实验装置停止按钮亮。

2.合上监控实验台总漏电断路器，按下启动按钮，此时面板上的转换开关处于单机状态，，然后合上输电线路保护实验台的控制电源开关和Ⅰ、Ⅳ母电源开关，合上线路保护实验台面板上的QF4、QF5、QF9。

2．按下启动按钮，旋转“Ⅳ母电压切换”转换开关检查系统进线电压是否正常，根据实验需要合断路器连接线路，此时线路实验装置为双端供电，两侧的线路保护装置都已启动，可选择其中一个进行实验，左边的保护装置跳左边的断路器QF9，右边的保护装置跳右侧的断路器QF5。

3.通过实验装置面板上的“故障点选择”旋转开关，可选择d1或者d2保护实验，。

并把两侧转换开关都打到就地位置。

4.以相间距离Ⅰ段为例，修改保护定值：

进入微机线路保护装置菜单“定值”→“定值”，输入密码后，进入→“相间距离保护Ⅰ段”→按“确认”按钮，进入定值修改界面，修改输电线路相间距离保护I段的保护定值，相间距离保护I段定值清单如下：

正序阻抗角PS180.00D

相间阻抗偏移角DG10.00D

每欧姆公里数DBL1.00

躲负荷电阻RD0.010hm

相间距离I段阻抗ZZI50.000hm

突变量启动定值Iqd1.00A

静稳启动IA0.50A

I段出口延时YSCK0

震荡闭锁功能投ZDBS0

5.将相间距离保护的硬压板,相间距离保护Ⅰ段，Ⅱ段，Ⅲ段保护都是一个硬压板（用导线将线路保护实验台的端子“开入＋”接到端子“距离保护压板”短接）和软压板投入（“定值”→“压板”，输入默认密码后，进入→“相间距离保护Ⅰ段”，将其保护软压板投入后→按“确认”后显示“压板固化成功”），其他所有保护的硬压板和软压板均退出。

6.将”故障点选择”旋转到位置“Ⅰ”，在输电线路实验系统的故障模拟区中按下相间（AB，BC或CA）短路故障实验按钮进行输电线路的相间距离I段保护实验。

7.实验完成后，在WXH-825微机线路保护测控装置的“报告”中记下相间距离Ⅰ段保护动作时保护动作信息，并制作相应的表格。

8.记录保护动作信息后，可改变实验定值进行多次实验。

9.在做相间距离保护Ⅱ段，Ⅲ段保护实验时将”故障点选择”旋转到位置Ⅱ，其他步骤同Ⅰ段。

相间距离保护

保护整定值

保护动作值

故障相间电抗Xd

故障相间电阻Rd

故障测距

相间距离保护Ⅰ段

相间距离保护Ⅱ段

相间距离保护Ⅲ段

实验二三段式电流电压方向保护实验

一、实验目的

1.熟悉三段电流保护的原理；

2.掌握三段电流保护逻辑组态的方法。

二、实验原理及逻辑框图

三段式电流电压保护一般用于单电源出线上，对于双电源辐射线可以加入方向元件组成带方向的各段保护。

反时限对于任何相间故障，包括接近电源的线路发生故障都可以在较短时间内切除，但保护的配合整定比较复杂，主要用于单电源供电的终端线路。

WXH-825装置设三段电流电压方向保护。

每一段保护的电压闭锁元件及方向元件均可单独投退，通过分别设置保护软压板控制这三段保护的投退。

其中电流电压方向Ⅰ段可以通过控制字选择是否闭锁重合闸。

过流Ⅲ段可通过控制字YSFS选择采用定时限还是反时限，（若为0，则过流Ⅲ段为定时限段，若为1～3，则过流Ⅲ段分别对应三种不同的反时限段），根据国际电工委员会（IEC255-4）和英国标准规范（BS142.1996）的规定，本装置采用下列三个标准反时限特性方程，分别对应延时方式的1～3。

反时限特性方程如下：

一般反时限：

（1）

非常反时限：

（2）

极端反时限：

（3）

上式中，

Ip为电流基准值，取过流Ⅲ段定值Idz3；Tp

为时间常数，取过流Ⅲ段时间定值T3，范围为0.05～1S。

其中反时限特性可由控制字YSFS选择（1为一般反时限，2为非常反时限，3为极端反时限）。

方向元件采用90︒接线，按相起动。

为消除死区，方向元件带有记忆功能。

动作的最大灵敏角可以通过控制字选择为-45︒或者-30︒，动作范围120︒~－30︒或者105︒~－45︒。

方向元件动作区域如图5-6所示：

图5-6方向元件动作区示意图

逻辑原理框图如图5-7所示:

图5-7三段电流电压方向保护原理框图

三、实验内容

1．首先将线路保护实验台控制回路接好，用导线将端子“合闸回路”两个接线孔短接，将端子“跳闸回路”两个接线孔短接。

合上“控制开关”和“电源开关”，使实验装置上电，保护装置得电启动同时实验装置停止按钮亮。

3．按下启动按钮，旋转“Ⅳ母电压切换”转换开关检查系统进线电压是否正常，根据实验需要合断路器连接线路，此时线路实验装置为双端供电，两侧的线路保护装置都已启动，可选择其中一个进行实验，左边的保护装置跳左边的断路器QF9，右边的保护装置跳右侧的断路器QF5。

4.通过实验装置面板上的“故障点选择”旋转开关，可选择d1或者d2保护实验，并把两侧转换开关都打到就地位置。

5.修改保护定值：

进入装置菜单“定值”→“定值”，输入密码后，进入→“电流Ⅰ段保护”→按“确认”按钮，进入定值修改界面，如：

电流I段定值Idz11.50A

电流I段时限T10.50S

电流I段电压定值Udz100.00V

-30°灵敏角投退ALM1

电流Ⅰ段电压投退UBS1

电流Ⅰ段方向投退DBS1

闭锁重合闸BScHz1

6.将电流Ⅰ段保护的软压板投入（“定值”→“压板”，输入密码后，进入→“电流Ⅰ段保护”，将其保护软压板投入后→按“确认”后显示“压板固化成功”），其他所有保护的硬压板和软压板均退出。

7.将”故障点选择”旋转到位置Ⅰ（或者Ⅱ），在输电线路实验系统的故障模拟区中按下“A相”、“B相”、“C相”、“N相”带自锁的试验按钮中的任意两相，来模拟相间短路或者单相接地实验，如果模拟相间短路，则保护动作与跳三相；如果模拟单相接地实验，则保护动作与跳单相，跳开一相后线路仍允许两相运行一段时间，若一段时间（本实验装置为11s）后仍没有重合闸（重合闸最长时限10s）或者故障仍未排除，则跳开三相彻底断电。

8.实验完成后，在WXH-825微机线路保护测控装置的“报告”中记下两段电流保护动作时的保护动作信息，并制作相应的表格。

三段保护的实验同上。

9.记录保护动作信息后，可改变实验定值进行多次实验。

表5-3三段式电流保护实验数据表

保护整定值

保护动作信息

电流I段保护定值

电流Ⅱ段保护定值

电流Ⅲ段保护定值

实验三变压器比率差动保护实验

一、实验目的

1.了解比率差动保护、增量差动保护的动作特性；

2．熟悉变压器的接线钟点数，掌握各种接线形式的电流补偿方法；

3.熟悉比率差动保护的逻辑组态方法。

二、实验原理及逻辑框图

WBH-821微机变压器保护装置配置有比率差动保护，比率制动式差动保护是变压器的主保护。

它反映变压器内部相间短路故障、高压侧单相接地短路及匝间层间短路故障，保护采用二次谐波制动原理，用以躲过变压器空投时励磁涌流造成的保护误动，差动动作时间：

不大于30ms（2倍动作电流下）。

（1）动作特性如图4-1所示：

图中动作区要经过励磁涌流判别、TA断线判别后才出口

图4-1比率差动动作特性图

比率差动保护能反映变压器内部相间短路故障、高（中）压侧单相接地短路及匝间层间短路故障，该保护需要考虑励磁涌流和过励磁运行工况，同时也要考虑TA断线、TA饱和、TA暂态特性不一致的情况。

由于变压器联结组不同和各侧TA变比的不同，变压器各侧电流幅值相位也不同，差动保护首先要消除这些影响。

本保护装置利用数字的方法对变比和相位进行补偿，以下说明均基于已消除变压器各侧电流幅值相位差异的基础之上。

差动动作方程如下：

Iop>Icd（Ires≤Izd时）

Iop≥Icd+S（Ires–Izd）（Ires>Izd时）

满足上述两个方程差动元件动作，式中：

Iop为差动电流，Icd为差动最小动作电流整定值，Ires为制动电流，Izd为最小制动电流整定值，S为比率制动特性斜率，各侧电流的方向都以指向变压器为正方向。

对于两侧差动：

Iop=|I1+KbI2|

Ires=|I1-KbI2|/2

式中：

I1，I2分别为高压侧、低压侧电流互感器二次侧的电流，Kb差动平衡系数。

本实验装置中差动用电流互感器采用全星形接线（即“Y/Y”接线方式），保护软件中差动电流和Kb平衡系数的计算请参考WBH-820系列说明书（Ver-2.7）。

其中TA二次接线控制字设为“1”，这个控制字不可随意更改。

（2）比率差动保护逻辑图如图4-2所示：

图4-2比率差动保护逻辑图

三、实验内容

1.合上监控实验台总漏电断路器，按下启动按钮，此时面板上的转换开关处于单机状态，然后合上变压器保护实验台的的控制电源和Ⅰ’母电源开关，按下启动按钮。

2.在微机变压器保护实验装置的WBH-821和WBH-822保护装置下，首先用导线将“合闸回路“、“跳闸回路”、“Iah出”与“Iah入”、“Ual出”与“Ual入”、“Uah出”与“Ualh”分别短接。

3.合上高低压侧断路器QF2、QF3，观察实验装置上方电压表，看两侧母线三相电压是否正常，面板上“手合”，“手跳”按钮和实验区按钮可操作，把转换开关都打到就地位置。

3.修改保护定值：

进入WBH-821微机变压器保护装置菜单“定值”→“定值”中，按“确认”键后，进行“比率差动保护”的定值设置，修改完毕后，按“确认”按钮，显示“定值固化成功”界面，变压器比率差动保护定值清单如下：

序号

保护定值名称

定值整定举例

备注

比率差动保护

最小动作电流

Icd

最小制动电流

1.0A

Izd

比率制动系数

0.5

谐波制动系数

0.2

差动平衡系数

1.73

TA断线闭锁

Tabs

TA二次接线

TAJX

4.将比率差动保护的硬压板投入（用导线将端子“开入＋”接到端子“比率差动压板”短接）和软压板（进入“定值”→“压板”中，再进入→“比率差动保护”将其保护软压板投入后→按“确认”后显示压板固化成功）投入，其他所有保护的硬压板和软压板均退出。

5.通过面板下方的d1实验区按钮，先按下“A相”、“B相”、“C相”带自锁的试验按钮中的任意两相，再按一下“试验”按钮，模拟区内差动保护故障，比率差动保护动作与跳两侧断路器。

6.在WBH-821微机变压器保护装置“报告”中可查看保护动作的信息，记录实验动作信息，改变实验定值进行多次实验，进行实验分析。

7.再将变压器TA断线的软压板投入，在面板上把“Iah出”与“Iah入”的短接线拔掉，当满足TA断线条件时（需要并列后由发电机向系统送功率），保护装置报“TA断线”告警信号。

观察分别将TA断线闭锁差动控制字整定为0或1时保护装置的差动保护闭锁情况及保护装置的告警信息。

表4-1变压器比率差动保护实验数据表

保护定值

保护动作信息

实验四变压器零序电压保护实验

一、实验目的

1.了解零序电压保护原理；

2.熟悉零序电压保护的逻辑组态方法。

二、实验原理及逻辑框图

WBH-820系列微机变压器保护装置配置零序过压保护切除接地故障,自产零压大于定值，经整定延时动作（告警），WBH-821或者WBH-822变压器保护装置零序电压保护的逻辑框图一样，如图4-5所示：

图4-5零序电压保护逻辑框图

三、实验内容

4.修改保护定值：

进入WBH-821或者WBH-822微机变压器保护装置菜单“定值”→“定值”中，按确认键后，进行“零序电压保护”的定值设置，修改完毕后，按“确认”按钮，显示“定值固化成功”界面，变压器零序电压保护的保护定值设定举例如下：

零序电压定值20.00V

零序电压时限0.20s

5.投入保护压板。

将零序电压保护的软压板投入（进入“定值”→“压板”，进入→“零序电压保护”，将其保护软压板投入后→按“确认”后显示压板固化成功）。

其他所有保护的硬压板和软压板均退出。

6.在WBH-821或者WBH-822微机变压器保护装置的“浏览”中，找到“零序电压保护”，然后按下“确认”键，可看到实时量。

7.拔掉“Ual出”与“Ual入”或者“Uah出”与“Ualh”的短接线，保护装置弹出“零序电压保护”告警信息。

8.在WBH-821或者WBH-822微机变压器保护装置“报告”中可查看保护动作的信息，记录实验动作信息，进行实验分析。

表4-4变压器零序电压保护实验数据表

保护整定值

保护动作值

零序电压设定值

延时时间

3U0

实验五三相一次重合闸实验

一、实验目的

1.熟悉三相一次重合闸的充、放电条件；

2.熟悉三相一次重合闸的逻辑组态方法。

二、实验原理及逻辑框图

装置设有三相一次重合闸功能，通过设置重合闸压板控制投退。

重合闸当开关位于合位，且无外部闭锁时充电，充电时间为15s。

当开关由合位变为跳位时重合闸启动。

启动后，若10秒内不满足重合闸条件（含有流：

超过0.04In）则放电。

重合闸设有四种重合方式：

0－无检定；1－检无压，有压转检同期；2－检同期；3－检无压，有压不重合。

双侧电源的线路，除采用解列重合闸的单回线路外，均应有一侧检同期重合闸，以防止非同期重合闸对设备的损害，另外一侧投检无压。

原理框图如图4-9所示。

重合闸充电完成时，液晶显示屏中央显示充电完成标志。

a.重合闸的启动：

由断路器位置接点变位启动。

b.重合闸的闭锁

重合闸的闭锁条件有：

⑴闭锁重合闸开入；⑵低频动作；⑶过负荷跳闸；⑷低电压保护动作；⑸过流一段动作（过流一段闭锁重合闸控制字投入情况下）；⑹遥控跳闸；⑺控制回路断线（开关位置异常）；⑻线路电压异常；⑼压力异常；⑽弹簧未储能；⑾手跳（有操作回路：

HHJ返回；无操作回路：

将手跳信号接至闭锁重合闸）。

三相一次重合闸原理框图如图5-5所示：

图5-5重合闸逻辑框图

三、实验内容

1．首先将线路保护实验台控制回路接好，用导线将端子“合闸回路”两个接线孔短接，将端子“跳闸回路”两个接线孔短接。

合上“控制开关”和“电源开关”，使实验装置上电，保护装置得电启动同时实验装置停止按钮亮。

4.通过实验装置面板上的“故障点选择”旋转开关，可选择距离Ⅰ段或者距离Ⅱ段保护实验，通过“距离投退”旋转开关可选择线路为纯电抗或者阻抗线路。

并把两侧转换开关都打到就地位置。

5.修改保护定值：

进入微机线路保护装置菜单“定值”→“定值”，输入密码后，进入→“重合闸”→按“确认”按钮，进入定值修改界面，修改输电线路重合闸保护的保护定值，重合闸保护定值清单如下：

重合闸时限Tch1.00S

重合闸无压值Udzch50.00V

重合闸同期角Ach30.00D

重合闸方式Mch0

抽取电压相别Tux0

遥控合闸方式Myh0

6.投入保护压板。

将重合闸保护的软压板投入（“定值”→“压板”，输入密码后，进入→“重合闸”，将其保护软压板投入后→按“确认”后显示“压板固化成功”），同时要将距离保护的硬压板和软压板投入，其他所有保护的硬压板和软压板均退出。

7.待重合闸充满电，即保护装置初始画面弹出小电池标志时，才能进行重合闸实验，按照前述的相间短路故障实验模拟的方法进行输电线路相间短路故障后的三相重合闸实验，在距离保护动作后进行自动重合闸，面板上显示距离保护跳闸，断路器跳开，跳闸灯亮，然后是重合闸动作，断路器重新合上，重合闸灯亮。

（也可实现单相接地后的重合闸）

8.验完成后，在WXH-825微机线路保护测控装置的“报告”中记下重合闸保护动作时的保护动作信息，并制作相应的表格。

9.记录保护动作信息后，可改变实验定值进行多次实验。

表5-2三相重合闸保护实验数据表

保护整定值

保护动作信息

实验六发电机比率差动保护实验

一、实验目的

1．理解比率制动式差动保护的动作原理；

2．掌握比率制动式差动保护的动作特性。

二、实验原理

比率制动式差动保护是发电机内部相间短路故障的主保护。

发电机比率制动式差动保护定值清单：

定值名称

整定范围

备注

发电机比率制动式差动保护

最小动作电流

0.1In-1.0In

Iop.0

最小制动电流

0.5In-2.0In

Ires.0

制动特性斜率

0.3-0.7

TA断线闭锁差动

0-1

1：

闭锁0：

不闭锁

保护软压板

比率制动式差动软压板

√：

投入X：

退出

差动动作方程如下：

Iop≥Iop.0（Ires≤Ires.0时）

Iop≥Iop.0+S（Ires–Ires.0）（Ires>Ires.0时）

式中：

Iop为差动电流，Iop.0为差动最小动作电流整定值，Ires为制动电流，Ires.0为最小制动电流整定值，S为比率制动特性的斜率。

各侧电流的方向都以指向发电机为正方向。

差动电流：

制动电流：

式中：

IT，IN分别为机端、中性点电流互感器（TA）二次侧的电流，TA的极性见图3-1：

图3-1

TA断线判别：

当任一相差动电流大于0.2倍的额定电流时启动TA断线判别程序，满足下列条件认为TA断线：

✧本侧三相电流中至少一相电流为零；

✧本侧三相电流中至少一相电流不变；

✧最大相电流小于1.2倍的额定电流。

注：

所有保护逻辑图中保护硬压板、各段软压板均未画出，实际逻辑中，保护各段软压板均存在，

保护硬压板以实际工程为准。

图3-2发电机差动保护逻辑框图

三、实验步骤

1.用导线将发电机实验台、变压器实验台和线路实验台上的“合闸回路”端子与“合闸回路”端子短接，“跳闸回路”端子与“跳闸回路”端子短接，“A相TV出”端子与“A相TV入”端子短接,“A相TA出”端子与“A相TA入”端子短接。

2.合上监控实验台总漏电断路器，按下启动按钮，此时面板上的转换开关处于并网状态，然后合上发电机保护实验台的控制电源，按下启动按钮，发电机风机启动。

3.按下调速控制器“运行/停止”按键1～2秒，至“运行/停止”灯亮，电动机慢慢启动，当电枢电压逐渐至给定电压，观察“微机励磁调节装置”上显示的转速或者面板右侧转速表显示的转速，此时发电机组的转速约为1300r/min，机端电压显示16V左右。

4.手动点击触摸屏上的“主画面”，按钮，进入主界面。

将微机励磁调节器的机端电压给定值设置到90%UN，其方法：

先点击触摸屏上的“用户登录”-“密码输入”输入“1111”-“ENT”-“返回主页

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