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1继电保护实验指导书

电力系统继电保护

实验指导书

李素英陈奎编写

中国矿业大学信息与电气工程学院

二零一四年九月

实验须知

实验是教学的重要环节之一。

通过实验可以巩固和反复已学到的理论知识，发现和讨论新的问题，掌握实验方法，培养操作技能。

为保证实验的正常进行，提高实验质量，实验应按以下程序和要求进行。

1、实验前应对实验内容进行预习，写好预习报告，弄清所需仪器设备规范、性能、使用方法及实验步骤。

否则，不允许做实验。

进入实验室后，仪器设备不得随意进行调整、拆开。

2、按实验接线图接线，接线要整齐清晰，线路接好后必须经指导教师检查，才可接通电源进行实验。

3、按实验步骤逐项进行实验，每项实验完毕，应将实验数据交指导教师检查正确后，再进行下一项实验。

4、在实验过程中改变接线，必须先拉开电源然后接线，如遇异常事故，先切断电源，并报告指导教师处理。

5、实验完毕，应将全部数据填入原始实验数据记录表交指导教师审阅、签字后，切断电源，再拆除接线，将仪器设备放回原处，实验用线整理好后方可离去。

6、实验报告在实验结束后一周内交指导教师批阅。

目录

JTC-IIIA型继电器特性测试台简介………………………1

实验一电流、电压、时间继电器特性实验…………………4

电压电流线路保护屏系统简介………………………………8

实验二电流电压保护线路常规系统实验……………………17

实验三电流电压保护线路微机系统实验……………………20

实验四功率方向继电器特性实验………………………………23

实验五方向阻抗继电器特性实验………………………………26

实验六DCD—5型差动继电器特性实验………………………28

WBB-II变压器保护屏简介……………………………………38

实验七变压器系统保护屏常规保护实验………………………49

实验八变压器系统保护屏微机保护实验………………………51

实验九设计组合性实验……………………………………………53

继电器特性测试台简介

本测试台使用的电源是三相四线、电压为380V；是由电源部分、多种继电器及测量表计等组成。

可以用来进行电流继电器、电压继电器、中间继电器、时间继电器、信号继电器、功率方向继电器、方向阻抗继电器等常规继电器的特性测试，也可以根据需要设计多种继电器组合保护实验。

柜2

图1型继电器特性测试台外观立体图

XD5

XD4

XD3

信号

继电器

XD1

直流

198V

交流

380V

交流

220V

单相

刀闸

三相

刀闸

单相

刀闸

ZK

DK

SK

继电器动作信号灯

直流电源指示灯

三相电源指示灯

继电器动作信号灯

XJ

YJ

LJ

继电器特性测试台外观立体图如图1所示，台正面由实验面板、桌台和两个柜子组成；台后面全封闭；电源线从台下方通过，再进入内部端子排。

XD2

单相电源指示灯

LGJ

电压

继电器

电流

继电器

功率方向继电器

DCD—5A

方向阻抗继电器

LZJ

A3

A1

A2

V２

V1

SJ

ZJ

交流电流表

交流电压表

时间

继电器

中间

继电器

CG5

CG4

CG3

CG6

o

c

b

a

CG2

0

a

CG1

BK

0

a

整流桥

三相

输出

直流

输出

TY2

输出

TY1

输出

+

+

操作开关

启动端口

电秒表测量端口

差动继电器

DB

调压器

TY1

CG7

相位表XB

调压器

TY2

电秒表

图2型继电器特性测试台实验面板布置图

测试台实验面板布置如图2所示，面板上各符号名称如下：

XD1——继电器动作信号灯

ZJ——中间继电器

XD2——交流220V电源指示灯

LGJ——功率方向继电器

XD3——三相电源指示灯

LZJ——方向阻抗继电器

XD4——直流220V电源指示灯

V1、V2——交流电压表

XD5——功率方向继电器动作指示灯

A1、A2、A3——交流电流表

BK——备用刀闸

DB——电秒表

ZK——直流220V电源刀闸

XB——相位表

SK——测试台三相电源刀闸

YJ——电压继电器

DK——交流220V电源刀闸

LJ——电流继电器

XJ——信号继电器

DCDJ——差动继电器

SJ——时间继电器

CG1——交流220V电源（单相调压器TY1）输出接线柱（a，0）

CG2——三相交流电源输出接线柱（a，b，c，o）

CG3——直流220V电源输出接线柱（+，-）

CG4——交流220V电源（单相调压器TY2）输出接线柱

CG5——整流桥

CG6——电秒表接线柱

CG7——相位表接线柱

电源操作说明如下：

（1）图3中，当刀闸全部拉开时，所有指示灯都不亮，实验台上各元件、接线柱、移相器、调压器均不带电。

（2）当合上测试台三相电源刀闸（SK）时，测试台电源指示灯（XD3）亮，移相器、调压器带电；三相交流电源输出接线柱（CG2）带电，其电压值和相位由调压器和移相器控制，同时交流220V电源刀闸（DK）和直流电源刀闸（ZK）原方带电。

（3）当合上交流220V电源刀闸（DK）时，交流电源指示灯（XD2）亮，交流220V（单相调压器TY1）输出接线柱（CG1）上有a、0相交流0~220V电压，交流220V（单相调压器TY2）输出接线柱（CG4）上有交流0~48V电压（单相调压器TY2经隔离变压器输出到CG4上）。

（4）当合上直流电源刀闸（ZK）时，直流电源指示灯（XD4）亮，直流220V输出接线柱（CG3）上有直流220V电压。

打开电秒表（DB）和相位表电源开关，电秒表和相位表的电源指示灯亮。

继电器特性测试台电源系统如图3所示。

DK

图3电源系统图

注意事项

1、继电器特性测试台，工作电流和工作电压不得超过允许值。

实验电流较大（大于3A）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，要由教师检查线路。

5、实验中不允许带电改变操作。

实验一电流、电压、时间继电器特性实验

（一）实验目的

1．熟悉几种常见继电器（如电流继电器、电压继电器、时间继电器等）结构与特点。

2．掌握电流、电压、时间继电器基本参数的测量与调整方法

3．了解电磁型继电器的时间特性。

（二）电流继电器原理及特性实验

1.电流继电器原理

DL-30系列电流继电器，用于电机、变压器和输电线的过负荷和短路保护线路中，作为起动元件。

结构和原理

   继电器系电磁式，瞬时动作，磁系统有两个线圈，线圈出头接在底座端子上，用户可以根据需要串并联，因而可使继电器整定变化一倍。

   继电器名牌的刻度值及额定值对于电流继电器是线圈串联的（以安培为单位）转动刻度盘上的指针、以改变游丝的反作用力矩，从而可以改变继电器的动作值。

   继电器的动作：

电流升至整定值或大于整定值时，继电器就动作，动合触点闭合，动断触点断开。

当电流降低到0.8倍整定值时，继电器就返回，动合触点断开，动断触点闭合。

内部接线

2．实验内容：

（1）观察电流继电器的内部结构，熟悉动作原理。

（2）测定电流继电器动作、返回电流值及计算其返回系数。

3．实验方法与步骤

（1）实验线路接线图如图1-1所示：

A

图1-1电流继电器动作电流值测试实验接线图

（2）所用设备三相电源开关、单相电源开关、直流电源开关、220V可调变压器、30欧姆/5安可调电阻、电流表0～2A（ZSPX-1型智能多功能表）、直流电源、电流继电器、指示灯、导线若干。

（3）实验步骤

A按图接线，将继电器线圈串联，调整把手置于刻度盘的某一刻度（整定值），TY1置最小位置。

   b合上Sk、DK、ZK空气开关，缓慢调节TY1使电流均匀上升到接近把手值时，用可调电阻进行微调直到继电器刚好动作时（动合触点闭合，指示灯亮）的电流，即为动作电流Idz，记下读数；然后缓慢减少电阻使电流均匀下降，使继电器刚好返回时（动合触点断开，指示灯熄）的电流，即为返回电流Ifh，记下读数，填入下表。

   c改变刻度位置，重复上述步骤，并记下读数。

每个刻度重复三次，取其平均值以求返回系数Kfh。

   d继电器线圈改为并联接法，重复上述步骤。

e要求：

Kfh在0．85～0．9之间，误差不大于±3％为合格。

电流继电器特性实验数据表

把手位置

两线圈串联

两线圈并联

最小

中间

最大

最小

中间

最大

电流值（A）

1

2

3

平均值

返回系数

（三）电压继电器原理及特性实验

1.电压继电器原理

DY-30系列电压继电器，用于继电保护线路中，作为过电压保护或低电压闭锁的动作元件。

结构和原理，继电器为插拔式结构，嵌入式安装，并有透明的塑料外罩，可以观察继电器的整定值和规格等。

继电器系电磁式，瞬时动作，磁系统有两个线圈，线圈出头接在底座端子上，用户可以根据需要串并联，因而可使继电器整定范围变化一倍。

继电器铭牌的刻度值及额定值对于电流继电器是线圈串联时的（以A为单位），对于电压继电器是线圈并联时的（以V为单位）。

转动刻度盘上的指针，以改变游丝的反作用力矩从而可以改变继电器的动作值。

继电器的动作：

对于过电流（压）继电器，电流（压）升至整定值或大于整定值时，继电器就动作，动合触点闭合，动断触点断开。

当电流（压）降低到0.8倍整定值时，继电器就返回，动合触点断开，动断触点闭合，对于低电压继电器，当电压降低到整定电压时，继电器就动作，动合触点断开，动断触点闭合。

2．实验内容

（1）观察电压继电器的内部结构，熟悉动作原理。

（2）测定电压继电器动作、返回电压值及计算其返回系数。

3．实验方法与步骤

（1）实验接线图如下图1—2所示：

V

图1-2电压继电器动作值测试图

（2）所用设备

三相电源开关、单相电源开关、直流电源开关、220V可调变压器、电压表0～150V（ZSPX-1型智能多功能表）、直流电源、电压继电器、指示灯、导线若干。

（3）实验步骤

a按图接线，将继电器线圈串联，调整把手置于刻度盘的某一刻度（整定值），TY1置最小位置。

b合上Sk、DK、ZK空气开关，缓慢调节TY1使电压均匀上升，直到继电器刚好动作时（动合触点闭合，指示灯亮）的电压，即为动作电压Udz，记下读数；然后缓慢减少TY1使电压均匀下降，使继电器刚好返回时（动合触点断开，指示灯熄）的电压，即为返回电压Ufh，记下读数，填入下表。

c改变刻度位置，重复上述步骤，并记下读数。

每个刻度重复三次，取其平均值以求返回系数Kfh。

d继电器线圈改为并联接法，重复上述步骤。

e要求：

Kfh在0．85～0．9之间，误差不大于±3％为合格。

电压继电器动作值、返回值测试

把手位置

两线圈串联

两线圈并联

最小

中间

最大

最小

中间

最大

电流值（A）

1

2

3

平均值

返回系数

（四）时间继电器特性实验

1.实验原理

DS-30系列时间继电器，作为辅助元件用于各种保护及自动装置线路中，使被控元件达到所需要的延时，在保护装置中用以实现主保护与后备保护的选择性配合。

继电器起动部分系按电磁原理构成

继电器是带有延时机构的螺管线圈式继电器，具有交流和直流规格。

继电器的交流规格继电器内部装有桥式整流器，将交流电源整流后供给电磁机构，每台继电器具有两副瞬时转换触点，一副滑动延时触点，一副延时主触点。

当加电压于线圈两端时，铁心克服塔形弹簧的反作用力被吸入，瞬时转换触点进行瞬时转换，同时延时机构启动，经过一定的延时，然后闭合滑动延时触点和延时主触点。

主触点接触后由于上挡限制机构的转动，机构停止，从而得到所需延时。

当线圈断电时，在塔形弹簧的作用下，使唧子和延时机构返回原位,延时一致性不大于0.125s

2.实验内容

（1）观察时间继电器的内部结构及其动作原理。

（2）测量时间继电器的动作时间。

3．实验方法与步骤

（1）实验接线图如下图1—4所示

端口

图1-4时间继电器动作时间测试原理图

（2）所用设备

200V直流电源、BK操作开关、ZSPX-1型智能多功能表、时间继电器、导线若干。

（3）实验步骤为：

（1）按图1-4接好线路，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；

（2）合上BK，记录电秒表显示的读数，然后复位；

（3）测量三次，取平均值，结果填入表1-4中。

（4）计算动作时间误差。

表1-4时间继电器特性实验数据

t1（3”）

t2（4.5”）

备注

一次

二次

三次

一次

二次

三次

测量值（ms）

误差

（六）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？

电压电流线路保护屏系统简介

线路保护屏是由电磁型电流电压保护和微机保护组成用于教学的线路保护实验屏。

一、系统结构

线路保护屏一次系统如图2-1所示，其原理图如图2－2所示。

A站装有无时限电流速断保护及定时限过电流保护和微机线路保护。

B站装有电流电压联锁速断保护和定时限过电流保护。

负载

~

图2-1线路保护一次系统图

保护元件动作值的整定

图2-1中若取电源线电压为100V，系统阻抗分别为Xs.min=2Ω，XS.N=4Ω，Xsmax=5Ω），线路AB段和BC段的阻抗均为10Ω。

设AB段最大负荷电流为1.2A，BC段最大负荷电流为1.0A。

无时限电流速断保护可靠系数K1=1.25，过电流保护可靠系数Km=1.15，继电器返回系数Kh=0.85，电流互感器的变比nCT=1，自启动系数Kzq=1.0，

。

根据给定条件，理论计算A、B站保护各元件的整定值，根据计算结果，对A、B站保护各元件进行整定。

2SKP

微机线路保护

A站指示器

B站指示器

B站微机

保护出口

图2—3线路保护屏平面布置图

+

+

-

JA

-

JA

JA

LP3

A站保护出口常开触点

~

COM

B相

+

去1SKP

13

18

+

+

+

+

16

1SJ

2LJ

3LJ

4LJ

1LJ

COM

~

13

18

1XJ

2XJ

LP6

1ZJ

B站保护出

口常开触点

A站微机保护

1ZJ

14

+

6LJ

5LJ

+

1

+

+

+

B站微机保护

8LJ

7LJ

2SJ

2

1

4

6

3

5

-

LP1

B相

-

LP8

-

16

5

4

6

3

2

1ZJ′

LP2

去2SKP

2ZJ′

3XJ

4XJ

COM

-

LP7

COM

B站保护出口

1KM

2KM

Aa

Ab

4

3

2

1

a

A

1R

4R

D1

43

4

1

B

b

2R

5R

D2

23

6

5

VBC

5

8

C

c

67

3R

6R

D3

12

9

7

8

AC

TB

1SK

2SK

1011

3

4

10

9

3

4

1QC

2QC

109

系统阻抗RS

1

2

B相

B相

1

2

12

11

12

11

1ZJ

2SC2SB2SA

1SC1SB1SA

2ZJ

2SKP

6.3V

1SKP

6.3V

1413

1SKP

O′

2SKP

O′

1413

1SK

2SK

图2－2线路保护屏屏面原理图

-

JA

JA

+

AC

Ab

+

+

5LJ

6LJ

B站出口常开触点

A站保护出口

Aa

12

11

10

9

3

4

7

8

6

5

4

3

2

VBC

1

a

3XJ

4XJ

2SJ

8LJ

7LJ

1XJ

2XJ

1SJ

4LJ

3LJ

2LJ

1LJ

1KM

TB

C

B

A

c

b

67

5

1QC

1R

2R

3R

1SK

1SKP

1ZJ

B相

1SK

2SC2SB2SA

4R

5R

6R

2QC

D3

D2

D1

2SK

-

-

-

LP1

LP3

去1SKP

A站出口常开触点

B站保护出口

LP7

LP6

B相

B相

1ZJ

1ZJ

-

+

+

+

+

+

+

+

+

1SC1SB1SA

B相

2SK

2ZJ

2SKP

O′

2KM

6．3V

2SKP

O′

1SKP

6．3V

1

2

1413

43

109

4

8

12

1

9

23

1011

系统阻抗RS

图2—2线路保护屏常规保护屏面原理图

1．屏面布置图（如图2-3）。

图中的符号所对应的设备名称如下所示。

其中：

A、B——微机线路保护装置。

Qc——系统运行方式选择开关。

有“最大”（Rs=2Ω），“最小”（Rs=5Ω）和“正常”（Rs=4Ω）三种运行方式供选择。

1SK、2SK——分别为A站和B站模拟断路器的合闸按钮。

1SKP、2SKP——分别为A站和B站模拟断路器的跳闸按钮。

JA——解除自保持的复归按钮。

1QC、2QC——分别为A、B站的短路操作开关。

开关手柄垂直为短路接通状态。

1SA、1SB、1SC、2SA、2SB、2SC——分别为A站和B站对应相短路模拟开关。

开关手柄垂直为短路接通状态。

LP1、LP7——分别为A站和B站常规保护出口投退连接片。

LP2、LP8——分别为A站和B站微机保护出口投退连接片。

LP3、LP4、LP5、LP6——为备用端子。

3XJ

LP8

2ZJ

2．屏接点展开图（如图2—4）

3．屏背面视图（如图2-5）

RS

图2-5线路保护屏背面布置示意图

1R、2R、3R——AB线路段三相模拟阻抗，阻值分别为10Ω。

4R、5R、6R——BC线路段三相模拟阻抗，阻值分别为10Ω。

Rs——模拟系统阻抗，Rs.min=2Ω，RS.N=4Ω，Rs.max=5Ω。

1KM、2KM——分别为A站和B站模拟断路器。

DC——直流电源，Sk为直流电源开关，手柄垂直为接通状态。

4．微机线路保护装置面板布置（如图2-6）

10

9

8

7

5

2

19

18

17

16

15

14

13

12

1

3

4

6

11

图2-6微机线路保护装置面板布置图

1）．显示屏——正常运行时，分别显示三相电流：

1A、1B、1C为A、B、C三相电流；保护动作时，显示动作信息：

“Sd－”表示速断动作；“GL－”表示过流动作；“GFh－”表示过负荷动作。

2）．正常灯——工作正常时，该灯闪亮。

3）．速断灯——速断保护动作时，该灯亮。

4）．过流灯——过流保护动作时，该灯亮。

5）．过负荷灯——过负荷动作时，该灯亮。

6）．电源灯——电源开关合上时，该灯亮。

7）．信号复位——用于保护动作后复位信号。

8）．跳闸按钮。

9）．选控按钮。

10）．合闸按钮。

11）．电源开关。

12）．选下一项按钮——用于选择各种整定参数单元。

13）．选上一项按钮——用于选择各种整定参数单元。

14）．15）——改变参数单元值按钮。

16）．画面切换按钮——用于选择微机的显示画面。

17）信号复位

18）．未用。

19）．主机复位——主机CPU复位按钮。

5．微机保护的整定

①将微机保护装置运行在正常状态下；

②按压[画面切换]键，直到显示出“PA-000”，再按[+]键输入密码，按压[▽]键结束，此时，若密码正确就可显示出01单元值，并且能够通过[+]键改变保护选择单元的选择值；通过[+]、[－]键改变保护参数单元整定值大小；通过[△]、[▽]键可往后或往前选择各种参数单元（注意：

最好先确定好保护的整定值的数值大小，后确定相应的保护的投入选择）。

在确定完各种参数以后，按压[画面切换]键，显示出“yn”，此时，若按压[+]键，则保存整定值（断电、复位也不会改变），若按压[－]键，则新整定值在断电或复位时将被清除，又恢复旧值。

注：

微机保护的无密码，按确定就可以了

③保护参数单元名称及意义

01：

速断保护选择单元——“1”为投入，“0”为切除；

02：

过流保护选择单元——“1”为投入，“0”为切除；

03：

过负荷保护选择单元——“1”为投入，“0”为切除；

04：

CT断线判断单元——“on”为投入，“off”为切除；

05：

电流比例系数单元——用于调整三相电流显示数值；

06：

速断保护动作时间单元（秒）；

07：

过流保护动作时间单元（秒）；

08：

过负荷动作（告警）时间单元（秒）；

09：

速断保护整定值单元（A）；

10：

过流保护整定值单元（A）；

11：

过负荷整定值单元（A）。

④本装置现设定：

01—on02—on03—on04—off05—1.006—0

07—108—409—6.0110—1.6111—1.5

6．微机显示信息

正常运行时，微机处于测量状态，显示屏循环显示A、B、C三相电流值；故障时，微机保护动作后显示屏上前面二位表示故障类型，“Sd－”表示速断保护动作，同时速断灯亮；“GL－”表示过流保护动作，同时“过流灯”亮；“GFh－”表示过负荷保护动作，同时“过负荷灯”亮。

注意：

当显示画面为非正常运行显示画面时，在10秒钟内若没有键盘输入信号，则装置将自动切换到正常运行时的显示画面。

7．微机复位

①[主机复位]：

工作不正常时，可按压该键；

②[信号复位]：

当微机保护动作后，须按压该键进行复位。

二、主要实验功能

（一）模拟系统正常运行方式实验；

1．将Qc置于“正常”位置；

2．AB段和BC段模拟线路阻抗调到最大处；

3．合上实验电源，调节调压器