继电保护综合试验台实验指导书样本.doc

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一、 前 言
( 一) 发电厂变电所二次系统的基本概念
1．一次系统与二次系统的概念
发电厂和变电所的电气设备分为一次设备和二次设备。一次设备有发电机、 变压器、 断路器、 隔离开关、 电抗器、 电力电缆以及母线、 输电线路等。由这些设备按一定规律相互连接构成的电路称为一次接线或一次回路, 它是发电、 变电和输配电的主体。二次设备包括监察测量仪表、 控制及信号器具、 继电保护装置、 自动装置、 远动装置等。这些设备一般是由电流互感器、 电压互感器、 蓄电池组成或厂( 所) 用低压电源供电, 表明它们互相连接关系的电路称为二次接线又称二次回路。二次回路的设备一般为低压设备。在发电厂和变电所中, 虽然一次接线是主体, 可是, 要实现安全、 可靠、 优质、 经济地发、 变、 输配电, 二次接线同样是不可缺少的重要组成部分。特别是对于运行控制而言, 二次接线显得更加重要。
2．断路器的控制回路和信号回路
在发电厂和变电所内对断路器的控制, 按控制地点可分集中控制和就地控制两种。对主要设备, 如发电机、 主变压器、 母线分段或母联、 旁路断路器、 35KV及以上电压的线路以及高、 低压厂用工作与备用变压器等采用集中控制, 对6～10kV线路以及厂用电动机等采用就地控制。所谓集中控制就是集中在主控制室内进行控制, 被控的断路器与主控制室之间一般都有几十米到几百米的距离。所谓就地控制是指在断路器安装地点进行控制, 能够大大地减少主控制室的建筑面积和节省控制电缆。
断路器的控制一般是经过电气回路来实现的, 为此必须有相应的二次设备, 在主控制室的控制屏上应当有能发出跳、 合闸命令的控制开关, 在断路器上应当有执行命令的操动机构( 跳、 合闸线圈) 。
( 二) 继电保护的任务与作用原理及组成
1．作用原理
电力系统中发生故障和出现不正常运行情况时, 系统正常运行遭到破坏, 以致造成对用户的停止供电或少供电, 有时甚至破坏设备。
为了预防事故或缩小事故范围, 提高电力系统运行的可靠性, 最大限度地保证向用户安全连续供电, 在电力系统中, 必须有专门的继电保护装置。
继电保护装置必须能正确区分被保护元件是处于正常运行还是发生故障, 必须能正确区分被保护元件是处于区内故障还是区外故障, 保护装置要实现这些功能, 需要根据电力系统发生故障前后电气物理量发生变化的特征为基础来构成。例如:
( 1) 根据短路故障时电流的增大, 可构成过电流保护。
( 2) 根据短路故障时电压的降低, 可构成低电压保护。
( 3) 根据短路故障时电流与电压之间相角的变化, 可构成功率方向保护。
( 4) 根据短路故障时电压与电流比值( ) 的变化, 可构成距离保护。
( 5) 根据故障时, 被保护元件两端电流相位和大小的变化, 可构成差动保护。
( 6) 根据不对称短路时, 出现的电流、 电压的相序分量, 可构成零序电流保护, 负序电流保护及零序和负序功率方向保护等等。
2. 继电保护的组成
继电保护实质上是一种自动控制装置, 根据控制过程信号性质的不同, 能够分为模拟型和数字型两大类。多年来应用的常规继电保护装置都属于模拟型, 而上世纪70年代发展的计算机保护则属于数字型, 虽然这两类保护的实现方法和构成各不相同, 但其基本原理是相同的。继电保护根据被保护的对象不同, 又分为元件保护和线路保护两类。元件保护指发电机、 变压器、 母线和电动机等元件的保护; 线路保护指电力网及电力系统中输电线路的保护。
继电保护的构成方式虽然很多, 但一般均由测量回路、 逻辑回路和执行回路三部分组成, 其方框图如图1-1所示, 测量回路1的作用是测量被保护设备物理量( 如电流、 电压、 功率方向) 的变化, 以确定电力系统是否发生故障和不正常工作情况, 然后输出相应的信号至逻辑回路。逻辑回路2的作用是根据测量回路的输出信号进行逻辑判断, 以确定是否向执行回路发出相应的信号。执行回路3的作用是根据逻辑回路的判断执行保护的任务, 跳闸或发出信号。

1
2
3
跳闸或信号
被测物理量

图1-1 继电保护的方框图
现以电磁型过电流保护为例来说明继电保护装置的组成和作用原理。
图1-2示出其单相原理图。电力系统正常运行时, 测量回路( 电流继电器KA的线圈回路) 流过的是负荷电流, 继电器KA的触点不闭合, 没有输出信号至逻辑回路( 时间继电器KT的线圈回路) , 断路器不会跳闸。当电力系统发生故障时, 测量回路电流增大, 电流继电器KA的触点闭合, 接通逻辑回路, 经逻辑判断( 此电路为延时判断) 后, 时间继电器的触点闭合, 接通执行回路( 信号继电器KS的线圈) , 经过中间继电器KM使断路器跳闸。
KA
KT
KS
KM
TQ
发信号

图1-2 电磁型线路过电流保护的单相原理图
由图1-2能够看到:
( 1) 电磁型继电保护是由若干个不同功能的继电器组合而成的。例如, 用电流继电器、 时间继电器、 中间继电器、 信号继电器能够组合成电流保护, 用电流、 低压、 时间、 中间、 信号等继电器能够组合成低压闭锁过流保护。同样, 用阻抗继电器、 差动继电器和时间、 中间、 信号等继电器的组合, 可构成距离保护、 差动保护等。
( 2) 所有电磁型继电器都具有可动的触点, 继电器是否动作, 容易看到, 对于继电保护的初学者, 易于理解接受, 因此, 机电型继电器常常被作为继电保护的基础教学内容进行讲授。
( 三) 试验台的特点及其应用
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,还能够完成常规和微机的变压器差动保护。学生能够自行设置短路点, 真实模拟线路故障情况, 学生还能够自行设计保护接线, 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, 能够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) 试验台的微机保护能够进行现场手动跳、 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1-3。
一次系统图见图1-4。
面板布置图见1-5。

图1-3 DJZ-Ⅲ电气控制及继电保护试验台外形图

1
2,4,5W
继电保护
测量孔
1KO
1CT
TB
220/127V
RS
最小
最大
区内
区外
PT测量
移相器
2KO
2CT
K1
1R
2W
3KO
Rd
10W
2R
45W
DX
K3
图1-4 DJZ-Ⅲ一次系统图

2．试验台面板布置
图1-5 DJZ-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
GC7 1CT二次侧测试孔
GC8 PT测试孔
GC9 2CT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.学生能够做单个继电器的特性试验, 能够采用积木式办法, 将继电器组合起来做整组实验;也能够利用变压器做常规、 微机变压器差动保护;还能够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-Ⅲ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） 其它
DJZ-Ⅲ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。
( 四) 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。

二、 常规继电器特性实验
( 一) 电磁型电压、 电流继电器的特性实验
1．实验目的
1) 了解继电器基本分类方法及其结构。
2) 熟悉几种常见继电器, 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。
2．继电器的类型与原理
继电器是电力系统常规继电保护的主要元件, 它的种类繁多, 原理与作用各异。
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与非电量的两种。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。
2) 电磁型继电器的构成原理
IKA
3
4
F
a
5
6
1
2
7
图2-1 DL系列电流继电器
继电保护中常见的有电流继电器、 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。下面仅就常见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。
下面经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2-1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所组成。
当线圈中经过电流IKA 时, 铁心中产生磁通Φ , 它 经过由铁心、 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与磁通Φ 的 平方成正比, 即
FeΦ2
其中 F =
因此
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与转动舌片力臂的乘积, 即
( 2-1)
式中, K2 为与磁阻、 线圈匝数和转动舌片力臂有关的一个系数, 。
从式( 2-1) 可知, 作用于转动舌片上的电磁力矩与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, 因此, 电磁型结构能够制造成交流或直流继电器。除电流继电器之外, 应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)。因此由式( 2-1) 得到继电器的动作条件是:
( 2-2)
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( 2-2) 中用IOP代替IKA并取等号, 移项后得:
( 2-3)
从式( 2-3) 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d。
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:
( 2-4)
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( 2-4) 中, 用Ire代替IKA并取等号且移项后得:
( 2-5)
返回电流Ire与动作电流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。中国工厂生产的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。
其电磁机构与电压继电器相同, 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, 因此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。
3．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2-2所示:
A
~220V
KA
+
-
R
TY1
30W 5A 2A

图2-2 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, 使调压器输出指示为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( 2) 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2-1 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
电流继电器动作时间测试实验原理图如图2-3所示:
~220V
KA
BK
停止
A
多功能表
启动
TY1

图2-3 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2-2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2-2中。
表2-2 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
2.4A
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2-2。
( 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2-4所示:
~220V
KV
+
-
TY1
150V
V

图2-4 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2-3中。
表2-3 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2-5所示:

图2-5 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2-4中, 且第一次动作时间测 量不计入测量结果中。
表2-4 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2-6 过电流保护实验原理接线图
实验步骤如下:
①图2-6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, 将滑线变阻器的滑动触头放置在中间位置, 实验开始后能够经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。( 各电源对应指示灯均亮。)
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, 能够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2-7 低电压闭锁过流保护实验原理接线图
实验步骤如下:
①图2-7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输出端的接法与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, 同时并上一块交流电压表。整定电流继电器为1A, 电压继电器为20V(也能够在量程0-60任意选择)。
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。( 各电源对应指示灯均亮)
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2-5中的给定值, 然后调TY1减小调压器的输出电压至表2-5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2-5 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
40

1.5
30

1.5
10

( 3) 复合电压启动的过电流保护
多种继电器配合实验, 除了上述两个以外还能够做复合电压启动的过电流保护实验。如图2-8所示, 它是由一个接于负序电压滤过器上的过电压继电器, 一个接于线电压上的低电压继电器和一个电流继电器等组成的。
-
KA
+
KV2
a
o
~220V
KT
+
-
KS
-
KM
+
-
A
B
KV1
负序电压滤过器
a
b
c
A

( a)

KA
+
KV2
KT
+
-
KS
-
KM
+
-
-
KV1
负序电压滤过器
a
b
c
a
o
a
o
~220V
A

(b)
图2-8 复合电压启动的过电流保护实验原理接线图
在图a的接线方式下, 各种不对称短路时, 由于出现负序电压, 过电压继电器将动作, 常闭触点被打开, 切断了加在低电压继电器上的电压, 它的常闭接点依然闭合, 正电源经过起其触点启动中间继电器, 使其常开触点闭合, 最后动作与指示灯。
在图b的接线方式下, 发生两相短路时, 由于负序电压继电器的启动更为灵敏, 常开接点闭合。这时, 因电流继电器也动作, 时间继电器启动, 经预定延时, 动作与指示灯; 当发生三相短路时电压陡然下降到很低, 电流继电器的常开触点变为常闭与低电压继电器的常闭触点相连, 动作与出口继电器的指示灯。
实验时可根据上述两种不同的方法进行接线, 比较在不同接线方式下保护动作的不同之处。
由于这种保护方式涉及到线路模型, 本小节就不再详细说明, 具体原理及实验内容参考第三章有关内容。
4．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与哪些因素有关?
( 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?
( 二) LG-11型功率方向继电器特性实验
1．实验目的
( 1) 学会运用相位测试仪器测量电流和电压之间相角的方法。
( 2) 掌握功率方向继电器的动作特性、 接线方式及动作特性的试验方法。
( 3) 研究接入功率方向继电器的电流、 电压的极性对功率方向继电器的动作特性的影响。
2．LG-11型功率方向继电器简介
在单侧电源的电网中, 电流保护能满足线路保护的需要。可是, 在两侧电源的电网( 包括单电源环形电网) 中, 只靠简单电流保护的电流定值和动作时限不能完全取得动作的选择性, 为此, 必须在保护回路中加方向闭锁, 构成方向性电流保护, 要求只有在流过断路器的电流的方向从母线流向线路侧时才允许保护动作。保护动作的方向性, 能够利用功率方向继电器来实现。
1) LG-11整流型功率方向继电器的工作原理
LG-11型功率方向继电器是当前广泛应用的整流型功率方向继电器, 其比较幅值的两电气量动作方程为:

继电器的原理接线如图2-9所示, 其中图( a) 为继电器的交流回路图, 也就是比较电气量的电压形成回路, 加入继电器的电流为, 电压为。电流经过电抗变压器DKB的一次绕组W1, 二次绕组W2和W3端钮获得电压分量, 它超前电流的相角就是转移阻抗的阻抗角jk, 绕组W4用来调整jk的数值, 以得到继电器的最灵敏角。电压经电容C1接入中间变压器YB的一次绕组W1, 由两个二次绕组W2和W3获得电压分量, 超前的相角为90°。DKB和YB标有W2的两个二次绕组的联接方式如图所示, 得到动作电压+, 加于整流桥BZ1输入端; DKB和YB标有W3的二次绕组的联接方式如图所示, 得到制动电压-, 加于整流桥BZ2输入端。图( b) 为幅值比较回路, 它按循环电流式接线, 执行元件采用极化继电器JJ。
继电器最大灵敏角的调整是利用改变电抗变压器DKB第三个二次绕组W4所接的电阻值来实现的。继电器的内角a=90°-jk, 当接入电阻R3时, 阻抗角jk=60°, a=30°; 当接入电阻R4时, jk=45°, a=45°。因此, 继电器的最大灵敏角jlsen=-a, 并能够调整为两个数值, 一个为-30°, 另一个为-45°。
当在保护安装处正向出口发生相间短路时, 相间电压几乎将降为零值, 这时功率方向继电器的输入电压»0, 动作方程为, 即。由于整流型功率方向继电器的动作需克服执行继电器的机械反作用力矩, 也就是说必须消耗一定的功率( 尽管这一功率的数值不大) , 因此, 要使继电器动作, 必须满足的条件。因此在»0的情况下, 功率方向继电器动作不了, 因而产生了电压死区。
－45°
－30°
5
6
*
*
*
*
BZ1
BZ2
7
8
*
*
Y
*
*
W1
W2
W3
W4
W2
W3
W1
DKB