电力工程实验指导书

实验2 线路的定时限过电流保护实验

一、实验目的

1. 掌握定时限过电流保护的整定原则与方法；

2. 明确定时限保护装置中信号继电器、中间继电器的应用与作用；

3. 理解供配电系统中组成的定时限过电流保护线路及其保护原理；

4. 学会自我设计电路原理图，并分析判断运行结果的正确性。

二、定时限过电流保护简要说明

电力系统的发电机、变压器和线路等电气元件发生故障时，将产生很大的短路电流，而且，故障点距离电源愈近，短路电流愈大。所以，继电保护装置根据故障电流大小而动作的电流继电器和其他电器元件构成过电流保护和速断保护。当故障电流超过它们的整定值时,保护装置就动作，使断路器跳闸，将故障从系统中切除。其中常用的一种是过电流保护就是定时限过电流保护。

定时限保护是指继电保护的动作时间(时限)固定不变，与故障电流的大小无关。定时限保护的时限由时间继电器获得的，它的时限根据保护要求来整定。定时限过电流保护一般采用两段式保护。通常由电磁型电流继电器、时间继电器、中间继电器和信号继电器构成。实际电力运行中的变压器定时限过电流保护与线路定时限过电流保护的原理接线如图1-1所示。

在图1-1中，继电器l、2、3、7构成无时限过电流保护，继电器4、5、6、8构成定时限保护。电流继电器作为起动元件，首先反映出电流的剧增。

当过载时，LH(TA)二次电流I2大于继电器动作电流时，首先继电器4或5动作，其次6动

作，在整定的时限后8动作，发出信号的同时，最后动作于断路器的跳闸线圈TQ、断路器

QD跳闸，切断故障。

当发生短路时，LH(TA)二次电流I2大于继电器动作电流时，继电器1或2动作，接着3 动

作；然后7动作发出信号同时动作于断路器跳闸线圈TQ、断路器QD跳闸、切除故障。

本实验拟定为两级定时限过电流保护，其简化原理示意图(只示意继电器动作顺序)如图

1-2所示。

从图1-2可以看出其保护原理和保护组成的环节所用的继电器基本上是相同的。

图1-1 定时限过电流保护原理接线图

1、2、4、5为电磁型电流继电器；3为中间继电器;6为时间继电器；

7、8为信号继电器；9、10为跳闸连接片；11为电流试验端子

图1-2 两级定时限过电流保护简化示意图

三、实验内容

l.在没有对实验台供电的前提下，按图1-3正确连接实验电路，并反复检查是否接线有误。

2.核查单相调压器置“0”输出位置。模拟WL1阻抗的RP1调至较小值(逆时针方向调节，但不要调到底，约RP1值的1/3~1/4)，而模拟WL2阻抗的RP2则调至较大值(顺时针方向调节，

约RP2值的2/3~3/4)。

3.闭合总电源开关，按起动按钮，对实验装置台供电。调节单相调压器，使电流表通过的电流为2A，此电流假定为通过电流继电器KA1和KA2的最大负荷电流I‘Lmax，按停止供电按钮断电。

计算最大负荷电流公式为I’Lmax=（K w/K i）I Lmax，其中

K w----------为电流继电器KA1和KA2的结线系数。接线系数有三种情况：

①两相两继电器式结线属相电流结线。在一次电路发生任何相间短路时，K w=l，即

保护灵敏度都相同。

②两相一继电器式结线，即两相电流差结线或两相交叉结线，当一次电路发生三相短

路时，3

K)3(W 。

③当装有电流互感器的A 、C 两相短路时，2K )

C A,(W =。而当A 、B 两相或B 、C 两相短路时，

1K K )C B,(W )

B A,(W

==，这里B 相未装电流互感器。

K i ----------为电流互感器的变流比。

4. 整定计算KA1和KA2的动作电流：不仅动作电流I OP 要躲过I L ‘max ，而且返回电

流I re 也要躲过I L ‘max ，因此

max L

re

rel max L i

w

rel

op I I re I K

K K

K K

K ,,'=

=

式中K rel------可靠系数，取1.2。（DL 型电流继电器取1.2，GL 型电流继电器取1.3。）

K re------继电器的返回系数，取0.8。

于是，动作电流应为max L op I I ,5.1'=。根据内容3中的要求，通过的电流为2A ，即A I m a x L

2,='，故A I op 3=。 5. 整定KT1和KT2时间继电器的动作时间。

先拟定将KT2整定为0.7S （两级定时限过电流保护，后一级取0.7S ），为了保证前后两

KA1、KA2为电流继电器；KT1、KT2为时间继电器；KS1、KS2为信号继电器； KM1、KM2为中间继电器；HL1、HL2为模拟跳闸灯

图1-3 两级定时限过电流保护实验电路

级保护装置动作的选择性，按“阶梯原则”进行整定，前一级保护动作的时间t1，应比后一级保护中整定的时间t2要大一个时间级差△t。一般△t取0.5~0.7S)。故当t2取0.7S，△t取0.6S 时，则KTl整定取t1= t2+△t=0.7+0.6=1.3S。

6. 将RP2逆时针方向调小阻值，以模拟线路WL2首端K处发生三相短路。

7. 合上单相电源开关对实验装置供电后, 按下启动按钮同时观察前后两级保护装置的动作情况及HL1、HL2二指示灯点亮的顺序。

四、注意事项

1.认真细致读懂实验电路，特别注意各个继电器的线圈接线端子及其触点的接线端子,千万不要弄错。

2.注意继电器的触点端子是串接在哪一个继电器的动作线圈。

3.接线时要分步完成，并且先接串联、后并联。

五、思考题

1.定时限过电流保护动作电流、动作时限的整定原则是什么? 如何计算?如何整定?

2.在实际运行线路中，在后一级保护动作使断路器跳闸后，前一级保护动作会不会使其断路器紧接着跳闸? 为什么?

3.在什么情况下，后一级保护启动，前一级保护动作也会使其断路器跳闸？

实验3单侧电源辐射式线路三段式电流保护综合实验

一、实验目的

1.了解三段式电流保护的构成，保护装置中各种继电器的功用。

2.分析线路故障时，三段式电流保护动作配合情况。

二、实验原理

图3-1

无时限电流速断，有限时电流速断与定时限过电流保护相配合构成了三段式电流保护，以线路XL —1的整定为例。

第I 段：无时限电流速断，保护范围为XL-1段的一部分，根据流过B 点的最大短路电流来整定。

整定电流： )

3(max

..//1

.B d K dz I

K I

=，l

dz jx

J

dz n I K

I

/

1./

.1.?

=

式中：jx K ---接线系数；l n ---电流互感器变化；/

K K ---I 段的可靠系数，取值

1.3；max ..B d I ---B 点的最大短路电流。

动作时限为/1t ，它由继电器的固有动作时间决定，S t 0/1≈。

第Ⅱ段：有限时电流速断保护，保护范围为线路XL-1段，并延伸到线路XL-2段的一部分，根据流过C 点的三相短路时的最大短路电流来整定。

整定电流： )

3(max ..////2.////1

.c d K K dz K dz I K K I K I ??=?= 式中：//K K ---第Ⅱ段的可靠系数，取1.1//

=K

K ； )3(max ..c d I ---C 点三相短路的最大短路电流。

动作时限：t t t ?+=/2//1，S t 5=?。

第Ⅲ段：定时限过电流保护，保护范围是线路XL-1及XL-2全部，根据线路的最大负荷电流来整定。

整定电流： max

.1.fh h

zq

K dz I

K K K I ??=

式中：K K ---可靠系数,取15.1=K K ；zq K ---自启动系数，取1=zq K ；h K ---返回系数，取88.0=h K ；max .fh I ：最大负荷电流。

动作时限t t t ?+''='''21（S t 22=''，S t 5=?，则S t 71='''），2

t ''为线路XL-2的过电流保护的动作时限，即按阶梯原则来选择的。

当线路XL-2短路，而其保护拒动或断路器拒动时，线路XL-1的过电流保护可起后备作用使断路器1跳闸而切除故障，当线路XL-1本身故障其他保护拒动时，XL-1线路的过电流保护也可起后备作用。

三段式过电流保护主要用于相间短路和三相短路保护，因此，在6～35KV 的小接地电流系统中，三段式过电流保护有着广泛的应用。

以上三段式电流保护的原理可知三段式电流保护能可靠地保护一条线路。本实验中为使现象明显，级差取的比实际工程值大些，务必注意这一点。

三、实验仪器和设备

JBZ-II 型继电保护实验装置 1台

电流继电器 2只 过流继电器 1只 时间继电器 1只 中间继电器 2只

四、预习要求

1. 预习三段式电流保护原理。

2. 根据实验接线图，电流互感器的变化范围，选择合理的电流互感器的变化，计算各继电器的整定值，并从理论上分析各种短路故障时继电器的动作情况。

五、实验内容及步骤

实验接线如图3-2所示，图中用电阻模拟线路，用接触器代替断路器。

图3-2 三段式电流保护实验原理图

图3-2中所用元件：

RP1调整为20.5Ω表示系统电抗X S

RP 2用来模拟线路WL 1 WL 2电抗XL 1 XL 2及正常最大负荷电阻80Ω AT ：单相调压器（0～250V ，2KVA ） C ：接触器

V ：交直流电压表（0～125V ～250V ～500V ） A ：交流电流表（0～5A ～10A ） 2LJ ，3LJ ：电流继电器（DL —32/6A ） 1LJ ：电流继电器（GL —21/5A ）

2SJ ：时间继电器（DS —32C/XA11K 0—5S ） 3SJ ：时间继电器（DS —33C/XA11K 0—10S ） 1XJ 、2XJ 、3XJ ：信号继电器（DX —4/4.6—10） BCJ ：中间继电器（DZY —204） TA 、QA ：按钮

设WL 1即A,B 线路XL 1=6.5Ω n 1=1 WL 2即B,C 线路XL 2=8.5Ω

根据以上设定及电保护整定原则可以计算出: I dz.1=3.70A I dz.2=3.09A I fhmax =1.00A

I ’dz.1.j =k jx

=4A; k jx 取1 K ’=1.1 I ”dz.1.j =k ”K Idz.2 =3.40A; k ”K 取1.1 I ”

dz.1=

K n 取0.88

当线路电阻小于46.2Ω时为过负荷

Ⅰ段保护范围约等于70%,线路电阻小于4.5Ω Ⅱ段保护范围约等于137%,线路电阻小于8.9Ω t ′=0S

t ”

=t ’

+Δt=5S; Δt 取5S t

’”=t ”+Δt=7S; Δt 取2S

K ’I ’dz. 1

n 1 K K .K ZP K n

I fh max =1.5A; K K 取1.15 K ZP 取1.15

用RP2调整模拟不同线路短路故障点填入下表

是打“√”否打“Ⅹ”

1. 按图3-2所示接线图接线，调单相调压器AT，使电压表示数为100V（即系

统电压为100V）根据计算所得的电流保护整定值，电流继电器整定范围，选择好电流互感器的合理变化，使保护装置的动作相配合，并记录下变比与整定值。

2. 为了便于观察各继电器的配合情况，线路XL—1带时限电流速断时限可整定

为3S，过电流整定为7S，并记录下各保护的动作时限。

3. 过电流保护动作实验：合上K，闸刀，观察过电流保护动作情况，记录下各

继电器起动情况。

4. 模拟XL-1线路的故障。

移动滑线电阻LR1的滑动触点到A，B及中间处。模拟线路XL-1首端、末端、中间处故障时，观察保护装置的动作情况，并作好继电器起动记录。

（** 若实验台上的电阻、开关等不足时，可简化图3-2电流调节电路，利用台上现有的设备完成电流调节，具体电路请同学自己设计改造。）

六、实验报告要求

1.记录各继电器型号，规范及其整定值。

2.分析，比较理论上与实验结果是否一致。文档 2

3.画出图3-2的直流展开图。

七、注意事项

1.正确联接三段式电流保护实验电路，并明确三段式电流保护的范围。

2.三段式电流保护的动作时限的整定原则。

3.电流继电器的电流线圈只允许短时间通入大电流。

附录：常用继电器介绍

1 电磁型电流继电器和电压继电器

DL-30系列电磁型电流继电器常用于电机、变压器和输电线路的过负荷和短路保护中，作为起动元件,只有它首先反应出电流的剧增,由它再起动和传递到保护环节、直至触发断路器跳闸，将故障部分从系统中切除。通过实验对电流继电器的特性、接线方式和整定都有明确的认识。

1.1 电磁型电流继电器

DL-30系列电磁型电流继电器的主要产品有DL-31、DL-32、DL-33、DL-34等。本实验所用的电流继电器为DL-31，最大整定电流为6A、整定电流范围为1.5～6A。该继电器为磁电式，瞬时动作，磁系统有两个线圈，可根据需要串联或并联，故改变接线方式可使继电器整定范围变化一倍。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值（以安培为单位），拨动刻度的指针，即可改变继电器的动作值。（原理是改变游丝的反作用力矩）。

继电器的动作是这样的：当电流值升至整定值或大于整定值时，继电器动作，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。DL-31型电流继电器内部接线如图1-1所示。

附图1 DL-31型电流继电器接线图

DL-31型电流继电器，按整定值的范围的误差有：

①每一整定值的误差不大于±6%。

②继电器刻度极限误差不大于6%。

③动作值的离散度（变差）不大于6%。

④对于DL-31、DL-32、DL-33、DL-34型电流继电器的返回系数不小于0.8，最大整

定电流为200A的电流继电器的返回系数不小于0.7。

⑤在1.1倍动作值时，动作时间不大于0.12S；在2倍动作值时，动作时间不大于

0.04S。

1.2 常用电压继电器

常用的电磁式电压继电器的结构和原理，与电磁式电流继电器极为类似，只是电压继电器的线圈为电压线圈，有过电压继电器和欠电压继电器，多作成低电压(欠电压)继电器。低电压继电器的动作电压U op，为其线圈上的使继电器动作的最高电压；其返回电压U re，为其线圈上的使继电器由动作状态返回到起始位置的最低电压。低电压的返回系数K re＝U re／U op＞1，其值越接近1，说明继电器越灵敏，一般为1.25。过电压的返回系数K re＝U re／U op ＜1，其值越接近1，说明继电器越灵敏。

本实验用DY-32型电压继电器(～60V)，其内部接线如附图2所示。

附图2 D Y-32型电压继电器接线图

2 时间继电器

时间继电器在电路中起着控制动作时间的作用。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。它通常都有延时吸合触头和延时释放触头,有些型号的时间继电器还兼有瞬时闭合与瞬时分断触头。无论是吸合延时还是释放延时继电器，在电力继电保护回路中常用作时限元件获得延时动作来实现自动控制功效。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启动机构将其线圈上的电压全部撤除来完成的。

本实验使用的是JS14S数显型时间继电器,它采用了大规模集成电路，LED数字显示，数字开关预置。该时间继电器设定方便、精度高、延时范围大、输出容量大、功耗低、无机械磨损，故工作稳定可靠。它的端子接线图如附图3所示。

附图3 JS14S接线端子示意图

JS14S数显型时间继电器的主要技术参数:

(l)额定工作电压：AC220V的85%～110%，50HZ；

(2)延时控制精度：交流频率精度0.05秒；

(3)触头与容量：AC220V,3A；DC28V,6A(阻性)。

JS14S使用说明

(l)把数字开关及时段开关预置在所需的控制时间位置，接通电源，此时数显将从零开始计时，当到达所预置的时间时，延时触点动作实现转换，数显保持此刻的时间显示，实现定时控制。

(2)复零功能可作断开延时使用，即在任意时刻接通复零键(按动)，延时触点将回复到初始位置，断开后(释放复零键)，数显从O开始计时。利用此功能，将复零端子接外控触点也可以实现断开延时。

(3)在任意时刻接通暂停键，计时暂停，显示将保持此刻的时间，断开后再继续计时。利用此功能可作累时器使用。

(4)在强电场环境中使用，并且复零及暂停键的引线较长时，应使用屏蔽线，以防电磁干扰而影响继电器的正常工作。

(5)※※复零及暂停端子不允许(切勿)施接电压

3 中间继电器

中间继电器是传输或转换信号的一种中继电器元件，它作为辅助继电器，用于各种保护线路和一些控制线路中，以增加主保护继电器或主控制继电器的触点的数量或容量，来实现一点控制多点、以小功率控制大容量等目的。中间继电器实质上是一种电压继电器，但它的数量多且容量大。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，瞬动式时间继电器的固有动作时间不应大于0.05秒。

本实验使用的是DZ15Q型中间继电器。它的结构和工作原理是这样的：山形导磁体由磁轭与园柱铁心组成，其铁芯上装有线圈。平板衔铁借助磷青铜薄弯板与磁轭板铰链。动、静接触系统分别固定于衔铁与磁轭扳上。当加电压于线圈两端时，衔铁向吸合位置运动，同时改变触点的状态(动合触点闭合)。断开线圈电压(或降低电压至返回值)时，衔铁在拉力弹簧和接触片的反作用力下返回到原始位置，同时触点恢复正常状态(动断触点闭合)。DZl50Q 型中间继电器有两对动合和两对动断触点。内部接线如附图4所示。

附图4 DZ-I5Q型中间继电器接线图(背视)

DZ-15Q型中间继电器通常用在保护装置的出口回路中，用来接通断路器的跳闸回路，因此又称为出口继电器(包括所有DZ系列)。它必须满足继电保护的基本要求：即选择性、速动性、灵敏性、可靠性。本实验通过质捡试验---测量动作的最小电压及额定电压下的动作状态，以检验中间继电器的基本特性。

DZ15Q型中间继电器的主要技术数据如下(可供实验测试对照)：

(1)电磁线圈额定电压AC220Ⅴ。

(2)动作电压: 不小于70%额定电压。

(3)返回电压：不小于3%额定电压。

(4)动作时间：不大于O.045(s)(在额定电压条件下)。

(5)功率消耗：不大于7W(在额定电压下)。

4信号继电器

信号继电器用于继电保护装置和自动装置或个别元件动作后的信号指示。它的系列产品有DX-31A、DX-31B、DX-32A、DX-32B。继电器为嵌入式安装磁电式信号继电器。它由铁芯、线圈、衔铁、接点系统、指示系统、插头座、外壳等几部分组成。当线圈通电时，衔铁

被吸引，信号掉牌（指示灯亮）且接点闭合。失去电源时，有的需要手动复归，有的电动复归。信号继电器有电压动作和电流动作两种。

本实验使用的是DX-31A型信号继电器，它的内部接线如附图5所示。

附图5 DX-31A型信号继电器接线图(背视)

对于信号继电器的技术要求是:灵敏性、可靠性。为此，它有以下几个主要技术参数：

(1)继电器的动作值：电压工作绕组不超过70%额定电压；(电流型工作绕组不超过80%额定电流。)

(2)电压保持绕组的保持电压不大于80%额定保持电压(对DX-32A、DX-32B型信号继电器)。

(3)继电器衔铁活动部分应在不小于5%额定值下可靠返回。