电力系统继电保护仿真实验指导书(试用稿)讲解
电力系统继电保护实验指导书..
《电力系统继电保护》实验指导书电气与信息工程学院实验中心前言电力系统继电保护实验课电力系统继电保护课程重要的实践教学环节，通过实验，加深学生对课程内容的理解，掌握电力系统继电保护的实际运用能力。
学生通过实际操作，从实验中观察到系统故障现象和掌握正确处理的措施，加深对继电器、继电保护装置、自动装置理论知识的理解；掌握常用仪器和试验设备的使用方法，以及继电器的构造原理、调试方法步骤；掌握阅读保护、控制、测量、自动装置的原理展开图和安装图的读图方法。
目的在于培养学生掌握基本的实验方法与操作技能。
目录实验一电磁型电流继电器和电压继电器特性实验（验证性实验） (1)实验二单侧电源辐射式线路三段式电流保护实验（综合型） (5)实验三Y/Δ—11双绕组变压器差动保护实验（综合型） (10)实验四具有灯光和音响监视的断路器控制回路实验（综合型） (15)实验五自动重合闸前加速保护实验（综合型） (18)实验六零序电流保护实验（综合型） (21)实验一电磁型电流继电器和电压继电器特性实验（验证性实验）一、实验目的1、熟悉DL型电流继电器的实际结构、工作原理、基本特性；2、掌握其动作电流、返回电流及返回系数的整定计算方法；3、绘制电磁型电流继电器特性实验的原理接线图。
4、熟悉DY型电压继电器的实际结构、工作原理、基本特性；5、掌握动作电压、返回电压、返回系数及相关参数的整定计算方法；6、绘制电磁型电压继电器特性实验的原理接线图。
二、实验原理DL—20c电流继电器是瞬时动作的电磁式继电器，当电磁铁线圈中通过的电流达到或超过整定值时，衔铁克服反作用力矩而动作，且保持在动作状态：常开触点闭合，常闭触点断开。
继电器的铭牌刻度值是按电流继电器两线圈串联时指示值等于整定值标注的；继电器两线圈并联使用时，整定值为指示值的2倍，转动刻度盘上指针，可以改变游丝的作用力矩，从而改变继电器动作值。
DY—20c系列电压继电器是瞬时动作的电磁式继电器，当电磁铁线圈两端电压达到或超过整定值时，衔铁克服反作用力矩而动作，且保持在动作状态。
电力系统仿真实验指导书
电力系统仿真实验指导书本指导书以电力系统仿真实验为主题，介绍了电力系统仿真实验的基本原理、实验步骤以及实验注意事项。
通过本实验的学习，能够加深对电力系统仿真的理解，掌握基本的仿真技术和方法，为后续电力系统相关实验的学习打下基础。
本实验采用仿真软件实现，所需软件主要为MATLAB和SIMULINK。
学生需要提前熟悉MATLAB和SIMULINK的基本操作和常用函数，具备一定的电力系统基础知识。
一、实验原理电力系统仿真实验是通过电力系统的模型来模拟和控制真实电力系统的运行，以实现对电力系统的研究和分析。
通过仿真实验，可以1观察和分析电力系统在不同工况下的运行特性，验证电力系统的稳定性和可靠性，优化电力系统的运行参数等。
电力系统仿真实验的基本原理是将真实电力系统抽象成数学模型，并通过计算机软件来模拟和控制这个数学模型。
模型的输入是电力系统的初始条件和外部扰动，输出是电力系统的动态响应和稳态结果。
通过对模型输入的控制和模型输出的观测，可以实现对电力系统的研究和分析。
二、实验步骤1. 确定仿真实验的目标和内容。
根据实验要求和实验目标，确定仿真实验的内容和范围。
2. 建立电力系统的数学模型。
根据实验要求和实验目标，将电力系统抽象成数学模型，并确定模型的输入和输出。
23. 编写仿真程序。
使用MATLAB和SIMULINK等软件，编写仿真程序，实现对电力系统模型的仿真和控制。
编写的程序应包括模型的输入和输出控制，仿真参数的设置，仿真结果的观测和分析等。
4. 运行仿真程序。
加载仿真程序，设置仿真参数，运行仿真程序，观察仿真结果。
5. 分析仿真结果。
根据仿真结果，分析电力系统的运行特性，验证仿真模型的准确性和有效性。
6. 优化仿真模型和参数。
根据实验结果，对仿真模型和参数进行优化，提高仿真模型的准确性和有效性。
三、实验注意事项31. 熟悉仿真软件的基本操作。
在进行电力系统仿真实验前，需要提前熟悉使用MATLAB和SIMULINK等仿真软件的基本操作和常用函数。
(整理)电力系统继电保护实验指导书
实验一 阶段式过电流与自动重合闸前加速一、实验目的1、熟悉自动重合闸前加速保护的原理与接线。
2、掌握自动重合闸与继电保护的配合形式。
3、理解继电保护与自动重合闸前加速这种配合形式的使用场合。
二、实验说明重合闸前加速保护是当线路发生故障时，靠近电源侧的保护首先无选择性地瞬时动作，使断路器跳闸，尔后再借助于自动重合闸来纠正这种非选择性的动作。
重合闸前加速保护的动作原理可由图12-1说明,线路X-1上装有无选择性的电流速断保护1和过流保护2，线路X-2上装有过流保护4，ZCH 仅装在靠近电源的线路X-1上。
无选择性电流速断保护1的动作电流，按线路末端的短路电流来整定，动作不带延时。
过流保护2、4的动作时限按阶梯原则来整定，即t 2＞t 4。
图 12-1 自动重合闸前加速保护原理示意图当任何线路、母线（I 除外）或变压器高压侧发生故障时，装在变电所I 的无选择性电流速断保护1总是先动作，不带延时地将1QF 跳开，尔后ZCH 动作再将1QF 重合。
若所发生的故障是暂时性的，则重合成功，恢复供电；若故障为永久性的，由于电流速断已由ZCH 的动作退出工作，因此，此时通过各电流保护有选择性地切除故障。
图12-2示出了ZCH 前加速保护的原理接线图。
其中1LJ 是电流速断，2LJ 是过流保护。
从该图可以清楚地看出，线路X-1故障时，首先速断保护的1LJ 动作，其接点闭合，经JSJ 的常闭接点不带时限地动作于断路器，使其跳闸，随后断路器辅助触点起动重合闸装置，将断路器合上。
重合闸动作的同时，起动加速继电器JSJ ，其常闭接点打开，若此时线路故障还存在，但因JSJ 的常闭接点已打开，只能由过流保护继电器2LJ 及SJ 带时限有选择性地动作于断路器跳闸，再次切除故障。
自动重合闸前加速保护有利于迅速消除故障，从而提高了重合闸的成功率，另外还具有只需装一套ZCH 的优点。
其缺点是增加了1QF 的动作次数，一旦1QF 或ZCH 拒绝动作将会扩大停电范围。
电力系统继电保护试验指导书
实验二 电流电压保护电路系统实验………………………………17
实验3电流电压保护电路微机系统实验………………20
实验 四功率定向继电器特性实验………………23
实验 五向阻抗继电器特性实验………………………………26
实验6 DCD-5型差动继电器特性实验…………………………28
WBB-II型变压器保护屏介绍……………………………………34
实验7 变压器系统保护屏常规保护实验………………46
实验8 变压器系统保护屏常规保护实验………………48
实验 9 设计组合实验…………………………………………50
继电器特性测试台简介
试验台由电源、各种继电器和测量仪表组成。可用于测试电流继电器、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，也可根据需要设计各种继电器组合保护实验.
1
32.53
26.42
46.84
41.49
58.92
51.92
16.53
13.71
22.73
20.05
29.22
25.69
2
32.62
27.33
46.54
41.93
57.13
51.92
16.93
13.18
22.83
20.21
28.83
25.61
3
31.82
27.32
46.67
42.19
57.81
51.83
c 改变刻度位置，重复上述步骤，记录读数。每个刻度重复 3 次并取平均值以返回系数 Kfh。
d 将继电器线圈改为并联方式，重复上述步骤。
电力系统继电保护实验指导书
实验一电磁型电流继电器实验一．实验目的1．熟悉DL型电流继电器的内部结构、工作原理、基本特性。
2.测量电流继电器的动作值及返回值，计算返回系数。
掌握测试、调整这些参数的基本方法。
3.了解继电器常开接点和常闭接点的区别，观察接点工作可靠性。
二．原理说明DL-20C系列电流继电器为电磁式继电器。
由电磁系统、整定装置、接触点系统组成。
当线圈导通时，衔铁克服游丝的反作用力矩而动作，使动合触点闭合。
转动刻度盘上的指针，可改变游丝的力矩，从而改变继电器的动作值。
改变线圈的串联或并联，可获得不同的额定值。
DL-20C系列电流继电器铭牌刻度值，为线圈并联时的额定值。
继电器用于反映发电机，变压器及输电线短路和过负荷的继电保护装置中。
三．实验设备序号设备名称使用仪器名称数量1 控制屏 12 EPL-20A 变压器及单相可调电源 13 EPL-04 继电器—DL-21C电流继电器 14 EPL-11 交流电压表 15 EPL-11 交流电流表 16 EPL-11 直流电源及母线 17 EPL-12B 光示牌 1四．实验内容及步骤1.机械部分检查、转轴活动部分检查、舌片与电磁铁间隙的检查、弹簧的检查与调整、触点的检查与调整轴承与轴尖的检查。
2. 整定点的动作值、返回值及返回系数测试实验接线图1-2为过流继电器的实验接线。
（1）电流继电器的动作电流和返回电流测试：a .选择EPL-04组件的DL-21C过流继电器（额定电流为6A），确定动作值并进行整定。
本实验整定值为2.7A及5.4A两种工作状态。
注意：本继电器在出厂时已把转动刻度盘上的指针调整到2.7A，学生也可以拆下玻璃罩子自行调整电流整定值。
b .根据整定值要求对继电器线圈确定接线方式； 注意：（1）过流继电器线圈可采用串联或并联接法，如右图所示。
其中串联接法电流动作值可由转动刻度盘上的指针所对应的电流值读出，并联接法电流动作值则为串联接法的2倍。
（2）串并联接线时需注意线圈的极性，应按照要求接线，否则得不到预期的动作电流值。
电力系统仿真实验指导书样本
电力系统仿真实验指引书杨静编南京工业大学电气工程与控制科学学院5月目录实验一大电流接地系统短路故障仿真实验... 错误!未定义书签。
实验二简朴电力系统暂态稳定性仿真... 错误!未定义书签。
实验三电力系统潮流计算仿真实验....... 错误!未定义书签。
参照资料...................................................... 错误!未定义书签。
实验一大电流接地系统短路故障仿真实验一、实验目与规定通过实验教学加深学生基本概念，掌握电力系统各类短路故障特点，使学生通过系统进行物理模仿和数学模仿，对大电流接地系统进行输电线路短路故障仿真实验，以达到理论联系实际效果，提高学生感性结识及对电力系统仿真过程分析能力。
本实验规定学生掌握Simulink中电力系统惯用元件模型及用法，并理解建模基本过程，以及完毕模型仿真，结合短路有关理论知识对仿真成果加以分析。
二、实验内容搭建如图1-1所示系统模型并仿真，该系统有3个电源，4条输电线路，在Line1末端设立各种类型短路故障，观测示波器中电压和电流波形，记录下故障电压电流有效值。
图1-1 大电流接地系统短路故障Simulink仿真模型三、实验仪器设备及耗材1.每组计算机1台、软件Matlab7.0套。
四、实验原理1、SimuLink简要阐明SimuLink是基于 MATLAB图形化仿真设计环境，它是MATLAB提供对系统进行建模、仿真和分析一种软件包。
它使用图形化系统模块对动态系统进行描述，并在此基本之上采用MATLAB引擎对动态系统在时域内进行求解。
进入SimuLink2种办法：1)在MATLAB命令行中敲出SimuLink，回车，就打开了SimuLink。
2)点击工具栏中按钮，看图：图1-2 进入Simulink2、SimPowerSystems阐明SimuLink下SimPowerSystems可以实现电路、电力系统、电机、电力电子电路建模与仿真分析，它提供了典型电气设备和元件，例如变压器、传播线、电机、电力电子器件等等。
电力系统继电保护实验指导书
电力系统继电保护实验指导书RTDB-1电力系统继电保护实验台操作说明本实验台的工作电源为交流380V三相四线(或三相五线)制，除了设有电源控制屏外，为了更好配合实验在实验台中部增设了五块小控制屏。
下面我们逐一做出说明。
一、电源控制屏部分1.电源控制屏的上部是三相电网或调压相电压指示表、三相进线保险和三相进线指示灯。
另外“电网”和“调压”的按钮也在此处，目的更加方便的切换，便于观察电网电压和调压电压输出。
电源控制屏上装有实验指示灯，它是一只直流220V平光/闪光指示灯，接X1―X3为平光，接X2―X3为闪光，X3接直流负极，做继电器特性实验时，使用平光或闪光由实验效果来决定。
2．电源控制屏中部设有数字显示的交直电压电流表各一组：包括交流电压表一只,测量范围0～450V,精度0.5级。
设有数字交流电流表一只，测量范围0～5A，精度0.5级。
设有数字显示直流电压表一只,测量范围0～500V，精度0.5级。
设有直流电流表一只,可测量0～5A直流电流，精度0.5级。
四只表均装有过电流保险作保护，当出现过载测量时，仪表显示为“1”。
3．电源控制屏的下部设有:报警指示灯、报警解除按钮、实验台控制回路的保险、“起动”“停止”“急停”按钮。
当出现紧急情况时按动“急停”按钮，会切断实验台交流接触器线圈电源，接触器断电，切断实验台输出电源。
当出现漏电、过载时实验台保护回路动作，切断接触器线圈电源并报警，报警灯亮、实验台内部蜂鸣器响，只有消除漏电或过载，按动解除按钮，重新起动接触器，实验台才能正常工作。
中间设有直流电源，指针表显示,最大输出３Ａ，钮子开关控制，使用时注意区分正负极，不能接错。
右侧是交流输出部分，设有电网Ｕ、Ｖ、Ｗ、和调压u、v、w输出插孔，由万能转换开关控制输出的通断，以减少启动停止实验台的次数。
二、小控制屏部分为配合实验，实验台还增置了五块小控制屏主要器件包括：升流器（提供三组10V电压输出，最大输出20A）、实验断路器（为电流性实验作保护使用）、整流回路（为实验方便而增加的可自行接线的直流输出）、单相调压器输出、可调电阻两组（2500Ω和5Ω）、万转开关，实验按钮，固定电阻等器件。
《电力系统继电保护》课程实验指导书
南昌工程学院《电力系统继电保护》实验指导书专业电气工程及其自动化机械与电气工程学院电气工程教研室编2010 年6月目录实验一DL-31型电流继电器特性实验实验二LG-11型功率方向继电器特性实验实验三LCD-4型差动继电器特性实验实验四电流速断保护和电流电压联锁速断保护实验实验一 DL-31型电流继电器特性实验一、实验目的1．了解常规电流继电器的构造及工作原理。
2．掌握设置电流继电器动作定值的方法。
3．学习TQWX-III微机型继电保护试验测试仪的测试方法，并测试DL-31型电流继电器的动作值、返回值和返回系数。
二、实验原理及实验说明1. 实验原理DL-31型电流继电器用于电机、变压器及输电线的过负荷和短路保护中，作为启动元件。
DL-31型电流继电器是电磁式继电器，当加入继电器的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倍整定值左右时，继电器返回，动合触点断开，动断触点闭合。
继电器有两组电流线圈，可以分别接成并联和串联方式，接成并联时，继电器动作电流可以扩大一倍。
继电器接线端子见图1-1，串联接线方式为：将④、⑥短接，在②、⑧之间加入电流；并联接线方式为：将②、④短接，⑥、⑧短接，在②、⑧之间加入电流。
做实验时可任意选择一种接线方式（出厂时电流继电器线圈默认为串联方式）。
图1-1 DL-31继电器接线端子2. 实验说明测试方法：控制测试仪的输出，从小到大动态地改变加入电流继电器中的电流，直至其动作；再减小电流直至其返回，测试电流继电器的动作值、返回值和返回系数。
可采用自动测试方法，也可采用手动测试方法。
(1) 自动测试继电器动作值及返回值方法：将测试仪设置为程控方式对继电器进行测试：开始实验后测试仪自动按设定步长增加发出的电流，直至电流继电器动作；再自动按所设定的步长减小电流，直至电流继电器(2) 手动测试继电器动作值及返回值方法：将测试仪设置为手控方式对继电器进行测试：手动操作不断增加测试仪发出的电流，直至电流继电器动作；再不断减小电流，直至电流继电器返回。
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电力系统继电保护实验指导书张艳肖编适用于12级电气工程及其自动化专业西安交通大学城市学院二○一五年三月目录第一部分MATLAB基础 ................................................................................... - 3 -1.1 MATLAB简介 .......................................................................................... - 3 -1.2 MATLAB的基本界面 ........................................................................... - 3 -1.2.1MATLAB的主窗口 ...................................................................... - 3 -1.2.2 MATLAB的主窗口 ....................................................................... - 3 -1.3 SIMULINK仿真工具简介.................................................................... - 4 -1.3.1SIMULINK的启动 ........................................................................ - 4 -1.3.2SIMULINK的库浏览器说明........................................................ - 5 - 第二部分仿真实验内容.................................................................................. - 6 - 实验一电力系统故障.................................................................................... - 6 - 实验二电流速断保护.................................................................................... - 9 - 实验三三段式电流保护.............................................................................. - 13 - 实验四线路自动重合闸电流保护.............................................................. - 17 -第一部分 MATLAB基础1.1 MATLAB简介MATLAB是一种适用于工程应用各领域分析设计与复杂计算的科学计算软件，由美国Mathworks公司于1984年正式推出，1988年推出3.X(DOS)版本，1992年推出4.X(Windows)版本；1997年推出5.1(Windows)版本，2000年下半年，Mathworks公司推出了MATLAB6.0版本。
随着版本升级，内容不断的扩充，功能更加强大。
MATLAB在国内外的大学中，特别是数值计算应用最广的电气信息类学科中，已成为每个学生都应掌握的工具。
1.2 MATLAB的基本界面1.2.1 MATLAB的主窗口1.启动MATLAB启动MATLAB的方法有很多，下面是最常用的方法。
（1）双击系统桌面的MATLAB图标；（2）从桌面“开始”→“程序”→“MATLAB”。
启动MATLAB后，如图1-1所示。
图1-1 MATLAB桌面1.2.2 MATLAB的主窗口MATLAB的主窗口包含有6个下拉菜单和10个功能按钮，用来进行整体的环境参数的设置，如图1-2所示。
图1-2 MATLAB的主窗口的菜单和功能按钮1.3 SIMULINK仿真工具简介Simulink是Mathworks公司开发的MATLAB仿真工具之一，其主要功能是实现动态系统建模、仿真与分析。
Simulink下有很多专用功能模块，如航空航天模块库(Aerospace Blockset）、通信模块库(Communication Blockset)、神经网络模块库(Neural Network Blockset)、电力系统模块库(SimpowerSystems)等。
其中电力系统模块库对用于电路、电力电子系统、电机系统、电力传输等过程的仿真分析。
功能强大的SimpowerSystems和Simulink同时使用将使一些复杂的、非线性的系统建模与仿真变得非常容易。
它包括7个子模块库：电源(Electriial Sources)子库里有单/三相交流电压源、单相电流源、直流电压源、受控源等，元件子库(Elements)有各种支路、负载和开关、变压器等主要电力设备元件，附加子库(Extra Library)汉纳有各种附加的控制、测量模块和特殊变压器等模块，电机子库(Machines)有异步、同步、控制等各种电机，测量子库(Measurement)含有电压电流和阻抗等测量元件，电力电子子库(Power Electronics)里有Gto、IGBT、Mosfet、Thyristor各种电力电子元器件等。
利用SIMULINK对系统进行仿真与分析, 在进入虚拟实验环境后, 不需要书写代码,只需使用鼠标拖动库中的功能模块并将它们连接起来, 按照实验要求修改各元器件的参数。
通过虚拟实验环境建立实验仿真电路模型, 可使一些枯燥的电路变得有趣味, 复杂的波形变得形象生动, 使得各种复杂的能量转换过程比较直观地呈现在学生面前。
以下采用Matlab 来仿真电力电子技术课程中的传统实验, 和传统的硬件实验对比, 此实验方法有很大优越性。
在SIMULINK仿真环境下，运用Power System Blockset的各种元件模型建立电力电子电路的仿真模型，并对其进行仿真研究。
1.3.1SIMULINK的启动启动SIMULINK有以下三种方法：（1）在MATLAB的命令窗口中输入“simulink”，按Enter键，就可以打开SIMULINK 的库浏览器，如图1-3所示。
图1-3 SIMULINK的库浏览器（2）在MATLAB的工具栏中，单击simulink按钮，也可以可以打开SIMULINK的库浏览器。
（3）单击MATLAB的发布窗口中simulink文件夹，单击simulink按钮，也可以可以打开SIMULINK的库浏览器。
1.3.2SIMULINK的库浏览器说明在图1-3的SIMULINK的库浏览器中，在界面的上方是标题栏、菜单栏、常用按钮及关键字填写栏。
在关键字填写栏可以输入要查找的模块的关键字，按Enter键，就可以查找相应功能模块。
SIMULINK提供了多个基本模块库，有Continuous（连续系统模块库）、Discret（离散系统模块库）、Functions&Tables（函数与表模块库）、Math（数学运算模块库）、Nonlinear（非线性系统模块库）、Signals&Systems（信号与系统模块库）、Sinks（输出模块库）、Sources （输入源模块库）、Subsystems（子系统模块库）、SimPowerSystems（电力系统模块库）等标准模块库。
本实验用到最多的就是SimPowerSystems（电力系统模块库），该工具箱包含有Electrical Sources（电源模块库）、Elements（元件模块库）、Power Electronics（电力电子器件模块库）、Machines（电动机模块库）、Connectors（连接器模块库）、Measurements（测量模块库）、Extras （附加模块库）和Demos（演示模块库）。
第二部分仿真实验内容实验一电力系统故障一、实验目的1.对电力系统中各种短路现象的认识2.掌握各种短路故障的电压电流分布特点3.仿真波形分析二、实验内容电力系统中，大多数故障都是由于输电线路短路引起的，在发生短路故障的情况下，电力系统从一种状态剧烈变化到另一种状态，产生复杂的暂态过程。
各种类型的短路包括三相短路、两相短路、两相短路接地和单相接地短路。
电力系统的运行经验表明，在各种类型的短路中，单相短路占大多数。
1.模型的建立发电机G：50MW，13.8kV，保持恒定，Y连接，变压器T：13.8/220kV，线路L：100km，负荷：50MV A仿真模型建立：启动MATLAB，进入SIMULINK后新建文档，运用Power System中的各种元件模型建立仿真模型，如图1-1所示。
双击各模块，在出现的对话框内设置相应的参数。
图2-1 仿真模型2.仿真参数设计（1）发电机参数设置发电机额定容量为500MV A，额定电压为13.8KV，额定频率为60HZ，Yg连接，其他值采用默认值。
（2）三相负荷参数设置额定容量为50MV A。
（3）三相变压器参数设置额定频率为50HZ，一次侧电压13.8KV，二次侧电压220KV，其他值采用默认值。
（4）三相输电线路参数设置线路长100KM。
（5）故障模块参数设置短路故障是用三相故障元件来模拟，故障时间段可通过Transition Times来设置，设置为0.06～0.12S。
其余的短路故障模型可以通过修改三相故障模块的参数设置来实现，将在以下仿真过程中进行设置。
图2-2 三相交流电源图2-3 三相负载图2-4 测量元件图2-5 变压器图2-6 输电线路图2-7 三相故障模块三、实验报告1.正常运行时，观察并分析三相电压、电流波形。
2.单相接地短路故障分析将三相电路短路故障发生器中的“故障相选择”选择A相故障，并选择故障相接地选项，故障时间设置为0.06～0.12S，观察并分析A相接地短路故障点三相电压、电流波形。
同理，也可设置B或C相单相接地短路，观察并分析故障点三相电压、电流波形。
3.两相短路接地故障分析将三相电路短路故障发生器中的“故障相选择”选择A相和B相故障，并选择故障相接地选项，故障时间设置为0.06～0.12S，观察并分析A相和B相接地故障点三相电压、电流波形。
同理，也可设置B相和C相，C相和A相两相接地短路，观察并分析故障点三相电压、电流波形，线路电压、电流波形分析。