实验三 功率方向继电器特性实验

实验三功率方向继电器特性实验

一、实验目的

1．熟悉BG-10B系列功率方向继电器的实际结构、工作原理和基本特性。

2．掌握电气特性试验与整定方法。

三、实验原理

BG-10B系列功率方向继电器（包括BG-11B、12B、13B）应用于电力系统方向保护接线中，作为功率方向元件。其中BG-12B用于相间短路保护；BG-13B 用于接地保护；BG-11B是具有双方向接点的功率元件，用于平行线路横联差动保护中。由于BG-12B型功率方向继电器应用较为广泛，因此本实验指导书以BG-12B型为例详细介绍其试验方法，今后在实际工程中需对其他型号的功率方向继电器进行试验，可参照进行，方法相同。

功率方向继电器利用比较绝对值的原理构成。它由比较回路、滤波回路和触发回路组成。方块图见图1-1、原理图见图1-6。

1．比较回路：绝对值比较构成原理，见图1-2。

图1-1 方块图

图1-2 绝对值比较回路

由互感器TA1和整流桥VD1～VD4组成的工作回路，由互感器TA2和整流桥VD5～VD8组成的制动回路。互感器TA1和TA2的初级分别接入电流I Y和I L。由于TA1的电压线圈和TA2电压线圈同极性串联，TA1的电流线圈和TA2电流线圈反极性串联（如图1-2所示），I L为线路电流互感器TA的二次电流，它的值是不变的。TA1和TA2一次侧的电压绕组，通过移相回路，与电压互感器二次相接。因电压绕组的输入阻抗比移相阻抗小得多，所以电流I Y也可以看作近似不变。于是互感器TA1和TA2可按电流互感器分析，当互感器TA1和TA2的一次绕组分别通入电流I Y和I L时，它们产生的磁势在TA1是相加的，在TA2是相减的，于是在互感器TA1输出线圈以电流形式取出矢量和I Y+I L，在互感器TA2输出线圈以电流形式取出矢量和I Y- I L，二者分别经整流器VD1～VD4和VD5～VD8加以整流，然后进行绝对值比较。

从图1-3（a）中可看到φ=90°时，|İY+ İL|=|İY-İL|；

从图1-3（b）中可看到φ>90°时，|İY+ İL|<|İY-İL|；

从图1-3（c）中可看到φ<90°时，|İY+ İL|>|İY-İL|。

当φ=90°或φ=-90°时，|İY+ İL|=|İY-İL|，继电器处于边界动作状态。

(a) φ=90°(b) φ>90°(c) φ<90°

图1-3相量图

当-90°<φ<90°时，|İY+ İL|>|İY-İL|，继电器动作。

当90°<φ<270°时，|İY+ İL|<|İY-İL|，继电器不动作。

当φ=0°时，灵敏度最高，最大灵敏角为0°。

2．移相回路

比较回路在电流I Y和I L同相时，灵敏度最高，故最大灵敏角φ=0°时，继电器动作条件为-90°≤φ≤90°。

图1-4移相电路及相量图

由于线路相间短路的功率方向元件采用90°接线，为了达到保护所需的电压与电流之间的最大灵敏角，即希望当α=45°或α=30°时，发生相间短路（除近处三相短路有死区外）的功率方向继电器都能正确动作。实现接入保护U Y与I L 之间的最大灵敏角φsen=-α，即φj=φsen=-α时继电器动作最灵敏。为此，本比较回路在电压绕组信号入口加上移相回路,使电流I Y和U Y相差一个适当的相位，以便使继电器在U Y与I L之间夹角为-30°或-45°时动作最灵敏，（此时应使I Y与I L间相位一致）故采用了C1和R1（或C1、R2）和TA1及TA2的电压绕组构成移相回

路见图1-4（a），当α=45°时，其相量图见图1-4（b），动作区见图1-4（c）。

-135°≤φj≤45°为动作区，φj为U Y与I y间相角差。

-90°≤φ≤90°为动作区，φ为I L与I Y间相角差。

3．滤波回路：采用LC“Γ”型滤波回路，由比较回路输出的信号为全波整流波形，是一个脉动的直流量，经过滤波回路后输给触发回路是一个直流信号。

4．触发回路：

由两个三极管构成的集电极—基极耦合单稳态触发器，出口元件是干簧继电器KR见图1-5。

图1-5触发电路

当只加直流工作电源而没有讯号输入时，三极管VT1导通，电容器C4未充电，稳压管VW1截止，三极管VT2截止，出口元件干簧继电器KR不动作。

当交流回路有制动信号输入时，三极管VT1更饱和导通，触发器状态同只加直流电源情况，出口元件干簧继电器仍不动作。

当比较回路有动作讯号输出时，经滤波回路滤波后至触发回路，使三极管VT1截止，电容器C4充电，稳压管VW1击穿，三极管VT2导通，出口元件动作。

为了消除接点抖动和保护三极管VT2，在干簧继电器线圈两端并网RC回路。

5．电路中各元件作用：VW2、VW3硅稳压管提供触发器工作电压，R13、R14降压电阻。VD11、VD12硅三极管，给VT1、VT2提供负偏压，对三极管进行温度补偿。

见图1-6，R3、R4组成分压电路，VD9的电压为门槛电压Um并对VT1进行温度补偿。

图1-6BG-12B功率方向继电器原理图

VD10硅二极管，保护VT1的发射结以免反向击穿，R6是三极管VT1的基极电阻。

R8是三极管VT1集电极电阻，又是VT2的基极电阻，R9反馈电阻。

C3加速电容器，防止合直流电源时继电器短时误动作，C6、C7抗干扰电容。

C5、R12防止接点抖动，保护三极管VT2，以免被KR反电势击穿。

VD13、R11指示回路，VD13是发光二极管，KR线圈两端有电压时VD13发光指示。

四、实验步骤

1．熟悉与检查功率方向继电器

根据BG-12B型功率方向继电器的电气原理图。观察该继电器的内部结构、电子元器件的组成形式和各接线端子的用途，应通过外观检查，尽可能在试验前发现存在的工艺质量等问题，以及因长途运输造成的损坏。确保试验的安全、正确、可靠。

2．绝缘检测

首先将直流回路进、出线端子①和⑨用导线短接起来，以免在检测时使电子元件遭受损坏。然后用ZC25-4型1000V兆欧表按表1-1 顺序测量各个回路之间的绝缘电阻，要求各项测得的绝缘电阻不得小于10MΩ。如果发现某项绝缘电

阻较低，应仔细检查，找出原因进行处理。