电力系统继电保护实验报告

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电力系统继电保护实验报告

一、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)熟悉几种常用继电器,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. 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：

实验步骤如下：

（1）按图接线，将电流继电器的动作值整定为1。2A ，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

-220

动作信号灯

2

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:

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“公共端"，将开关BK 的一条支路接在多功能表的“输入1”和“公共端"，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)合上操作开关BK,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）先拉开操作开关（BK ），按“清零”按钮清零多功能表，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

（7）先重复步骤（4），使加入继电器的电流分别为1。4A 、1。6A ，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？ 4)时间继电器特性测试实验

时间继电器特性测试实验电路原理接线图如图2—5所示：

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)先断开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

（5）实验完成后，断开所有电源开关。

(6)计算动作时间误差。

3．实验内容

3）测量方向阻抗继电器的静态特性Z pu=f（I m），求最小精工电流

实验步骤如下：

(1)保持上述接线及阻抗继电器的整定值不变，调整输入电压和电流的相角差为ϕ=ϕsen=72︒并保持不变。

（2）将电流回路的输入电流I m调到某一值（按表2—12中给定值进行）。

（3）断开开关BK，将三相调压器的输出电压调至30V。

（4）合上开关BK,调节两个滑线电阻的滑动触头使电压表的读数由小到大，直到方向阻抗继电器动作,记录相应的动作电压值。再逐渐增大电压值，直到方向阻抗继电器返回，然后再减小电压值，直到继电器动作，并记下动作电压值.改变输入电流I m，重复上述操作,测量结果填入表2—11中。

表2-12 方向阻抗继电器的静态特性Z pu= f（I m）测试

(条件为：

内=72︒，Z set=5Ω）

（6）绘制方向阻抗继电器静态特性Z pu=f（I m)的曲线.

（7)在特性曲线上确定最小精工电流和最小动作电流I pu⋅min。

4．思考题

（1）分析实验所得Z pu=f(ϕ）和Z pu=f（I m）特性曲线,找出有关的动作区、死区、不动作区。

（2)讨论电压回路和电流回路所接的滑线变阻器的作用.

答：1、达到保护电路的目的的是为了尽可能增大电路的总电阻,使电路中的电流达到最小，从而达到保护电路的目的。如伏安法测电阻、用电流表和电压表测小灯泡的电功率等实验都利用了滑动变阻器保护电路的作用.2、达到控制变量

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（3）研究记忆回路和引入第三相电压的作用.

答：（1）防止线路正方向相问出口短路时继电器的动作死区；

（2）防止线路反方向相问出口短路时继电器的误动作;

(3)改善继电器的动作特性.

（4）按图2-22的实验原理图接线，对应阻抗继电器的哪种接线方式？其对应的Z pu=f(ϕ）特性有什么特点。

答：阻抗继电器的接线方式

一、对阻抗继电器接线方式的基本要求及常用接线方式

阻抗继电器的接线方式是指接入阻抗继电器的电压和电流İ.

mUm 分别取用什么电压和电流的接线方法.对于阻抗继电器，接入电压和电流将会直接影响阻抗继电器的测量阻抗Ｚm 。根据距离保护的工作原理,加入继电器的电压和电流İ.

（5）如果LZ—21继电器的模拟阻抗Z I=2Ω,n PT=100，n CT=20,若整定阻抗Z set=45Ω，请问n YB的抽头放在什么位置上？

实验心得与体会：

通过本次，实验我们了解继电器基本分类方法及其结构。熟悉几种常用继电器,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。并且对几种继电器的内部接线图有了更直观的了解，通过理论联系实际对实验有了更好的掌握。对各种继电器的参数和特性有了更好的了解以便于将来使用的时候有基本的映像。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。了解了测量继电器的基本特性。通过方向阻抗继电器静态特性Z pu=f(I m）等的曲线我们能够更直观形象的看出方向阻抗继电器的静态特性等等。在实验的过程中使理论实践化,提高了我们的动手能力,而且能初步分析实验过程中遇到的问题并解决他们。在做实验的过程中还有一些的不足，但坚信，通过不断的积累才会越来月熟悉。

二、输电线路电流电压常规保护实验

（一)实验目的

1．了解电磁式电流、电压保护的组成。

2．学习电力系统电流、电压保护中电流、电压、时间整定值的调整方法.

3．研究电力系统中运行方式变化对保护灵敏度的影响。

4．分析三段式电流、电压保护动作配合的正确性.

（二）基本原理

1．试验台一次系统原理图

试验台一次系统原理图如图3-1所示。

4．常规电流保护的接线方式

电流保护常用的接线方式有完全星形接线、不完全星形接线和在中性线上接入电流继电器的不完全星形接线三种，如图3-8所示.

电流保护一般采用三段式结构,即电流速断（I段)，限时电流速断（II段)，定时限过电流（III段）。但有些情况下，也可以只采用两段式结构，即I段（或II段）做主保护，Ⅲ段作后备保护。下图示出几种接线方法,供接线时参考。

（a）完全星形两段式接线图

（b)不完全星形接线

(c）在中性线上接入电流继电器的不完全星形接线

图3-8 电流保护常用的几种接线

（三)实验内容

DJZ—III试验台的常规继电器都没有接入电流互感器和电压互感器，在实验之前应参阅图3-1的一次系统图,设计好保护接线图，并接好线后才能进行实验.

3．三相短路时Ⅰ段保护动作情况及灵敏度测试实验

在不同的系统运行方式下，做三段式常规电流保护实验，找出Ⅰ段电流保护的最大和最小保护范围,具体实验步骤如下：

（1）按前述完全星形实验接线,将变压器原方CT的二次侧短接，调I段三个电流继电器的整定值为5.16A，II段三个电流继电器的整定值为2.78A,或者III段整定值为1。62A。

（2）系统运行方式选择置于“最大”，将重合闸开关切换至“OFF”位置。

（3）把“区内”、“线路”和“区外”转换开关选择在“线路”档（“区内”、“区外”是对变压器保护而言的，在线路保护中不使用)。

(4）合三相电源开关，三相电源指示灯亮（如果不亮，则停止下面的实验).

（5）合上直流电源开关，直流电源指示灯亮（如果不亮,则停止下面的实验）。

（6）合上变压器两侧的模拟断路器1KM、2KM.

（7）缓慢调节调压器输出，使并入线路中的电压表显示读数从0V上升到100V为止，此时负载灯全亮。

（8）将常规出口连接片LP2投入,微机出口连接片LP1退出。

（9）合上短路选择开关SA、SB、SC.

（10）模拟线路段不同处做短路实验。先将短路点置于100％的位置(顺时针调节短路电阻至最大位置），合上故障模拟断路器3KM，检查保护I段是否动作，如果没有动作，断开故障模拟断路器,再将短路电阻调至90%处，再合上故障模拟断路器，检查保护I段是否动作，没有动作再继续本步骤前述方法改变短路电阻大小的位置,直至保护I段动作，然后再慢慢调大一点短路电阻值，直至I段不动作，记录最后能够使I段保护动作的短路电阻值于表3—1中。

（11）分别将系统运行方式置于“最小"和“正常”方式,重复步骤（4）至（10）的过程，将I段保护动作时的短路电阻值记录在表3-1中。

(12）实验完成后，将调压输出调为0V，断开所有电源开关。

（13)根据实验数据分析出无时限电流速断保护最大保护范围。

表3-1 三相短路实验数据记录表

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4．两相短路时I段保护动作情况及灵敏度测试实验

在系统运行方式为最小时，做三段式常规电流保护实验，找出I段电流保护的最小保护范围，具体实验步骤如下：

（1）按前述完全星型实验接线，将变压器原方CT的二次侧短接。调整I段三个电流继电器的整定值为5.16A，II段三个电流继电器的整定值为2。78A或者III段整定值为1.62A。

(2）系统运行方式选择置于“最小”。

（3）把“区内”、“线路"和“区外”转换开关选择在“线路”档。

（4）合三相电源开关，三相电源指示灯亮（如果不亮，则停止下面的实验)。

（5）合上直流电源开关,直流电源指示灯亮（如果不亮，则停止下面的实验).

（6)合上变压器两侧的模拟断路器1KM，2KM。

记录能使保护I段动作的最大短路电阻值于表3-2中。

表3-2 两相短路实验数据记录表

表3-3 低电压闭锁电流速断保护实验数据记录表

6．复合电压启动的过电流保护实验

参见图2—8实验原理接线图。

具体实验步骤如下述：

（1）将变压器原方CT的二次侧短接，串入负序电压和低电压继电器, 调整I段三个电流继电器的整定值为4。3A。电压继电器整定值为56V，负序电压继电器整定值为6V。

（2)重复实验3(三相短路实验）中步骤(2）至(12），将实验数据记录于3—4中。

（3）根据实验数据求出复合电压启动的过电流保护的最大保护范围,分析复合电压启动的过电流保护的敏感性，并与低压闭锁速断保护、无时限电流速断保护的范围进行比较。

表3—4 复合电压启动的过电流保护实验数据记录表

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注意：由于保护出口连接片已退出（断开）,保护动作后不能使模拟断路器分断,所以故障持续时间不易太长,即要在故障开始后,当所有保护均已经动作时，人为断开故障模拟断路器。

（四）思考题

1．比较分析三段式电流保护和电压电流联锁保护，以及复合电压启动的过电流保护的灵敏性.

答：一段又叫电流速断保护，没有时限，按躲开本段末端最大短路电流整定

二段又叫限时电流速断,按躲开下级各相邻元件电流速断保护的最大动作范围整定，可以作为本段线路一段的后备保护,比一段多时间t时限。

三段又叫过电流保护,按照躲开本元件最大负荷电流来整定，具有比二段更长的时限,可以作为一二段的后备保护，保护范围最大，时限最长。

系统运行方式变化很大时，电流保护（尤其电流速断保护）的保护区可能很小，往往不能满足灵敏度要求,为了提高灵敏度可以采用电流、电压联锁保护。

电流、电压联锁保护可以分为电流、电压联锁速断保护,带时限电流、电压联锁速断保护和低电压起动的过电流保护三种。由于这种保护装置较为复杂,所以只有当电流保护灵敏度不能满足要求时才采用。

2．电流保护和电流、电压联锁保护的整定值计算方法,有什么不同？

答：电流电压速断保护是在线路电流大于电流整定值，且母线电压低于电压整定值时才动作，这样，在最大运行方式下，在线路的保护范围外的某一点短路时，虽然电流会超过整定值，但由于电源等效内阻小，则母线电压降低不多，会高于整定值，整套保护不会误动;而在最小运行方式下短路时，由于电源等效内阻较大,即使母线电压降至动作值以下，但由于系统等效阻抗较大，其电流仍会小于整定值，整套保护也不会误动。因此，整定电流值可按正常运行方式下的短路电流值来整定，这就比最大运行方式下的短路电流值要小，从而可增大电流保护的范围，改善电流速断保护的灵敏性。

为保证在外部短路时保护不误动，电流电压联锁速断保护一般可按正常运行方式下，能保护线路全长的80％来整定。(1）电流元件的整定值计算：根据上述原则，电流整定值计算公式为：

Iact＝Ext/（Zxt＋0．8ZL）式中ZL为被保护线路的阻抗。

（2）电压元件的整定值计算：电压整定值按以上同种运行方式下，电流元件保护范围末端（即线路全长的80％处) 三相短路时，母线上的残压来计算，即：

Uact＝1.732Iact×0．8ZL

实验心得与体会：

通过本次,实验我们了解电磁式电流、电压保护的组成。学习了实验台一次系统，三段式电流保护,电流电压联锁保护等的原理。采用电流、电压联锁保护可以提高灵敏度满足系统运行方式变化很大时保护区小达不到要求的需要.以及三段式电流保护和电流电压联锁保护的区别.通过对实验的操作还了解了电力系统电流、电压保护中电流、电压、时间整定值的调整方法。通过实验还了解了输电线路电流电压常规保护不是想象中的那样简单，只有掌握好其中的知识，才能在将来的工作提高中有基础可以拿出来,收益颇多。

实验的过程也是知识的积累，见识的拓展，更是对理论知识的加强与巩固，对于我们掌握好书本知识有很好的帮助。根据实验得到的数据，进行对保护功能的研讨和分析，是有助于提高本门学科的知识掌握水平，

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以及自己的分析能力。

三、电磁型三相一次重合闸实验

(一）实验目的

1．熟悉电磁型三相一次自动重合闸装置的组成及原理接线图。

2．观察重合闸装置在各种情况下的工作情况。

3．了解自动重合闸与继电保护之间如何配合工作。

(二）基本原理

1．DCH-1重合闸继电器构成部件及作用

运行经验表明，在电力系统中，输电线路是发生故障最多的元件，并且它的故障大都属于暂时性的,这些故障当被继电保护迅速断电后，故障点绝缘可恢复，故障可自行消除.若重合闸将断路器重新合上电源，往往能很快恢复供电，因此自动重合闸在输电线路中得到极其广泛的应用。

在我国电力系统中，由电阻电容放电原理组成的重合闸继电器所构成的三相一次重合闸装置应用十分普遍。图4-1为DCH—1重合闸继电器的内部接线图。

1．

DCH-1

2

1)

(1I段整定值为5.16A,II段整定值为2.78A，III段整定值为1。62A。

（2)把重合闸开关切换至“ON"，使其投入;再把加速方式选择开关切换至“前加速”的位置，也就选择好了重合闸前加速保护动作的方式。

（3）把“区内”、“线路”和“区外”转换开关选择在“线路”档.（“区内"、“区外”是对变压器保护而言的,在线路保护中不使用。）

（4）合三相电源开关，三相电源指示灯亮。（如果不亮，则停止下面的实验，检查电源接线，找出原因。）(5）合上直流电源开关,直流电源指示灯亮(如果不亮，则停止下面的实验,检查电源接线找出原因)。

（6）合上变压器两侧的模拟断路器1KM、2KM。

（7）缓慢调节调压器输出，使并入的线路中的电压数显示值从0V上升到100V为止，此时负载灯全亮。

（8）将常规出口连接片投入（连接LP2）,微机出口连接片退出(断开LP1)。

（9）在重合闸继电器充电完成后，合上短路选择开关SA、SB、SC按钮。

(10）将短路电阻调节到20％处，短时间合上故障模拟断路器，模拟系统发生暂时性三相短路故障。将实验过程现象记录于表4-1中.

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（11）待系统稳定运行一段时间后，长时间合上短路开关，模拟系统发生永久性故障，将实验现象记录于表4—1中.

表4-1 自动重合闸前/后加速保护实验数据记录

(12）实验Array完成后,使调压

器输出电压为

0V,断开所有电

源开关。

4．复合电压启动的过电流保护与自动重合闸装置综合实验

实验步骤如下：

（1)按前述完全星形实验接线,将变压器原方CT的二次侧短接，调整I段三个电流继电器的整定值为1A.II 段整定值为0.8A或者III段整定值为0。8A。

（2）把防跳开关切换到“ON”档，即投入防跳继电器.

(3）把“区内”、“线路"和“区外”转换开关选择在“线路”档。（“区内"、“区外”是对变压器保护而言的，线路保护中不使用。)

（4）合三相电源开关，三相电源指示灯亮(如果不亮则停止下面的实验）.合上直流电源开关，直流电源指示灯亮(如果不亮则停止下面的实验）.

（5）合上变压器两侧的模拟断路器1KM、2KM。

（6）缓慢调节调压器输出,使并入线路中的电压表显示从0V上升到50V为止.

（7)将常规出口连接片投入(连接LP2），微机出口连接片退出(断开LP1)。

（8）将模拟线路电阻调到50%处。

表4—4 断路器防止“跳跃”实验数据记录表

（9）合上短路选择开关SA、SB、SC按钮,并合上故障模拟断路器。

（10)短路故障存在，中间继电器发命令跳开模拟断路器2KM.

（11）顺时针钮动SA V2不放，使其在手动合闸位置。将观察到的实验现象记录于表4-4中。

（12)SA V2在手动合闸位置待续一段时间后，松开SA V2开关，将防跳开关切换至“OFF”位置，重复步骤（11)，

记录实验现象.

（13)实验完成后，使调压器输出电压为0V,断开所有电源开关.

（四）思考题

1．分析重合闸前、后加速电流速断保护的过程有什么不同？其原因是什么?

答:电流速断保护是由电磁式中间继电器（作为出口元件)、电磁式电流继电器（作为起动元件）、电磁式信号

继电器（作为信号元件）构成的.它一般不需要时间继电器。它是按一定地点的短路电流来获得选择性动作，动作

的选择性能够保证、动作的灵敏性能够满足要求、

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2．防跳继电器在本试验台上是如何实现防跳功能的?

答：通过添加额外的继电器，利用继电器的“互锁"来实现断路器的防跳功能

防跳是针对断路器的跳跃而言的，所谓的跳跃指的是当跳闸和合闸指令同时加在断路器上时，导致断路器不断开合，从而因拉弧而烧坏

3．永久性故障时请仔细写出保护切除故障的动作过程，并算出相应的时间.

答：若电流互感器与断路器之间发生故障，靠本身断路器的保护不能切除故障，要靠上一级保护及断路器来切除故障。

若接线方式为：电源进线先到电流互感器，再到断路器，再到母线(单母线或双母线)。当电流互感器与断路器之间发生故障，由于故障点在电流互感器的负荷侧，则电流互感器二次输出电流会反映一次故障电流，当二次电流达到保护定值时，保护会动作,使断路器跳闸,但断路器在故障点的电源侧，即使跳了闸，也不能切除故障。

若接线方式为：电源进线先到断路器，再到电流互感器，再到母线（单母线或双母线）.当断路器与电流互感器之间发生故障，由于故障点在电流互感器的电源侧，则电流互感器二次输出电流不能反映一次故障电流，也就不能启动保护跳闸，帮也不能切除故障。

实验心得与体会：

通过本次实验，我们熟悉了电磁型三相一次自动重合闸装置的组成及原理接线图。以及重合闸装置对电力线路的作用就是在输电线路发生暂时性的故障能很快恢复供电，因此自动重合闸在输电线路中得到极其广泛的应用.重合闸继电器的内部元件时间元件，中间继电器的的作用也了然于心。试验中还用到了上一次实验中的继电器，也是对上一次实验的回顾.对于重合闸装置，需要其它电器设备如电容器C等来配合使用，一保证重合闸装置的实用性。与此同时我们还观察了重合闸装置在各种情况下的工作情况。

还了解自动重合闸与继电保护之间如何配合工作。只有两处之间配合好了，才有更好的起到保护电力线路的作用.

输电线路的事故种类较多且较复杂,但是通过我们不断的探索，不断的积累才会有更多的了解，更多的方法来提高电力线路的稳定性。

四、输电线路的电流、电压微机保护实验

(一）实验目的

1．学习电力系统中微机型电流、电压保护时间、电流、电压整定值的调整方法.

2．研究电力系统中运行方式变化对保护的影响。

3．了解电磁式保护与微机型保护的区别。

4．熟悉三相一次重合闸与保护配合方式的特点。

（二)基本原理

关于三段式电流保护和电流电压联锁保护的基本原理可参考第三章有关内容，以下着重介绍本试验台关于微机保护的原理。

1．微机保护的硬件

微型机保护系统的硬件一般包括以下三大部分.

（1）模拟量输入系统（或称数据采集系统）。包括电压的形成，模拟滤波，多路转换(MPX)以及模数转换（A/D）等功能块，完成将模拟输入量准确的转换为所需要的数字量的任务。

（2)CPU主系统.包括微处理器（80C196KC),只读存储器（EPROM）,随机存取存储器（RAM)以及定时器等.CPU 执行存放在EPROM中的程序,对由数据采集系统输入至RAM的原始数据进行分析处理，以完成各种继电保护的

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功能。

（3）开关量（或数字量)输入/输出系统.由若干并行接口适配器(PIO)，光电隔离器件及有触点的中间继电器组成，以完成各种保护的出口跳闸,信号报警，外部接点输入及人机对话等功能。

微机保护的典型结构图5-1所示.

（2）将模拟线路电阻滑动头移动到0Ω处。

（3）运行方式选择，置为“最小”处。

(4）合上三相电源开关，直流电源开关，变压器两侧的模拟断路器1KM、2KM，调节调压器输出,使台上电压表指示从0V慢慢升到100V为止,注意此时的电压应为变压器二次侧电压,其值为100V。

（5）合上微机装置电源开关，根据第三章中三段式电流整定值的计算和附录二中所介绍的微机保护箱的使用方法，设置有关的整定，同时将微机保护的I段（速断）投入，将微机保护的II、III段（过流、过负荷）退出。

(6）此时A相、B相、C相负载灯全亮。

（7）因用微机保护，则需将LP1接通（微机出口连接片投入)。

（8）任意选择两相短路，如果选择AB相，合上AB相短路模似开关。

（9）合上故障模拟断路器3KM，模拟系统发生两相短路故障,此时负荷灯部分熄灭,台上电流表读数大于保护整定值,故应由保护动作跳开模拟断路器,从而实现保护功能.将动作情况和故障时电流测量幅值记录于表5—1中。

表5—1 电流速断保护灵敏度检查实验数据记录表

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5)同站间保护配合实验

为了观察同站间微机保护的配合，根据本试验台的硬件设置情况，必须断开所有微机保护的出口分闸回路，改用常规过电流保护分开故障线路的摸拟断路器。

（1）常规保护按完全星形两段式接线图接好（只需使用常规过电流保护，且整定时间稍大于微机保护III 段动作时间）。同站保护配合实验原理接线图如图5-5所示:

图5—5 同站间保护配合实验原理接线图

(2）把常规保护各元件的整定值按I、III段整定，且时间继电器整定时间要比微机保护III段的整定时间多1~2秒.

（3)合上三相电源开关，直流电源开关。

（4）合上微机装置电源开关，按实验1）中所述方法整定有关整定值，退出低压启动和重合闸功能,将保护I、II、III段均投入。

（5)将模拟线路电阻滑动头移到5Ω处。

（6）系统运行方式选择,置于“最大"，将微机出口LP1退出，将常规出口LP2投入。

（7）合上模拟断路器。

（8）调节调压器输出，使台上电压表指示从0V慢慢升到100V。，负载灯全亮。

（9）合上SA、SB、SC短路模拟开关.

(10）合上故障模拟断路器3KM,模拟系统发生三相短路故障。

（11）也可通过查询故障显示画面顺序确定故障发生的先后顺序.

(12）断开故障模拟断路器，按微机保护装置上的“信号复位”按钮，重新合上模拟断路器，即恢复模拟系统的无故障运行。

(13）改变故障短路点和系统运行方式，比较实验现象有何不同。并记录实验数据于下表：

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(14)实验结束后，将调压器输出调回零,断开短路模拟开关，断开模拟断路器,最后断开所有实验电源开关。

注意：为了获得比较理想的实验效果,可以适当延长各段保护时间整定值间的差值大小。

（四）思考题

1．微机电流电压保护有何特点？

答：1、人机界面友好,可以很直观精确的整定定值,查看运行中的电流电压参数等

2、由于是借助微机处理,可以实现很复杂的算法，可以实现以前模拟电路无法实现的原理

3、可以记录故障信息，调阅故障报告，录波等，方便事后分析

4、大大减少了硬件，也就减少了维护量，并且能实现装置自检.

2．微机保护与常规电流电压保护有何异同？

答：微机保护是用微型计算机构成的继电保护，是电力系统继电保护的发展方向（现已基本实现，尚需发展），它具有高可靠性，高选择性，高灵敏度。微机保护装置硬件包括微处理器（单片机）为核心，配以输入、输出通道，人机接口和通讯接口等。该系统广泛应用于电力微机保护优点:

1。微机保护是采用单片机原来,系统具备采集、监视、控制、自检查功能、通过一台设备可以发现：输电线路的故障,输电线路的负荷、自身的运行情况(当设备自身某种故障，微机保护通过自检功能，把故障进行呈现）,采用计算机原理进行远程控制和监视。

2.由于微机保护采用各种电力逻辑运算来实现保护功能,所以只需要采集线路上的电流电压，这样大大简化了接线.

3.微机保护的保护出口、遥控出口、就地控制出口都是通过一组继电器动作的，所以非常可靠.

4。微机保护采用计算机控制功能,保护定值、保护功能、保护手段采用程序逻辑,这样可以随时修改保护参数，修改保护功能,不用重新调试。

5。微机保护还具备通讯功能,可以通过网络把用户所需要的各种数据传输到监控中心,进行集中调度.

实验心得与体会:

通过本次实验，我们了解了微型机保护系统的硬件的组成部分。以及组成原理图。微机保护软件的逻辑功能在电力系统中的实际应用.

学习电力系统中微机型电流、电压保护时间、电流、电压整定值的调整方法。模拟系统无故障运行状态。电流速断保护林敏度检查的流程，电流保护范围等。还有短路产生的零序电流的研究.为了取得明显的效果，采用一些实用的措施。还用到了上次实验的重合闸知识，对不同的故障的处理.电力系统对故障的处理时间要求高，短时间内不能处理好,可能会引起一系列较为严重的损失,只有做好对电力系统的稳定性的保证，对各种故障有着更好更高效的处理才能发挥出更大的经济收益.还有重合闸与保护的较好的配合才能做好故障的较好处理。

五、输电线路距离保护实验

（一）实验目的

1．熟悉阻抗继电器原理、特性及调整整定值方法。

2．掌握阻抗继电器在线路距离保护中的应用和实现方法以及与重合闸继电器的配合方式.

3．了解不同的运行方式对距离保护的影响。

4．了解同一变电站阻抗保护各段之间配合的动作过程.

(二)基本原理

1．阻抗保护的基本原理

13

所谓阻抗保护，就是指反应保护安装处至短路故障点的距离，并根据这一距离的远近而确定是否动作的一种保护装置，其基本原理图如图6—1所示。

2

t I 、t II 、t III 。图6-2示出了线路AB

1II 、III 段保护的作特性和电阻分量及I 段电抗分量整定值的大小计算出明确的I 段保护动作区域，然后再通过实验进行检查。

以下给出的实验步骤和数据记录表格仅作参考，实验者可根据实际要求进行修改。 （1)按图6-9完成实验接线.

(2）合上三相电源开关和直流电源开关，合上模拟断路器1KM 、2KM,调节调压器输出,使试验台微机保护单元电压显示值升到50V ,负载灯全亮。

（3）合上微机装置电源开关，按附录二中所述方法将微机阻抗保护整定值进行修改(有关整定值的大小详见本节开始部分)。

（4）将台面右上角的LP1(微机出口连接片）接通。 （5）合上模拟线路的SA 、SB 和SC 短路模拟开关. （6)合上故障模拟断路器3KM.模拟系统发生三相短路故障。

此时负荷灯全熄灭,微机装置显示“11-XXX ”（第一个“1”,表示I 段保护动作，第二个“1”表示AB 相短路;XXX 为测量阻抗模值的大小），“I 段动作”指示灯点亮,由I 段保护动作跳开模拟断路器，从而实现保护功能。

(7)断开故障模拟断路器3KM ，按微机保护的“信号复位"按钮,可重新合上模拟断路器2KM,负荷灯全亮，即恢复模拟系统无故障运行状态。

（8)以1Ω为步长，移动短路电阻滑动头，重复步骤（6）和（7），直到I 段保护不动作，记下此时的短路电阻值.

(9）按表6—1中给定的值将移相器调整到另一个角度，将短路电阻滑动头先移动到30%处，或将短路电阻滑动头移至比理论计算值约小2Ω处，重复实验步骤（6）至（8），将实验结果记录在表6—1中.

表6-1 多边形阻抗保护特性实验数据记录表（1表示动作,0表示不动作）

KZ 1 KZ 2

l

图6-1 距离保护基本原理说明图

(10）实验结束后，将调压器输出调回零，断开各种短路模拟开关，断开模拟断路器，最后断开所有实验电源开关。

（11）根据实验数据确定I段阻抗保护的动作区域，并与图6—7所示动作区域进行比较,分析误差原因。

2．同站间微机距离保护动作配合实验

根据本试验台硬件配置特点，在进行同站间微机距离保护的实验时为防止实验装置长时间在故障状态下失去保护、电流过大、线路过热，我们将常规电流保护III段接入，作为微机的后备保护，实验接线参阅第五章图5-5。

实验步骤如下：

（1）按第五章图5—5完成微机装置和常规保护装置接线。

（2）将KA4、KA5、KA6继电器电流整定为0.8A，时间继电器整定为3S，移相器调至45度位置。

(3）运行方式选择,置为“最小"处。

（4）将模拟线路电阻滑动头移到30％处。

（5）合上三相电源开关,直流电源开关，模拟断路器1KM、2KM。

(6)合上微机装置电源开关，根据本章实验1介绍方法整定有关值,为了获得比较理想的实验效果,可以适当延长各段保护时间整定值的大小，II段动作整定时间t2设为1s，III段动作时间t3设为2S，重合闸退出，微机保护出口连接片LP1断开.

（7）调节调压器输出，使试验台微机保护单元电压显示值升到60V，负载灯全亮。

（8）合上模拟线路的短路模拟开关SA、SB。

（9）合上模拟线路的短路操作开关3KM.模拟系统发生AB相间短路故障。

故障发生时负荷灯部分熄灭,线路I段保护首先动作，显示“11—XXX”（XXX为测量阻抗模值的大小），同时“I段动作”指示灯点亮，但因LP1开路会导致模拟断路器不能分断;随后II段保护动作，显示“21-XXX”，同时“II段动作"指示灯点亮,但因LP1开路也会导致模拟断路器不能分断；再延迟一会就会有III段保护动作，显示“31—XXX”，同时“III段动作"指示灯点亮,但因LP1开路也会导致模拟断路器不能分断,当线路常规过电流保护系统中的时间继电器延时时间到后，信号继电器动作发动作信号,中间继电器出口跳开模拟断路器，负载灯熄灭。

通过查询故障显示画面的顺序也可确定故障发生的先后次序。

（10）断开短路操作开关,按微机保护装置上的“信号复位”按钮,重新合上模拟断路器1KM、2KM，即恢复模拟系统的无故障运行。

（11)实验结束后，将调压器输出调回零，断开短路模拟开关,断开模拟断路器，最后断开所有电源开关。

（12）改变短路模拟开关的组合或模拟线路电阻滑动头的位置，重复步骤（5)至(11），可以进行类似的实验。

表6-2 同站间微机距离保护配合实验数据记录表

3．运行方式变化对阻抗保护动作影响的实验 （1）试验接线如图6—9接线图所示。

（2）微机保护整定值不变，微机出口投入，重合闸退出，移相器角度45度。 （3）将模拟线路电阻滑动头移至50%处. （4）运行方式选择，置为“最大"处。 （5）合上三相电源开关,直流电源开关。

（6）合上模拟线路的模拟断路器1KM 、2KM ，调节调压器输出,使试验台微机保护单元电压显示值升到60V ，负荷灯全亮.

(7）合上模拟线路的短路模拟开关SA 、SC.

（8）合上短路操作开关3KM 。模拟系统发生AC 相间短路故障。

故障发生时负荷灯熄灭,模拟线路的I 段保护动作,显示“13-×××”（×××为测量阻抗模值的大小），同时“I 段动作"指示灯点亮，模拟断路器分断。

（9）断开模拟线路短路操作开关，按微机保护装置上的“信号复位”按钮，重新合上模拟断路器，即恢复模拟系统的无故障运行。

（10）重复步骤（8）和（9），将实验数据记录于表6—3中。 （11）改变运行方式选择开关的位置,置为“正常”处。 （12）重复步骤（8）至(10），将实验数据记录于表6-3中。 (13)改变运行方式选择开关的位置,置于“最小”位置. (14）重复步骤（8）至（10），将实验数据记录于表6—

3中.

表6-3 运行方式变化时阻抗保护影响实验数据记录表

（15)分别改变短路电阻为8Ω和10Ω,重复步骤（8）至（14）。

（16）实验结束后，将调压器输出调回零,断开短路模拟开关，断开模拟断路器,最后断开所有实验电源开关.

（17）比较运行方式选择开关位置发生改变时的测量数据和实验现象。 (四）思考题

1．阻抗保护与电流保护相比有何优点？

答：距离保护的第Ⅰ段是瞬时动作的，它的保护范围为本线路全长的80～85％;第Ⅱ段与限时电流速断相似,它的保护范围应不超出下一条线路距离第Ⅰ段的保护范围,并带有高出一个△t 的时限以保证动作的选择性；第Ⅲ段与过电流保护相似，其起动阻抗按躲开正常运行时的负荷参量来选择，动作时限比保护范围内其他各保护的最大动作时限高出一个△t

2．方向阻抗继电器为什么存在死区，如何消除？阻抗保护有死区吗？为什么？其特性曲线有何不同?哪一个更具科学性?

答方向阻抗继电器的特性圆经过原点，当在保护出口上发生短路时,线路上的残余电压为0，此时不能进行幅值和相位的比较，所以保护不能动作，即存在死区。一般对极化电压采用记忆特性消除死区.

3．本试验台上阻抗保护要用到移相器，该移相器有何作用?能不能换到别的位置？为什么电流保护不需要使用移相器?

答移相器的作用是将信号的相位移动一个角度。其工作原理根据不同的构成而存在差异。如晶体管电路，可在输入端加入一个控制信号来控制移相大小；在有些电路中则利用阻容电路的延时达到移相；在单片机控制系统还可利用内部定时器达到移相的目的.

4．阻抗继电器与微机阻抗保护同时投入,实验效果如何，在给定的条件下阻抗模值的理论计算值与微机显示阻抗模值相比有无差别?为什么？

5．为什么采用多边形阻抗保护特性可以提高躲过度电阻和躲负荷电流的能力？

6．LZ—21型方向阻抗继电器为什么既要加记忆回路，又要引入第三相电压？

答:距离保护一段方向阻抗元件如无记忆回路,当保护安装处出口发生三相金属性短路时，由于母线电压降到近于零，加到继电器端子上的电压也为零，此时保护将不能动作，从而出现了方向阻抗继电器的死区。为了清除死区,对方向阻抗继电器加装了记忆回路，正常时记忆回路处于谐振状态，当出口发生三相短路时，记忆回路按固有频率衰减,利用该衰减电压，保护继电器可靠动作。

实验心得与体会:

通过本次实验，我们熟悉了阻抗继电器原理、就是指反应保护安装处至短路故障点的距离,并根据这一距离的远近而确定是否动作的一种保护装置特性及调整整定值方法。还有距离保护的动作时限具有阶梯形时限特性。我们知道随着电力系统的发展，出现了容量大、电压高或结构复杂的网络，这时简单的电流、电压保护难于满足电网对保护的要求。所以如何使继电保护的灵敏度不受(或少受）系统运行方式的影响，这就是系统发展对继电保护提出的新要求.就需要我们本次实验中的知识来解决.试验后掌握阻抗继电器在线路距离保护中的应用和实现方法以及与重合闸继电器的配合方式.前几次实验都在强调保护与重合闸装置相互配合，所以其的重要性就不言而喻了。掌握好不同继电器之间的相互配合才能更好的进行对电力系统的几点保护.

六、变压器差动保护实验

（一）实验目的

1．熟悉变压器纵差保护的组成原理及整定值的调整方法

2．了解Y∕Δ接线的变压器，其电流互感器二次接线方式对减少不平衡电流的影响。

3．了解差动保护制动特性的特点,观察差动保护制动特性上A点或B点大小的变化对保护灵敏度和保护避不平衡电流能力的影响。

（二）变压器纵联差动保护的基本原理

1．变压器保护的配置

变压器是十分重要和贵重的电力设备，电力部门中使用相当普遍.变压器如发生故障将给供电的可靠性带来严重的后果，因此在变压器上应装设灵敏、快速、可靠和选择性好的保护装置.

变压器上装设的保护一般有两类：一种为主保护，如瓦斯保护，差动保护；另一种称后备保护，如过电流保护、低电压起动的过流保护等。

本试验台的主保护采用二次谐波制动原理的差动保护。

如图7-1所示为双绕组纵联差动保护的单相原理说明图,元件两侧的电流互感器的接线应使在正常和外部故障时流入继电器的电流为两侧电流之差，其值接近于零，继电器不动作；内部故障时流入继电器的电流为两侧电流之和,其值为短路电流,继电器动作。但是，由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不同，为了保证正常和外部故障时，变压器两侧的两个电流相等，从而使流入继电器的电流为零。即:

(7-1) 式（7－1）可改写为：

式中：K TAY 、K TA ∆—-分别为变压器Y 侧和∆侧电流互感器变比;K T ——变压器变比。 (三）实验内容

2）微机变压器差动保护中电流互感器接线正确性实验

（1)在模拟变压器正常运行方式实验的基础上,先调节调压器使其输出电压为0V ,然后断开模拟断路器1KM 、2KM,再断开所有实验电源开关.

（2）改变变压器副方CT 二次侧接线极性，完成改接线.

(3）合上三相电源开关和直流电源开关,合上模拟断路器1KM 和2KM,调节调压器使电压表读数从0V 慢慢升高到50V 。

(4）记录此时差电流表的读数，填入表7—2中。

表7—2 CT 接线方式变化对差电流测量的影响实验数据记录表

（5)将调压器输出调为0V ，断开1KM 、2KM ，断开所有实验电源开关。

(6（7（8（9）分析CT （103)（1）按实验（2）按附录二中介绍的方法让微机保护装置运行在变压器差动保护程序下，将其有关整定值整定为理论计算值，将保护功能投入.将故障转换开关SA V1置于“区内”位置。

（3）从微机装置上记录变压器两侧CT 二次侧测量电流幅值的大小。由于变压器实验时，只要故障转换开关SA V1置于“区内"位置，则从硬件电路上将变压器副方CT 一次回路短接了，因此这时变压器付方CT 二次侧测量电流幅值基本为0A 。

（4）将短路电阻滑动头调至50％处。 （5）合上短路模拟开关SA 、SB 。

（6）合上短路操作开关3KM,模拟系统发生两相短路故障,此时负荷灯全熄，模拟断路器1KM 、2KM 断开，将有关实验数据记录在表7-3中。

（7）断开短路操作开关3KM ，合上1KM 、2KM 恢复无故障运行。

(b)(a)正确接线

(8）改变步骤（4)中短路电阻的大小，如取值分别为8Ω或10Ω，或步骤(5）中短路模拟开关的组合,重复步骤（6）和（7），将实验结果记录于表7—3中。

（9）实验完成后，使调压器输出电压为0V,断开所有电源开关。

表7—3 微机差动保护变压器内部故障实验数据记录表

4）变压器外部故障实验

实验步骤与“变压器内部故障实验”步骤完全一样,只须先将故障转换开关SA V1置于“区外”位置即可。实验记录表格7-4也与表7-3一样。

当进行变压器外部故障时，这时，差动保护不会动作，变压器后备保护动作。

表7-4 微机差动保护变压器外部故障实验数据记录表

(四）思考题

1．差动继电器中为什么要引入二次谐波制动?

答：保护装置在变压器空载投入和外部故障切除电压恢复时，利用二次谐波分量进行制动；内部故障时,利用基波进行保护；外部故障时，利用比例制动回路躲过不平衡电流.

2．请说明差动继电器的穿越制动曲线的作用。

答：利用变压器的穿越电流来产生制动作用，使得穿越电流大时，产生的制动作用大，穿越电流小时,产生的制动作用小,并且使保护的动作电流也随制动作用的大小而改变,即制动作用大时，动作电流大些,制动电流小时，动作电流也小, 那么在任何外部短路电流的情况下，差动保护的动作电流都能大于相应的不平衡电流，从而既提高灵敏度,又不致误动作

3．三绕组变压器与两绕组变压器保护的配置有何不同？

基本原理完全一致。针对差动保护，要求二次侧接线必须：

一是极性要对应.二是相角要转换一致.三是变比要对等。

4．变压器差动保护中产生不平衡电流的因素有哪些?

答:不平衡电流产生的原因：（１）励磁涌流的影响（２)绕组连接方式不同的影响 (３）实际变比与计算变比不同的影响（４）改变调压档位引起的不平衡电流及克服措施（５）型号不同产生的不平衡电流

实验心得与体会：