电力系统继电保护实验指导书(2006)1

电力系统继电保护原理实验指导书 1 电力系统继电保护原理实 验 指 导 书王洪坤石河子大学机械电气工程学院电力系统继电保护原理实验指导书 武汉华工大电力自动技术研究所2 目 录一、前 言 .1（一）发电厂变电所二次系统的基本概念 .11一次系统与二次系统的概念 .12断路器的控制回路和信号回路 .1（二）继电保护的任务与作用原理及组成 .21作用原理 .22. 继电保护的组成 .3（三）试 验 台 的 特 点 及 其 应 用 .41试验台的主要特点 .42试验台面板布置 .73试验台的应用 .9（四）试验台使用注意事项 .11二、常规继电器特性实验 .12（一）电磁型电压、电流继电器的特性实验 .121实验目的 .122继电器的类型与原理 .123实验内容 .174思考题 .25（二）LG-11 型功率方向 继电器特性实验 .261实验目的 .262LG-11 型功率方向继电器简介 .263实验内容 .32电力系统继电保护原理实验指导书 3 4思考题 .35（三）方向阻抗继电器特性实验 .361实验目的 .362LZ-21 型方向阻抗继电器简介 .363LZ-21 型方向阻抗继电器的接线方式 .444LZ-21 方向阻抗继电器的特性 .475实验内容 .504思考题 .54（四）LCD-4 差动继电器特性实验 .551实验目的 .552LCD-4 型差动继电器简介 .553实验内容 .584思考题 .62三、输电线路电流电压常规保护实验 .64（一）实验目的 .64（二）基本原理 .641试验台一次系统原理图 .642电流电压保护实验基本原理 .653保护的整定值计算 .764常规电流保护的接线方式 .77（三）实验内容 .791正常运行方式实验 .792短路故障方式实验 .793三相短路时段保护动作情况及灵敏度测试实验 .804两相短路时段保护动作情况及灵敏度测试实验 .815电流电压联锁保护实验 .836复合电压启动的过电流保护实验 .837保护动作配合实验 .84电力系统继电保护原理实验指导书 武汉华工大电力自动技术研究所4 （四）思考题 .85四、电磁型三相一次重合闸实验 .86（一）实验目的 .86（二）基本原理 .861DCH-1 重合闸继电器构成部件及作用 .862重合闸的动作原理 .883自动重合闸之前加速保护动作 .904自动重合闸后加速保护动作 .915断路器防止“跳跃”的基本概念 .91（三）实验内容 .931重合闸继电器实验 .932三段式电流保护与自动重合闸装置综合实验 .943电流电压联锁保护与自动重合闸装置综合实验 .954复 合 电 压 启 动 的 过 电 流 保 护 与 自 动 重 合 闸 装 置 综 合 实 验 .965断路器防止“跳跃”动作实验 .96（四）思考题 .98五、输电线路的电流、电压微机保护实验 .99（一）实验目的 .99（二）基本原理 .991微机保护的硬件 .992数据采集系统 .1003输入输出回路 .1014CPU 系统 .1015微机保护的软件 .102（三）实验内容 .104电力系统继电保护原理实验指导书 5 1三段式电流微机保护实验 .1042电流电压联锁微机保护实验 .1093微机重合闸实验 .1104微机保护与重合闸继电器配合实验 .111（四）思考题 .113六、输电线路距离保护实验 .114（一）实验目的 .114（二）基本原理 .1141阻抗保护的基本原理 .1142距离保护的时限特性 .1163阻抗继电器的基本构成原理 .1174阻抗继电器的动作特性 .117（三）实验内容 .1221多边形阻抗保护动作特性实验 .1232同站间微机距离保护动作配合实验 .1253运行方式变化对阻抗保护动作影响的实验 .1274微机重合闸实验 .1295微机保护与重合闸继电器 DCH-1 配合实验 .1306LZ-21 型阻抗继电器特性测试实验 .131（四）思考题 .133七、变压器差动保护实验 .134（一）实验目的 .134（二）变压 器纵联差动保护的基本原理 .1341变压器保护的配置 .1342变压器纵联差动保护基本原理 .134（三）实验内容 .139电力系统继电保护原理实验指导书 武汉华工大电力自动技术研究所6 1微机变压器差动保护实验 .1392用 LCD-4 差动继电器实现变压器差动保护实验 .145（四）思考题 .147八、二次系统及光字牌说明 .148（一）二次系统的基本概念 .148（二）试验台二次系统的构成 .1481转换开关 K2.1482模拟断路器跳、合闸信号指示灯 .1483各种光字牌指示 .1484故障闪光灯 .1495各种中央音像信号 .1496连接片 .149附录一：ZNB-智能式多功能表使用说明 .150（一）用途及特点 .150（二）主要技术数据 .151（三）使用方法 .151（四）注意事项 .154附录二：微机保护装置的使用方法 .155（一）微机保护单元箱的面板布置 .155（二）装置面板各部分的作用 .155（三）装置整定值设置 .160（四）装置整定值修改示例及注意事项 .164电力系统继电保护原理实验指导书 7 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。这些设备通常是由电流互感器、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。二次回路的设备通常为低压设备。在发电厂和变电所中，虽然一次接线是主体，但是，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 ， 可 以 大 大 地 减 少 主 控 制 室 的 建 筑 面 积电力系统继电保护原理实验指导书 武汉华工大电力自动技术研究所8 和 节 省 控 制 电 缆 。断路器的控制通常是通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IUZ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，可构成电力系统继电保护原理实验指导书 9 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，可以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。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1 2 3 跳闸或信号被测物理量电力系统继电保护原理实验指导书 武汉华工大电力自动技术研究所10 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 。图 1-2 电磁型线路过电流保护的单相原理图由图 1-2 可以看到：（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、信号继电器可以组合成电流保护，用电流、低压、时间、中间、信号等继电器可以组