继电保护实验指导书(2011年简装).doc

电力系统继电保护实验指导书电气与电子工程学院微机保护实验室华北电力大学2011年3月实 验 注 意 事 项实验是教学的重要环节之一，通过实验可以巩固和丰富已学到的理论知识，发现和探讨实验中出现的新问题；培养实事求是、科学严谨的工作作风；并能进一步培养实验技能，为学生今后走上工作岗位打下良好基础。为保证实验正常顺利进行，保证实验教学质量，实验者应遵循以下规定：1、实验前做好充分预习，明确实验目的、要求、方法、和步骤。2、通电前，必须经老师检查电路接线，确认无误后，方可通电实验。3、爱护计算机及实验设备，未搞清使用方法之前，不准随便使用。4、实验中要随时注意现象的观察，如果发生故障或异常，（保险熔断，表计指示不正常，电路出现冒烟等）必须立即断开电源,并告知老师。5、对违反操作规定以及损坏仪器、设备、工具和元器件者应检查原因，对情节严重者，还要按学校有关规定进行赔偿。6、要始终保持实验室安静和整洁，不得在室内喧哗、打闹、随意走动。7、实验结束，应先断开各仪器电源开关，再断开实验台上电源开关。把所有仪器设备、导线、座位等归位，整理就绪，清扫后经允许才能离开。目 录一、电磁型电流继电器和时间继电器实验 3二、单侧电源辐射线路电流保护实验 7三 、距离保护实验 12实验一 电磁型电流继电器和时间继电器实验。1、实验目的：（1）了解电磁型电流继电器和时间继电器的构造、特性，掌握继电器基本参数（电流，时间）的调整方法。（2）了解继电保护测试仪的功能和使用方法。2、电磁型电流继电器的调整实验21、原理说明：(1) 电流继电器：反应通入电流线圈的电流与其整定值电流大小，动作于接点瞬时闭合。(2) 时间继电器：反应工作线圈是否接通额定工作电压（一般是直流电压），动作于接点经整定时间后延时闭合。2 2实验方法与步骤：2.2.1 起动电流，返回电流实验。（1） 实验接线如图（一） 熟悉继电器额定参数。按图接线。请老师检查接线。按附录I有关章节所述，打开测试仪电源。在测试仪人-机对话界面设置各量。测试仪使用方法见附录有关章节（建议用手动试验）图（一）（2）测定DL型继电器的起动电流：使继电器线圈串联，整定把手放在最大位置，输入电流从零开始逐步增加，直到继电器接点闭合。使继电器刚好能动作的最小电流即为动作电流。注意：测试过程中电流步长值要适当（0.01A数量级）。起动电流可用下列方法进行整定i) 利用改变继电器的线圈串联或并联，进行整定值范围的选择。当线圈串联时，其动作值的范围即为刻度盘上所示的值。当线圈并联时，其动作值为刻度盘上值的两倍。ii) 改变弹簧的拉力可进行起动电流的均匀整定。iii) 要求测出在继电器线圈串联及并联情况下，整定把手放在不同位置时（即刻度最小，刻度中间，刻度最大三个位值）。继电器的动作电流值。（3）测定DL型继电器的返回电流：待继电器动作后，使通入的电流平滑下降直至使继电器接点返回，此时电流即为继电器的返回电流。（4） 返回系数：将测出的 , 填入表中，计算返回系数。 = 电流继电器的返回系数 不应小于0.85。当大于0.9时，应注意触点压力不应太小。表一两线圈串联两线圈并联整定把手位置刻度最小刻度中间刻度最大刻度最小刻度中间刻度最大 (安) (安)（5）继电器的调整方法：动作值不符合刻度盘时，可按以下顺序进行调整：i）将继电器的把手放在最大值，当测出的动作电流值小于盘上数值时，应调整左限止杆，可将舌片的起始位置远离电磁铁的磁极；大于盘上数值时，则应调整左限止杆，将其移近磁极。ii）再将把手放在最小值，测动作电流。由于第一步已将最大值调整到与刻度盘相符满足要求。若最小值还不符合要求，则可以用改变弹簧拉力进行调整，顺时针移动弹簧使电流减少，反之增大。刻度盘调整的同时，要检查最大位置的返回系数及最小位置时接点接触的可靠性，满足要求后再检查中间位置的刻度。返回系数不符合规定值时的调整方法：返回系数是继电器的重要指标，对于过电流继电器其返回系统总是小于1，要求在满足可靠性的基础上返回系数大些，这样可使保护装置具有较高的灵敏度。通过调整Z形舌片的右限位杆或左限位杆，使舌片终止位置时的端部与磁极间的间隙愈大，返回系数愈大，反之则愈小。舌片起始位置离开磁极的距离愈大，返回系数愈小，动作值与返回系数的调整是相互关联的，须反复调节方可完成。3、时间继电器的调整实验：31实验目的及内容：（1）了解时间继电器的内部结构及动作原理，熟悉时间继电器的型号及主要参数。（2）测量动作电压值与返回电压值。测量动作时间，学会调整这些参数的方法。3.2 实验方法与步骤：（1）实验结线如图（二）所示 熟悉继电器额定参数。按图接线。请老师检查接线。按附录I有关章节所述，打开测试仪电源。在测试仪人-机对话界面设置各量。测试仪使用方法见附录有关章节（建议用手动试验）图（二）（2）起动电压及返回电压值检验输入电压从零开始逐步增加，直到继电器接点闭合。直流时间继电器的动作电压不应大于70的额定电压值(Vdz70Ue),返回电压值要求大于5的额定电压值（0.05Ue）。若动作电压过高，则应检查返回弹簧弹力是否过强，衔铁在黄铜管内或衔铁弯板在固定坐槽内摩擦是否过大；若返回电压过低，则应检查摩擦是否过大，返回弹簧弹力是否过弱。 表二额定电压（V）动作电压（V）返回电压（V）注意：测试过程中电压步长值要适当（1-5V数量级）。（3）检验继电器动作时间。将时间整定在所要求的刻度上，（时间的整定是利用改变延时静接点位置与时间刻度上的时间刻度数对准）。利用测试仪时间测试功能可以同时显示时间继电器的动作时间。实验时分别取两个时间定值（根据具体继电器确定），把测量时间记在表三中，并分析是否满足要求。要求在时间继电器整定位置，于额定电压下测量动作时间三次，每次测量值与整定值误差按厂家的技术规范规定的范围：DS111型0.15 DS112型0.10 DS113型0.15 表三 t1 t2备注一次二次三次一次二次三次整定值误差 当测量时间与刻度值不符时，可按下述方进行调整i）当刻度起始位置与定值不符，首先调整刻度盘的位置以满足要求，如动作时间长可将刻度盘往顺时针方向移一角度。ii）在最大刻度处于定值不符则应调整钟表机构。调整钟表机构时，将延时静点及刻度盘取下，将外壳作为延时动作接点，扇形齿终点限止挡对外壳绝缘可作为静接点，接入秒表进行检查。 时间调整可用下述几种方法，使其满足钟表机构的时间误差规范。i）调整钟表轴承丝，使钟摆在弹簧的作用下能均匀地摆动。如果测得的时间短，则使钟摆与摆齿轮咬合深些，反之则咬合浅些。调整宜细致，严禁有打滑或卡死现象出现。ii）调整钟摆上的平衡锤，如测得的时间短，应将两个平衡锤距离调远，如时间过长，则应调近些。iii）调整钟表弹簧的支架位置，时间短弹力可调弱些。4、思考题：a) 电流继电器的返回系数和,为什么要求在0.850.9之间，太大或太小有什么问题？b) 电流继电器的二组线圈串联改为并联时其整定值有何变化，为什么？c) 时间继电器的动作电压为何不应大于70的额定电压？实验二、单侧电源辐射线路电流保护实验1、实验目的 1、 掌握常用电流继电器、时间继电器动作值的整定。2、熟悉单侧电源辐射网线路各阶段式电流保护相互配合工作。2、实验原理由电力系统分析课程知识可知，当供电网络中任意一点发生三相短路时，流过短路点与电源间线路中的电流急剧增大（相对负荷电流），短路电流中包含短路工频周期分量、暂态高频分量、和衰减直流分量。式中系统等效电源的相电势； 短路点至保护安装处之间的阻抗； 安装处至系统等效电源之间的阻抗；短路类型系数，三相短路取1，两相短路取。电流速断、限时电流速断和过电流保护都是反映于电流升高而动作的保护装置，它们之间的区别主要在于按不同的原则来选择启动电流。即速断是按躲过线路末端的最大短路电流来整定，限时速断是按照躲开前方相邻元件电流速断保护的动作电流整定，而过电流保护则是按照躲过最大负荷电流来整定。为了保证保护的选择性，各段保护还需在动作时限上有所配合。图（一）为一35KV单侧电源输电网，线路X-1的继电保护为三段式电流保护。 图（一）三段式电流保护计算实例 在最大和最小运行方式下，、点三相短路电流见表（一）短路点在最大运行方式下，三相短路电流（安）1600720320在最小运行方式下，三相短路电流（安）1420690300已知线路X-1在正常时负荷电流为170安培，电流互感器变比800/5，保护采用两相不完全星形接线，线路X-2过流保护的动作时限为2秒。试计算各段保护的动作电流 并确定动作时限，如表（二）。保护类型动作电流（安）时限（秒）电流速断（段）0限时电流速断（段）=过电流保护（段）=电流速断可靠系数（1.2-1.3），接线系数（1），电流互感器变比（800/5）。 电流速断可靠系数（1.2-1.3），限时电流速断可靠系数（1.1-1.2），接线系数（1），电流互感器变比（800/5）。 限时过电流可靠系数（1.15-1.25），电流继电器返回系数（0.85），接线系数（1），电流互感器变比（800/5），最大负荷电流。3、实验方法与步骤31、保护动作值整定根据计算出来的各段每个继电器的动作值(电流、时间),在继电器上进行整定，然后，根据图（二）进行实验接线。 图（二）三段式电流保护原理图3.2、模拟故障，测试保护动作状态l 请老师检查接线。l 按附录I有关章节所述，打开测试仪。l 选定适当人-机对话界面。l 测试方法见附录有关章节（建议用手动试验）（1）根据计算结果，在测试仪人-机对话界面上，设定短路类型为三相短路，短路电流大小如表（三）所示，并使测试仪处于测试状态，观察各个继电器的动作情况，将测试结果填入表（三）表（三）：故障类型短路电流（安）电流继电器状态(动作)时间继电器状态（启动）信号继电器状态（动作）中间继电器状态（动作）保护类型动作时限（秒）三相短路21LJ1XJZJ2LJ2SJ2XJ3LJ3SJ3XJ三相短路31LJ1XJZJ2LJ2SJ2XJ3LJ3SJ3XJ三相短路41LJ1XJZJ2LJ2SJ2XJ3LJ3SJ3XJ三相短路51LJ1XJZJ2LJ2SJ2XJ3LJ3SJ3XJ三相短路61LJ1XJZJ2LJ2SJ2XJ3LJ3SJ3XJ（2）设定短路类型为两相短路，短路电流大小按表（三）所示各短路电流大小，对应计算出同一故障点两相短路的短路电流大小，完成表（四）。表（四）：故障类型短路电流（安）电流继电器状态(动作)时间继电器状态（启动）信号继电器状态（动作）中间继电器状态（动作）保护类型动作时限（秒）两相短路1LJ1XJZJ2LJ2SJ2XJ3LJ3SJ3XJ两相短路1LJ1XJZJ2LJ2SJ2XJ3LJ3SJ3XJ两相短路1LJ1XJZJ2LJ2SJ2XJ3LJ3SJ3XJ两相短路1LJ1XJZJ2LJ2SJ2XJ3LJ3SJ3XJ两相短路1LJ1XJZJ2LJ2SJ2XJ3LJ3SJ3XJ思考题：1、在三段式电流保护中，如果在段保护范围内发生了相间短路：如果段的启动元件拒动，将如何切出故障？如果是保护的出口中间继电器拒动，将如何切出故障？2、同一地点发生不同类相的短路故障，三段式电流保护系统动作的类型是否相同？为什么？实验三、距离保护实验、实验目的1）了解微机保护装置在大电流接地系统下的整定计算2）熟悉微机保护装置距离保护测试方法、实验原理说明2.1 距离保护基本原理与构成利用保护安装处测量电压和测量电流的比值 所构成的继电保护方式称为阻抗保护。 对于输电线路，由于 ，所以，还能反映短路点到保护安装处的距离 ，因此，通常也称为距离保护。 其中，为线路单位长度正序阻抗，短路点距离。依据测量阻抗在不同情况下的“差异”，保护就能够区分出系统是否发生故障，以及故障发生的范围正向范围，或反向。2.2 CSL-161B微机保护装置说明：CSL161B线路保护装置配置了闭锁式高频距离和高频零序方向保护、三段式相间距离、三段式接地距离、四段式零序方向电流保护及三相一次重合闸，适用于大电流接地系统的线路保护。1）、硬件构成原理 图（1）、硬件构成原理2）、起动元件装置设有一个反映任一相相电流突变量的起动元件，起动元件不起动时，高频、距离和零序保护均不投入。3）、距离保护阻抗动作特性：本装置采用多边形动作特性，为保证出口短路的明确方向性，采用电压记忆，即用故障前的电压顺移两个周波后，同故障后电流比相。4）、高频保护本装置设置了高频相间距离保护和高频零序方向保护，通道方式只考虑闭锁式，不适用于允许式。5）、零序保护零序保护设计为四段零序方向保护。6）、重合闸本装置线路抽取电压的小变压器一次侧的额定电压固定为100伏，抽取电压的额定值则可以为100伏，也可以为57伏。 7）、人机对话板（MMI）本装置MMI所采用的单片机片内集成了很强的计算机网络功能，可以通过在片外的网络驱动器（主要是一个耐高压的隔离脉冲变压器）直接连至高速数据通讯网。单片机还设有11个多功能的I/O线可以完成多种功能，例如：键盘和液晶显示器（LCD）。本装置面板上设有六个键和一个液晶显示器，为节省MMI CPU的I/O口线，实际电路中MMI同LCD的连线是经过移位寄存器和锁存器相连的。键盘也是经过编码器连接的。键盘和LCD的操作见后面人机对话说明。8）、定值清单 表（1）序号代码定值名称整定范围01KG1控制字10000FFFF02KG2控制字20000FFFF03KG3控制字30000FFFF04RDZ阻抗特性电阻分量定值099.905XX1相间距离I段电抗分量定值099.906XX2相间距离II段电抗分量定值099.907XX3相间距离III段电抗分量定值099.908XD1接地距离I段电抗分量定值099.909XD2接地距离II段电抗分量定值099.910XD3接地距离III段电抗分量定值099.911TX2相间距离II段时间定值099.9S12TX3相间距离III段时间定值099.9S13TD2接地距离II段时间定值099.9S14TD3接地距离III段时间定值099.9S15I01零序I段电流定值099.9A16I02零序II段电流定值099.9A17I03零序III段电流定值099.9A18I04零序IV段电流定值099.9A19T02零序II段时间定值099.9S20TO3零序III段时间定值099.9S21TO4零序IV段时间定值099.9S22TCH重合闸时时间定值099.9S23VTQ检同期用同期角度205024IQD突变量启动元件电流定值020.9A25IJW判断静稳破坏电流元件定值099.9A26KX电抗分量零序补偿系数01.9927KR电阻分量零序补偿系数03.9928CT线路CT变比099.929PTPT变比099.930X1线路每公里的电抗值（一次值）099.9定值说明和整定建议：控制字说明：KG1、KG2、KG3为三个十六位二进制控制字，每个控制字相当于十六个软件功能控制开关: 表（2）D15D14D13D12D11D10D9D8D7D6D5D4D3D2D1D0KG1控制字各位定义如下： 表（3） 位号位取值=1位取值=0含义及作用D0投入退出零序I段带方向D1投入退出零序II段带方向D2投入退出零序段带方向D3投入退出零序IV段带方向D4投入退出加速零序II段D5投入退出加速零序III段D6投入退出加速零序IV段D7投入退出距离I段和零序I段延时150ms动作D8投入退出重合后瞬时加速距离II段D9投入退出重合后瞬时加速距离III段D10投入退出重合后延时1.5s加速距离III段D11投入退出距离I、II段不经振荡闭锁D12IN=1AIN=5A重合后电抗相近原理后加速D13投入退出CT额定值选择D14投入退出M键功能D15投入退出模拟量输入自检，PT、CT断线检查注：运行时D14应为“0”，D14=1仅用于调试。运行时D15应为“1”，D15=0仅用于调试。KG2控制字主要用于重合闸及特殊保护功能控制， KG3用于当高频保护压板投入时高频停信元件选择控制。当高频保护不用时，可整定为0000H。这里不再详述。2.3、距离保护保护区阻抗动作特性：本装置采用多边形动作特性，为保证出口短路的明确方向性，采用电压记忆，即用故障前的电压顺移两个周波后，同故障后电流比相。图（2）相间距离保护动作区、实验内容和步骤3.1 整定值输入：按照定值清单（表4），修改定值。利用面板上的人机对话功能，在四方键盘上按，使人机对话功能进入SET-LST，LCD 显示“S-”，再按，显示： SN=00，再按四方键盘上( 键)，即可看到各个定值字段及定值。 按，LCD即显示KG1=。若修改定值(如将KG1=0000，修改为KG1=400F)，用( 键)选择某位，用( 键)改变数值，每一位都设置完毕，再按确认。然后再选择下一项定值。所有定修改完毕，按四方键盘：LCD显示“SEND SETING ,Y：SET，N：QUIT”。 按：LCD显示“BURN SETING ,Y：SET，N：QUIT。按SET：LCD显示“BURN TO 00”。按SET：LCD显示：“Are You Sure? Code 0000 ”将Code 0000改为Code (设置密码)， 按 ：LCD显示“ANS Success !”，再按后显示“SET BURN OK 00”，按键，复归正常。 表4KG1=9243KG2=8413KG3=0000RDZ=10WXX1=2WXX2=5WXX3=8WXD1=2WXD2=5WXD3=8WTX2=0.5STX3=3.0STD2=1.0STD3=3.0SI01=8AI02=5AI03=3AI04=1.5AT02=0.5ST03=2ST04=4.0STCH=1.0SVTQ=20IQD=1AIJW=3AKX=0.6KR=2.3CT=0.12PT=1.1X=0.4W3.2模拟短路故障试验：1）实验接线如图（3），并按下列步骤进行： 按图接线，请老师检查接线。使测试仪在工作状态。在测试仪人-机对话界面设置各量。测试方法见附录有关章节（建议用整组实验）投入投入距离保护(26号端子与19号端子相连)，根据表5表、表6，电流、阻抗值，测试保护装置每一种保护项目的动作情况，记录动作时间并比较显示的报文与表中所列是否一致。试验注意事项：a) 本实验属于采用模拟突然短路的方法进行。b) 相间接地距离