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供配电实验指导书2012年5月第一章 绪 论第一节 实验安全操作规程为了按时完成实验，确保实验时人身安全与设备安全，要严格遵守下列规定的安全操作规程。1 实验时，人体不可接触带电线路。2 接线或拆线都必须在切断电源的情况下进行。3 学生独立完成接线或改接线路后必须经指导教师检查和允许，并使组内其他同学引起注意后方可接通电源。实验中如发生事故，应立即切断电源，经查清问题和妥善处理故障后，才能继续进行实验。4 通电前应先检查所有仪表量程是否符合要求，是否有短路回路存在，以免损坏仪表或电源。5 总电源或实验台控制屏上的电源应由实验指导教师来控制，其他人员只能经指导教师允许后方可操作，不得自行合闸。第二节 发电厂、变电所二次系统的基本概念一、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。 二、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610KV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）。第三节 DJZ-电气控制与继电保护综合教学实验台的应用DJZ-电气控制与继电保护综合教学实验台是武汉华工大电力自动技术研究所针对电力工程、继电保护、电气工程等课程中有关继电保护的基础教学内容而设计的，实验台上安装有各种常规的继电器，如电流继电器、电压继电器、中间继电器、信号继电器、差动继电器、功率继电器、方向阻抗继电器、复合电压继电器、重合闸继电器和微机线路保护等组成。学生可以做单个继电器的特性试验，可以采用积木式办法，将继电器组合起来，做整组试验；还可以自己组合设计试验。DJZ-电气控制与继电保护综合教学实验台（台面布置如图1-3）除了装有常规的继电器外还装有测量时间、相位用的ZNB-智能式多功能表及移相器、调压器等，由这些设备组成一个完整系统，学生使用起来极为方便。ZNB-智能式多功能表的使用方法见附录一。微机线路保护装置的使用方法见附录二。图1-3 DJZ-电气控制与继电保护综合教学实验台台面布置图第二章 电磁型电压、电流继电器特性实验一、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；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 测量电磁型继电器的时间特性；5 了解多种继电器配合实验。二、继电器的类型与认识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。继电器按所反应的物理量的不同可分为电量与非电量的两种，属于非电量的有瓦斯继电器、速度继电器等，反应电量的种类比较多，一般分类如下：(1) 按动作原理可分为：电磁型、感应型、整流型、晶体管型、微机型等；(2) 按继电器所反应的电量性质可分为电流继电器、电压继电器、功率继电器、阻抗继电器、频率继电器等；(3) 按继电器的作用可分为起动动作继电器、中间继电器、时间继电器、信号继电器等。近年来电力系统中已大量使用微机保护，整流型和晶体管型继电器以及感应型、电磁型继电器使用量已有减少。继电保护中常用的有电流继电器、电压继电器、中间继电器、信号继电器、阻抗继电器、功率方向继电器、差动继电器等。三、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。A220VKA+-RTY130W 5A 2A实验电路原理图如图2-1所示：图2-1 电流继电器动作电流值测试实验原理图实验步骤如下：整定继电器动作值，按图接线，调压器输出指示为0V；检查线路后合上有关电源；调节调压器使电流值缓慢升高，记下继电器动作（指示灯XD1亮）时的最小电流值，即为动作值；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）最大电流值，即为返回值；测三组数据，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；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将结果填入表2-1中。表2-1 动作值、返回值测试动 作 值返 回 值123平均值误 差整定值Izd变 差返回系数四、电压继电器特性实验电压继电器动作、返回电压值测试实验（以低电压继电器为例）。实验原理图如下图2-2所示：220VKV+-VTY1150V图2-2 低电压继电器动作值测试原理图实验步骤如下：整定继电器动作值，按图接线，检查线路后，合上有关电源；这时，指示灯XD1亮；调整调压器输出，使电压从0V慢慢升高，直至继电器常闭接点打开（XD1熄灭）；调整调压器使电压缓慢降低，记下继电器动作（指示灯XD1刚亮）时的最大电压值，即为动作值；继电器动作后，再调节调压器使电压平滑地升高，记下继电器返回（指示灯灭）时的最小电压值，即为继电器的返回值；测三组数据，分别计算动作值和返回值的平均值，即为低电压继电器的动作值和返回值；计算整定值的误差，变差及返回系数；将结果填入表2-2中。表2-2 动作值、返回值测试动 作 值返 回 值123平均值误 差整定值Uset变 差返回系数五、电流继电器动作时间测试实验实验原理图如图2-3所示：220VKABK停止A电秒表启动TY1图2-3 电流继电器动作时间测试原理图实验步骤如下：按图接线，调压器为输出0V，整定好继电器动作值为1.2A；检查线路后，合上电源；打开电秒表电源开关，使用其时间测量功能，工作选择开关置“连续”；调节调压器使电压匀速升高，使加入继电器的电流为1.2A；先拉开刀闸（BK），复位电秒表，使其显示为零，然后再合上BK，电秒表显示的时间即为动作时间，记下该值然后复位；测三组数据，计算平均值，结果填入表2-3中；使加入继电器的电流分别为1.5A、1.8A、2.4A，重复上述步骤；分析四种电流情况时读数是否相同，为什么？表2-3 电流继电器动作时间测试I1.2A1.5A1.8A2.4AT六、时间继电器特性测试实验原理接线图如图2-4所示：220VKTBK停止电秒表启动+图2-4 时间继电器动作时间测试原理图实验步骤为： 按图接好线路，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； 合上BK，采用突然加压的方法测量动作时间； 测量三次，取平均值，结果填入表2-4中，且整定后第一次动作时间测量不计入测量结果中； 计算动作时间误差。表2-4 时间继电器动作时间测试整定值123平均误差变差T七、多种继电器配合实验该实验内容为将电流继电器、时间继电器、信号继电器、中间继电器、调压器、滑线变阻器等组合构成一个过电流保护。要求当电流继电器动作后，启动时间继电器延时，经过一定时间后，启动信号继电器发信号和中间继电器动作跳闸（指示灯亮）。KSKMKAKT图2-5实验步骤为： 请在图2-5上自行拟定一个完整的过电流保护实验原理接线图（经老师审查）； 按图接线； 逐步加电流，仔细观察各种继电器的动作关系； 逐步减电流，仔细观察各种继电器的返回关系。八、思考题1. 电磁型电流继电器、电压继电器和时间继电器在结构上有什么异同点？2. 如何调整电流继电器、电压继电器的返回系数？3. 电磁型电流继电器的动作电流与哪些因素有关？4. 过电压继电器和低电压继电器有何区别？5. 在时间继电器的测试中为何整定后第一次测量的动作时间不计？6. 详细描述多种继电器配合实验的动作关系和返回关系。7 在图2-5的基础上自行设计一个低电压闭锁过电流保护的原理接线图。第三章 输电线路的电流、电压保护实验一、实验目的1 学习电力系统中电流、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优越点。二、实验内容1模拟系统正常、最小、最大运行方式实验。2模拟系统短路运行方式实验。3学习和设计A站变电站电流保护的接线。4保护装置的动作电流校验和动作电压校验实验。5模拟系统短路保护动作实验。6低电压闭锁电流保护装置的动作实验。7保护装置的动作时间整定实验。8电流速断保护灵敏度检查实验。9低电压闭锁速断保护灵敏度检查实验。10保护时间配合动作实验。11微机线路保护实验。12运行方式对保护灵敏度影响实验。13常规保护配合动作实验14常规保护与微机保护配合动作实验15三相重合闸实验16遥测、遥信和遥控实验17远方控制下位机整定值的浏览和修改18其他三、实验台使用方法用DJZ-电气控制与继电保护综合教学实验台，台上A站装有三段式常规电磁式继电保护和微机型继电保护。在A站，所有常规电磁式继电器、CT、微机型保护装置的电流电压输入均各自独立，学生实验时，根据实际的需要确定实验接线，然后由学生自己动手连接线路、整定修改各有关继电器的动作值大小，然后再进行有关的实验。常规电磁式继电保护和微机型继电保护由单独的电流保护、电流电压联锁保护和重合闸等单元组成。通过修改各站整定值可确定每个单元的投切状态或整定值的大小，从而进行不同的实验内容。1正常运行方式 1）三相调压器输出为0V；2）系统运行方式置于“正常”位置；3）AB段模拟线路阻抗调到最大处；4）合上实验电源，调节调压的输出，使屏上电压表指示从0V慢慢升到100V为止；5）合上A站模拟断路器。此时，负荷灯泡亮，模拟系统即处于正常运行状态。实验结束后，使调压器输出回零，最后断开实验电源。2短路故障方式1）三相调压器输出为0V；2）选择系统运行方式为最小运行方式；3）将各段模拟线路阻抗指针调到(中间50%)位置；4）切断直流电源开关，退出所有出口连接片；5）合上实验电源，调节调压器的输出，使屏上电压表指示从0V慢慢升到100V为止； 6）合上A站模拟断路器，此时负荷灯泡亮(与正常运行方式相同)；7）合上A站对应相的短路模拟开关；8）合上A站故障模拟断路器。此时，根据短路类型，负荷灯泡全部熄灭或部分熄灭。电流表指示数值较大。模拟系统即处于短路故障方式。短路故障发生后，应立即断开短路操作开关，以免短路电流过大烧坏设备。断开短路操作开关。即可切除短路故障。实验结束后，将各站故障模拟断路器断开，调压器输出调回零，最后断开实验电源。3. A站电流保护接线实验DJZ-II实验台A站的常规继电器和微机都没有接入电流互感器TA回路，在实验之前应该接好线才能进行A站保护的试验。A站保护的接线方法多种多样，可以自己设计，但必须注意直流电源的极性。下面举例说明几种接线方法，供参考。A站微机保护aABCbco只接微机保护不接常规保护的接线：如上图所示，将A站的副方a、b、c、o直接接入A站微机保护输入。如图所示，这时因常规继电器不接入，故不会动作，而微机可以正常工作。常规保护与微机保护均投入的接线方式：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。电流保护一般采用三段式结构，即电流速断（段），限时电流速断（段），定时限过电流（段）。但有些情况下，也可以只采用两段式结构，即段（或段）做主保护，段作后备保护。下图示出几种接线方法，供接线时参考。KA1KTKAM2KSKA2TA3TA4TA5TA6KSABCabco完全星形两段式接线图KAKTKAMKSKAABCabco不完全星形接线KAKAKAABCabcoKAMKS在中性线上接入电流继电器的不完全星形接线4三相短路实验最小运行方式下AB段模拟线路50%处三相短路实验：A站的保护实验必须由学生先根据实验要求进行有关的实验线路连接，二段式电流保护的原理性接线可参考有关的参考书或第一章中图1-3。微机保护可同时接入，也可不接入，以便单独进行常规电磁式继电保护或微机型继电保护的实验。以下实验是全部接入时的实验过程。注意：实验接线时应注意直流220V电源及相关使用此电源的继电器上的接线的极性，否则，可能会出现短路和损坏电源的事故。（1）各保护元件动作值的整定见前面“保护元件动作值的整定”部分；（2）将AB段模拟线路阻抗滑动头移动到5处，BC段模拟线路阻抗滑动头移到10处；（3）运行方式选择，置为“最小”处；（4）合上实验电源，调节调压器输出，使台上A站电压表指示从0V慢慢升到100V为止；（5）合上A站模拟断路器，负荷灯全亮；（6）合上直流电源开关；（7）将台面上部的LP3接通（常规出口连接片投入）；（8）因微机保护也投入，则需将LP4接通（微机出口连接片投入）；（9）合上A站的1SA、1SB、1SC短路模拟开关；（10）合上A站故障模拟断路器3K0。模拟系统A站发生三相短路故障。此时，负荷灯全熄灭，台上电流表读数约为5A左右，小于A站速断（I段）保护整定值，应该由A站II段保护动作跳开A站模拟断路器，从而实现保护功能。(11) 断开A站故障模拟断路器，当微机保护动作时，需先按微机保护的“信号复位”按钮，重新合上A站模拟断路器，负荷灯全亮，即恢复模拟系统无故障运行状态。(12) 实验结束后，将调压器输出调回零，断开直流电源开关，断开各种短路模拟开关，断开A站模拟断路器，最后断开实验电源。5. 二相短路实验最小运行方式下AB段模拟线路末端二相短路实验（1） 各保护元件动作值的整定见前面“保护元件动作值的整定“部分；（2）将AB段模拟线路阻抗滑动头移到10处；（3）系统运行方式选择，置于“最小“处；（4）合上实验电源，调节调压器输出，使屏上电压表指示从0V慢慢上升到100V为止；（5）合上A站模拟断路器，负荷灯全亮；（6）合上直流电源开关；（7）将台面上部的LP3短接（常规出口连接片投入）；（8）如投入微机保护，则需将LP4短接（微机出口连接片投入）；（9）合上A站任意二相（如2SA、2SB）短路模拟开关；(10) 合上A站故障模拟断路器3K0，模拟系统A站发生二相短路故障。此时，负荷灯部分熄灭，A站III段保护动作。(11) 跳开A站故障模拟断路器。当微机保护动作时，即相关动作指示灯点亮后，必须先按微机保护装置面板上的“信号复位”按钮，然后再重新合上A站模拟断路器，即可恢复模拟系统的无故障运行。(12) 实验结束后，将调压器输出调回零，断开直流电源开关，断开短路模拟开关，断开A站模拟断路器，最后断开实验电源。6. 电流电压联锁实验实验接线参考前面4-5中介绍的有关内容，本次实验改为最小运行方式下AB段模拟线路30%处三相短路实验（1）微机保护动作值的整定见前面“保护元件动作值的整定”微机保护部分，将三段电流保护全部投入，将A站保护装置的低电压起动值设置为30V，并将低压闭锁功能投入，将重合闸功能退出；（2）将台面上部的LP4短接（微机出口连接片投入），将LP3断开（常规出口连接片不投入）；（3）将AB段线路阻抗滑动头移动到3处，BC段线路阻抗滑动头移动到10处；（4）系统运行方式选择开关置于“最小”位置处；（5）合上实验电源，调节调压器输出，使屏上电压表指示0V慢慢上升到100V为止；（6）合上A站模拟断路器，负荷灯全亮；（7）合上直流电源开关；（8）合上1SA、1SB、1SC短路模拟开关；（9）合上A站故障模拟断路器3K0，模拟系统A站发生三相短路故障。此时，负荷灯全熄，虽然A站微机保护测量电流幅值大于I段整定值，但由于其电压测量值高于低电压起动元件的设置值，所以，I段保护不会动作（“I段动作”指示灯不会点亮），只有延时一会后，在II段保护延时时间到达后装置才会发跳闸命令断开A站模拟断路器，同时显示屏显示“GLXXX”，并点亮“II段动作”指示灯。注意：为了获得明显的效果，可适当地加长II段保护动作延时时间的整定值大小。(10) 断开A站故障模拟断路器，按微机保护装置上的“信号复位”按钮，重新合上A站模拟断路器，即恢复模拟系统无故障运行方式。(11)修改A站微机保护单元箱中低压起动值，将其改为60V，再重复以上的实验过程，此时应该由I段保护动作，并发命令断开A站模拟断路器，同时保护单元箱上显示屏显示“SdXXX”，并点亮“I段动作”指示灯。(12) 实验结束后，将调压器输出调回零，断开直流电源，断开短路模拟开关，断开A站模拟断路器，最后断开实验电源。7. 重合闸实验实验接线参考前面介绍的有关内容，本次实验改为最小运行方式下AB段模拟线路30%处三相短路实验（1）微机保护动作值的整定见前面“保护元件动作值的整定”微机保护部分，将三段电流保护全部投入，将A站保护装置的低电压起动值设置为60V，并将低压闭锁和重合闸功能功能均投入；（2）将台面上部的LP4短接（微机出口连接片投入），将LP3断开（常规出口连接片不投入）；（3）将AB段线路阻抗滑动头移动到3处，BC段线路阻抗滑动头移动到10处；（4）系统运行方式选择开关置于“最小”位置处；（5）合上实验电源，将调压器输出从屏上电压表指示0V慢慢上升到100V为止；（6）合上A站模拟断路器，负荷灯全亮，让其在正常状态下运行约10秒钟；（7）合上直流电源开关；（8）合上1SA、1SB、1SC短路模拟开关；（9）合上A站故障模拟断路器3K0，模拟系统A站发生三相短路故障。此时，负荷灯全熄，A站保护单元箱I段保护动作，发命令断开A站模拟断路器，同时显示屏显示“SdXXX”，并点亮“I段动作”指示灯；等待一会后（等待时间由装置中设置的重合闸时间确定），装置会发命令将断开的A站模拟断路器再次合上，同时显示屏显示为“-CH-”，若此时A站故障模拟断路器仍然处在合闸状态，则保护装置会迅速再发出跳闸命令将A站模拟断路器永久分开，并不再进行重合闸操作，同时，微机保护装置显示改为“GS-XXX”；若重合闸发生时，A站故障模拟断路器已经处于断开状态，则可使重合闸操作成功。重合闸操作成功后约10秒钟，再进行故障实验，则动作情景同上所述。(10) 实验结束后，将调压器输出调回零，断开直流电源，断开短路模拟开关，断开A站模拟断路器，最后断开实验电源。8. 遥测遥信和遥控实验用DJZ-电气控制与继电保护综合教学实验台中A站微机保护装置均配置有通讯接口，每台微机保护单元箱具有唯一确定的地址，通过一台配备了适当软件的上位计算机和一个MOAX卡可与多达近30台的下位机（微机保护单元箱）进行通讯，实现对下位机的三遥操作。用DJZ-电气控制与继电保护综合教学实验台上层控制计算机所配置的软件是采用VB6.0在Windows2000下开发而成。其主要功能有： 主画面8条线路三相电流、电压幅值，开关状态及故障类型定时刷新显示； 单条线路大画面查看； 各条线路A站整定值查询和修改； 各条线路A站模拟断路器的远方合闸/分闸控制。通过点击上位计算机整定值管理主画面可进入选择线路和A站，然后，可查询和修改相应的整定值设置情况；通过点击所选定的断路器符号，可弹出相应的对话框，进行合闸/分闸操作。9. 其他实验当熟练掌握上述实验内容时，主要功能特点中所说的其他实验方法可迎刃而解。附录一：ZNB-智能式多功能表使用说明书一、用途及特点ZNB-智能式多功能表采用美国INTEL公司高档16位微机处理器80C196KC作为中央处理器（CPU）。80C196KC内部资源丰富，集成度高，功能强大，极有利于构成各种高性能控制器。ZNB-智能式多功能表可以用来测量外接电流、电压之间的相位，测量动作时间和外接电压的频率。ZNB-智能式多功能表面板图如图2-1所示：ZNB-型智能式多功能表4超前滞后本机频率U外接频率IU地I地相位频率测量频率频率Hz时间5相位时间ms632复位1关7相位开连续触发输入2输入1公共线清零时 间 测 量武汉华工大电力自动技术研究所附图1-1 ZNB多功能表面板图超前滞后本机频率U外接频率IU地I地相位频率测量附图1-2相位频率测量单元布置图图中：1电源开关；2主机复位开关，在装置出现异常现象时，按压此按键可恢复正常工作；3功能选择开关，有频率、相位、时间三种供使用时选择；4功能指示灯，亮灯信号与功能选择开关的位置相对应；5显示屏；6时间测量单元；7相位频率测量单元。二、主要技术数据1 工作电压：220V交流2 测量电压范围：2.4V100V3 测量电流范围：0.02A5A 4 测量精度：时间1ms；相位1；频率0.1Hz5 频率测量范围：20Hz1000Hz6 相位测量范围：-180+1807 时间测量范围：19999ms三、使用方法1频率测量方法图2-2所示为ZNB-智能式多功能表中相位频率测量单元的平面布置图，当测量频率时，操作步骤如下：(1) 将功能选择开关3置于“频率”处，此时频率Hz指示灯4亮；(2) 当测量本机频率时，将相位频率测量单元的开关倒向“本机频率”一侧，此时显示屏显示的数据为电源本身的频率；(3) 当测量外接电压的频率时，在相位频率测量单元内的U与U地之间接入电压（注意：接入电压的幅值不应太小）。然后将测量单元内的开关倒向外接频率一侧，此时，显示屏显示的数据为外接电压的频率。2. 相位测量方法 相位测量步骤如下：(1) 在ZNB-智能式多功能表的相位频率测量单元的U、U地之间接入电压信号，在I、I地之间串联接入电流信号；(2) 将功能选择开关3置于“相位”，此时“相位”灯亮，将相位频率测量单元的开关倒向外接频率一侧；(3) 显示屏显示的数据即为引入的电压信号与引入的电流信号之间的相位差值；(4) 相位频率测量单元中的“超前”、“滞后”的定义如下：当电压超前电流时，“超前”指示灯亮，当电压滞后电流时，“滞后”指示灯亮（例如，当显示值为57.6，且“滞后”指示灯亮时，表示经电压接线柱引入的电压信号在相位上要滞后经电流接线柱引入的电流信号角度为57.6度。）。注意：(1) 在进行相位测量时，电压信号与电流输入信号不要接错了位置，且电压信号是并联接入的，电流信号是串联在回路中的；(2) 在进行相位测量时，位于“超前”、“滞后”指示灯下面的开关应置于“外接频率”一侧。否则，测量所用的电压信号就是装置