工厂供电实验指导书[1].doc

工厂供电实验指导书目 录第一章 实验设备11-1 线路保护实验台面布置11-2 实验台的实验接线31-3 装置面板各部分的作用31-4 装置整定值设置61-5 装置整定值修改示例及注意事项8第二章 电流、电压保护实验说明92-1实验用的原理接线图92-2 保护元件动作值的整定计算92-3 电流保护动作实验10第三章线路的阻抗保护实验说明133-1 实验用的原理接线图134-2阻抗保护的基本原理134-3 阻抗保护实验台的功能特点184-4 阻抗保护实验举例18第一章 实验设备实验设备采用WLZB-II微机线路保护实验台。1-1 线路保护实验台面布置线路保护实验台一次装置系统如图1-1所示，该实验装置用于模拟单端供电系统的故障和保护动作情况，简化连接图如下图所示。A、B表示两级变/配电站，两站均装有微机保护装置。实验台台面布置对应的设备名称如下：（1）系统运行方式选择开关（以下以K5表示）：有“最大”（Rs=2），“最小”（Rs=5）和“正常”（Rs=4）三种运行方式供选择。（2）A站、B站模拟断路器合闸按钮（1SK、2SK）。（3）A站、B站模拟断路器跳闸按钮（1SKP、2SKP）。（4）A站、B站保护类型选择旋钮（K3、K4）：每站有两个可选位置，即“电流保护”和“阻抗保护”。（5）A站、B站距离保护短路点选择旋钮（K1、K2）：每站有三个位置可选，即“50%”、“80%”和“100%”。（6）A站和B站对应相短路模拟开关（1SA、1SB、1SC、2SA、2SB、2SC）。（7）A站保护I、II、III段出口投退连接片（LP1、LP2、LP3）。（8）B站保护I、II、III段出口投退连接片（LP4、LP5、LP6）。（9）A站、B站线路段三相模拟电阻（1R、2R）：即上图中线路电阻，约为每相10。（10）A站限流电阻（3R）：阻值为2。（11）模拟系统阻抗（Rs）：最大运行方式Rs.max=2，正常运行方式RS.N=4，最小运行方式Rs.min=5。（12）A站和B站模拟断路器（1KO、2KO）。（13）A站和B站故障模拟断路器（3KO、4KO）。1-2 实验台的实验接线本实验台可以进行电流、电压保护实验或进行阻抗保护实验。当实验台面板上的保护类型控制选择旋钮（A站为K3，B站为K4）放在“电流保护”位置时，表示选择保护类型为三段式电流保护，通过整定值的设置，可进行电流、电压保护的实验，电流保护实验原理接线图如图1-2所示；当实验台面板上的控制选择旋钮放在“阻抗保护”位置时，表示选择保护类型为三段式距离保护，阻抗保护实验原理接线图如图1-3所示。图1-2 电流保护实验原理接线图图1-3 阻抗保护实验原理接线图1-3 装置面板各部分的作用1显示屏微机保护的显示内容分四个部分，即正常运行显示、故障显示、整定值浏览和整定值修改。正常运行显示内容根据不同的保护有不同的项目，每项显示由类型代码和反映其测量大小的数据组成，参见表1-1。故障显示记录过去七次故障数据，最近的故障画面在最上层，通过“”或“”键可浏览所有画面，每个故障画面包含了故障的类型、故障电流的大小。故障显示代码见表1-1。整定值浏览可观看及修改装置的保护设置情况，通过使用“”、“”键可观看装置的保护设置情况，通过配合使用“+”、“-”键可修改整定值的大小或设置性质。说明：（1）数码管显示由六位组成，正常显示画面时，前三位显示表示电量的代码，后三位显示的是其幅值大小。在电流保护时只显示AB相的线电压幅值大小，在距离保护时，除了显示电流保护的所有项目外，还增加显示BC相和CA相线电压幅值大小。（2）故障时显示格式基本与正常时一样，前三位为故障类型，后三位为保护动作时的幅值。（3）当选择为“电流保护”时，故障显示与故障指示灯的点亮同步进行，即当故障满足出口条件时，装置发跳闸命令的同时显示故障的类型和保护动作时的最大电流幅值大小；当选择为“距离保护”时，故障显示与故障指示灯的点亮有时不是同步进行的，即对有时间延时的故障，在动作时间还没的到时，先显示保护类型和测量阻抗模值大小，当时间到达后才发跳闸命令，并点亮相应的指示灯。（4）装置故障时只显示故障代码。表1-1 微机线路保护装置正常和故障时有关显示代码显示画面类型显示屏内容及含意当选择“电流保护”时当选择“距离保护”时正常显示画面1A-XXX A相电流幅值，XXX表示电流幅值的大小（以下同）。1B-XXX B相电流幅值1C-XXX C相电流幅值U1-XXX AB相线电压幅值，XXX表示电压幅值的大小（以下同）。U2- XXX U3- XXX 故障显示画面-A- 主板芯片62256故障-0- 主板芯片27C256故障-8255- 主板芯片8255故障Sd-XXX I段保护动作，XXX为动作时电流幅值大小（以下同）。XY-abc式中X、Y取值均可为1、2、3，当X取1、2、3时分别表示I、II、III段保护动作；当Y取1、2、3时分别表示AB、BC、CA相。式中abc表示动作时阻抗模值的大小。例如：当故障动作后显示为12-5.60时，其含意为BC相I段保护动作，动作时测量阻抗模值为5.60。 -CH-重合闸动作GL-XXX II段保护动作FH-XXX III段保护动作-CH- 重合闸动作GS-XXX 加速跳闸2. 指示灯在面板左上角的指示灯区域，“装置运行”指示灯反映了程序的运行状况，当此指示灯有规律地闪烁时表示程序运行正常；“操作电源”指示灯反映了操作电源的状况，当装置的出口继电器没有操作电源时此指示灯将熄灭；“I段动作”指示灯点亮表示装置测量到I段动作条件已满足，装置已经发出了I段跳闸命令；“II段动作”指示灯点亮表示装置测量到II段动作条件已满足，装置已经发出了II段跳闸命令；“III段动作”指示灯点亮表示装置测量到III段动作条件已满足，装置已经发出了III段跳闸命令。3. 手动跳合闸操作区域由合闸、分闸和选择三个按钮组成了手动合、分闸操作区域。当同时按压“选择”按钮与“合闸”按钮时，将进行手动合闸操作；当同时按压“选择”按钮与“分闸”按钮时，将进行手动分闸操作。在微机面板上进行手动合、分闸操作的功能类同与在实验台面板上操作对应的控制按钮。注意：在微机面板上进行手动合、分闸操作时，每进行一次要通过面板上的“信号复位”键进行复位操作，让三段信号指示灯均处于熄灭状态。4. 装置电源开关装置电源开关位于面板的右下角。当开关打向“ON”侧时就接通了装置的工作电源，保护装置开始工作；当开关打向“OFF”侧时就断开了装置的工作电源，保护装置停止工作。5. 键盘输入区域键盘输入区域位于装置的正中下层位置。它们是进行人机对话的纽带，每个触摸按键的作用如下所示：画面切换用于选择微机的显示画面。微机的显示画面由正常运行画面、故障显示画面、整定值浏览和整定值修改画面组成，每按压一次“画面切换”按键，装置显示画面就切换到下一种画面的开始页，画面切换是循环进行的。 选择上一项按钮，主要用于选择各种整定参数单元。 选择下一项按钮，主要用于选择各种整定参数单元。信号复位 用于装置保护动作之后对出口继电器和信号指示灯进行复位操作。主机复位 用于对装置主板CPU进行复位操作。+ 参数增加按钮，主要用于修改整定值单元的数值大小。- 参数减小按钮，主要用于修改整定值单元的数值大小。1-4 装置整定值设置本装置有两种定值类型：投退型（或开关型）和数值型。定值表中（或定值显示）为ON/OFF的是保护功能投入/退出控制字，设为“投入”时开放本段保护，设为“退出”时退出本段保护。整定时不使用的保护功能应将其投入/退出控制字设置为“退出”。采用的保护功能应将其投入/退出控制字设置为“投入”，同时按系统实际情况，对相关电流、电压及时限定值认真整定。本装置中与整定值有关的显示画面有两种类型：整定值浏览和整定值修改。进入整定值修改显示画面的简捷方法：同时按压触摸按键“”和“”。在进入整定值修改显示画面之后，通过按压触摸按键“”、“”可选择不同的整定项目，对投退型（或开关型）整定值，通过按压触摸按钮“+”可在投入/退出之间进行切换；对数值型整定时，通过触摸按钮“+”、“-”对其数据大小进行修改。当整定值修改完成之后，按压“画面切换”触摸键进入定值修改保存询问画面，这时，选择按压触摸键“+”表示保存修改后的整定值；若选择按压触摸键“-”，表示放弃保存修改后的整定值，仍使用上次设置的整定值参数。值得注意的是：1电流显示系数和电压显示系数的数值大小是装置在出厂时已经调整好的，用户不应该对其再进行修改。2当装置显示画面为非正常运行画面时，若在10钞钟内没有对任何触摸按钮进行操作，则会自动切换到正常运行显示画面。特别是在进行整定值修改时，若被自动切换到正常运行显示画面，就意味着在此前进行的整定值修改将不起作用。4整定值修改退出后应该等待约10秒钟才能够开始故障实验内容（因为两种保护的选择与认定需要一定的持续时间才能够确定）。5微机保护装置有两套保护整定值，通过保护类型选择开关来确定选择哪一套来作为当前使用的整定值。表1-2 微机线路保护装置整定值浏览和修改有关显示代码当选择“电流保护”时当选择“距离保护”时整定值显示排列显示屏内容及含意整定值显示排列显示屏内容及含意01速断（I段）保护动作延迟时间t2相间距离II段动作延迟时间02过流（II段）保护动作延迟时间t3相间距离III段动作延迟时间03过负荷（III段）保护动作延迟时间r1阻抗特性电阻分量定值04重合闸动作延迟时间X1（H1）相间I段电抗分量定值05速断动作电流幅值整定值X2（H2）相间II段电抗分量定值06过流动作电流幅值整定值（限时速断）X3（H3）相间III段电抗分量定值07过负荷动作电流幅值整定值（过电流）1g突变量起动元件定值08低电压启动电压幅值大小04重合闸动作延迟时间09速断保护投切选择13重合闸投切选择10过流保护投切选择（限时速断）15电流显示系数11过负荷保护投切选择（过电流）U5电压显示系数12低压闭锁投切选择PA微机保护单元箱新密码设置13重合闸投切选择14电流显示系数15电压显示系数PA-微机保护单元箱新密码设置说明：整定值显示格式：XY-ABC，其中XY表示整定值代码；ABC表示对应整定值的大小或性质。1-5 注意事项（1）WLZB-II微机线路保护实验台允许使用的调压器输出线电压，最大值不得超过100V。（2）不要带电调整滑线电阻器。（3）调整整定值参数时，应先将保护类型选择开关放置在相应位置，并运行一段时间。（4）改变连接片状态（接通或断开）时，要先使微机的三段保护指示灯处在熄灭状态（通过按压触摸键“信号复位”键来完成）。（5）做短路实验时，短路故障电流的持续时间不要过长。（6）微机保护一旦动作后，必须先按微机保护装置上的“信号复位”按钮，才能重新合上模拟断路器。（7）当使用微机保护装置上的合闸选控键进行合闸操作时，操作完毕后必须按“信号复位”按钮，否则回路被闭锁，保护分闸不能成功。第二章 电流、电压保护实验说明2-1实验用的原理接线图 参见第一章，图1-2。2-2 保护元件动作值的整定计算图1-2中若取电源线电压为100V，系统阻抗分别为Xs.min=2，XS.N=4，Xsmax=5，线路AB段和BC段的阻抗均为10，A站线路中串联有一个2的限流电阻。设AB段最大负荷电流为1.2A，BC段最大负荷电流为1.0A。无时限电流速断保护可靠系数K1=1.25，过电流保护可靠系数Km=1.15，继电器返回系数Kh=0.85，自启动系数Kzq=1.0。根据上述给定条件，理论计算A、B站保护各元件的整定值如下：据上述计算结果，A、B站保护各元件的整定值整定如下：电流速断保护（I段）限时电流速断保护（II段）过电流保护（III段）电流电压延时电流延时电流定值延时A站52A02.720.51.6A1B站25A32V01.70.51.4A0.5（1）微机保护的整定将微机保护装置运行在正常状态下；通过前面介绍的方法设置有关的整定单元。（2）微机显示信息正常运行时，微机处于测量状态，显示屏循环显示A、B、C三相电流和AB相线电压幅值；故障时，微机保护动作后显示屏上前面二位表示故障类型，“Sd”表示速断保护动作，同时“I段动作”指示灯亮；“GL”表示过流（实际为限时速断）保护动作，同时“II段动作” 指示灯亮；“FH”表示过负荷（即过电流）保护动作，同时“III段动作” 指示灯亮。（注意：当显示画面为非正常运行显示画面时，在10秒钟内若没有键盘输入信号，则装置将自动切换到正常运行时的显示画面。）（3）微机复位 主机复位：微机工作不正常时，可按压该键； 信号复位：当微机保护动作后，动作信号灯亮须按压该键进行复位才能熄灭。2-3 电流保护动作实验实验1三相短路实验实验目的：了解三相短路情况下，动作特性与短路电流之间的关系。实验设备：见第一章。实验原理：见图1-2。实验步骤：（1）最小运行方式下AB段模拟线路50%处三相短路实验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，将三段电流保护均投入，将低电压闭锁和重合闸功能退出；运行方式选择，置为“最小”处；将AB段模拟线路阻抗滑动头移动到10处。合上实验电源，调节调压器输出，使屏上电压表指示从0V慢慢升到100V为止；合上A、B站模拟断路器，负荷灯全亮；将台面左上角的LP1、LP2和LP3接通；合上A站的1SA、1SB、1SC短路模拟开关；合上A站的短路操作开关3KO。模拟系统A站三相短路故障，记录动作特性及动作电流。切断A站短路器，减小线路阻抗，重复过程，当阻抗调至0时，制造两相短路。反复测78组数据，并分析动作电流与动作特性之间的关系。序号123456789短路位置短路类型短路电流动作特性注意：短路试验数据读取后，要立即去除短路，否则可能损坏电流互感器。在进行下一组测量之前，需先将保护装置复位，而后合闸，在进行新的测量。（2）正常运行方式下BC段模拟线路30%处三相短路实验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，将三段电流保护均投入，将低电压闭锁和重合闸功能退出；运行方式选择，置为“正常“处；将BC段模拟线路阻抗滑动头移到10处；合上实验电源，调节调压器输出，使屏上电压表指示从0V慢慢升到100V为止；合上A、B站模拟断路器，负荷灯全亮；将实验台右上角的LP4、LP5和LP6短接；合上B站的2SA、2SB、2SC模拟短路开关；合上B站短路操作开关2Qc，模拟系统B站三相短路故障，记录动作特性及动作电流。切断A站短路器，减小线路阻抗，重复过程，当阻抗调至0时，尝试制造两相短路。反复测78组数据，并分析动作电流与动作特性之间的关系。序号123456789短路位置短路类型短路电流动作特性实验2电流电压联锁实验实验目的：了解三相及两相短路情况下，电压保护与电流保护的配合情况。实验设备：见第一章。实验原理：见图1-2。实验步骤：最小运行方式下AB段模拟线路50%处三相短路实验将实验台右上角的LP4、LP5和LP6短接；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，将I段电流速断保护投入，II段及III段退出，将A站保护的低电压启动值设置为30V，并将低电压启动功能投入，将重合闸功能退出；系统运行方式选择，置于“最小“处；将AB段模拟线路阻抗滑动头有10处，BC段模拟线路阻抗滑动头移到10处；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；合上A、B站模拟断路器，负荷灯全亮；合上A站的1SA、1SB、1SC三相短路模拟开关；合上A站短路操作开关3KO，模拟系统A站发生三相短路故障。切断A站短路器，减小线路阻抗，重复过程，当阻抗调至4以下时，制造两相短路。反复测78组数据，并分析动作电流与动作特性之间的关系。序号123456789短路位置短路类型短路电流动作特性注意：当A站保护测量电流有大于整定值的设置，但电压测量值大于低电压启动元件的设置值，护不动作。等待一会后应迅速断开A站短路操作开关，恢复模拟系统无故障运行方式。若希望故障发生时能够由装置跳开A站模拟断路器，则可先将低电压启动元件的整定值调高，例如，将低压启动值设置为60V。此时，再重复以上的实验过程，则装置会自动切除故障。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、B站模拟断路器，最后断开实验电源。其它位置的实验与以上情景相同。实验3AB站间保护动作配合实验实验目的：了解B站三相短路时，A、B站间的动作配合情况。实验设备：见第一章。实验原理：见图1-2。实验步骤：各保护元件动作值的整定方法见前面“保护元件动作值的整定”部分，并将低电压启动功能和重合闸功能退出；将A、B站I段和II段均退出，将B站III段保护的动作设置得比A站III段保护的动作时间长0.5秒；将AB段模拟线路阻抗滑头移到10处，将BC段线路阻抗滑动头移到10处；系统运行方式选择，置于“最大”；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；合上A、B站模拟断路器，负荷灯全亮；将实验台右上角处的LP4、LP5和LP6短接；合上B站2SA、2SB、2SC短路模拟开关；合上B站短路操作开关4KO，模拟系统发生三相短路故障。此时，负荷灯全熄。A站III段保护因其动作时间小于B站III段保护的动作时间而抢先动作，跳掉A站模拟断路器。断开B站短路操作开关，按A站微机保护装置上的“信号复位”按钮，重新合上A站模拟断路器，即恢复模拟系统的无故障运行。实验结束后，将调压器输出调回零，断开短路模拟开关，断开A、B站模拟断路器，最后断开实验电源。第三章 线路的阻抗保护实验说明3-1 实验用的原理接线图 图1-3为阻抗保护实验用原理图，图中符号见第一章。3-2 阻抗保护的基本原理1阻抗保护的基本原理所谓阻抗保护，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3-1所示。图3-1 距离保护基本原理说明图系统正常工作时，保护安装处测量到的电压为Uw，它接近于额定电压。保护安装处测量到的电流为负荷电流IL，则比值Uw/IL=Zm，基本上是负荷阻抗ZL，其值较大，负荷阻抗角jk1较小（一般为3040左右）。当图3-1所示k1点点短路时，保护安装处测量到的电压为k1点短路时的残压Uk1=Ik1Zk1，测量到的电流为Ik1，则比值Uk1/Ik1=Zk1。而当k2点短路时，则有 =ZAB+Zk2。后两种状态下的阻抗值均较小而阻抗角为jk其值较大。显然利用电压和电流的比值，不但能清楚地判断系统的正常工作状态和短路状态，还能反映短路点到保护安装处的电气距离。用构成的保护，其保护范围基本上不受运行方式变化的影响。这就克服了电流、电压保护的灵敏度受系统运行方式影响的缺点。2距离保护的时限特性距离保护也分为I、II、III段。通常，距离保护的第I段的保护范围为本线路全长的80%85%，即=（0.80.85）ZAB，动作时限为t10s距离保护的第II段要与下一线路的第I段相配合，即即=（0.80.85）（ZAB+），tII=0.5s，第II段的灵敏系数为Kscn=1.25。距离保护的第III段为本线路和相邻线路的后备保护，其动作阻抗应躲过正常运行时的最小负荷，其动作时限tII应大于下一变电站出线保护的最大动作时限一个Dt。目前广泛应用的距离保护的动作时限具有阶梯形时限特性，这种动作时限特性与三段式电流保护的时限特性相同，一般也作成三阶梯式，即有与三个动作范围相应的三个动作时限。3阻抗继电器的动作特性为了便于分析输电线路阻抗和阻抗继电器整定阻抗之间的关系，可将二者均画于同一阻抗复数平面上，如图3-2所示。现以线路BC上的保护2为例，线路的始端B位于坐标的原点心，当不同地点发生短路时，保护2的测量阻抗在直线BC或BA上变化，即正方向短路时测量阻抗在第一象限，反方向短路时，测量阻抗在第三象限。正向测量阻抗与R轴的夹角为线路的阻抗角jL。假如保护2的整定阻抗Zsct=0.85ZBC，并且整定阻抗角jsct=jL，那么，Zsct在复数平面上的位置必须在BC上。显然，在Zsct范围内发生故障时，保护都可以动作。因此，从原则上讲，阻抗继电器的保护范围是在Zsct范围内的直线上。但是，实际上阻抗继电器的保护范围不能是一条直线，其原因有如下两点： 1）短路点过渡电阻的影响-当线路上发生非金属性短路时，保护的测量阻抗将由短路阻抗Zk和过渡电阻，主要是电弧电阻Rarc组成，即Zm=Zk+Rarc=(Rk+Rarc)+jXk。由于电弧电阻的存在，即使短路点在保护范围内，但测量阻抗已不在直线上了。2）互感器角误差的影响-由于阻抗继电器必须引入电流和电压。这两个量是经TV和TA引来的，由于互感器存在角误差d，当一次侧测量阻抗角为jk时，二次侧测量阻抗角将增加互感器的角误差dTV、dTA，即 jm = jk dTA dTV，这一因素的影响，将使阻抗继电器的测量阻抗不能在一条直线上变化。1QF13QF2ABC2QF4QFk1k2jXRACBj1Zmk1ZsctR12图3-2 阻抗继电器的特性图（图中：2方向阻抗继电器特性）因此，为了保证阻抗继电器在可能出现的故障情况下，都能正确动作，往往将阻抗继电器的保护范围扩大成一个面或圆的形式。当继电器的保护范围是圆时，测量阻抗如位于圆内，则继电器动作。故圆内为动作区，圆外为不动作区。当测量阻抗刚好位于圆周上时，继电器将处于临界动作状态，此时的测量阻抗称为临界动作阻抗，简称动作阻抗，以Zop表示。在图3-2中，若以Zsct为半径，坐标圆点B为圆心，则得到圆1。在此情况下，不论短路发生在正方向（BC线路）还是反方向（BA线路），只要测量阻抗位于圆内，继电器都能动作，这种继电器称为全阻抗继电器，与之对应的圆称为全阻抗继电器特性圆。以整定阻抗Zsct为直径作圆时，这样它的圆周通过B点，它的范围只能从变电站B伸向变电站C，如图3-2中圆2。反方向短路时，保护就不动作。由圆2所示的特性称方向阻抗继电器特性。方向阻抗继电器的保护