方向阻抗继电器的实验开发-开题报告

中 北 大 学毕业设计开题报告学 生 姓 名： 学 号：学 院 、 系 ： 信息与通信工程学院电气工程系专 业 ： 电气工程及其自动化设 计 题 目 ： 方向阻抗继电器的实验开发指 导 教 师 :2013 年 3 月 15 日 毕 业 设 计 开 题 报 告1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写 2000 字左右的文献综述：文 献 综 述1 本课题研究背景继电保护装置（Relay Protection） ，就是指能反应电力系统中电气设备发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置 1。电力系统中的发电机、变压器、输电线路、母线以及用电设备，一旦发生故障，迅速而有选择性地切除故障设备，既能保护电气设备免遭损坏，又能提高电力系统运行的稳定性，是保证电力系统及其设备安全运行最有效的方法之一 2。 切除故障的时间通常要求小到几十毫秒到几百毫秒，实践证明，只有装设在每个电力元件上的继电保护装置，才可能完成这个任务 3。阻抗继电器是距离保护中不可缺少的元件，在正常运行时，线路始端的电压与电流之比反映的是该线路与供电负荷的等值阻抗及负荷阻抗角（功率因数角） ，其数值一般较大，阻抗角较小。短路后，线路始端的电压与电流之比反映的是该测量点到短路点之间线路的阻抗，其值较小，如不考虑分布电容时一般正比于该线路短的距离（长度） ，阻抗角为线路阻抗角，较大。利用测量阻抗幅值的降低和阻抗角的变大，可以构成距离（低阻抗）保护 4。阻抗继电器是低动作量的继电器，它有多种特性，LZ-21 型方向阻抗继电器在电力系统中应用相当广范 5。本课题研究的任务即是对 LZ-21 型方向阻抗继电器进行特性研究与开发。目的在于掌握 LZ-21 型方向阻抗继电器原理接线图，获取 LZ-21 型方向阻抗继电器的静态特性，求取最大灵敏角、最小精工电流等特性参数，研究 LZ-21 型方向阻抗继电器的动态特性并获取相关参数。2 LZ-21 型方向阻抗继电器简介2.1 LZ-21 型方向阻抗继电器构成原理及整定方法距离保护能否正确动作，取决于保护能否正确地测量从短路点到保护安装处的阻抗，并使该阻抗与整定阻抗比较，这个任务由阻抗继电器来完成 6。阻抗继电器的构成原理可以用图 2-15 来说明。图中，若 K 点三相短路，短路电流为 IK，由 PT 回路和 CT 回路引至比较电路的电压分别为测量电压 Um 和整定电压，那么setU(2-6)mYBPTKYBPTmZInZInU11式中：n PT、n YB电压互感器和电压变换器的变比；ZK母线至短路点的短路阻抗。当认为比较回路的阻抗无穷大时，则：（2-7）ImCTIKCTset ZnU1式中：Z I人为给定的模拟阻抗。比较式（2-6 ）和式（2-7 ）可见，若假设 ，则短路时，由于线路上流CTYBPTn过同一电流 ，因此在比较电路上比较KI和 的大小，就等于比较 和 的大setUm 1Zm小。如果 ，则表明 ，保护setI应不动作；如果 ，则表明 ，setmUIm保护应动作。阻抗继电器就是根据这一原理工作的 7。我们知道了电抗变压器 DKB 的副方电势 与原方电流 成线性关系，即2E1I在此是一个具有阻抗量纲的量，当改变 DKB 原方绕组的匝数或其它参数,12IKEI时，可以改变 的大小。电抗变压器的 值即为模拟阻抗 8。I IKIZ在图 2-15 中，若在保护范围的末端发生短路，即 ，那么比较电路将处setK于临界动作状态，即 这时由式（2-6）和式（2-7）可得,setmUIKCTsetKYBPTZnIn11 （2-8）uIIuITsetZ12ZKIK setUmYBUmZ1K图 2-15 阻抗继电器的构成原理说明图1比较电路 2输出式中 。YBPTCunK1式（2-8 ）表明，整定阻抗 Zset 是一个与 DKB 的模拟阻抗 ZI 和电压变换器 YB 的变比有关的阻抗。当适当调节 DKB 原方绕组的匝数和调节 nYB 的大小时，可以得到不同的整定阻抗值 9。2.2 LZ-21 型方向阻抗继电器原理图分析图 2-16 为其原理图。由 CT 引入的电流 接于电抗变压器 DKB 的原方端CTmnI子 1、2、3、4。在它的副方，得到正比于原方电流的电压，DKB 的原方有几个抽头，当改变抽头位置时，即可改变 值。由 PT 引入的电压 接于电压变换器 YBIZPTmnU的原方端子 5、6、7，用于引入电压 ，YB 副方每一定匝数就有一个抽头，CBA、U改变抽头的位置即可改变 ，也可改变 的大小。JJ 为具有方向性的直流继电器YBnset（又称极化继电器） 。端子 9、10、11 为极化继电器触点桥的输出。端子 12、13、14为继电器、段切换的触点。当 12、13 连通时，段接通。当 12、14 连通时，段接通 10。图 2-16 LZ-21 型方向阻抗继电器原理接线图2.3 LZ-21 阻抗继电器比相电路分析LZ-21 阻抗继电器执行元件的环形整形比相电路，如图 2-17（a）所示，它实际是一相敏整流电流，其输入端分别接入比相的两电气量 UC、U D，输出电压 Umn 平均值的大小和极性与输入端电压 UC、U D 的相位有关。为了提高比相回路的输出电压，在二极管支路中串入相同的电阻 R1R4，适当选取它们的电阻值，有利于提高继电器的动作DKB12I134I28072609 1110* * * *VD1R1mR2VD2VD3R3nR4VD41214 II 段R6 7*I 段 YB1356UB*UAXTKPKPUCKPJYB90 180-180 -90Umn.Pj /V /0图 2-18 环形整流比相电路输出电压平均值与比相角的关系曲线pjmnU速度。滤波电容 C1C4，是为了滤去交流分量，以防止执行元件抖动，保证阻抗继电器动作特性圆的边界明确，同时提高了继电器的灵敏度，电容 C 的数值，也要适当选取。这一电路的等效电路如图 2-14（b）所示，图中 ， 。21UE21正半周时， 和 分别产生电流 和 ，并分别通过电阻 RJJ1 和 RJJ2；负半周时，1E21I2和 分别产生电流 和 ，并分别通过电阻 RJJ2 和 RJJ1；输出电压为：1E2I)()(21iiRuJJmn(a) 原理图 (b)等效电路图 2-17 用极化继电器作执行元件的环形整流比相回路相敏整流电路输出电压 平均值的大小和极性与输入端电压 、 的相位有mnUCD关。图中 和 同相， 与 同相 11。1UCD2环形整流比相回路 umn 与两比相电气量相位角 之间的关系如图 2-18 所示，由图可见，当 =0时，U mnpj 为正最大值；当 =90时，U mnpj=0；当 =180时，U mnpj 为负最大值。显然，输出电压平均值为正值的比相角 的范围是： 90此式满足 LZ-21 型方向阻抗继电器对比相回路动作条件的要求 12。2.4 LZ-21 型方向阻抗继电器的死区及消除办法方向阻抗继电器在保护安装处正向出口发生金属性短路时，其测量电压 值小于mU继电器的最小动作电压，继电器将拒绝动作，这一不动作区通常称为方向阻抗继电器的死区，方向阻抗继电器必须消除死区才能正确工作 13。LZ-21 型方向阻抗继电器为消除死区，在继电器的相位比较电气量中引入与测量D11KDUC11KC11KR11KJJ11KJJ21KR21KC21KC41Km1KD2211KYB21KYB11KCJJ1KD21KR31KR41KD41Kn1K 2I1I2I1IE1K1K1K1KD11KR21KD21Km1KD21KR41KD41KR31Kn1KRJJ11KRJJ21KR11K电压 同相位的带有记忆作用的极化电压 ，引入了极化电压后，方向阻抗继电器mU pU的动作方程为： 90arg90pmsetIZ当在保护安装处正向出口发生金属性短路时， =0，于是，这时方向阻抗继电器的动作方程为： 90arg90pmsetUIZ方向阻抗继电器仍正确动作，因而消除了正向出口短路时的拒动现象 14。LZ-21 方向阻抗继电器引入 的电路如图 2-16 所示：p图 2-19 通过高值电阻接于第三相电压获取 的原理接线图和相量图pU（a ）原理接线图 (b) AB 两相短路的等效电路 (c)相量图图 2-19(a)为 AB 相阻抗继电器通过高值电阻 R5 接于第三相电压 获取极化电压C的原理接线图。图中 RJ、C J 和 LJ 构成谐振记忆回路，辅助电压变换器 JYB 的一次绕组接于 RJ 两端，由 JYB 二次侧两个相同的绕组获得极化电压 。由于谐振回路中容pU抗和感抗相等，即 ，故 与测量电压 相同。极化电压的数值可由选择适CJLJXpUm当的参数 CJ、L J、R J 和变比 KJYB 来获得，以使方向阻抗继电器正确动作，消除正向出口短路时的死区和防止反向出口短路时可能的误动作 15。UCACERJIpABmEB0A90oA p5RIRJILJCJRJABmUJYB UpCJLJR5RJ参考文献：1郑贵林,王丽娟.现代继电保护概论.武汉:武汉大学出版社,2003.12张保会,尹项根.电力系统继电保护.第二版.北京:中国电力出版社,2010.53贺家李,宋从矩.电力系统继电保护原理.第三版.北京:中国电力出版社,1994.674许建安.电力系统继电保护.第二版.北京中国水利水电出版社,2005.65姚致清,李金伴,张喜玲.继电器与继电保护装置实用技术手册. 北京:化学工业出版社,2008.3596王梅义.高压电网继电保护运行技术. 北京:电力工业出版社,1981.37Kiattisak Maichalernnukul. Outage Performance of Dual-Hop UWB Transmissions Using a Multiple-Antenna Relay with Antenna Selection versus Single-Antenna Relay Selection. Journal of Communications,2012,7(4):3293488Hossein Kazemi Karegar, Hossein Askarian Abyaneh,Majid Al-Dabbagh. A flexible approach for overcurrent relay characteristics simulation. Electric Power Systems Research,2003,13(5):233239 9胡玉峰,柳焕章.以故障前补偿电压为基准量的距离继电器研究.中国电机工程学报，2006,19(16):7910张宇辉. 电力系统微型计算机继电保护. 北京：中国电力出版社，2000. 7811 董新洲,葛耀中,贺家李.波阻抗方向继电器的基本原理.电力系统自动化.2010.16(9):612杨奇逊,黄少锋.微型机继电保护基础.第三版.北京:中国电力出版社,2007.313赵尚武.小型电磁继电器可靠性试验装置的研究.硕士学位论文.天津:河北工业大学,200514 Mohammad Lutfi Othman ,Ishak Aris ,Mohammad Ridzal Othman ,Hairussaleh Osman. Rough-Set-based timing characteristic analyses of distance protective relay. Applied Soft Computing Journal,2012,12(8):2053206215张露江.电力微机保护实用技术.北京:中国水利水电出版社,2010.11 毕 业 设 计 开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：1 本课题的研究问题本课题的研究目的是对 LZ-21 型方向阻抗继电器进行特性研究与开发。 掌握 LZ-21 型方向阻抗继电器原理接线图。获取 LZ-21 型方向阻抗继电器的静态特性，求取最大灵敏角、最小精工电流等特性参数。研究 LZ-21 型方向阻抗继电器的动态特性，获取相关参数。2 本课题的研究方案2.1 方向阻抗继电器的静态特性 Zpu=f（ ）最大灵敏度角测试（1）熟悉 LZ-21 方向阻抗继电器和 ZNB-智能多功能表的操作接线及实验原理。认真阅读 LZ-21 方向阻抗继电器原理接线图和实验原理接线图。按实验原理图接线，具体接线方法参阅 LG-11 功率方向继电器实验中介绍的内容。（2）逆时针方向将所有调压器调到 0V，将移相器调到 0，将滑线电阻的滑动触头移至其中间位置，将继电器灵敏角度、阻抗设为整定值。（3）合上三相电源开关、单相电源开关和直流电源开关。打开多功能表电源开关，将其功能选择开关置于相位测量位置（“相位”指示灯亮） ，相位频率测量单元的开关拔到“外接频率”位置。（4）调节三相调压器使电压表读数，调节单相调压器使电流表读数，检查多功能表，看其读数是否正确，分析继电器接线极性是否正确。调节单相调压器的输出电压，保持方向阻抗继电器的电流回路通过的电流为 Im。 （5）测量给定电压下使继电器动作的两个角度 1、 2，并记录实验测得数据。作出静态特性 Zpu=f（ ）图，求出最大灵敏度 。2.2 方向阻抗继电器的静态特性 Zpu=f（I m）最小精工电流测试（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=sen 并