功率方向继电器实验讲稿

1、实验2:功率方向继电器实验讲稿实验目的1、学会运用相位测试仪测量电流电压之间的相角方法。2、掌握功率方向继电器的动作特性，接线方式与动作特性的实验方法。LG-11型功率方向继电器简介1、LG-11型功率方向继电器的工作原理LG-11型功率方向继电器是目前广泛应用的整流型功率方向继电器，其比较幅值的两电气量动作方程:kk 1 mkyUmkk 1 mky继电器的接线如图2-1所示，其中图A为继电器的交流回路图,也就是比较电气量的电压形成回路， 参加继电器的的电流为I m，电压为Um，电流Im通过电抗变压器DKB的一次绕组 W1二次绕组 W2和W3端获得电压分量KkIm，它超前电流Im的相角就是转移

2、阻抗Kk的阻 抗角k，绕组W4用来调整k的数值，以得到继电器的最灵敏角。电 压Um经过电容C1接入中间变压器YB的一次绕组 W1由两个二次绕 组W2和W3获得电压分量KyUm。KyUm超前Um的相角90度。DKB和 YB标有 W2的两个二次绕组的联接方式如下列图，得到动作电压? ? ? ?Kk Im KyUm,加于整流BZ1输入端；DKB和YB标有W3的两个二次绕? ? ? ?组的联接方式如下列图，得到制动电压 KK Im KyUm，加于整流桥BZ2 端。图b为幅值比较回路，它按循环电流式接下，执行元件采用 极化继电器JJ。继电器的最大灵敏角的调整是利用改变变压器DKB第三个二次绕组W4所接的

3、电阻值来实现的，继电器的角900 k，当接入电阻R3时，阻抗角 k 60°,300；当接入电阻R4时k 45°, 450；。因此，继电器的最大灵敏角sen ，并可以调整为两个数字，一个为 -30。，另一个为-45 °。当在保护安装处于正向出楼发生相间短路时， 相间电压几乎降为 0值，这时功率方向继电器的输入电压 Um 0，由于功率方向继电器 的动作需克制执行的机械反作用力矩，也就是说必须消耗一定的功率尽管这一功率消耗不大。因此必须满足条件 uA Ub|。所以在 Um=0的情况下，功率方向继电器动作不了。因而产生了电压死区。 为了消除电压死区，功率方向继电器的电压回

4、路需要加设记忆回路， 就是需要电容C1与中间变压器YB的绕组电感构成对50HZ串联谐振 电路。这样当电压突然降低为Um=0时，该回路中的电流并不立即消 失，而是按50HZ谐振电路的频率，经过几个周波后，逐渐衰减为 0。 而这个电流与故障前的电压同相，并且在谐振衰减过程中维持相位不 变化。因此，相当于记住了短路前的电压的相位，所以称为记忆回路。由于电压回路有了记忆回路的存在，相当于继电器的电压为Um=0时，在一定的时间YB的二次绕组端纽有电压分量的存在， 就可 以继续进展幅值的比较，因而消除了在正方向的出口短路时继电器的 电压死区。在整流比较回路中电容 C2和C3主要是滤除二次谐波，C4用来滤除

5、咼次谐波图2-1 LG-11功率方向继电器原理接线图2、功率方向继电器的动作特性继电器的动作特性如图2-2所示。临界动作条件为垂直于最大灵 敏线通过原点的一条直线，动作区为带有阴影线的半平面围。电流的相位可以改变，当与最大灵敏线重合时，即处于灵敏角sen 的情况下，电压分量KkIm与超前Um为90度相角的电压分量KyUm相重合。通常功率方向继电器的动作特性还有下面 2种表示方法：1角度特性：表示Im固定不变，继电器的动作电压Up.f ( m) 的关系曲线，理论上此特性可以用图2-3所表示，理想情况下动作围 位于为sen中心的90度以。在此动作围，继电器的最小起动电压 Upur.min根本上与r

6、无关，参加继电器的电压为U阿聞时，继电器 不能起动，这就是出现电压死区的原因。T20-30勺 rf60°图2-3功率方向继电器的角度特性=30°2伏安特性：表示当 皿sen固定不变时，继电器的启动电压Upu.r f(lm)的关系曲线。在理想情况下，该曲线平行与两个坐标轴， 如图2-4所示，只要参加继电器的电流和电压分别大于最小启动电流 I和最小启动电压U 继电器就可以动作。其中丨之值取决 于在电流回路中形成方波时所要参加的最小电流。Ipu. r.minIm图2-4功率方向继电器的伏安特性在分析功率方向继电器的动作特性时，还要考虑继电器的“潜动问题。功率方向继电器可能出现电流

7、潜动和电压潜动两种。所谓电压潜动，就是功率方向继电器仅参加电压时产生的动作。 产生电压潜动的原因是由于中间变压器 YB的两个二次绕组 W3 W4的 输出电压不等，当动作回路YB的W2端电压分量kj；大于制动回路YB 的W3电压分量kkUm时，就会产生电压潜动现象。为了消除电压潜动， 可调整制动回路中的电阻 R3,使Im=0时，加于两个整流输入端的电 压相等，因而消除电压潜动。所谓电流潜动，就是功率方向继电器仅通过电流 产生的动作， 产生电流潜动的原因是由于电抗变压器 DKB两个二次绕组 W2 W3的 电压分量不相等，当W2电压分量大于 W3电压分量时，就会产生电流 潜动。为了消除电流潜动，可调

8、整动作路中的电阻 R1,使Um=加于 两个整流桥输入端的电压相等，因而消除了电流潜动。发生潜动的巨大危害是在反方向出口处三相短路时，此时U件0,Im很大，方向继电器本应该将保护装置闭琐，如果此时出现了潜动， 就可能使保护装置失去方向性而误动作。3、相间短路功率方向继电器的接线方式由于功率方向继电器的主要任务是判断短路功率的方向，因此对 其接线方式应该提出如下要求。1正方向任何形式的故障都能动作， 而反方向故障不能动作。2故障以后参加继电器的电流Ir和电压Ur应尽可能的大一些， 并尽可能的使r接近最灵敏角sen，以便消除和减小方向继电器的死 区。为了满足以上要求功率方向继电器广泛采用90度接线的

9、方式，所谓90度接线的方式是指在三相对称的情况下，当 cos 1时，参加 继电器的电流Ia和电压Uab，相交差90度。如图2-5所示，这个定义 仅仅为了称呼的方便，没有什么物理意义。Uai图2-5 cos 1时Ia、u bc的向量图采用这种接线方式时，三个继电器分别接于Ia、Ubc、Ib、Uca、lc、Uab而构成三相式方向过电流保护接线图，在此顺便指出对功率方向继电器的接线，必须十分注意电流线圈和电压线圈的极性问题，如果有一个线圈的极性接错就会出现正方向拒动，反方向误动作的现 三、实验设备序号设备名称使用仪器名称数量1控制屏12EPL-09继电器+一功率方向继电器13EPL-11交流电压表1

10、4EPL-12交流电流表15EPL-15电秒表、相位仪16EPL-17三相电源17EPL-18直流电压与母线18EPL-20变压器与单向可调电源1四、实验容本实验采用的实验原理如图2-6所示。图中，380伏交流电源经 调压器和移相器的调整后，由 BC相分别输入功率方向继电器的电压 线圈，A相电流输入到继电器的电流线圈，注意同名端方向。1、熟悉LG-11功率方向继电器的原理接线和相位仪器的试验原 理。移相器的输出信号从EPL-17面板的移相输出端引出，送到相位 仪和功率方向继电器的电流信号从 EPL-20面板下部的单相调压器3, 4端引出，电压信号那么根据电压的大小或直接从相角引出，或经过 EP

11、L-20的Ti降压变压器引出。图中用虚线特别说明。特相B5Q图2-6实验原理接线图2、按实验线路接线，图，分别和 Ti变压器的1, 2端连，和 Ti变压器的3, 4端断开，并检查确认两个调压器的按纽处于逆时针 到底的位置。1用相位仪检查接线极性是否正确。将相位器调到0度，依次合上220伏电源和电秒表的开关，按下 线路和电源控制“闭合开关，同时顺时针缓慢调节EPL-20的单相调压器和桌面上的三相调压器，观察电压表和电流表的读数，当电流 为1A,电压为20伏时，观察相位器读数是否正确，假设不正确，那 么说明输入电流和电压的相位不正确，分析原因，并改正。2检查功率继电器是否有潜动现象电压潜动现象：将

12、电流回路开路，可通过断开5电阻和变压器T2的3端连接实现。调节桌面上的三相调压器对电压回路参加 110伏 电压，用万用表测量极化继电器 KP的两端之间的电压，假设小于0.1 伏，那么说明无电压潜动。3、用实验法测LG-1板整流型功率方向继电器角度特性， 并找出 继电器的最大灵敏角和最小动作电压。按实验线路接线将，分别和 Ti变压器的1, 2端连，和Ti变 压器的3, 4端断开，并检查确认两个调压器的按纽处于逆时针到底 位置。1顺时针调节EPL-20的单相调压器，使得电流表的读数为 1A，并在以后的实验中保持不变。2顺时针调节桌面上的三相调压器旋纽，使得交流调压器的 读数为100伏，观察光示牌的

13、的动作情况：a假设光示牌亮，那么顺时针摇动移相器手柄，同时观察相 位仪的读数，读出当光示牌从亮到灭时移相器的角度并填入表，再反向摇动移相器手柄，直到光示牌重新亮，读出当光示牌再次灭时相位 仪的读数。b假设光示牌灭，可参考上述方法分别读出两个临界角度。3逆时针调节桌面上的三相调压器旋纽，当电压分别为80V,50V, 30，20V,按上述方法摇动移相器手柄，读出两个临界角度。并 填入表2-1 o4改变接线方式，断开7, 8和T1变压器的3, 4端，然后调 节三相调压器当电压表读书分别为 10V, 5V, 2.5V, 2V时，继电器动 作的临界角度。注意：由于电压低时，改变电压对临界角度的影响较大，

14、所以 要求尽可能在摇动移相器手柄时，同时调节三相调压器，使得输出电 压保持不变化。相位仪要求一定的输入电压。5保持电流为1A不变化，通过移相器改变相角，测量不同相 角情况下的继电器动作的最小动作电压并填入表2-2。注意：当移相角调到一定角度后，调节三相调压器改变输出电压 会对相角产生影响，所以要对移相器和调压器进展同时调节以确保数 据准确。6绘出功率方向继电器的角度特性。7计算继电器的最大灵敏角度并绘制角度特性曲线，并标明 动作区。4、用实验作出功率方向继电器的伏安特性 Upu f(Ir)和最小动作 电压。1摇动移相器手柄使得角度为-45。，保持不变。2调节三相调压器的电压到100伏不变。3调

15、节EPL-20的单相调压器，改变输出电流，记下使得继电 器动作的值记入表2-3。4参考步骤三，分别调节三相调压器的电压到 80V, 50V, 30V, 20V, 10V, 5V, 2.5V，2V，改变输入电流使得继电器动作，记下电流 的值。5注意找出使得继电器动作的最小电压和电流6绘制出特 性曲线五、实验结果与处理表1角度特性Upu f()实验数据U(V)100805030201052.521040.538.0 037.0 037.5 036.5 036.0 035024.5 021020-128.5-129.5 0-130 0-130.5 0-131 0-1250-125.5 0-117.5

16、 0-115 0表2角度特性 f (U min)实验数据-120 0-1000-80 0-600-40 0-20 0-00200300Umin (V)4.62.01.31.391.371.51.973.496.12表3伏安特性Up. f(i )实验数据U Pu(V)100805030201052.52ir(A)0.1350.1290.1240.1240.1230.1270.1250.1220.129六、实验思考题1、功率方向继电器为什么会有死区？应该如何消除死区？ 答：当正方向出口附近短路接地，故障相对地的电压很低功率方向不 能动作，所以存在死区。采用 90°接线就可以消除死区的存在。2、用相量图分析功率方向继电器的电压，电流极性发生变化对动作 特性的影响？答：分析接线时，当某相间短路功率方向元件电流极性接反时，正方? ?向三相短路时，继电器的输入电压U r与输入电流I r的相位角?r 180 m，从图中可以看出负Ir落在继电器的动作区外，所以继 电器不能动作。嚴大灵敏封渤作区仏3、LG-11整流型功率方向继电器的动作是否等于180度？为什么？答：不为180度，因为存在