电力系统继电保护实验指导书

电力系统继电保护实验指导书

电气工程实验教学中心

一 电磁型电压、电流继电器的特性实验

1．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、信号继电器等的构成原理。

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）测量继电器的基本特性。

5）学习和设计多种继电器配合实验。

2．继电器的类型与原理

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。 1）继电器的分类

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）按结构原理分为：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。

2）电磁型继电器的构成原理

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。下面仅就教材中未说明的继电器的构成及原理作简要介绍。

（1）时间继电器特性

时间继电器是用来在继电保护和自动装置中建立所需要的延时。对时间继电器的要求是时间的准确性，而且动作时间不应随操作电压在运行中可能的波动而改变。

电磁型时间继电器由电磁机构带动一钟表延时机构组成。电磁起动机构采用螺管线圈式结构，线圈可由直流或交流电源供电，但大多由直流电源供电。

其电磁机构与电压继电器相同，区别在于：当它的线圈通电后，其触点须经一定延时才动作，而且加在其线圈上的电压总是时间继电器的额定动作电压。

时间继电器的电磁系统不要求很高的返回系数。因为继电器的返回是由保护装置起动机构将其线圈上的电压全部撤除来完成的。

（2）中间继电器特性

中间继电器的作用是：在继电保护接线中，用以增加触点数量和触点容量，实现必要的延时，以适应保护装置的需要。

它实质上是一种电压继电器，但它的触点数量多且容量大。为保证在操作电源电压降低时中间继电器仍能可靠地动作，因此中间继电器的可靠动作电压只要达到额定电压的70%即可，瞬动式中间继电器的固有动作时间不应大于0.05秒。

（3）信号继电器特性

信号继电器在保护装置中，作为整组装置或个别元件的动作指示器。按电磁原理构成的信号继电器，当线圈通电时，衔铁被吸引，信号掉牌（指示灯亮）且触点闭合。失去电源时，有的需手动复归，有的电动复归。信号继电器有电压起动和电流起动两种。

3．实验内容

1）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。 实验电路原理图如图1-1所示：

实验步骤如下：

（1）按图接线，将电流继电器的动作值整定为1A(因电流继电器的两线圈是并联，所以它的量程扩大一倍)，使调压器输出指示为0V，滑线电阻的滑动触头放在中间位置。

（2）查线路无误后，先合上三相电源开关（对应指示灯亮），再合上单相电源开关和直流电源开关。

（3）慢慢调节调压器使电流表读数缓慢升高，记下继电器刚动作（动作信号灯XD1亮）时的最小电流值，即为动作值。

（4）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）的最大电流值，即为返回值。

（5）重复步骤（2）至（4），测三组数据。

（6）实验完成后，使调压器输出为0V，断开所有电源开关。

~220V TY1 30 5A R A + KA 

图1-1 电流继电器动作电流值测试实验原理图

（7）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。

（8）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

表1-1 电流继电器动作值、返回值测试实验数据记录表 1 2 3 平均值 误差 变差 动作值/A 整定值Izd 返回系数 返回值/A 2）电流继电器动作时间测试实验

电流继电器动作时间测试实验原理图如图1-2所示：

~220V TY1 A KA K2 停 COM 止 多功能表 K1 启 COM 动 BK 图1-2 电流继电器动作时间测试实验电路原理图

实验步骤如下：

（1）按图接线，将电流继电器的常开触点接在多功能表的“输出K2”和“公共线”，将开关BK的一条支路接在多功能表的“输入K1”和“公共线COM”，使调压器输出为0V，将电流继电器动作值整定为1.2A，滑线电阻的滑动触头置于其中间位置。

（2）检查线路无误后，先合上三相电源开关，再合上单相电源开关。

（3）打开多功能表电源开关，将多功能表的显示切换到显示时间测量画面并将时间测量方式切换为连续方式，按下清零键清零。

（4）慢慢调节调压器TY1使其输出电压匀速升高，使加入继电器的电流为2.4A。 （5）先拉开刀闸（BK），复位多功能表，使其时间显示为零，然后再迅速合上BK，多功能表显示的时间即为动作时间，将时间测量值记录于表2-2中。

（6）重复步骤（5）的过程，测三组数据，计算平均值，结果填入表1-2中。

表1-2 电流继电器动作时间测试实验数据记录表

2.4A I 1 T/ms 2 3 平均 1 2 3 平均 1 2 3 平均 1 2 3 平均 3.0A 3.6A 4.8A （7）先重复步骤（4），使加入继电器的电流分别为3.0A、3.6A、4.8A，再重复步骤（5）和（6），测量此种情况下的继电器动作时间，将实验结果记录于表2-2。

（8）实验完成后，使调压器输出电压为0V，断开所有电源开关。 （9）分析四种电流情况时读数是否相同，为什么？ 3）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）。 低电压继电器动作值测试实验电路原理图如下图1-3所示：

~220V TY1 V 150V + KV 

图1-3 低电压继电器动作值测试实验电路原理图

实验步骤如下：

（1）按图接线，检查线路无误后，将低电压继电器的动作值整定为60V，使调压器的输出电压为0V，合上三相电源开关和单相电源开关及直流电源开关（对应指示灯亮），这时动作信号灯XD1亮。

（2）将电压接到多功能表的电压测量端口，将多功能表的显示切换到显示相位测量画面。

（3）调节调压器输出，使其电压从0V慢慢升高，直至低电压继电器常闭触点打开（XD1熄灭）。

（4）调节调压器使其电压缓慢降低，记下继电器刚动作（动作信号灯XD1刚亮）时的最大电压值，即为动作值，将数据记录于表1-3中。

表1-3 低电压继电器动作值、返回值测试实验数据记录表 1 2 3

动作值/V 返回值/V

平均值 误差 变差 整定值Uset 返回系数 （4）继电器动作后，再慢慢调节调压器使其输出电压平滑地升高，记下继电器常闭触点刚打开，XD1刚熄灭时的最小电压值，即为继电器的返回值。

（5）重复步骤（3）和（4），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。

（6）实验完成后，将调压器输出调为0V，断开所有电源开关。 （7）计算整定值的误差、变差及返回系数。 4）时间继电器特性测试实验

时间继电器特性测试实验电路原理接线图如图1-4所示：

+ 220V KT K2 停 COM 止 K1 启 COM

动 多功能表 － BK 图1-4 时间继电器动作时间测试实验电路原理图

实验步骤如下：

（1）按图接好线路，将时间继电器的常开触点接在多功能表的“输入K2”和“公共线COM”，将开关BK的一条支路接在多功能表的“输入K1”和“公共线COM”，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，例如可对准2秒位置。

（2）合上三相电源开关，将多功能表的显示切换到显示时间测量画面并使ZN-II多功能表时间测量工作方式选择连续方式，按“清零”按钮使多功能表显示清零。

（3）断开BK开关，合上直流电源开关，再迅速合上BK，采用迅速加压的方法测量动作时间。

（4）重复步骤（2）和（3），测量三次，将测量时间值记录于表1-4中，且第一次动作时间测 量不计入测量结果中。

表1-4 时间继电器动作时间测试

T/ms 整定值 1 2 3 平均 误差 变差 （5）实验完成后，断开所有电源开关。

（6）计算动作时间误差。 5）多种继电器配合实验 （1）过电流保护实验

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）。

+ + KA KT KS + KM -

a ~220V A A B o - - - 图1-5 过电流保护实验原理接线图

实验步骤如下：

①图1-5为多个继电器配合的过电流保护实验原理接线图。

②按图接线，将滑线变阻器的滑动触头放置在中间位置，实验开始后可以通过改变滑线变阻器的阻值来改变流入继电器电流的大小。将电流继电器动作值整定为2A，时间继电器动作值整定为2.5秒。

③经检查无误后，依次合上三相电源开关、单相电源开关和直流电源开关。（各电源对应指示灯均亮。）

④调节单相调压器输出电压，逐步增加电流，当电流表电流约为1.8A时，停止调节单相调压器，改为慢慢调节滑线电阻的滑动触头位置，使电流表数值增大直至信号指示灯变亮。仔细观察各种继电器的动作关系。

⑤调节滑线变压器的滑动触头，逐步减小电流，直至信号指示灯熄灭。仔细观察各种继电器的返回关系。

⑥实验结束后，将调压器调回零，断开直流电源开关，最后断开单相电源开关和三相电源开关。

（2）低电压闭锁的过电流保护实验

过电流保护按躲开可能出现的最大负荷电流整定，启动值比较大，往往不能满足灵敏度的要求。为此，可以采用低电压启动的过电流保护，以提高保护的灵敏度。

a + KA + KT KS + KM - ~220V A KV2 A B KV1 o - - -

图1-6 低电压闭锁过流保护实验原理接线图

实验步骤如下：

①图1-6为多个继电器配合的低电压闭锁过流保护实验原理接线图。

②按图接线；试验台上单相调压器TY2输出端的接法与上个实验电流回路接法相同；单相调压器TY1的输出端a、0接到电压继电器的线圈端子A、B上，同时将电压接到多功能表的电压测量端口，将多功能表的显示切换到显示相位测量画面。整定电流继电器为1A，电压继电器为20V(也可以在量程0-60任意选择)。

③经检查无误后，依次合上三相电源开关、单相电源开关和直流电源开关。（各电源对应指示灯均亮）

④先调TY1使电压表读数为50伏；再调TY2，逐步增加电流，使电流表读数为表2-5中的给定值，然后调TY1减小调压器的输出电压至表1-5中的给定值。观察各种继电器的动作关系，对信号指示灯在给出的电压、电流值下亮、灭情况进行分析。也可自行设定电压、电流值进行实验。

⑤实验完毕后，注意将调压器调回零，断开直流电源开关，最后断开单相电源开关和三相电源开关。

表1-5 低电压闭锁过流保护实验数据记录表

I/A 0.5 1.5 1.5 U/V 40 30 10 动作信号灯亮熄情况 （3）复合电压启动的过电流保护

多种继电器配合实验，除了上述两个以外还可以做复合电压启动的过电流保护实验。如图1-7所示，它是由一个接于负序电压滤过器上的过电压继电器，一个接于线电压上的低电压继电器和一个电流继电器等组成的。

a o ~220V + KA KV1 KV2 + KT KS + KM - A A B - 负序电压滤过器 a c b - - （a）

+ KA KV1 KV2 + + KT KS KM - a ~220V A o a o 负序电压滤过器 a b c (b)

- - - 图1-7 复合电压启动的过电流保护实验原理接线图

在图a的接线方式下，各种不对称短路时，由于出现负序电压，过电压继电器将动作，常闭触点被打开，切断了加在低电压继电器上的电压，它的常闭接点仍然闭合，正电源通过起其触点启动中间继电器，使其常开触点闭合，最后动作与指示灯。

在图b的接线方式下，发生两相短路时，由于负序电压继电器的启动更为灵敏，常开接点闭合。这时，因电流继电器也动作，时间继电器启动，经预定延时，动作与指示灯；当发生三相短路时电压陡然下降到很低，电流继电器的常开触点变为常闭与低电压继电器的常闭触点相连，动作与出口继电器的指示灯。

实验时可根据上述两种不同的方法进行接线，比较在不同接线方式下保护动作的不同之处。

由于这种保护方式涉及到线路模型，本小节就不再详细说明，具体原理及实验内容参考第五章有关内容。

4．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）为什么电流继电器在同一整定值下对应不同的动作电流，有不同的动作时间？

二 LG-11型功率方向继电器特性实验

1．实验目的

（1）学会运用相位测试仪器测量电流和电压之间相角的方法。

（2）掌握功率方向继电器的动作特性、接线方式及动作特性的试验方法。 （3）研究接入功率方向继电器的电流、电压的极性对功率方向继电器的动作特性的影响。

2．LG-11型功率方向继电器简介

在单侧电源的电网中，电流保护能满足线路保护的需要。但是，在两侧电源的电网（包括单电源环形电网）中，只靠简单电流保护的电流定值和动作时限不能完全取得动作的选择性，为此，必须在保护回路中加方向闭锁，构成方向性电流保护，要求只有在流过断路器的电流的方向从母线流向线路侧时才允许保护动作。保护动作的方向性，可以利用功率方向继电器来实现。

1）LG-11整流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为：

IKkmKyUmKkImKyUm 继电器的原理接线如图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。动作电压KyIm+KyUm加于整流桥BZ1输入端，制动电压IKymKyUm加于整流桥BZ2输入端。图（b）为幅值比较回路，它按循环电流式接线，

执行元件采用极化继电器JJ。

功率方向继电器内角的调整可通过更换面板上压板Y的位置来实现。

DKB * 5 * Im 6 * W4 W1 * W2 R2 W3 BZ2 －30 －45 W3 R1 BZ1 W2 * * YB C1 * U m 8 * W1 7 Y JJ R5 c5 R6 C4 (a)

11 BZ1 IKkmKyUm 12 R5 9 BZ 2 IKkmKyUm

2QF C2 C3 10

(b)

图2-1 LG-II 功率方向继电器原理接线图

(a)交流回路图 (b)直流回路图

3．实验内容

1）功率方向继电器电压潜动现象检查实验

LG-11功率方向继电器实验原理接线如图2-2所示。图中，380V交流电源经移相器和调压器调整后，由bc相分别输入功率方向继电器的电压线圈，A相电流输入至继电器的电流线圈，注意同名端方向。

A B C O a 0 三 相 调 压 器 TY 1 移 相 器 b c BK 多功能表 V 220 LGJ 图2-2 LG-14功率方向继电器实验原理接线图 30/5A 2A R A 实验步骤如下：

（1）熟悉LG-11功率方向继电器的原理接线和ZN－II智能式多功能表的操作方法及试验原理。将电压，电流接到多功能表的相应测量端口，将多功能表的显示切换到显示相位测量画面。

认真阅读LG-11功率方向继电器原理图（图2-1）和实验原理接线图（图2-2），在图2-2上画出功率方向继电器LGJ中的接线端子号和所需测量仪表接法。

（2）按实验原理线路图接线。

（3）调节三相调压器和单相调压器，使其输出电压为0V，将移相器调至0度，将滑线电阻滑动触头移到其中间位置。

（4）合上三相电源开关、单相电源开关。 （5）将多功能表的显示切换到显示相位测量画面。

（6）调节三相调压器使移相器输出电压为20V，调节单相调压器使电流表读数为1A，观察分析多功能表读数是否正确。若不正确，则说明输入电流和电压相位不正确，分析原因，并加以改正。

（7）在多功能表读数正确时，使三相调压器和单相调压器输出均为0V，断开单相电源开关。

检查功率继电器是否有潜动现象。电压潜动测量：将电流回路开路，对电压回路加入110V电压；测量极化继电器JJ两端之间电压，若小于0.1V，则说明无电压潜动。

2）用实验法测LG-11整流型功率方向继电器角度特性Upu = f（），并找出继电器的最大灵敏角和最小动作电压。 实验步骤如下：

（1）按图2-2所示原理接线图接线。

（2）检查线路无误后，合上三相电源开关、单相电源开关和直流电源开关。 （3）调节单相调压器的输出电压使电流表的读数为1A，并保护此电流值不变。 （4）在操作开关断开状态下，调节三相调压器的输出电压，使电压表读数为50V。 （5）调节移相器，在电压表为给定值的条件下找到使继电器动作（动作信号灯由不亮变亮）的两个临界角度1、2 ，将测量数据记录于表2-6中。

（6）保持电流为1A不变，调节三相调压器，依次降低电压值，重复步骤（5）的过程，给定电压为30V、20V情况下，使继电器动作的1、2，并记录在表2-6中。

（7）保持电流为1A不变，将两个滑线电阻的滑动触点移到靠近移相器输出bc接线端，调节三相调压器使其输出电压为30V。

（8）合上操作开关BK，调节两个滑线电阻的滑动触点使电压表读数为10V。 （9）断开操作开关BK。 （10）改变移相器的位置。

（11）迅速合上开关BK，检查继电器动作情况。

（12）重复步骤（9）至（11），找到使继电器动作的两个临界角度1、2 ，在断开开关BK的情况下，将多功能表的读数记录于表2-1中。

表2-1 角度特性Upu = f（）实验数据记录表

U/V 50 30 20 10 5 2.5 2 1 1/度 2/度 （13）重复步骤（8）的过程，使电压表的读数分别为5、2.5、2、1和0.5V，再重复步骤（9）至（12）的过程，找出使继电器动作的最小动作电压值。

（14）实验完成后，使调压器输出为0，断开所有电源开关。

（15）计算继电器的最大灵敏角sen作区。

122，绘制角度特性曲线，并标明动3）用实验法作出功率方向继电器的伏安特性Upu = f（Ir）和最小动作电压 实验步骤如下：

（1）调整功率方向继电器的内角=30，调节移相器使 = sen，并保持不变。 （2）实验接线与图2-2相同，检查线路无误后，合上三相电源开关、单相电源开关和直流电源开关。

（3）按照实验5）中步骤（7）和（8）介绍的方法将电压表读数调至表2-6中的某一给定值。

（4）调节单相调压器的输出，改变继电器输入电流的大小，当继电器动作时，记录此时电流表的读数。

（5）重点步骤（3）和（4），在依次给出不同的电压时，找出使继电器动作（指示灯由不亮到亮）的相应的电流值，记入表2-2中。注意找出使继电器动作的最小电压和电流。

表2-2 伏安特性Upu = f（Ir）实验数据记录表

Upu/V Ir/A 10 8 6 3 1．5 0.5 （6）实验完成后，使所有调压器输出电压为0V，断开所有电源开关。 （7）绘出Upu = f（Ir）特性曲线。

4．思考题

（1）用相量图分析加入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。

（2）LG-11整流型功率方向继电器的动作区是否等于180度？为什么？ （3）整流型功率方向继电器的角度特性与感应型功率方向继电器角度特性有什么差异？

（4）功率方向继电器为什么要采用90接线？用0接线行不行？ （5）改变内角对保护动作性能有何影响？它有何实质意义？

三 方向阻抗继电器特性实验

阻抗继电器是距离保护中不可缺少的元件，它是低动作量的继电器，它有多种特

性，LZ-21整流型方向阻抗继电器在电力系统中应用相当广泛。

1．实验目的

（1）熟悉整流型LZ-21型方向阻抗继电器的原理接线图，了解其动作特性。 （2）测量方向阻抗继电器的静态Zpuf特性，求取最大灵敏角。 （3）测量方向阻抗继电器的静态ZpufIr特性，求取最小精工电流。 （4）研究方向阻抗继电器记忆回路和引入第三相电压的作用。

2．LZ-21型方向阻抗继电器简介

图3-1为其原理图。由CT引入的电流ICTIm接于电抗变压器DKB的原方端nCT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ZI值。由PT引入的电压UPTYB的原方端子5、6、7，用于引入电压UA、UB、UUm接于电压变换器nPTC，YB副方每一定匝数就有一个

抽头，改变抽头的位置即可改变nYB，也可改变Zset的大小。JJ为具有方向性的直流继电器（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Ⅰ、Ⅱ段切换的触点。当12、13连通时，Ⅰ段接通。当12、14连通时，Ⅱ段接通。

LZ-21型方向阻抗继电器面板上有压板Y用于调整最大灵敏角。

1 I1 2 3 I2 4 I段 12 13 VD1 VD3 * YB * * UA

5 * DKB *

14 II段 UB 6 *

R3 R1 n m R2 KP KP R4 VD4 VD2 * * * UC JYB R6 7 80 72 XT 60 9 KP 11 10 图3-1 LZ-21型方向阻抗继电器原理接线图

3．实验内容

1）整流型阻抗继电器的阻抗整定值的整定和调整

当方向阻抗继电器处在临界动作状态时，推证的整定阻抗表达式为

ZsetnPTnYBZZII，显然，阻抗继电器的整定与LZ-21中的电抗变压器ZIKunCTKuDKB的模拟阻抗ZI、电压变换器YB的变比nYB、电压互感器变比nPT和电流互感器nCT有关。

例如，若要求整定阻抗为Zset=15，当nPT=100，nCT=20，ZI=2（即DKB原方匝数为20匝时），则nyb151，即n=0.67。也就是说电压变换器YB副方线圈匝10YB数是原方匝数的67%，这时插头应插入60、5、2三个位置，如图3-2所示。

0 0.5

80 5 60 10 40 15 20 0 5 0 4 3 2 1 10 15 0 0 0 80 60 40 20 0 (a) YB整定板示意图 0.5 0 4 3 2 1 (b) YB副方线圈内部接线 图3-2 LZ-21型阻抗继电器整定面板说明图

整定值整定和调整实验的步骤如下：

（1）要求阻抗继电器阻抗整定值为Zset=5，实验时设nPT=1，nCT=1，检查电抗变压器DKB原方匝数应为16匝。（ZI=1.6）

（2）计算电压变换器YB的变比nyb数的32%。

（3）在参考图3-2阻抗继电器面板上选择20匝、10匝，2匝插孔插入螺钉。

表3-1 DKB最小整定阻抗范围与原方线圈对应接线

最小整定阻抗范围 （欧相） 0.2 DKB原方绕组匝数 2 DKB原方绕组接线示意图 （一个绕组） 2 5，YB副方线圈对应的匝数为原方匝1.6 14 4

0.4 0.6 0.8

1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

4 6 8 2 14 4 2 14 4 2 14 4

10 2 14 4 12 14 16 18 20 2 2 4 14 4 14 2 4 14 2 2 14 4 （4）改变DKB原方匝数为20匝（ZI=2）重复步骤（1）、（2），在阻抗继电器面板上选择40匝、0匝，0匝插孔插入螺钉。

（5）上述步骤完成后，保持整定值不变，继续做下一个实验。 2）方向阻抗继电器的静态特性Zpu=f（）测试实验 实验步骤如下：

（1）熟悉LZ-21方向阻抗继电器和HYD－II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（图3-1）和实验原理接线图（图3-3） （2）按实验原理图接线，具体接线方法可参阅LG-11功率方向继电器实验中所介绍的内容。

（3）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，将继电器灵敏角度整定为72°，整定阻抗设置为5。

A B C 三 相 调 压 器 移 相 器 a b c 6 BK V * Um 5 LZ-21方向 阻抗 继电器

O

A 多功能表 4 2 I 3 m* 1 图3-3 LZ-21方向阻抗继电器实验原理接线图

（4）合上三相电源开关、单相电源开关和直流电源开关。

（5）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。

（6）调节三相调压器使电压表读数为20V，调节单相调压器使电流表读数为1A，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。

（7）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=2.0A；

（8）按照LG-11功率方向继电器角度特性实验中步骤（7）至（12）介绍的方法，测量给定电压分别为表3-4中所确定数值下使继电器动作的两个角度1、2，并将实验测得数据记录于表3-2中相应位置。

表3-2 方向阻抗继电器静态特性Zpu = f（）测试

（条件为：内=72，Im=1A，Zset=5） Upu/V 10 8 6 4 2 1.5 1.2 `1.0  1  2 Zpu1 Zpu2 （9）实验完成后，将所有调压器输出调至0V，断开所有电源开关。 （10）作出静态特性Zpu=f（）图，求出整定灵敏度。 3）测量方向阻抗继电器的静态特性Zpu=f（Im），求最小精工电流 实验步骤如下：

（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=72并保持不变。

（2）将电流回路的输入电流Im调到某一值（按表3-3中给定值进行）。 （3）断开开关BK，将三相调压器的输出电压调至30V.

（4）合上开关BK，调节两个滑线电阻的滑动触头使电压表的读数由小到大，直到方向阻抗继电器动作，记录相应的动作电压值。再逐渐增大电压值，直到方向阻抗继电器返回，然后再减小电压值，直到继电器动作，并记下动作电压值。改变输入电

流Im，重复上述操作，测量结果填入表3-3中。

表3-3 方向阻抗继电器的静态特性Zpu = f（Im）测试

（条件为：内=72，Zset=5） Im/A U/V UZpu = 2Im1.5 U  U Zpu Zpu 1.0 0.8 0.6 0.4 0.3 0.2 （5）实验完成后，使所有调压器输出为0V，断开所有电源开关。 （6）绘制方向阻抗继电器静态特性Zpu=f（Im）的曲线。

（7）在特性曲线上确定最小精工电流（动作阻抗Zpu为90%Zset值时的最小电流）和最小动作电流Ipumin。

4．思考题

（1）分析实验所得Zpu=f（）和Zpu=f（Im）特性曲线，找出有关的动作区、死区、不动作区。

（2）讨论电压回路和电流回路所接的滑线变阻器的作用。 （3）研究记忆回路和引入第三相电压的作用。

（4）如果LZ-21继电器的模拟阻抗ZI=2，nPT=100，nCT=20，若整定阻抗Zset=45，请问nYB的抽头放在什么位置上？

四 输电线路的电流、电压微机保护实验

1．实验目的

（1）学习电力系统中微机型电流、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）了解微机型保护的原理。

（4）熟悉三相一次重合闸与保护配合方式的特点。

2. 基本原理

（1）试验台一次系统原理图

试验台一次系统原理图如图4-1所示。 2CT微 机 保 护 箱模 拟 量 采 集DX1CTTB ~ 区外1K01K1测量孔RS2.4.5Ω最小KSPT测量K11R2ΩRD10Ω2R45Ω1k2380V/100V/57V最大1K3区内3CTDX13R60Ω1k44-1 一次系统原理图 如图：系统阻抗分别为Xs.max=2Ω、XS.N=4Ω、Xsmin=5Ω，线路段的阻抗为10Ω。线路中串有一个2Ω的限流电阻，设线路段最大负荷电流为1.2A。继电器返回系数Kre=0.85，自启动系数Kzq=1.0。

可靠系数参考如下：无时限电流速断保护可靠系数KⅠ=1.25，带时限电流速断保护可靠系数为KⅡ=1.1，过电流保护可靠系数KⅢ=1.15。

（2）电流电压保护实验基本原理 1）三段式电流保护

当网络发生短路时，电源与故障点之间的电流会增大。根据这个特点可以构成电流保护。电流保护分无时限电流速断保护（简称I段）、带时限速断保护（简称II段）和过电流保护（简称III段）。下面分别讨论它们的作用原理和整定计算方法。

①无时限电流速断保护（I段）

单侧电源线路上无时限电流速断保护的作用原理可用图2-2来说明。短路电流的大小Ik和短路点至电源间的总电阻R及短路类型有关。三相短路和两相短路时，短路电流Ik与R的关系可分别表示如下：

Ik(3)EsEsRRsR0l Ik(2) 式中， Es——电源的等值计算相电势；Rs—— 归算到保护安装处网络电压的系

Es32RsR0l

统等值电阻；R0—— 线路单位长度的正序电阻；l —— 短路点至保护安装处的距离。

由上两式可以看到，短路点距电源愈远（l愈长）短路电流Lk愈小；系统运行方式小（Rs愈大的运行方式）Ik亦小。Ik与l的关系曲线如图4-2曲线1和2所示。曲线1为最大运行方式(Rs最小的运行方式)下的IK = f(l)曲线，曲线2为最小运行方式(Rs最大的运行方式)下的IK = f(l)曲线。

线路AB和BC上均装有仅反应电流增大而瞬时动作的电流速断保护，则当线路AB上发生故障时，希望保护KA2能瞬时动作，而当线路BC上故障时，希望保护KA1能瞬时动作，它们的保护范围最好能达到本路线全长的100%。但是这种愿望是否能实现，需要作具体分析。

以保护KA2为例，当本线路末端k1点短路时，希望速断保护KA2能够瞬时动作切除故障，而当相邻线路BC的始端（习惯上又称为出口处）k2点短路时，按照选择性的要求，速断保护KA2就不应该动作，因为该处的故障应由速断保护KA1动作切除。但是实际上，k1和k2点短点时，从保护KA2安装处所流过短路电流的数值几乎是一样的，因此，希望k1点短路时速断保护KA2能动作，而k2点短点时又不动作的要求就不可能同时得到满足。

O 2 A KA2 I > B KA1 I > C ~ k1 I 1 k2 3 l min l max Iop Ik B max l 图4-2 单侧电源线路上无时限电流速断保护的计算图

为了获得选择性，保护装置KA2的动作电流Iop2必须大于被保护线路AB外部（k2点）短路时的最大短路电流Ik max。实际上k2点与母线B之间的阻抗非常小，因此，可以认为母线B上短路时的最大短路电流Ik B max=Ik max。根据这个条件得到：

1Iop2KrelIkBmax1Krel 式中，——可靠系数，考虑到整定误差、短路电流计算误差和非周期分量的

影响等，可取为1.2～1.3。

由于无时限电流速断保护不反应外部短路，因此，可以构成无时限的速动保护（没

有时间元件，保护仅以本身固有动作时间动作）。它完全依靠提高整定值来获得选择性。由于动作电流整定后是不变的，在图4-3上可用直线3来表示。直线3与曲线1和2分别有一个交点。在曲线交点至保护装置安装处的一段线路上短路时，Ik>Iop2保护动作。在交点以后的线路上短路时，Ik无时限电流速断保护的灵敏度用保护范围来表示，规程规定，其最小保护范围一般不应小于被保护线路全长的15%～20%。实验时可调节滑线电阻，找寻保护范围。

电流速断保护的主要优点是简单可靠，动作迅速，因而获得了广泛应用。它的缺点是不可能保护线路AB的全长，并且保护范围直接受系统运行方式变化影响很大，当被保护线路的长度较短时，速断保护就可能没有保护范围，因而不能采用。

由于无时限电流速断不能保护全长线路，即有相当长的非保护区，在非保护区短路时，如不采取措施，故障便不能切除，这是不允许的。为此必须加装带时限电流速断保护，以便在这种情况下用它切除故障。

②带时限电流速断保护（Ⅱ段）

对这个新设保护的要求，首先应在任何故障情况下都能保护本线路的全长范围，并具有足够的灵敏性。其次是在满足上述要求的前提下，力求具有最小的动作时限。正是由于它能以较小的时限切除全线路范围以内的故障，因此，称之为带时限速断保护。带时限电流速断保护的原理可用图4-3来说明。

I 2 1 3 IⅠopAIⅡopAA I IAB B I IBC C (a)

~ lⅠBk (b)

4 IⅠopBlⅡAl (c)

t tⅠAⅡtAtⅡAtⅠBO tⅡBl

图4-3 带时电流速断保护计算图

(a)网络图 （b）Ik=f（l）关系及保护范围 （c）延时特性

IIII 图中：1—Ik=f（l）关系；2—IopA线；3—IopA线；4—IopB线

由于要求带时限电流速断保护必须保护本线路AB的全长，因此，它的保护范围必须伸到下一线路中去。例如，为了使线路AB上的带时限电流速断保护A获得选择性，它必须和下一线路BC上的无时限电流速断保护B配合。为此，带时限电流速断保护A的动作电流必须大于无时限电流速断保护B的动作电流。若带时限电流速断

III保护A的动作电流用IopA表示，无时限电流速断保护B的动作电流用IopB表示，则

IIIIIIopAKrelIopB （4-1）

II式中，Krel——可靠系数，因不需考虑非周期分量的影响，可取为1.1～1.2。

保护的动作时限应比下一条线路的速断保护高出一个时间阶段，此时间阶段以t表示。即

II保护的动作时间tAt（t一般取为0.5s）。

II带时限电流速断保护A的保护范围为lA（见图4-3）。它的灵敏度按最不利情况

（即最小短路电流情况）进行检验。即

IIIIKsenIkmin/IopA （4-2）

式中，Ik min——在最小运行方式下，在被保护线路末端两相金属短路的最小短

IIII路电流。规程规定Ksen应不小于1.3～1.5。Ksen必须大于1.3的原因是考虑到短路电

流的计算值可能小于实际值、电流互感器的误差等。

由此可见，当线路上装设了电流速断和限时电流速断保护以后，它们的联系工作就可以保证全线路范围内的故障都能够在0.5s的时间内予以切除，在一般情况下都能够满足速动性的要求。具有这种性能的保护称为该线路的“主保护”。

带时限电流速断保护能作为无时限电流速断保护的后备保护（简称近后备），即故障时，若无时限电流速断保护拒动，它可动作切除故障。但当下一段线路故障而该段线路保护或断路器拒动时，带时限电流速断保护不一定会动作，故障不一定能消除。所以，它不起远后备保护的作用。为解决远后备的问题，还必须加装过电流保护。

③定时限过电流保护（Ⅲ段）

过电保护通常是指其启动电流按照躲开最大负荷电流来整定的一种保护装置。它在正常运行时不应该启动，而在电网发生故障时，则能反应电流的增大而动作。在一般情况下，它不仅能够保护本线路的全长范围，而且也能保护相邻线路的全长范围，以起到远后备保护的作用。

为保证在正常运行情况下过电流保护不动作，它的动作电流应躲过线路上可能出现的最大负荷电流IL max，因而确定动作电流时，必须考虑两种情况：

其一，必须考虑在外部故障切除后，保护装置能够返回。例如在图4-4所示的接线网络中，当k1点短路时，短路电流将通过保护装置5、4、3，这些保护装置都要启动，但是按照选择性的要求，保护装置3动作切除故障后，保护装置4和5由于电流已经减小应立即返回原位。

其二，必须考虑当外部故障切除后，电动机自启动电流大于它的正常工作电流时，保护装置不应动作。例如在图4-4中，k1点短路时，变电所B母线电压降低，其所接负荷的电动机被制动，在故障由3QF保护切除后，B母线电压迅速恢复，电动机自启动，这时电动机自启动电流大于它的正常工作电流，在这种情况下，也不应使保护装置动作。

A 3 5 4 3QF 2 B 1 M k1 C ~ 图4-4 选择过电流保护启动值及动作时间的说明 考虑第二种情况时，定时限过电流保护的整定值应满足：

式中，Kss——电动机的自启动系数，它表示自启动时的最大负荷电流与正常运行的最大负荷电流之比。当无电动机时Kss=1，有电动机时Kss≥1。

考虑第一种情况，保护装置在最大负荷时能返回，则定时限过电流保护的返回值应满足

IreKssILIIIIreIopmaxIIIIopKssILmax （4-3）

考虑到

，将式（4-3）改写为

IIIIreKrelKssILmax （4-4）

III式中，Krel——可靠系数，考虑继电器整定误差和负荷电流计算不准确等因素，

取为 1.1～1.2。

考虑到Kre=Ire/Iop，所以

IIIIII IopK(KrelKssILre1max) （4-5）

为了保证选择性，过电流保护的动作时间必须按阶梯原则选择（如图4-5）。两个相邻保护装置的动作时间应相差一个时限阶段t。

过电流保护灵敏系数仍采用式（4-2）进行检验，但应采用

IIIIop代入，当过电流

保护作为本线路的后备保护时，应采用最小运行方式下本线路末端两相短路时的电流进行校验，要求Ksen1.3～1.5；当作为相邻线路的后备保护时，则应采用最小运行方式下相邻线路末端两相短路时的电流进行校验，此时要求Ksen1.2。定时限过电流保护的原理图与带时限过电流保护的原理图相同，只是整定的时间不同而已。

o A B tA t tA t tB t tC l tB tB C tC

~ 图4-5 过电流保护动作时间选择的示意图 2） 电流、电压联锁保护的作用原理

当系统运行方式变化很大时，电流保护（尤其电流速断保护）的保护区可能很小，往往不能满足灵敏度要求，为了提高灵敏度可以采用电流、电压联锁保护。

电流、电压联锁保护可以分为电流、电压联锁速断保护，带时限电流、电压联锁速断保护和低电压起动的过电流保护三种。由于这种保护装置较为复杂，所以只有当电流保护灵敏度不能满足要求时才采用。

下面主要介绍电流、电压联锁速断保护和低电压起动的过电流保护，带时限电流、电压联锁速断保护，由于实际上很少采用，故不讨论。

①电流电压联锁速断保护的工作原理

电流、电压联锁速断保护工作原理可以用图4-6来说明。保护的电流元件和电压

元件接成“与”回路，因此，只有当电流、电压元件都同时动作时保护才能动作跳闸。

I1 pu Ipu l l l1 9 7 Upu 3 I 1 2 4 5 6 8 I V< 跳闸 ~ Xs l1 L U 图4-6 无时限电流电压联锁速断保护的计算图

1、2、3——分别为在最大、正常和最小运行方式下的IK=f(l)关系曲线； 4、5、6——分别为在最大、正常和最小运行方式下的UK=f(l)关系曲线； 保护的整定原则和无时限电流速断保护一样，躲开被保护线路外部故障。由于它采用了电流和电压测量元件，因此，在外部短路时，只要有一个测量元件不动作，保护就能保证选择性。保护的具体整定方法有几种。常用的是保证在正常运行方式下有较大的保护范围作为整定计算的出发点。整定方法：在图4-6中设被保护线路的长度为L。为保证选择性，在正常运行方式时的保护区为

Ll 1K0.75 L

rel式中，Krel——可靠系数，取为1.3～1.4。 因此，电流继电器的动作电流为 Ipu=Es/(Rs + R0l1)

式中Es——系统的等效相电势；Rs——正常运行方式下，系统的等值电阻；R0——线路单位长度的电阻。

Ipu就是在正常运行方式下，保护范围末端（K点）三相短路时的短路电流。由于在K点三相短路时，低电压继电器也应动作，所以它的动作电压为

Upu就是在正常运行方式下，保护范围末端三相短路时，母线A上的残余电压。在此情况，两个继电器的保护范围是相等的。动作电流Ipu和动作电压Upu分别用直线7和8表示在图4-6上。该图上的曲线1、2和3分别表示在最大、正常和最小运行方式下，短路电流IK和l的关系曲线。曲线4、5和6则分别表示在最大、正常和最小运行方式下，母线A的残余电压UK和l的关系曲线。直线9表示无时限电流速断保护的动作电流

IIpuUpu3IpuR0l1，从图上可以看到，如果线路上采用无时限电流速断保护，则它的最小保护范围为l。如果采用无时限电流电压联锁速断保护，则其最小保护范围为l（由电流元件决定）。显然l>l。由此可见，采用电流电压联锁速断保护大大提高了灵敏度。由图可见，在被保护线路以外短路时，保护不会误动作。在较正常运行方式更大的运行方式下，保护的选择性由低电压继电器来保证，因为在此情况，母线A上的残余电压UK大于Upu，低电压元件不会动作。在较正常运行方式更小的运行方式下，保护的选择性由电流继电器来保证，因为在此情况下短路电流IK小于Ipu，电流元件不会动作.

②低电压起动的过电流保护

这种保护只有当电流元件和电压元件同时动作后，才能启动时间继电器，经预定的延时后，启动出口中间继电器动作于跳闸。

低电压元件的作用是保证在电动机自启动时不动作，因而电流元件的整定值就可以不再考虑可能出现的最大负荷电流，而是按大于额定电流整定，即

IopKrelINKre 低电压元件的动作值小于在正常运行情况下母线上可能出现的最低工作电压，同时，外部故障切除后，电动机启动的过程中，它必须返回。根据运行经验通常采用

Uop=0.7UN

式中，UN——额定电压。

低电压元件灵敏系数的校验，按下式进行

KsenUopUkmax 式中，Uk max——在最大运行方式下，相邻元件末端三相金属性短路时，保护安装处的最大线电压。

注意：当电压互感器回路发生断线时，低电压继电器会误动作。因此，在低电压

保护中一般应装设电压回路断线的信号装置，以便及时发出信号，由运行人员加以处理。

保护的延时特性以及各段保护的保护范围示于图4-7。必须指出，在有些情况下，例如：当主保护(Ⅰ段)能保护线路全长时，可以只采用两段保护（如Ⅰ、Ⅲ段或Ⅱ、Ⅲ段）.

③ 复合电压启动的过电流保护

复合电压起动的过电流保护原理图参阅图4-3所示，复合电压起动的过电流保护，在不对称短路时，靠负序电压起动低电压继电器，而在对称性故障时，也是靠短时的负序电压起动低电压继电器，靠继电器的返回电压较高来保持动作状态的。因此，其灵敏度是比较高的。

复合电压起动的过电流保护的整定办法除负序电压继电器的整定外，其余都与前述相同。负序电压继电器的动作电压可按躲开正常运行时的最大不平衡电压来整定，通常取

U2pu0.06UN 保护装置的灵敏度的校验应按相同的原始条件，分别求出保护装置的电流元件和

tIA o lIA lIIA lIIIA tIIA tIB l A A B C B C ~ t tIIIA tIIIB tIIB 图4-7 三段式电流保护的延时特性和保护范围

电压元件的灵敏系数。通常要求，在远后备保护范围末端短路校验的灵敏度应不小于1.2。这种保护方式，不但灵敏度比较高，而且接线比较简单，因此，应用比较广泛。

（3）微机保护的硬件

微型机保护系统的硬件一般包括以下三大部分。

1）模拟量输入系统（或称数据采集系统）。包括电压的形成，模拟滤波，多路转换（MPX）以及模数转换（A/D）等功能块,完成将模拟输入量准确的转换为所需要

的数字量的任务。

2）CPU主系统。包括微处理器（80C196KC），只读存储器（EPROM），随机存取存储器（RAM）以及定时器等。CPU执行存放在EPROM中的程序，对由数据采集系统输入至RAM的原始数据进行分析处理，以完成各种继电保护的功能。

3）开关量（或数字量）输入/输出系统。由若干并行接口适配器（PIO），光电隔离器件及有触点的中间继电器组成，以完成各种保护的出口跳闸，信号报警，外部接点输入及人机对话等功能。

微机保护的典型结构图4-8所示。 PT 80C196 KC ERROM 电压形成 模拟滤波 多 路 电压形成 模拟滤波 转 换 开 I/O 显示器/键盘 E2PROM RMA A/D 8255 PIO 光电隔离 出口 交流接口 CT 交流接口 数据采集系统 输入输出系统 图4-8 微机保护典型硬件结构图 （4）数据采集系统

微机保护要从被保护的电力线路或设备的电流互感器﹑电压互感器或其他变换器上获取的有关信息，但这些互感器的二次数值﹑输出范围对典型的微机电路却不适用，故需要变换处理。在微机保护中通常要求模拟输入的交流信号为±5V电压信号，因此一般采用中间变换器来实现变换。交流电流的变换一般采用电流中间变换器并在其二次侧并电阻以取得所需要的电压的方式。

对微机保护系统来说，在故障初瞬电压、电流中可能含有相当高的频率分量（例如2KHZ以上），而目前大多数的微机保护原理都是反映工频量的，为此可以在采样前用一个低通模拟滤波器（ALF）将高频分量滤掉。

对于反映两个量以上的继电器保护装置都要求对各个模拟量同时采样，以准确的获得各个量之间的相位关系，因而对每个模拟量设置一套电压形成。但由于模数转换器价格昂贵，通常不是每个模拟量通道设一个A/D，而是公用一个，中间经模拟转换开关（MPX）切换轮流由公用的A/D转换成数字量输入给微机。模数转换器（A/D转换器或称ADC）。由于计算机只能对数字量进行运算，而电力系统中的电流。电压信号均为模拟量，因此必须采用模数转换器将连续的模拟量变为离散的数字量。模数转换器可以认为是一编码电路。它将输入的模拟量UA相当于模拟参考量UR经一编

码电路转换成数字量D输出。

（5）输入输出回路 1）开关量输出回路

图4-9 装置开关量输出回路接线图

PB0 PB1 J H1 -E

+5V +E 开关量输出主要包括保护的跳闸以及本地和中央信号等。一般都采用并行的输出口来控制有触点继电器（干簧或密封小中间继电器）的方法，但为了提高抗干扰能力，也经过一级光电隔离，如图4-9所示

2）定值输入回路

对于某些保护装置，如果需要整定的项目很有限，则可以在装置面板上设置定值插销或拨轮开关，将整定值的数码的每一位象接点那样输入。对于比较复杂的保护装置，如果需要整定的项目很多时，可以将定值由面板上的键盘输入，并在装置内设置固化电路，将输入定值固化在E2PROM中。本装置采用键盘输入方式设置定值，整定方法详见附录二中的有关使用说明。

(6)CPU系统

选择什么级别的CPU才能满足微机保护的需求，关键的问题是速度。也就是说，CPU能否在两个相邻采样间隔内完成必须完成的工作。本微机保护采用美国INTEL公司高档16位微处理器80C 196KC作为中央处理器。在80C 196KC的内部集成了8路10位单极性A/D﹑6通道高速输出（HSO）和2通道高速输入（HIS）﹑4通道16位定时器﹑全双工串行通讯接口﹑多路并行I/O口﹑512字节片内寄存器等，集成度高﹑功能强大，极其利于构成各种高性能控制器。

(7)微机保护的软件

在 TKDB-3实验保护台中，微机保护装有无时限速断电流保护，带时限电流速断保护，定时限过电流保护以及电流电压联锁速断保护。在 TKDB-3变压器微机试验台中，装有变压器差动保护和变压器速切保护两种。

保护的软件是根据常规保护的原理，结合微机计算机的特点来设计的，具有以下几个功能：

1）正常运行时，装置可以测量电流（电压），起到类似电流、电压表的作用，同

时还起到监视装置是否正常工作的作用。

2）被保护元件（变压器及线路）故障时，它能正确地区分保护区内、外故障，并能有效地躲开励磁涌流的影响。

3）它具有较完善的自检功能，对装置本身的元件损坏及时发出信号。 4）有软件自恢复的功能。

电流电压保护软件基本框图如图4-10所示。

Ⅲ段保护模块 读键盘信息 Y Ⅰ段出口 Ⅱ段保护模块 N N N 初始化 Pu初 数据采集及电量参数计算 I段保护投入？ Y N N 有过电流故Y 低压闭锁投Y 测量电压低于整定值？ N 重合闸投重合闸条件满N Y 重合闸时间故障时间发重合闸指令 N 有键入信号？ 读键盘信息 显 示 图4-10 LHDWB-II试验台微机保护装置电流电压保护软件流程图

3 实验内容

（1）模拟系统正常、最大、最小运行方式； （2）模拟系统短路；

（3）微机保护装置基本功能试验； （4）自动重合闸前加速保护实验； （5）自动重合闸后加速保护实验；

（6）模拟系统短路保护动作情况实验；能够分析三段式保护的原理及后备保护的概念，最大、最小运行方式下电流速断保护保护范围要有明确区别；

（7）低电压闭锁电流保护装置的动作实验；能与过电流保护的灵敏度进行对比实验；

（8）过负荷保护；

（9）低电压闭锁速断保护灵敏度检查实验；

（10）最大、正常、最小运行方式对保护灵敏度影响实验； （11）微机保护动作比较实验；

（12）低电压闭锁电流保护装置的动作实验； （13）零序电流保护实验。 1．三段式电流微机保护实验

1）电流速断保护灵敏度检查实验 （1） 实验台的微机保护装置入电流互感器TA回路，在实验之接好线才能进行试验，实验用一次参阅图4-1，实验原理接线图如图示。按原理图完成接线，同时将变方CT的二次侧短接。

（2）将模拟线路电阻滑动头欧姆处。

（3）运行方式选择，置为“最小”处。

（来自PT测量）

（来自2CT互感器二次侧）

a b c 没有接

微机保护装置 前应该

2B

2C

o 2A

系统图4-11

所压器原移动到0

图4-11 微机电流电压保护实验原理接线图

（4）合上三相电源开关，注意此时的变压器中压侧电压应为100V。

（5）合上微机装置电源开关，根据第二章中三段式电流整定值的计算和附录中所介绍的微机保护箱的使用方法，设置有关的整定，同时将微机保护的Ⅰ段（速断）投入，将微机保护的Ⅱ、Ⅲ段（过流、过负荷）退出。

（6）合上直流电源开关；合上模拟断路器，负荷灯全亮。

（7）任意选择两相短路，如果选择AB相，合上AB相短路模似开关。 （8）合上故障模拟断路器，模拟系统发生两相短路故障，此时负荷灯部分熄灭，台上电流表读数约为7.14A左右，大于速断（Ⅰ段）保护整定值，故应由I段保护动作跳开模拟断路器，从而实现保护功能。将动作情况和故障时电流测量幅值记录于表4-1中。

表4-1 电流速断保护灵敏度检查实验数据记录表

AB相 动作情况 短路 最大运行方式 BC相短路 CA相短路 AB相 动作情况 短路 正常运行方式 BC相短路 CA相短路 AB相 动作情况 最小运行方式 短路 BC相短路 CA相

短路电流/A 动作情况 短路电流/A 动作情况 短路电流/A 动作情况 短路电流/A 动作情况 短路电流/A 短路电流/A 动作情况 短路电流/A 动作情况 短路电流/A 短 路 阻 抗 /Ω 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

短路 短路电流/A

（9）断开故障模拟断路器，当微机保护动作时，需按微机保护箱上的“信号复位”按钮，重新合上模拟断路器，负荷灯全亮，即恢复模拟系统无故障运行状态。

（10）按表4-1中给定的电阻值移动短路电阻的滑动接头，重复步骤（8）和（9）直到不能使Ⅰ段保护动作，再减小一点模拟线路电阻，若故障时保护还能动作，记录此时的短路电流和滑线变阻器的阻值，记入表3-1中（1代表保护动作，0代表保护不动作）。

（11）改变系统运行方式，分别置于“最大”、“正常”运行方式，重复步骤（6）至（11），记录实验数据填入表5-1中。

（12）分别改变短路形式为BC相和CA相，重复步骤（6）至（11）。 （13）实验结束后，将调压器输出调回零，断开各种短路模拟开关，断开模拟断路器，最后断开所有实验电源开关。

2）带时限电流速断保护灵敏度检查实验

实验步骤与实验1）完全相同，只是将微机保护的Ⅰ、Ⅲ段退出，只将Ⅱ段投入，同时为减少实验次数，可将短路电阻初始位置设为5Ω处。

关于Ⅲ段（过负荷）保护范围的检查，请参考以上实验步骤，自己设计实验，这里不赘述，此外三相短路实验对三段式电流保护范围的检查步骤同上，这里也不重复，请大家自行设计。

3）过电流保护范围检验 实验步骤参考以上实验。

4）三相短路时三段式保护各段范围检查 步骤参考以上实验。 思考题

(1)请根据实验做出的结果总结保护整定值是否满足要求，为什么？ 2电流电压联锁微机保护实验

本次实验在最小运行方式下模拟线路30%处三相短路实验。 1）按图4-4所式原理接线图完成实验接线。 2）将线路电阻滑动头移动到3Ω（30%）处。 3）系统运行方式选择开关置于“最小”位置处。

4）合上实验三相电源开关，观察变压器的中压侧的电压100V。

5）合上微机装置电源开关，根据实验1中介绍的方法设置有关整定值，将三段电流保护全部投入，将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。

6）合上直流电源开关，合上模拟断路器，负荷灯全亮。 7）合上SA、SB、SC短路模拟开关。

8）合上故障模拟断路器3K0，模拟系统发生三相短路故障。

此时，负荷灯全熄，虽然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Ⅲ段保护延时时间到达后装置才会发跳闸命令断开模拟断路器，同时显示屏显示保护动作情况。

9) 断开故障模拟断路器，按微机保护装置上的“信号复位”按钮，重新合上模拟断路器，即恢复模拟系统无故障运行方式。

10)修改微机保护单元箱中低压起动值，将其改为60V，再重复步骤8）的实验过程，此时应该由Ⅰ段保护动作，并发命令断开模拟断路器，同时保护的显示屏显示保护动作情况。

11）改变微机保护单元箱中低电压启动值为不同数值，重复步骤8）和9），将实验数据填入下表。

整定电压/V 短路电流 Ⅰ段动作情况 Ⅱ段动作情况 动作电流Id/ A 0 30 40 50 60 70 812) 实验结束后，将断开变压器的各侧开关，断开直流电源，断开短路模拟开关，断开模拟断路器，最后断开所有实验电源开关。

思考题：采用电流电压闭锁微机保护比三段式电流微机保护会有哪些优点？有没有不利的地方？ 3．微机重合闸实验

本次实验改为最小运行方式下三相短路实验。 （1）本实验接线与实验2中的一样。 （2）将线路电阻滑动头移到3Ω（30%）处。 （3）系统运行方式选择开关置于“最小”位置处。

（4）合上三相电源开关，观察变压器的中压侧的电压为100V。

（5）合上微机装置电源开关，根据前几次实验的中介绍方法确定整定值的大小，将三段电流保护全部投入，保护装置的低电压值设为60V，并将低压闭锁和重合闸功能均投入。

（6）合上直流电源开关，合上模拟断路器，负荷灯全亮，让其在正常状态下运行约10秒钟。

（7）合上SA、SB、SC短路模拟开关。

（8）短时间合上故障模拟断路器3KO，模拟系统发生三相短路故障。 此时，负荷灯全熄，保护单元箱Ⅰ段保护动作，发命令断开模拟断路器，同时显示屏显示保护动作情况；等待一会后（等待时间由装置中设置的重合闸时间确定），微机装置会发命令将断开的模拟断路器再次合上，同时显示屏显示重合闸保护动作情况，若此时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模拟断路器永久分开，并不再进行重合闸，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）对永久性故障，在加速跳闸后，断开故障模拟断路器，复位微机装置上的“信号复位”按钮，重新合上模拟断路器恢复无故障运行。

（11）根据下表中给定的短路电阻值重新设置短路电阻滑动触头的位置，重复步骤（9）和（10），将实验数据数据记录在下表中。

短路电阻/ 短路电流 Ⅰ段动作情况 Ⅱ段动作情况 Ⅲ段动作情况 动作电流Id/ A 永久性故障时动作情况 (12) 实验结束后，断开短路模拟开关，断开模拟断路器，最后断开所有实验电源开关。

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