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JBZ-5型电力自动化和继电保护及工厂供配电技术综合实验装置


JBZ-5 型电力自动化和继电保护及工厂供配 电技术综合实验装置

实 验 指 导 书

浙江高自成套设备有限公司 浙江高校自动化技术研究所

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目录
一、继电器特性实验 .........................................................

.......................4 实验 1 电流继电器和电压继电器特性实验 .........................................4 实验 2 JSS48A-S 时间继电器特性实验 ..............................................10 实验 3 中间继电器特性实验 ...............................................................13 实验 4 信号继电器特性实验 ...............................................................16 实验 5 DCD—2 差动继电器实验 ........................................................19 实验 6 方向阻抗继电器实验 ...............................................................23 实验 7 三相一次重合闸装置实验 .......................................................27 二、继电保护实验 ..................................................................................32 实验 8 线路的定时限过电流保护实验 ...............................................32 实验 9 线路的反时限过电流保护实验 ...............................................36 实验 10 低电压闭锁电流速断保护实验 .............................................42 实验 11 单侧电源辐射式输电线路三段式电流保护实验 .................45 实验 12 装设跳跃闭锁继电器的断路器控制回路实验 .....................57 实验 13 ―用前加速‖和―后加速‖方法提高继电保护性能的实验 .........60 三、低压电器与工厂供配电实验 ..........................................................62 实验 14 接触器动作值的检验和触头联锁关系实验 .........................62 实验 15 单相及三相漏电保护电路原理及测试实验 .........................65 实验 16 电流互感器各种常见接线方案及用于电流测量、过电流保 护实验.......................................................................................................68 实验 17 电压互感器各种常见接线方案及用于电压测量、过电压保
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护实验及相对地短路保护 ......................................................................72 实验 18 断路器组成的三级保护实验 ...................................................75 附录一 三相交流电发生器使用说明 ..................................................77 四、电力自动化实验 ..............................................................................79 实验 19 实验 20 模拟电力系统组成实验 .......................................................79 模拟电力系统并联与短路实验 ...........................................82

实验 21 模拟变压器的低电压启动的过电流实验 .............................86 实验 22 模拟变压器的差动保护实验 .................................................91 实验 23 实验 24 实验 25 模拟配电网自动化实验 .......................................................96 模拟发电机输出功率的调节实验 .....................................101 模拟发电机过电压保护实验 .............................................105

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一、继电器特性实验 实验 1 电流继电器和电压继电器特性实验
一、实验目的
1.了解继电器基本分类、方法及其结构。 2. 熟悉常用电流继电器和电压继电器。 3.学会调整,测量电磁型继电器的动作值,返回值和返回系数。 4.测量电磁型继电器的时间特性。

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。

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和非电量的两种, 属于非电量的有瓦斯继电 器,速度继电器。反应电量的种类比较多,一般分类如下: a.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。 b.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; c.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。 d.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。

2.常用电流继电器的构成原理
DL-30 系列电磁型电流继电器常用于电机、变压器和输电线路的过负荷和短路保护中, 作为起动元件,只有它首先反应出电流的剧增,由它再起动和传递到保护环节、直至触发断路 器跳闸,将故障部分从系统中切除。通过实验对电流继电器的特性、接线方式和整定都有明 确的认识。 DL-30 系列电磁型电流继电器的主要产品有 DL-31、DL-32、DL-33、DL-34 等。本实验 所用的电流继电器为 DL-31,最大整定电流为 6A、整定电流范围为 1.5~6A。该继电器为 磁电式,瞬时动作,磁系统有两个线圈,可根据需要串联或并联,故改变接线方式可使继电 器整定范围变化一倍。 继电器名牌的刻度值及额定值对于电流继电器是线圈串联的值 (以安 培为单位) , 拨动刻度的指针, 即可改变继电器的动作值。 (原理是改变游丝的反作用力矩) 。
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继电器的动作是这样的:当电流值升至整定值或大于整定值时,继电器动作,动合触点 闭合,动断触点断开。当电流降低到 0.8 倍整定值时,继电器就返回,动合触点断开,动断 触点闭合。DL-31 型电流继电器内部接线如图 1-1 所示。

图 1-1

DL-31 型电流继电器接线图

DL-31 型电流继电器,按整定值的范围的误差有: ①每一整定值的误差不大于± 6%。 ②继电器刻度极限误差不大于 6%。 ③动作值的离散度(变差)不大于 6%。 ④对于 DL-31、DL-32、DL-33、DL-34 型电流继电器的返回系数不小于 0.8,最大 整定电流为 200A 的电流继电器的返回系数不小于 0.7。 ⑤在 1.1 倍动作值时,动作时间不大于 0.12S;在 2 倍动作值时,动作时间不大于 0.04S。

3.常用电压继电器的构成原理
常用的电磁式电压继电器的结构和原理, 与电磁式电流继电器极为类似, 只是电压继电 器的线圈为电压线圈,有过电压继电器和欠电压继电器,多作成低电压(欠电压)继电器。低 电压继电器的动作电压 Uop,为其线圈上的使继电器动作的最高电压;其返回电压 Ure,为 其线圈上的使继电器由动作状态返回到起始位置的最低电压。低电压的返回系数 Kre=Ure/ Uop>1,其值越接近 1,说明继电器越灵敏,一般为 1.25。过电压的返回系数 Kre=Ure/Uop <1,其值越接近 1,说明继电器越灵敏。 本实验用 DY-32 型电压继电器(~60V),其内部接线如图 1-2 所示。

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图 1-2 DY-32 型电压继电器接线图

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。实验电路原理如图 1-3 所示。

图 1-3 实验步骤如下:

电流继电器特性实验原理图

1. 整定继电器动作值,按图 1-3 接线,调三相交流电发生器输出指示为 0V。 2. 检查线路正确后,合上电源开关。 3. 调节三相交流电发生器使电流值缓慢升高, 记下继电器动作 (指示灯 HL1 亮) 时的电流值,即为动作值。 4. 继电器动作后, 再调节三相交流电发生器使电流值平滑下降, 记下继电器返回 时(指示灯 HL1 灭)最大电流值,即为返回值。 5. 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。 6. 计算整定值的误差、变差及返回系数
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7. 将结果填入表 1-1 中 表 1-1 动作值,返回值测试 线圈接法 1 2 线圈 串联 3 平均值 误 变 1 2 线圈 并联 3 平均值 误 变 差 差 整定值 I zd 返回系数 差 差 整定值 I zd 返回系数 动作值 返回值

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(以过电压继电器为例) 。实验原理图如下图 1-4 所示。 ① HL1 开关 A ② ③ 1 1 ⑧ KV A V A

~220V N

三 发 相 生 交 器 流 电

图 1-4 电压继电器特性实验原理图 实验步骤如下: 1. 2. 3. 整定继电器动作值,按图 1-4 接线,三相交流电发生器输出指示为 0V。 检查线路正确后,合上电源开关; 调整三相交流电发生器使电压缓慢升高,记下继电器动作(指示灯 HL1
7

亮)时的电压值,即为动作值; 4. 继电器动作后,再调节三相交流电发生器使电压缓慢下降,记下继电器

返回(指示灯 HL1 灭)时的电压值,即为继电器的返回值; 5. 测三组数据,分别计算动作值和返回值的平均值,即为过电压继电器的

动作值和返回值; 6. 7. 计算整定值的误差、变差及返回系数; 结果填入表 1-2 中 表 1-2 动作值,返回值测试 动作值 1 2 3 平均值 误差 变差 整定值 U zd 返回系数 返回值

五、电压继电器动作时间测试实验
实验原理如图 1-5 所示。 ① ③ 1 1 ⑧ KV A V A
QS2

开关 A

停 止 Ⅱ Ⅲ 电秒表 Ⅰ Ⅲ 启 动



~220V N

单 模 相 拟 调 压 器

实验步骤如下: 1. 2. 3. 4. 按图 1-5 接线,调压器输出指示为 0V,整定继电器动作值。 检查线路正确后,合上电源开关。 打开电秒表电源开关,工作选择开关置―连续‖。 调整调压器使电压匀速升高,约超过继电器动作值 1.2~1.5 倍。
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( PT) 图 1-5 电压继电器动作时间测试实验原理图

5. 复位。 6.

合上备用刀闸(QS2) ,电秒表显示的时间即为动作时间。记下该值,然后

测 3 组数据, 计算平均值即为电压继电器动作时间值, 结果填入表 1.3 中。 表 1.3 电压继电器动作时间测试 时间 T 1 2 3 平均值

六、注意事项
1.正确联接电流继电器电流线圈、电压继电器电压线圈的两种联接方式,并明确不同联 接时的整定范围。 2.电流继电器的电流线圈只允许短时间通入大电流。

七、思考题
1.电磁型电流继电器和电压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.DL 型电流继电器的动作电流的调整方法有哪几种? 4.过电压继电器和欠电压继电器有何区别? 5. 如果要测试电流继电器动作时间测试实验应如何做 ? 画出实出原理图并进行测 试.

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实验 2
一、实验目的

JSS48A-S 时间继电器特性实验

1.熟悉常用时间继电器 2.学会调整、测量电磁型继电器的动作值。 3.测量电磁型继电器的时间特性。

二、常用时间继电器
1. 时间继电器在电路中起着控制动作时间的作用。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。它通常 都有延时吸合触头和延时释放触头,有些型号的时间继电器还兼有瞬时闭合与瞬 时分断触头。 无论是吸合延时还是释放延时继电器,在电力继电保护回路中常用 作时限元件获得延时动作来实现自动控制功效。 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启动机构将其线圈上的电压全部 撤除来完成的。 本实验使用的是 JSS48A-S 数显型时间继电器 , 它采用了大规模集成电路, LED数字显示,数字开关预置。该时间继电器设定方便、精度高、延时范围大、 输出容量大、功耗低、无机械磨损,故工作稳定可靠。它的端子接线图如 图2-1 所示。

复零键

暂停键

图2-1 JSS48A-S接线端子示意图 JSS48A-S数显型时间继电器的主要技术参数: (l)额定工作电压:AC220V,50HZ; (2)延时控制精度:≤0.5%;

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(3)触头与容量:AC220V,3A;DC28V,5A(阻性)。 JSS48A-S使用说明 (l)把数字开关及时段开关预置在所需的控制时间位置,接通电源,此时数显 将从零开始计时,当到达所预置的时间时,延时触点动作实现转换,数显保持此 刻的时间显示,实现定时控制。 (2)复零功能可作断开延时使用,即在任意时刻接通复零键(按动),延时触点 将回复到初始位置,断开后(释放复零键),数显从O开始计时。利用此功能,将 复零端子接外控触点也可以实现断开延时。 (3)在任意时刻接通暂停键,计时暂停,显示将保持此刻的时间,断开后再 继续计时。利用此功能可作累时器使用。 (4)在强电场环境中使用, 并且复零及暂停键的引线较长时, 应使用屏蔽线, 以防电磁 干扰而影响继电器的正常工作。 (5)※※复零及暂停端子不允许(切勿)施接电压

三、实验内容
1.时间继电器特性测试实验 实验原理接线图如图 2-4 所示。

图 2-4 时间继电器特性测试实验原理图

实验步骤如下: 1.按图接好线路,调整时间整定值。 2.合上 QS2,记录电秒表显示的读数,然后复位。 3.测量 3 次,取平均值,结果填入表 2.1 中。且整定后第一次动作时间 测量不计入测量结果中;
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4.计算动作时间误差。 表 2.1
整定值 T

时间继电器动作时间测试
1 2 3 平均 误差 变差

四、注意事项
1. 时间继电器的复位键和暂停键的端子都切不可接入电压。 2. 2.电源引入端子 A(B、C)是指从三相电源出线端子上引出 A,也可以引 出 B 或 C,即 220V 单相电源。不可误接成 380V! 或将 A、B、C 接在一 起!

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实验 3
一、实验目的
1.熟悉常用中间继电器

中间继电器特性实验

2.学会中间继电器质检试验方法。

二、常用中间继电器简介
1.中间继电器 是传输或转换信号的一种中继电器元件, 它作用于各种保护线路和一些

控制线路中,以增加主保护继电器或主控制继电器的触点的数量或容量,来实现-点控制多 点、以小功率控制大容量为辅助继电器,等目的。中间继电器实质上是一种电压继电器,但 它的数量多且容量大。 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, 瞬动式时间继电器的固有动作时间不 应大于0.05秒。 本实验使用的是DZ-15型中间继电器。它的结构和工作原理是这样的:山形导磁体由磁 轭与园柱铁心组成,其铁芯上装有线圈。平板衔铁借助磷青铜薄弯板与磁轭板铰链。动、静 接触系统分别固定于衔铁与磁轭扳上。当加电压于线圈两端时,衔铁向吸合位置运动,同时 改变触点的状态(动合触点闭合)。断开线圈电压(或降低电压至返回值)时,衔铁在拉力弹簧 和接触片的反作用力下返回到原始位置,同时触点恢复正常状态(动断触点闭合)。DZ--15型 中间继电器有两对动合和两对动断触点。内部接线如图2-2所示。

图2-2 DZ-I5型中间继电器接线图(背视)

DZ-15型中间继电器通常用在保护装置的出口回路中,用来接通断路器的跳闸回路,因 此又称为出口继电器(包括所有DZ系列)。它必须满足继电保护的基本要求:即选择性、速动 性、 灵敏性、 可靠性。 本实验通过质捡试验---测量动作的最小电压及额定电压下的动作状态, 以检验中间继电器的基本特性。 DZ-15型中间继电器的主要技术数据如下(可供实验测试对照): (1) 电磁线圈额定电压DC110Ⅴ。
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(2) 动作电压: 不小于70%额定电压。 (3) 返回电压:不小于3%额定电压。 (4) 动作时间:不大于O.045(s)(在额定电压条件下)。 (5)功率消耗:不大于7W(在额定电压下)。

三、实验内容
2.中间继电器特性测试实验
实验原理接线图如图 2-5 所示。测量中间继电器动作的奏效电压(动作值)和在额定电 压下的可靠性。

图 2-5 中间继电器特性测试实验原理图 实验步骤如下: 1.调压器输出指示为 0V,按图 2-5 接线,检查线路正确后,合上电源开关; 2.调整调压器使电压缓慢升高,记下继电器动作(指示灯 HD1 亮,HD2 灭)时的 电压值,即为动作值; 3.继续调节调压器直至额定电压 110V,断开电源开关,再闭合电源开关,观察灯 HD1、HD2 的状态。 3. 重复步骤 2、3 的操作连续三次,对照主要技术参数,检验中间继电器的动作值 和可靠性,得出实验结论。

四、注意事项
1.DZ-l5 型中间继电器和 DX-31B 信号继电器的电磁线圈均为电压型,接线时应注意 它们线圈的端子和接法。

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2.分清中间继电器和信号继电器的触点端子,切不可接错。 3.电源引入端子 A(B、C)是指从三相电源出线端子上引出 A,也可以引出 B 或 C,即 220V 单相电源。不可误接成 380V! 或将 A、B、C 接在一起!

五、思考题
l.试说明中间继电器在继电保护装置中的作用? 2 试计算出中间继电器动作值是否满足技术参数规定的指标? 3 详细描述多种继电器配合实验的动作关系和返回关系。

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实验 4
一、实验目的

信号继电器特性实验

1.熟悉常用时间继电器、中间继电器和信号继电器等。 2.学会信号继电器的质检试验方法。

二、常用信号继电器简介
1 信号继电器 用于继电保护装置和自动装置或个别元件动作后的信号指示。 它的系列 产品有DX-31A、DX-31B、DX-32A、DX-32B。继电器为嵌入式安装磁电式信号继电器。它 由铁芯、线圈、衔铁、接点系统、指示系统、插头座、外壳等几部分组成。当线圈通电时, 衔铁被吸引,信号掉牌(指示灯亮)且接点闭合。失去电源时,有的需要手动复归,有的电 动复归。信号继电器有电压动作和电流动作两种。 本实验使用的是DX-31B型信号继电器,它的内部接线如图2-3所示。

图2-3 DX-31B型信号继电器接线图(背视) 对于信号继电器的技术要求是:灵敏性、可靠性。为此,它有以下几个主要技术参数: (1)继电器的动作值:电压工作绕组不超过70%额定电;(电流型工作绕组不超过80%额 定电流。) (2)电压保持绕组的保持电压不大于80%额定保持电压(对DX-32A、DX-32B型信号继电 器)。 (3)继电器衔铁活动部分应在不小于5%额定值下可靠返回。 ……………………………. 通过信号继电器特性实验,检测继电器的灵敏性和可靠性。

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三、实验内容
1. 信号继电器特性测试实验

图 2-6 信号继电器特性测试实验原理图 实验原理接线图如图 2-6 所示。 实验步骤如下: 1. 调压器输出指示为 0V,按图 2-6 接线,检查线路正确后,合上电源开关; 2. 调节调压器直至额定电压 220V,断开电源开关,再闭合电源开关,观察灯 HD1 是否亮和信号继电器显示是否动作(信号钮跳起) 。断开电源开关,复位信号继 电动作显示器(掀下) 。再闭合电源开关,再观察灯 HD1 和信号继电器显示器 的状态。 3. 重复步骤 2 的操作三次,试验信号继电器的灵敏性和可靠性。 4. 断开电源开关, 把灯 HD1 的联线接到信号继电器的另一对触点上, 重复步骤 1、 2、3 的操作,检验这一对触点。

4.多种继电器配合实验
实验要求:使用电压继电器,时间继电器,信号继电器,中间继电器构成一个过电 压保护机构,要求当电压继电器动作后,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。实验步骤为: 1. 根据所给继电器,自行拟定一个完整的过电压保护实验原理接线图。 2. 接线图经过老师审查合格后进行下列实验。 3. 逐步加电压,仔细观察各种继电器的动作关系. 4. 逐步减电压,仔细观察各种继电器的返回关系.

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四、注意事项
1.DZ-l5 型中间继电器和 DX-31B 信号继电器的电磁线圈均为电压型,接线时应注意 它们线圈的端子和接法。 2.分清中间继电器和信号继电器的触点端子,切不可接错。 3.电源引入端子 A(B、C)是指从三相电源出线端子上引出 A,也可以引出 B 或 C,即 220V 单相电源。不可误接成 380V! 或将 A、B、C 接在一起!

五、思考题
l.信号继电器在继电保护装置中的作用? 2 信号继电器试验结果其动作值是否满足技术参数规定的指标? 3.详细描述多种继电器配合实验的动作关系和返回关系。

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实验 5
一、实验目的
1. 2. 3.

DCD—2 差动继电器实验

了解 DCD—2 差动继电器结构及各线圈作用 掌握继电器各线圈间极性检查方法及继电器的动作安匝测定方法。 了解直流分量对继电器动作特性的影响。

二、实验原理
DCD—2 继电器由一个执行元件( DL ? 11 / 0.2 型的电流继电器)和一个带短路线圈的 速路和变流器组成。 饱和变流器的导磁体是三柱铁芯, 在铁芯的中间柱上绕有一个差动线圈

Wcd 。两个平衡线圈 W ph1 和 W ph 2 ,右侧铁芯柱上绕有与执行元件相连接的二次线圈 W2 ,
短路线圈的两部分 Wd? 和 Wd?? 则分别绕于中间及左侧铁芯柱上。并使它们产生的磁通对左边 窗口来说是同向串联的,该继电器除二次线圈外,其余各线圈都有一定数量的抽头。利用插 头可改变其匝数,这样便于对继电器的参数进行调整,结构原理图和原理接线图如图 7-1 所 示。 继电器的基本原理的利用非故障时暂态电流中的非周期分量来磁化导磁体, 提高其饱和 程度从而构成躲过励磁涌流及穿越性故障时不平衡电流的作用。当电力变压器空载合闸时, 瞬时值很大的励磁涌流全部流过差动绕组, 涌流波形具有偏于时间轴一侧的特性, 其波形分 解为周期性分量和以一定速度衰减的非周期分量。 并在导磁体里产生相应的磁通, 直流磁通 可以无阻碍以两个边柱为路径环流, 交流磁通将遭到短路绕组的感应作用而削弱。 在直流磁 通的作用下导磁体迅速饱和,大大降低了导磁率,因而显著增加了继电器的动作电流,当穿 越性短路时,短路电流中含有 非周期分量电流时,也产生同样的作用,因而也能防止当穿 越短路切除后电压恢复时的误动作。

图 7-1 DCD-2 差动继电器结构
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三、预习要求:
1. 2. DCD—2 差动继电器结构,各线圈作用。 不平衡电流,涌流,助磁特性等概念。

四、实验内容:
1. 继电器动作安匝测定

8 3 3

4 3 3

图 7-2 差动继电器动作安匝测定实验原理图 K:闸刀开关 AT:单相调压器 A:电流表(0—5A—10A) R :变阻器 E:直流电源 XD:信号灯

实验线路如图 7-2 所示。改变差动线圈匝数,当匝数为 20、13、10 匝时读取动作 电流值,并计算动作安匝,将实验结果记录与表格内,要求动作安匝为 60± 4 安匝 表 7.1 继电器动作安匝测定数据记录 差动线圈匝数 动作电流(A) 计算动作安匝 20 13 10 . .

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2.差动线圈与平衡线圈极性检查

1

9

7

图 7-3

差动线圈与平衡线圈极性检查实验原理图

实验接线如图 7-3 所示,设备仍是图 7-2 所示的设备。5、3 端子相连。 a. 先在端子 1 及 9 通入电流, 差动线圈接在 5 匝, 平衡线圈分别接在 16、 14、 8、 4、3 匝时,读取动作电流,并计算动作安匝。 表 7.2 差动线圈接在 20 匝测定数据记录 平衡线圈匝数 动作电流(A) 计算动作安匝 16 14 8 4. 3.

b.

再在端子 1 及 7 通入电流,差动线圈接在 5 匝,平衡线圈分别接在 16、8、3 匝时,读取动作电流,并计算动作安匝。 表 7.3 差动线圈接在 20 匝测定数据记录

平衡线圈匝数 动作电流(A) 计算动作安匝 c.

16

8

3

把所得结果记录于表格中,并比较 a,b 项结果,判别极性。

注意: a. 在实验中变换匝数,松开螺丝插头前,应拉开电源,避免因螺丝插头切断

电流。 b. 螺丝插头必须插对,旋紧,以免造成内部局部短路或开路。

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3. 短路线圈匝数比 Wd?? / Wd? 的改变对动作安匝数的影响 实验接线如图 7-4 所示。 改变短路线圈的匝数比, 即螺丝插头接短路线圈的 1—1‘, 1—2‘,1—3‘1—4‘时,读取动作电流值,并计算动作安匝。把结果记录于表格内。 表 7.4 差动线圈接在 20 匝测定数据记录 短路线圈的匝数 1-1‘ 比 动作电流(A) 计算动作安匝 1-2‘ 1-3‘ 1-4‘

五、实验报告要求:
1. 2. 3. 列表记录各项测定数据。并计算结果加以分析,画出曲线。 说明各线圈的功用。 直流助磁特性曲线陡和平滑对变压器差动保护的影响?

六、注意事项
1. 实验前必须阅读实验指导书、预习有关内容。 2. 正确联接实验电路,并明确平衡线圈、差动线圈、短路线圈。

七、思考题
1. 为什么要有平衡线圈和短路线圈? 可否没有? 2. 直流助磁特性曲线陡和平滑对变压器差动保护的影响?

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实验 6
一、实验目的
1. 2. 3.

方向阻抗继电器实验

观察方向阻抗继电器的结构。 掌握方向阻抗继电器的整定方法及精工电流、记忆回路的整定方法。 掌握方向阻抗继电器的静态 Z pu ? f (? ) 特性和 Z pu ? f ( I r ) 特性测量方法,

学会求取最大灵敏角及最小精确工作电流。

二、LZ-21 型向阻抗继电器简介
本实验采用 LZ-21 型向阻抗继电器,这种方向阻抗继电器属于相灵敏接线的整流型方 向阻抗继电器。它同功率方向继电器一样,由电压形成回路,整流比较回路和执行元件三部 分组成。 LZ-21 型方向阻抗继电器的原理接线图如图 18-1 所示。

图 18-1 LZ-21 型方向阻抗继电器 端子 1、2,和 3、4 为继电器中电抗变压器 DKB 的两个原方线圈的电流引入端子。端 子 5、6、7 为继电器中电压变换器 YB 的原方线圈端子,用于引入电压 U A , U B , U C ,如 5、 6 端子接电压 U AB ,则 7 端子接电压 U C 。端子 9、10、11 为继电器中 JJ 极化继电器的两对
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节点(一对常开节点和一对常闭节点) 。 LZ-21 型方向阻抗继电器的交流额定电压为 100V, 交流额定电流为 5A, 额定频率为 50 赫兹,阻抗的整定值为 2Ω-20Ω。

三、实验内容 +
9 10

-

*
UV

5

*
Ui

4
3 2

6

1

图 18-2 LZ-21 型方向阻抗继电器实验原理接线图 实验步骤为: 1. 阅读 LZ-21 方向阻抗继电器原理接线图(图 18-1) ,掌握 LZ-21 方向阻抗继电器的原 理及实验内容 2. 熟悉实验原理接线图(图 18-2) ,即拟定一实验图。 3.根据拟好的线路图(图 18-2)接线,检查线路是否正确。 将 Ui 调至 00, 开三相交流电发生器的输出加 1A 电流, 可用示波器检查接线极性是 否正确。 4.调整方向阻抗继电器的动作阻抗值。 用改变方向阻抗继电器面板上螺钉插孔的位置来实现的。 例如:nPT ? 1 , nCT ? 1 时, 若 DKB 的阻抗 Z1 ? 2? ,为了得到 Zdz ? 5? , nYB 的抽头百分数可选用 40。 5.测量方向阻抗继电器的静态 Z pu ? f (? ) 特性(阻抗园特性) ,作图求最大灵敏角 ? LM ( ?内 ? 72 , Zdz ? 5? ) 。
0

a.开输出,保持方向阻抗继电器的电流回路通过的电流为 I ? 2.0 A 。使输入继电器 的电压为某一电压值,注意输入电压不应大于 20V。 b.改变电流和电压的相位角差, 使继电器动作 (由灯不亮到亮) , 对于每一固定电压, 可测出两个角度 ?1 , ? 2 将 测量值填入表 18.1 中;
24

c.改变输入电压值,重复上述操作,测量 5-8 组数据; d.计算动作阻抗值,作出静态特性 Z pu ? f (? ) 图,求出整定灵敏角 ? 。 表 18.1 方向阻抗继电器 Z pu ? f (? ) 测试( I ? 2 A )

U pu (V)

18

15

12

10

8

6

?1

?2
Z1
Z2

6.

测量方向阻抗继电器的静态 Z pu ? f ( I ) 特性,求最小精工电流 a. 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

? ? ? LM ? 720 并保持不变。
b.将电流回路的输入电流 I 调到某一值。 c.改变电压,由大到小,直到方向阻抗继电器动作,找出同一电流下使继电器刚好 动作的两个电压值,并记下动作电压值。 d.改变输入电流 I ,重复上述操作,测量结果填入表 18.2 中

e.计算阻抗值绘制方向阻抗继电器静态特性 Z pu ? f ( I ) 的曲线; f.在特性曲线上确定最小精工电流, 当动作阻抗 Z pu 为 90%Zdz 值时的最小电流即为 最小精工电流。 表 18.2 方向阻抗继电器的 Z pu ? f ( I ) 曲线测试

I (A)
U1 U(V) U2

3

2.5

2

1.5

1.0

Z1 pu
25

Z pu ? U / 2I

Z2 pu

四、思考题
1.分析实验所得 Z pu ? f (? ) 和 Z pu ? f ( I ) 特性曲线,求出精确工作电流。 2.讨论电压回路和电流回路所接的可变阻的作用。 3.测量的动作阻抗要按 Z pu ? U / 2I 换算,为什么?。

五、实验报告要求:
1. 2. 列表记录各项测定数据。并计算结果加以分析,画出曲线。 说明各线圈的功用。

六、注意事项
1. 实验前必须阅读实验指导书、三相交流电发生器说明书、预习有关内容。 2. 正确联接实验电路。

注:三相交流电发生器使用见附录

26

实验 7
1.实验目的

三相一次重合闸装置实验

1)熟悉 JCH-4A 三相一次重合闸装置的工作原理及构造。 2)了解 JCH-4A 三相一次重合闸装置的用途及使用意义。 3)掌握 JCH-4A 三相一次重合闸装置单侧电源系统与双侧电源系统中的两种接线方法。 4)了解 JCH-4A 三相一次重合闸装置的主要技术参数。 5)学会正确使用三相一次重合闸装置的方法。

2.实验器材
1)JCH-4A 三相一次重合闸装置部件 2)指示灯部件 3)瓷盘变阻器 1台 2台 1台

4)220VDC 直流电源(实验台上配备) 5)220VAC 交流电源(实验台上配备,可以通过实验台右下角单相 220VAC 电源―启动‖按 钮,停止按钮控制) 6)交流电压表 7)实验导线若干 1只

3.实验内容
1)JCH-4A 型三相一次重合闸装置的工作原理及构造。 JCH-4A 型三相一次重合闸装置采用 A11,JK-1 两种壳体,前盖材料为透明的有机 玻璃,可清楚地观察到产品的动作准备情况(发光管指示)以及整定值,卸下前盖,可 方便地进行整定,拔出机芯,可方便地进行了维护。 工作原理如图 22-1,装置由充放电回路,准备指示回路,启动回路(时间回路) , 控制电路及动作保持回路构成。稳压管 V1 对控制回路的电源稳压。充电回路由阻容 RC 构成,当充电 15-25S 后,准备指示回路动作,发光管 LED 发光,装置处于准备状 态。 中间继电器由+220V 电源和限流电阻组成的驱动回路驱动, 用控制回路控制其动作 与否,时间回路由振荡器,分频计数器及三位拔盘等构成。当重合闸启动时,接通时间 回路的电源,经延时(三位拔盘整定)后,接通中间继电器的控制回路,使中间继电器 动作,并通过一对触点与电流线圈构成自保持回路,此保持状态直到保持回路断开。

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L+



SJ

⑦ L-

③ 恢复时间 17-22S ⑥

SJ ZJ ZJ1 ② ZJ2 图 22-1 产品原理图片 装置的基本功能实现及工作过程如图 22-2。 a)手动合闸:在投入前应将装置放电(端子 3、6 短接一次)完毕。当手动合闸时 KK1 接通对充电回路的电容器充电, 此时如果输电线路存在故障, 则断路器很快又被切除。 由于电容器充电时间短没有达到门坎电压,中间继电器控制回路不能接通,避免了断 路器发生重合闸。若线路正常,则经 15-25S 后电容器充满电,装置准备动作。 b)断路器由保护动作或其它原因而跳闸:此时断路器的辅助触点 DL1 返回接通,启动 SJ,经延时后,接通中间继电器控制电路;ZJ(V)动作后,接通断路器合闸电路系统 (L+ KK1 端子② ZJ1 ZJ(I) XJ QP TBJ2 DL2 HC L-)HC 接合闸线圈 接后加速继电器

保持电路

① ④

通电后,实现一次重合闸,与此同时 XJ 发出信号。由于 ZJ(I)的作用,ZJ1 能保持直 到断路器完成合闸,其辅触点 DL2 断开为止,如果线路上是瞬间故障,则重合闸成功 后,电容器自行充电,经 15-25S 后,装置重新处于准备动作状态。 c)手动跳闸:手动跳闸时,KK1 断开,切断了产品的启动回路,从而避免了断路器的重 合闸。 d)线路上存在永久性故障,此时经一次重合闸后, 断路器第二次跳闸 (重合闸不成功) , SJ 仍启动,但这段时间小于恢复时间(15-25S)不能接通控制电路使 ZJ(V)动作, 因而保证装置动作一次。

28

图 22-2 (2)JCH-4A 三相一次重合闸装置的主要技术参数。 a) b) c) d) 额定电压直流 220V 合闸保持直流 0.25A 一次重合闸的恢复时间在额定电压下 15-25S 整定范围:0.1-9.9S

3)JCH-4A 三相一次重合闸装置实验接线如图 22-3 接线前将单相 220VAC 电源开关 QS2 关上.

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图 22-3 JCH-4A 三相一次重合闸实验接线图

4、实验步骤
1) 首先将三相一次重合闸装置的透明罩拿下,整定重合闸装置的重合启动时间。整定 的方法:延时计算公式:t=10× m+20,式中 t-延时时间(ms),m-拔盘数值。由于上式 可得 m=t/10-2,如果整定为 t=0.5S,则 m=48,将拔盘数字拔到 48,再将打开的透 明罩盖上复原。 2) 由于 ZJ(I)触头的保持电流为 0.25A,直流电源的电流为 220V,所以将图中的电 阻值必须为 600 欧左右; 3) 按下实验台右下角单相 220VAC 交流电源开关 QS 合上,交流电压表 V 有 220VAC 交流电压,即表明三相一次重合闸装置已加上 220VDC 直流工作电源。 4) KK5 按下将装置中的电容器的电放掉,DL 钮子开关放在分闸状态,然后将 KK1 钮 子开关搬到合闸位置,按下按钮 KK3,指示灯 DHC 点亮,手动合闸信号送出实现 手动合闸,然后将 DL 钮子开关放到合闸状态,如果线路中存在永久性故障,合闸 后又很快分闸,再将 DL 钮子开关搬到分闸状态,完成上述操作不要超过 10S 钟, 此时准备就绪指示灯 LED 未亮,经过整定时间 t=0.5 后,指示灯 DHC 仍未点亮, 接着搬下 KK1 使它在跳闸位置,此段时间内准备就绪指示灯 LED 都未亮,整个操 作过程时间必须小于 15S,说明手动合闸后由于线路中有故障,三相一次重合装置 不会重合。 5) 手动合闸后如果线路正常,经过 15-25S 准备重启动指示灯 LED 点亮,这时如果线 路出现故障,保护动作、断路器跳闸:将 DL 钮子开关搬到分闸状态位置,经整定 时间 t=0.5S 后,指示灯 DHC、DJSJ 同时点亮,此时准备再启动重合指示灯灭,说 明重合装置送出合闸信号,实现重合闸。如果不是线路,不是瞬间故障而是永久性 故障,则重合后又迅速跳闸,再将 DL 钮子开关搬到分闸状态,完成上述操作时间 应小于 10S,经过整定启动时间 t=0.5S 后,指示灯 DHC、DJSJ 不在点亮,接着搬下 钮子开关 KK1,完成此上所有操作不要超过 15S 钟,实现重合闸装置只合闸一次。

6)

手动跳闸将 DL 钮子开关搬到合闸位置状态,按下手动跳闸按钮 KK4、 DL3 指示灯点 亮,发出跳闸信号,搬下钮子开关 KK1、DL 钮子开关搬到跳闸位置,经过整定重 合时间 t=0.5S 后,指示灯 DHC、DJSJ 不在点亮,说明重合闸装置手动跳闸后不再 启动重合闸。
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5、注意事项
1) 2) 3) 实验前必须确认实验台上的各种电源控制及输出正常。 严禁带电插拔实验导线。 本实验必须要正确的操作实验中的按钮开关及接线。

6、问题与思考
JCH-4A 型三相一次重合闸装置主要用于电力系统二次回路中,作为实现三相一次重合闸的 主要元件, 本实验中给出了单侧辐射式电源系统的外部接线图, 你能画出双侧供电源系统的 外部接线图吗?在二次保护线路中, 如果装置中中间元件触点 ZJI 卡住或熔接用什么方法防 止断路器多次重合闸呢?

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二、继电保护实验 实验 8
一、实验目的
1. 掌握定时限过电流保护的整定原则与方法; 2. 明确定时限保护装置中信号继电器、中间继电器的应用与作用; 3. 理解供配电系统中组成的定时限过电流保护线路及其保护原理; 4. 学会自我设计电路原理图,并分析判断运行结果的正确性。

线路的定时限过电流保护实验

二、定时限过电流保护简要说明
电力系统的发电机、变压器和线路等电气元件发生故障时,将产生很大的短路电流,而且,故障点距离 电源愈近,短路电流愈大。所以,继电保护装置根据故障电流大小而动作的电流继电器和其他电器元件构 成过电流保护和速断保护。当故障电流超过它们的整定值时,保护装置就动作,使断路器跳闸,将故障从系 统中切除。其中常用的一种是过电流保护就是定时限过电流保护。 定时限保护是指继电保护的动作时间(时限)固定不变,与故障电流的大小无关。定时限保护的时限由时 闻继电器获得的,它的时限根据保护要求来整定。定时限过电流保护一般采用两段式保护。通常由电磁型 电流继电器、时间继电器、中间继电器和信号继电器构成。实际电力运行中的变压器定时限过电流保护与 线路定时限过电流保护的原理接线如图 3-1 所示。 在图 3-1 中,继电器 l、2、3、7 构成无时限过电流保护,继电器 4、5、6、8 构成定时限保护。电流继 电器作为起动元件,首先反映出电流的剧增。 当过载时,LH(TA)二次电流I2大于继电器动作电流时,首先继电器4或5动作,其次6动 作,在整定的时限后 8动作,发出信号的同时,最后动作于断路器的跳闸线圈 TQ、断路器 QD跳闸,切断故障。 当发生短路时,LH(TA)二次电流I2大于继电器动作电流时,继电器1或2动作,接着3 动 作;然后7动作发出信号同时动作于断路器跳闸线圈TQ、断路器QD跳闸、切除故障。 本实验拟定为两级定时限过电流保护, 其简化原理示意图(只示意继电器动作顺序)如图 3-2所示。从图3-2可以看出其保护原理和保护组成的环节所用的继电器基本上是相同的。
32

QF

YR

图3-1

定时限过电流保护原理接线图

1、2、4、5为电磁型电流继电器;3为中间继电器;6为时间继电器; 7、8 为信号继电器;9、10 为跳闸连接片;11 为电流试验端子

YR1 KA1 KT1 I . > WL1 KS1 KM1

YR2 KA2 I KT2 KS2 KM2

QF1

QF2

d

WL2

图3-2 两级定时限过电流保护简化示意图

三、实验内容
l. 在没有对实验台供电的前提下,按图3-3正确连接实验电路,并反复检查是否接线有 误。 2. 核查单相调压器置―0‖输出位置。模拟WL1阻抗的RP1调至较小值(逆时针方向调节, 但不要调到底, 约RP1值的1/3~1/4), 而模拟WL2阻抗的RP2则调至较大值(顺时针方向调节, 约RP2值的2/3~3/4)。 3. 闭合总电源开关,按起动按钮,对实验装置台供电。调节单相调压器,使电流表通 过的电流为2A,此电流假定为通过电流继电器KA1和KA2的最大负荷电流 供电按钮断电。 计算最大负荷电流公式为 I‘Lmax=(Kw/Ki)ILmax,其中 Kw----------为电流继电器KA1和KA2的结线系数。接线系数有三种情况:
33

I?Lmax,按停止

①两相两继电器式结线属相电流结线。在一次电路发生任何相间短路时,Kw =l,即 保护灵敏度都相同。 ②两相一继电器式结线, 即两相电流差结线或两相交叉结线, 当一次电路发生三相短
3) 路时, K( W ? 3。

KA1、KA2为电流继电器; KT1、KT2为时间继电器; KS1、KS2为信号继电器; KM1、 KM2为交流接触器; HL1、HL2为模拟跳闸灯;

图 3-3

两级定时限过电

流保护实验电路

A, C) ? 2 。而当 A、B 两相或 B、C 两相短路时, ③当装有电流互感器的 A、C 两相短路时, K( W

KW

( A, B)

B,C) ? K(W ? 1,这里 B 相未装电流互感器。

Ki----------为电流互感器的变流比。
4. 整定计算 KA1 和 KA2 的动作电流: 不仅动作电流 IOP 要躲过 IL?max ,而且返回电流

Ire 也要躲过 IL?max,因此

34

I op ?

K K K re K
rel

w

I L , max ?

i

K K

rel re

? , max IL

式中 Krel------可靠系数,取 1.2。(DL 型电流继电器取 1.2,GL 型电流继电器取 1.3。) Kre------继电器的返回系数,取 0.8。 于是,动作电流应为 I op

? ,max 。根据内容 ? 1.5I L

3 中的要求,通过的电流为 2A ,即

? ,max ? 2 A ,故 I op ? 3 A 。 IL
5. 整定 KT1 和 KT2 时间继电器的动作时间。

先拟定将KT2整定为0.7S(两级定时限过电流保护,后一级取0.7S),为了保证前后两 级保护装置动作的选择性,按―阶梯原则‖进行整定,前一级保护动作的时间t1,应比后一级 保护中整定的时间t2 要大一个时间级差△t。 一般△t取0.5~0.7S)。 故当t1取0.7S, △t取0.6S时, 则KTl整定取t1= t2+△t=0.7+0.6=1.3S。
6. 将RP2逆时针方向调小阻值,以模拟线路WL2首端K处发生三相短路。 7. 合上单相电源开关对实验装置供电后 , 按下启动按钮同时观察前后两级保护装置的

动作情况及HL1、HL2二指示灯点亮的顺序。

四、注意事项
1.认真细致读懂实验电路,特别注意各个继电器的线圈接线端子及其触点的接线端子 , 千万不要弄错。 2.注意继电器的触点端子是串接在哪一个继电器的动作线圈。 3.接线时要分步完成,并且先接串联、后并联。

五、思考题
1.定时限过电流保护动作电流、动作时限的整定原则是什么? 如何计算?如何整定? 2.在实际运行线路中,在后一级保护动作使断路器跳闸后,前一级保护动作会不会使其 断路器紧接着跳闸? 为什么? 3.在什么情况下,后一级保护启动,前一级保护动作也会使其断路器跳闸?

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实验 9
一、实验目的

线路的反时限过电流保护实验

1.了解 GL 感应型电流继电器的结构、接线、动作原理及其使用方法。 2.掌握调整 GL 感应型电流继电器的动作电流和动作时限,理解其反时限动作特性 和 10 倍动作电流时的动作时限的概念。 3. 掌握组成去分流的反时限过电流保护,理解其工作原理,明确反时限过电流保 护在电力系统中的作用。

二、 简要介绍
感应型电流继电器主要应用于电力系统、电动机的过负荷和短路保护。由于它兼有 电磁式电流继电器、时间继电器、信号继电器和中间继电器的多项功能,使它在继电保 护装置中既能作为起动元件,又能实现延时、给出信号和直接接通跳闸电路;而且不仅 能实现带时限的过电流保护,还可以实现电流速断保护,从而使保护装置大大简化。另 外, 它还可以直接用于交流操作。 因此它广泛用于具有反时限及定时限特性动作时限要 求的保护回路。 所谓反时限保护是指继电保护的动作时间与短路电流的大小成反比----短路电流越 大,保护动作时间越短,短路电流越小,则保护动作的时间越长。反时限保护是由感应 型过电流继电器构成的, 它具有反时限动作特性。 感应式电流继电器的动作时间可以利 用螺杆来调节,它是通过调节(改变)扇形齿轮顶杆行程的起点,而使动作恃性曲线上下 移动。但应注意到,继电器时限调节螺杆的标尺度,是以 10 倍动作电流的动作时间来 刻度的,即标度尺上标示的动作时间是继电器线圈通过的电流为其动作电流的 10 倍时 的动作时间, 而继电器实际的动作时间与通过继电器线圈的电流大小有关, 需要从相应 的动作恃性曲线上去查对。目前,在 10KV 及以下供电的用户,广泛地采用交流操作的 反时限电流保护作为其主进线开关和变压器开关的保护。 本实验采用的是 GL-21/5 感应型过电流继电器,它有一个动合主触点,其内部接线 如图 4-1 所示。

图 4-1 GL-21/5 感应型过电流继电器接线图(背视) 主要技术数据 (1)额定电流 5A,感应元件的动作电流(A)分别为:2;2.5;3;3.5;4;4.5;5。 (2)动作时间(s):0.5;1;2;3;4。 (3)电磁(速断)元件动作电流倍数:2;4;6;8。 (4)继电器线圈的长期允许承受 100%额定电流。
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(5)触点的通断容量:在电压不大于 220V 时,能长期接通直流或交流 5A,但是断 开所接通的电路,应由别的触点担任。 (6)感应元件的返回系数不小于 0.85~0.8。 运用 GL-21/5 感应型过电流继电器实现两级保护原理电路如图 4-2(a)所示。 图中 TA1 和 TA2 分别为上下两级线路的电流互感器。

(a)

(b)

(c)

图 4-2 两级保护一次系统和整定说明 ※两级保护有:①上一级为定时限电流保护,下一级为反时限电流保护。 ②上、下两级均为反时限电流保护。 两级保护无论采取何种方式, 两级保护的时限均要有时限级差, 对于定时限过电流 保护,可取时间级差为△t=0.5S;对于反时限过电流保护,可取时间级差为△t=0.7S。如 图 4-2(b)、(c)所示。 定时限过电流保护的动作时间,利用时间继电器来整定。 反时限过电流保护的动作时间,由于 GL 感应式电流继电器的时限调节机构是按 10 倍动作电流的动作时间来标度的,因此要根据前后两级保护的 GL 感应式电流继电 器的动作特性曲线来整定。动作特性曲线如图 4-3 所示。

37

图 4-3 反时限过电流保护的动作特性曲线 应用实例(实验前应预习) 某 10kv 电力线路,如图 4-2 所示。已知 TA1 的变流比 Ki(1)为 160/5A,TA2 的变流比 Ki(2)为 100/5A。 WL1 和 WL2 的过电流保护均采用两相两继电器式接线, 继电器均为 GL-21/5 型。今 KA1 已经整定,其动作电流 IOP(1)为 8A,10 倍动作电流的动作时间 t(1)为 1.4S。WL2 的计算电流 IL,max(2)为 75A,WL2 首端的 I(3)K2 为 910A,其末端的 I(3)K3 为 400A。试整定 KA2 的动作电流和动作时间,并校验其灵敏度。(计算时取:继电器返回系数 Kre 为 0.8,可靠系 数 Krel 为 1.3,结线系数 Kw 为 1,时限级差为△t=0.7S。)

三 、实验内容、线路及步骤
(一) GL-21/5 感应型过电流继电器反时限动作特性曲线测绘
实验原理接线图如图 4-4 所示。 实验步骤如下: 1 根据实验前预习计算所得的各段保护的整定值,包括起动电流值和时间杆的整定值, 其中 K3 点短路时,KA1 的动作时间为 2S。 2 根据 KA2 的整定计算值,将动作电流插头插入比计算值稍大的插孔中,瞬动调整旋 钮调至最大。 3 调压器输出指示为 0V,按图接线,检查线路正确后,合上有关电源;

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图 4-4 GL 感应型过电流继电器反时限动作特性实验电路

4 测定 KA2 在线路 WL2 上的保护特性曲线: 第一步:通入 KA2 线圈 K2 点的短路电流(折算至电流互感器二次侧) 。 RP1 阻值为最大,接通三相总电源开关,给实验装置供电,闭合开关 QS2(备用) ,调 节单相调压器,观看电流表 A,当调至所需电流值时,打开 QS2。 第二步:将继电器时间杆整定在某一位置,闭合 QS2,当电流为第一步中的电流值时, 看时间是否为 2,如不满足,重调继电器时间杆,直至最终使其接点闭合的延时时间为 2s。 第三步: 保持 GL 电流继电器的动作电流插孔及时间杆位置不变, 调节单相调压器 TS2, 使通过 GL 电流继电器线圈的电流值按表 4.1 所给的电流值逐步变化,同时测出每一电流值 对应继电器触点的动作时间填入表 4.1。 表 4.1 GL 电流继电器动作特性数据记录 电流(A) 动作时间 第四步:根据测量结果在坐标纸上做出保护特性曲线[t=f(I)]。 第五步:调压器 TS2 调回至―0‖输出,并断开 QS2。 5 测定 KA1 在线路 WL1 上的保护特性曲线: 第一步:根据 KA2 的保护特性,定出与 KA1 配合的动作时间,即根据 GL 电流继电器 线圈的整定原则,KA1 的时间杆应整定在 K1 点短路时为 KA2 的动作时间+△t。 第二步:将继电器动作电流插头改变在线路 WL1 的整定值,通入 KA1 继电器线圈为 K1 点的短路电流(折算至电流互感器二次侧) 。 第三步:调整 GL 电流继电器的时间杆位置,使其动作时间为 t +△t。 第四步:闭合 QS2,按表 4.2 所给的电流值,测出每一电流值对应继电器触点的动作时
39

4.5

5.0

间填入表 4.2。 第四步:根据测量结果在坐标纸上做出保护特性曲线[t=f(I)]。 第五步:调压器 TS2 调回至―0‖输出,并断开 QS2。 表 4.2 GL 电流继电器动作特性数据记录 电流(A) 动作时间 电流(A) 动作时间 7.0 8.0 9.0 10.0 11.0 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0

(二)去分流跳闸的反时限过电流保护模拟实验电路
※说明:去分流的反时限过电流保护通常是采用既有延时闭合又有延时开断触点(先合后 断)的 GL-15 或 GL-25、CL-26 型等型号的感应式电流继电器,其模拟实验电路如图 4-5 所 示。

图4-5 去分流跳闸的反时限过电流保护摸拟实验电路 由于本实验装置的GL-21/5型感应式电流继电器只有一对延时闭合触点,因此,模拟去 分流跳闸过电流保护实验按图4-6线路进行,图中增加了中间继电器及其一对常开触点,以 弥补GL-21/5触点的不足。图4-5和图4-6中的灯泡HL的亮、灭来模拟断路器的跳闸线圈YR的 动作(TQ)。

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图 4-6 模拟去分流跳闸过流保护实验线路 步骤方法: 第一步:按图 3.6 连接实验线路,同时使调压器 TS2 为―0‖输出,可变电阻 RP1 的 电阻为最大。 第二步:整定继电器的动作电流和动作时间,使 I op1 ? 6 A, t1 ? 1.3s 。
,

第三步调小 RP1 可变电阻,即假定一次电路发生短路。闭合 QS2,调节调压器输 出电压,使继电器动作,观察 GL-21/5 电流继电器的动作,模拟跳闸线圈 YR 的灯 泡会亮。 第四步:调压器 TS2 回零,RP1 重置最大,关断 QS2。
? ? 0.7S 。 第五步:改变电流继电器的动作电流和动作时间为 I op 2 ? 4A,t2

第六步:重复第三步,再做一次模拟跳闸实验。
※实验结束后使调回调压器 TS2 输出为―0‖,逐级关断实验电路,整理好实验装置。

四、思考题
l.反时限过电流保护的选择性是如何保证的? 2.GL 型电流继电器的动作电流和动作时间在继电器上如何整定?10 倍动作电流的动作时限 是什么意思? 3.GL 型电流继电器速断电流怎样在继电器上整定,速断电流倍数是什么意思?

五、实验报告要求:
1.记录各继电器型号,规范及其整定值。 2.分析,比较理论上与实验结果是否一致。

六、注意事项
1.正确联接实验电路,并明确电流保护的范围。 2. 电流继电器的电流线圈只允许短时间通入大电流,作实验一定要快。 3.最大电流的调节不能太大,要根据实验装置的具体情况。

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实验 10 低电压闭锁电流速断保护实验
一、 实验目的:
1.1 掌握电压闭锁过电流保护的工作原理。 1.2 了解电压闭锁过电流保护实际应运的意义。 1.3 了解电压闭锁过电流保护的整定方法及规则。 1.4 了电压闭锁过电流保护与其它的电流保护异同之处。

二、 实验器材:
2.1 单项可调变压器 1 台(台上) 2.2 瓷盘变阻器 2 只(台上) 2.3 电流继电器 1 只 (台上) 2.4 电压继电器模块板 2.5 交流抵触器 (台上) 2.6 时间继电器 (台上) 2.7 实验导线若干 2.8 信号继电器 1只 (台上)

2.9 单相 AC220V 电源 (台上) 2.10 直流电源限于 (台上) 2.11 信号继电器 1只

2.12 万用表 1 只 (自备) 2.13 交流电流表 1 只 (台上)

三、 电压闭锁过电流保护工作原理及整定规则
3.1 电压闭锁过电流保护: 如图 23-1, 在线路过电流保护继电器 KA 的常开触点回路中, 串入低电压继电器 KV 的常闭触点,而 KV 经过电压互感器 TV 接在被保护线路的母线 上。在供电系统正常运行时,母线电压接近额定电压,因此电压继电器 KV 的常闭触点 是断开的,这时的电流继电器 KA 即使由于线路过负荷而误动作,也不致造成继路器 QF 跳闸。而只有线路出现故障后,使的母线电压降低,而使电压继电器 KV 的常闭触 点闭合。也就是 KA 动作,KV 常闭触点闭合,保护装置才能起动 KT,经延时发信号, 并起动跳闸装置,使 QF 跳闸。

42

图 23-1 电压闭锁过电流保护原理图 3.2 整定规则:凡是装有低电压闭锁的过电流保护装置的动作电流 IOP,不必按躲过最大 负 荷 电 流 ICmax 来 整 定 , 而 只 需 按 躲 过 线 路 的 计 算 电 流 I3O 来 整 定 分 式 为 : IOP=


(1-1)式中 Kre 是返回电流系数,Krel 是可靠动作系数,KW 是结线系

数,Ki 电流互感的变化。由于其 IOP 减少,从而有效地提高了保护灵敏度,这也是低电 压闭锁过电流保护重要优点和关键。 电压继电器的动作电压 UOP,按躲过母线正常最低工作电压 Umin 来整定。其返回 电压也应躲过 Umin。因此低电压继电器动作电 的整定分式为:

UOP=

(1-2)式中 Umin 为母线最低工作电压,取(0.85~0.95)UN,UN 为母线额定电压,Krel 为保护装可靠系数,可取 1.2,Kre 为低电压继电器的返回系数,一般取 1.25,Ku 为电 压互感器的变压比。 3.3 电压闭锁过电流保护实验二次控制接线图 23-2 和主线路接线图 23-3, 调整单相调压 器输出 60V, 调整 RP1 等于 6Ω, 相当于系统阻抗, 设线路计算电流 I30=1.5, RP2=100Ω, 相当于负载, IOP= =2.25A ,式中, Krel=1.2, Kre=0.8,根据图 23-3 结接, KW 应为 1, =36V,式中 Krel=1.25,Kre=1.2

Ki 应为 1,设 UN=60V,那么 UOP= 根据图 23-3 结线 Ku=1。 时间继电器整定为延时 10S。

3.4 按照图 23-2 和图 23-3,将线路连接连接好,确认接线无误后,再进行实验操作。
43

图 23-2 二次控制保护原理图

图 23-3 一次主回路

四、 实验步骤
4.1 调整单相调压器输出电压为 60V,调整 RP1 为 2Ω,RP2 为 60Ω,然后全上单相电源 开关 QS2。 (台子左下角电控柜上) 4.2 按下电闸按钮 SB1,KM 线包得电,此时电流表中有电流通过,电压表上有显示电 压值。 4.3 用手调节 RP2 使电流表中电流变大,电压表上显示的电压数值降低。 4.4 当电流表中的电流大于 2.25A.的电流继电器动作,而此时电压继电器还没有动作,继 续调节 RP2,使电流继续增加,当加在电压继电器两端的电压小于 36V 时,电压继电 器动作,起动时间继电器,10S 后跳闸。 五、注意事项 5.1 在实验前要检查实验装置的供电源确认正常。 5.2 在实验接线时要将单相电源开关放到分闸位置。 5.3 单相调压器输出值在接线前就调到所需用要值,包括 RP1 和 RP2。 5.4 在实验时千万要注意主回路中的电流不要超过 5A。 六、问题与思考 6.1 电压闭锁过电流保护与一般的过电流保护有什么不同? 6.2 电压闭锁过电流保护有什么突出优点?

44

实验 11
1、 实验目的

单侧电源辐射式输电线路三段式电流保护实验

1、掌握无时限电流速断保护、带时限电流速断保护及过电流保护的电路原理、工作特 性及整定原则。 2、理解输电线路阶段式电流保护的原理图、展开图及保护装置中各继电器的功用。 3、掌握阶段式电流保护的电气接线和操作实验技术。 二、预习与思考 1、三段式电流保护为什么要使各段的保护范围和时限特性相配合? 2、由指导教师提供有关技术参数,你能对三段式电流保护进行计算与整定吗? 3、为什么在实验中,采用单相接线三段式保护能满足教学要求?你能将图 22-2 正确改 绘成单相式接线图吗? 4、为什么可取消电流互感器,直接将各段电流继电器的电流线圈串入一次侧的模拟接 线中? 5、三段式保护模拟动作操作前,是否必须对每个继电器进行参数整定?为什么? 6、在辐射式输电线故障模拟接线中,―R、R1、R2、Rf、Rf‘‖各代表什么?S1 的设置可 分别模拟什么性质的短路故障? 7、断路器 QF 是用什么元件模拟的?写出控制回路合闸时及保护动作后跳闸时的电路 工作原理? 三、原理说明: 1、阶段式电流保护的构成 无时限电流速断只能保护线路的一部分, 带时限电流速断只能保护本线路全长, 但却不 能作为下一线路的后备保护, 还必须采用过电流保护作为本线路和下一线路的后备保护。 由 无时限电流速断、带时限电流速断与定时限过电流保护相配合可构成的一整套输电线 路阶段式电流保护,叫做三段式电流保护。

45

I ~ A I 1 t 0.5

I t XL -1 B I 2

I 0.5

I t XL -2

C

3

t III 1 I 1 0 II 1 I 2 II 2

III 2

I

图 22-1 三段式电流保护各段的保护范围及时限配合 输电线路并不一定都要装三段式电流保护, 有时只装其中的两段就可以了。 例如用于―线 路-变压器组‖保护时,无时限电流速断保护按保护全线路考虑后,此时,可不装设带时限 电流速断保护,只装设无时限电流速断和过电流保护装置。又如在很短的线路上,装设无时 限电流速断往往其保护区很短,甚至没有保护区,这时就只需装设带时限电流速断和过电 流保护装置,叫做二段式电流保护。 在只有一个电源的辐射式单侧电源供电线路上, 三段式电流保护装置各段的保护范围和 时限特性见图 22-1。XL-1 线路保护的第Ⅰ段为无时限电流速断保护,它的保护范围为线路 XL-1 的前一部分即线路首端,动作时限为 t1I,它由继电器的固有动作时间决定。第Ⅱ段为 带时限电流速断保护,它的保护范围为线路 XL-1 的全部并延伸至线路 XL-2 的一部分,其 动作时限为 t1II = t2I +△t。无时限电流速断和带时限电流速断是线路 XL-1
信 号 + 1XJ + t 1SJ + 2XJ + t 2SJ 3XJ -

TQ QF QF

+

BCJ

A LH a

C LH c

1LJ

I

2LJ

I

3LJ

I

4LJ

I

5LJ

I

6LJ

I

7LJ

I

(a)

46

1LJ LH a 2LJ LH c

3LJ

5LJ

+KM FU

-KM 控制电源小母板 1LJ 2LJ 1XJ FU 熔 断 器 无时限电流速断 2SJ 带时限电流速断 3SJ 定时限过 电流保护 1SJ 2XJ BCJ

4LJ

6LJ

7LJ

3LJ 4LJ 5LJ

交流电流回路 +KM

6LJ 7LJ 1LJ 2LJ 3LJ 信号回路 (b) BCJ QF 至信号

3XJ TQ

出口中间继电器

跳闸回路 直流回路

图 22-2 三段式电流保护接线图 (a)原理图 (b)展开图

的主保护。第Ⅲ段为定时限过电流保护,保护范围包括 XL-1 及 XL-2 全部,其动作时限为 t1III,它是按照阶梯原则来选择的,即 t1III = t2III+△t ,t2III 为线路 XL-2 的过电流保护的动作 时限。 当线路 XL-2 短路而 XL-2 的保护拒动或断路器拒动时, 线路 XL-1 的过电流保护可起 后备作用使断路器 1 跳闸而切除故障,这种后备作用称远后备。线路 XL-1 本身故障,其主 保护速断与带时限速断拒动时,XL-1 的过电流保护 也可起后备作用,这种后备作用称近后备。 综上所述, 电流保护是根据网络发生短路时, 电源与故障点之间电流增大的特点构 成的。 无时限电流速断保护是以避开被保护线路外部最大短路电流为整定的原则, 它是靠 动作电流的整定获得选择性。 带时限电流速断保护则同时依靠动作电流和动作时间获得 选择性, 并要与下一线路的无时限电流速断保护相配合。 过电流保护以躲开线路最大负 荷电流和外部短路切除后电流继电器能可靠返回为整定原则。 它依靠动作电流及时间元 件的配合获得选择性。 2、阶段式电流保护的电气接线 图 22-2 为三段式电流保护接线图,其中 1LJ、2LJ、1XJ、BCJ 构成第Ⅰ段无时限电流 速断保护;3LJ、4LJ、1SJ、2XJ、BCJ 构成第Ⅱ段带时限电流速断保护;5LJ、6LJ、7LJ(两
47

相三继电器式接线) 、2SJ、3XJ、BCJ 构成第Ⅲ段定时限过电流保护。BCJ 为保护出口中间 继电器,任何一段保护动作时,均有相应的信号继电器动作指示,从指示可知道哪段保护曾 动作过,从而可分析故障的大概范围。 3、一次网络模拟接线 单侧电源辐射网络见图 22-1,在母线 A 和母线 B 上都装有三段式电流保护。由于正常 时, 系统三相是对称的, 所以在实验室中可采用单相一次网络模拟接线图, 如图 22-3 所示。 4、绘制三段式电流保护单相式接线图 本实验安装调试内容为线路 XL-1 上的三段式电流保护装置,但要考虑与线路 XL-2 上 的三段式电流保护配合,可参考图 22-1。实验中采用 DL-20C 系列电流继电器,组合型 DXM-2A 信号继电器,DS-20 时间继电器和 DZB-10B 中间继电器,为了简化实验接线,每 一段保护中电流继电器只装一个。要求每一位学生在实验前参照图 22-2 绘制一张完整的三 段式电流保护单相式展开图。 四、三段式电流保护实验参数整定计算 如图 22-4 所示 35 千伏单侧电源辐射式线路, XL-1 的继电保护方案拟定为三段式电流保 护,保护采用两相不完全星形接线。选定线路 XL-1 的正常最大工作电流为 0.25 安, (设计 模拟一次电流等于二次电流, 因此电流互感器采用一比一, 也可将电流继电器线圈直接串入) 在最大运行方式下及最小运行方式下 D1、D2 及 D3 点三相短路电流值见表 22-1。

I 35千伏 ~ A I 1 0.5 D1

I t B D2 XL -1 2 XL -2 D3 C

图 22-4

三段电流保护计算网络图

(一) 、一次网络模拟接线中各点短路电流及负荷电流 表 22-1 短 路 点 最大运行方式下三相短 路电流(安) D1 4.5 D2 1.75 D3 0.695
48

XL-1 的正常最大 工作电流 0.25

并 Rf 后的负荷 电流 0.5

最小运行方式下三相短 路电流(安)

3

1.465

0.645

/

/

(二) 、三段保护动作值的整定计算 1、线路 XL-1 的无时限电流速断保护 电流速断保护的动作值按大于本线路末端 D2 点短路时流过保护的最大短路电流 IdL2。Zd 来整定,即保护的一次动作电流为: IdI.b.1=KKIdL2.Zd=1.3× 1.75=2.275 安 式中 KK——可靠系数,对电流速断取 1.2~1.3: 继电器的动作电流为: Kj 1 IdI.j.1= ------- IdI.b.1= ------ × 2.275=2.275 安 nL 1/1 式中:KJ=1,电流互感器变比 nL 采用 1∶1。 选用 DL-24C/6 型电流继电器,其动作电流的整定范围为 1.5~6 安,本段保护整定 2.28 安。 (22-2) (22-1)

6.3KV GS ~ QF 38.5KV A

I

I D2 B XL--1 QF 2 5LJ 0~5A A XL--2 C

I 0.5 T

GS ~

QF

QF 1 1LJ

D1 3LJ

单 电 源 辐 射 网 络

8Ω R K

A QF
LH 1

D1 12.6 Ω LH

D2 B 31.2 Ω

C D3 R2 XL-2

110Ω

110 Ω

R1 XL-1 S1 S2

Rf

R' f

单 电 源 辐 射 网 络 模 拟 结 线

~220V

图 22 –3 (a)

三段式电流保护交流电流部分(一次网络模拟接线)实验接线图

49

220V(+)

220V(-) 直流操作电源

1LJ I 3LJ 5LJ 1SJ I 2SJ I BCJ

1XJ

无时限电流速断 1SJ

带时限电流速断

数字式电秒表

2SJ 定时限过电流保护 2XJ BCJ 出口中间断电器 3LJ QF TQ 跳闸回路 保 护 带时限电流速断 动作时限测定 QF I II III

3XJ

1XJ

GP 三段式电流保护动 作指示

操 作 及 信 号 1XJ 电流速断信号继电 器指示灯回路 回 路 QF 2XJ 带时限电流速断信 号继电器指示灯回 路 I II III 数字式电秒表

2XJ 3XJ

5LJ 3XJ 过电流信号继电器 指示灯回路 过流保护 动作时限测定

V

1XJ

V

2XJ

信 号 继 电 器 复 归 回 路

V

3XJ

图 22—3(b) 三段式电流保护直流部分实验接线图 2、线路 XL-1 的带时限电流速断保护 要计算线路 XL-1 的带时限电流速断保护的动作电流,必须首先计算出线路 XL-2 无时 限电流速断保护的动作电流 IdI.b.2 IdI.b.2=KKIdL3.Zd=1.3× 0.695=0.9035 安 线路 XL-1 的带时限电流速断保护的一次动作电流为: IdIIb.1=KK IdI.b.2=1.1× 0.9035=0.99385 安 继电器的动作电流为: Kj 1 IdIIj.1= ------ IdIIb.1= ---- 0.99385 = 0.99385 安
50

(22-3)

(22-4)

(22-5)

nL

1/1

选用 DL-24C/2 型电流继电器,其动作电流的整定范围为 0.5~2 安,本保护整定 0.9936 安。 动作时限应与线路 XL-2 无时限电流速断保护配合, 即: t1II=t2I+△t=0+0.5=0.5 秒 (22-6)

选用 DS-22 型时间继电器。其时限调整范围为 1.2-5 秒,为了便于学生在操作中观察, 本保护整定为 3 秒。 带时限电流速断保护应保证在线路 XL-1 末端短路时可靠动作,为此以 D2 点最小短路 电流来校验灵敏度。最小运行方式下的两相短路电流为:
(2)

I

√3 (3) . = 1.465 = 1.269 安 dL2 zx ---- I dL2.zx= 0.866× 2

(22-7)

则在线路 XL-1 末端短路时,带时限电流速断保护的灵敏系数为 I 2 dL2.zx 1.269 KL= -------------- = ----------- =1.277 > 1.25 IdII.b.1 0.994
( )

(22-8)

3、线路 XL-1 的过电流保护装置 (1) 、过电流保护的动作电流整定原则: a、只有在被保护线路过流时它才起动,在最大负荷电流 Ifh.zd 时保护装置的电流继电器 不应动作。即: Id.b > Ifh.zd (22-9)

b、当外部短路时,如本线路过电流继电器已起动,但由于下一线路上 2 号保护的时限 短而首先动作,使 2QF 跳闸,短路电流消失,当电流降低到最大负荷电流后,本线路的过 电流继电器应能可靠地返回。 同时应考虑由于故障切除后电压恢复, 负荷中的电动机自起动, 可能出现最大负荷电流, 为使 1 号保护的过电流继电器能可靠返回, 它的返回电流应大于故 障切除后线路 XL-1 的最大负荷电流,即: If.b > Ifh.zd (2) 、过电流保护的动作电流整定计算 (22-10)

51

过电流保护的一次动作电流为: KKKzq 1.2× 1.3 IdIII.b.1= -------------Ig.zd = --------------× 0.25 = 0.4588 安 Kf 0.85 式中 KK——可靠系数,取 1.2; Kzq——自起动系数,取 1.3; Kf——返回系数,取 0.85。 继电器动作电流为: Kj 1 IdIIIj.1= ---------- IdIII。b.1 = ------× 0.4588 = 0.4588 安 nL 1/1 (22-12)

(22-11)

选用 DL-24C/2 型电流继电器, 其动作电流整定范围为 0.15~0.6 安, 本保护整定在 0.459 安。 (3) 、过电流保护动作时限的整定 为了保证选择性, 过电流保护的动作时限按阶梯原则整定, 这个原则是从用户到电源的 各保护装置的动作时限逐级增长一个△t。所以动作时限 t1III 应与线路 XL-2 过电流保护动作 时限 t2III 相配合。如: XL-2 过电流保护动作时间为 2.5 秒时,XL-1 过电流保护动作时限为 t1III=t2III+△t=2.5+0.5=3 秒 (22-13)

本实验为了便于观察可取 7 秒。选用 DS-23 型时间继电器,其时限调整范围为 2.5~10 秒。 (4)过电流保护的灵敏度校验 a、为了保证被保护线路全长范围内发生短路时,过电流保护均能可靠地动作,选择被 保护线路末端 D2 点作为线路 XL-1 过电流保护的灵敏度校验点,应用 D2 点发生短路时,流 过保护装置的最小短路电流计算灵敏度系数。 根据规程规定, 这个灵敏度系数的最小允许值 为 1.5。 b、对于定时限过电流保护不仅要求它在本段线路上发生短路时能可靠地动作,而且相 邻元件的继电保护或断路器拒绝动作时也能可靠动作, 起到相邻元件后备保护的作用, 故选

52

择相邻元件末端 D3 点作为后备保护时的灵敏度校验点, 用 D3 点短路时, 流过保护的最小短 路电流计算灵敏度系数,根据规程要求,这个灵敏度系数应大于 1.2。 根据以上要求过电流保护分别对本线路 XL-1 末端 D2 短路及下一线路 XL-2 末端 D3 短 路时校验灵敏度得: 在线路 XL-1 末端 D2 点短路时,过流保护的灵敏系数为: I 2 dL2.zx 1.269 KL= -------------- = ----------- = 2.76 > 1.5 IdIII.b.1 0.459
( )

(22-14) 满足要求

在线路 XL-2 末端 D3 点短路时,过流保护的灵敏系数为:
3 I 2 dL3.zx 0.866× 0.645 0.866I dL3.zx KL= -------------- = --------------------- = --------------------- = 1.217>1.2 IdIII.b.1 IdIII.b.1 0.459
( ) ( )

(22-15) 满足要求

根据以上各项计算值首先对各段保护的继电器进行整定, 然后进行整组实验及动作 分析。 (三) 、三段式电流保护选用的继电器规格及整定值总表 表 22 - 2 实 验 编号 用 途 型号规格 整定范围 整定值 1LJ 1XJ 3LJ 1SJ 2XJ 5LJ 2SJ 无时限电流速断 电流速断信号 带时限电流速断 限时速断时间 限时速断信号 定时限过电流 过电流时间 DL~24C/6 DXM~2A DL~24C/2 DS~22 DXM~2A DL~24C/2 DS~23 1.5~6 安 0.015 安 220 伏 0.5~2 安 1.2~5 秒 0.015 安 220 伏 0.15~0.6 安 2.5~10 秒 0.459 安 7秒 并联 0.994 安 3秒 串联 2.28 安 接法 串联 线圈

53

3XJ BCJ

过电流信号 出口中间

DXM~2A DZB~12B

0.015 安 220 伏

220 伏 0.5 安

五、实验设备: 序号 1 2 3 4 设备名称 ZB01 ZB03 ZB04 ZB06 使 用 仪 器 名 称 数量 1只 1只 1只 1个 1只 1只 1只 1只 1只 1只 1只 1只 1只 2个 1个 1只 1只 1只 1路 1只 1只 4个 1路

断路器触点及控制回路模拟箱 数字式电秒表及开关组件 空气开关组件 光字牌 DL-24C/6 电流继电器

5

ZB11

DZB-12Β 出口中间继电器 DXM-2A 信号继电器 DL- 24C/2 电流继电器

6

ZB12

DS-22 时间继电器 DXM-2A 信号继电器 DL-24C/0.6 电流继电器

7

ZB13

DS-23 时间继电器 DXM-2A 信号继电器

8 9

ZB44 ZB35

可调电阻器 16Ω 可调电阻器 31.2Ω 真有效值交流电流表 变流器 复归按钮

10

DZB01-1

交流电源 单相自耦调压器 可调电阻 R1 2.6Ω

11 12

DZB01-2 DZB01

可调电阻 Rf 220Ω 直流操作电源

六、实验步骤与操作方法: 1、 三段式电流保护实验接线和单电源辐射网络故障模拟接线的实验总图见图 22-3 (a)

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和图 22-3(b) ,按图接线完毕后首先进行自检,然后请指导教师检查,确定无误后,接入 直流操作电源待试验。 2、 根据 (表 22-2) 三段式电流保护选用的继电器规格及整定值总表提供的技术参数, 对 各段保护的每个继电器进行整定,使各个继电器的动作值符合表 22-2。 3、根据(表 22-1)一次网络模拟接线中各点短路电流及负荷电流总表提供最大运行方 式下的技术参数, 对单电源辐射网络故障模拟接线中的限流电阻 R, 模拟线路故障电阻 R1 、 R2 ,负荷电阻 Rf 、附加负荷电阻 Rf‘进行调试整定,使各点参数符合表 23-1。然后断开所 有短路点及附加负荷电阻。 4、合上电源开并 K,再按合闸按钮,使 QF 合闸,检查负荷电流应符合要求(不符合 应进行调整) ,然后合上继电保护直流操作电源闸刀,使保护投入工作。 5、模拟过负荷起动过电流保护:接上附加负荷电阻 Rf‘,此时线路 XL-1 和线路 XL-2 的过电流保护均起动。 但应由 2 号过电流保护装置动作使其断路器 QF2 跳闸, 断开线路 XL-2。 6、拆除附加负荷电阻,合上 QF,将 S2 开关所接滑线电阻 R2 滑动触头向 C 端,模拟 BC 线路末端短路,使保护起动,作好动作记录。 7、将 S2 开关所接滑线电阻 R2 的滑动触点滑向电阻中间及 B 端,分别模拟 BC 线路中 间及始端短路,使保护起动,并作好动作情况记录。 8、将 S1 开关所接滑线电阻的滑动触点分别滑向 B 及电阻中间,模拟 AB 线路末端及中 间短路,作好保护动作情况记录。 9、根据三段式电流保护参数整定计算,调整限流电阻 R,分别模拟最大运行方式下的 三相短路和最小运行方式下的两相短路进行试验操作,分析研究各段保护的技术特性。 七、注意事项: 在试验操作前必须熟悉三段式电流保护的实验接线和单电源辐射网络故障模拟接线, 认 真按照操作规程的要求,正确接线,细心操作,实验中要特别注意直流电压回路和交流电流 回路的正确联接, 调试中要注意观察电流表的指示, 每一个操作试验环节要确保其正确性和 安全性。 八、实验报告:

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实验前要认真阅读实验指导书和有关教材,进行预习准备。实验结束后要认真总结,针 对电流速断、 带时限电流速断、 过电流保护的具体整定测试方法, 按要求及时写出实验报告。 解答实验思考题并以书面形式附在实验报告后。 表 22-1 序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 代 号 1LJ 1XJ 3LJ 2XJ 1SJ 5LJ 3XJ 2SJ BCJ TQ GP A 电秒表 1 电秒表 2 R R1 R2 Rf Rf' 型号 规格 整定 范围 实验整定 值或额定 工作值 线圈 接法 电流 速断 带时限电 流速断 过电 流 用途

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实验 12 装设跳跃闭锁继电器的断路器控制回路实验
一、实验目的:
1.1 了解装设跳跃闭锁继电器的断路器控制回路工作原理。 1.2 了解装设跳跃闭锁继电器的断路器在实际电力线中应运的意义。 1.3 熟悉装设跳跃闭锁继电器的断路器控制回路中各元器件的工作过程及作用。

二、实验器材:
2.1 直流 DC220V 电源,交流 AC220V 单相电源(台子上) 2.2 单相交流调压器 1 台(台子上) 2.3 瓷盘变阻器 2.4 时间继电器 2.5 电流继电器 1 只(台子上) 2只 2只 1只

2.6 三相一次重合闸装置 2.7 中间继电器 2.8 按钮 2只 2只

2.9 实验导线若干 2.10 交流接触器 2只

2.11 交流电流表、交流电压表各 1 只(台子上)

三、实验内容:
3.1 装设跳跃闭锁继电器的断路器控制回路的工作百原理:如图 24-1

图 24-1 装设跳跃闭锁继电器的断路器控制回路原理图
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触点 K1-1 被粘牢时断路器仍有可能―防跳‖的情况,在断路器的跳闸线圈 TQ 中串 接了一只防跳继电器 TBJ 的电流线圈。 在断路器跳闸时在 TBJ 的电流线圈中同时通电, 使 TBJ 动作。当 K1 常开触点 K1-1 被住时,TBJ 的电压线圈经 K 常开触点 KH,和电 流线圈 K1 及电流线圈 XF 而带电自保持,使合闸继电器电路中的常闭触点 TBJ2 保持 断开, 使合闸继电器线圈, HC 得不到电, 闭锁而无法合闸, 从而达到了―防跳‖的目的。 因此这个跳跃闭锁继电器 TBJ2 实际是一种跳闸保持继电器。 在采用了―防跳‖继电器以后,即使用控制开关 KK3(按钮)操作断路器合闸只要 一次电路存在着故障,当断路器跳闸以后,也不会再次重合闸。当 KK3 的手柄在合闸 位置时其触点闭合,合闸继电器 HC 通电,断路器合闸。但因一次回路存在故障,继电 保护将使断路器自动跳闸,在跳闸回跳接通时,防跳继电器 TBJ 起动,这时即使 KK3 处在合闸位置,但由于 HC 回路中常闭触点 TBJ2 是断开的,而是接通了 TBJ 的电压自 保持线圈, 从而可避免断路器再次合闸, 达到―防跳‖要求, 当 KK3 回到合闸后位置时, DW KK3 触点断开,使 TBJ 的自保持解除。 装设跳跃闭锁继电器的断路器控制回路, 主要是用来防止一次回路中因故障断路器 跳闸后,由干装置原因,或操作原因,使断路器多次合到故障线路中,会造成更严重的 后果,和更大的经济损失。 3.2 装设跳跃闭锁继电器的断路器控制回路实验:图 24-2,二次控制回路接线图。图 24-3,一次主回路接线图。

图 24-3 一次主回路接线图

图 24-2 二次控制回路接线原理图

用 KM 代替 QF,用一只电流继电器 I′和一只中间继电器 KA2 代替跳跃闭锁继电器 TBJ,用 一只中间继电器代替闸继电器 HC,配合图 24-1,KA1 用交流接触器代 SB1 合闸按钮 SB2 跳闸按钮。 3.3 将单相调压到 20V,两只电流继电器电流动作值,整定到 2A,时间继电器 KT1、 KT2 整定延时为 10S,三相一次重合装置起动时间调整为 5S,RP 调到最大阻值。 3.4 按照图 24-3, 配合图 24-1, 将控制回路连接, 按照图 24-3, 将一次主回路连接起来, 确认接线无误合上电源开关 QS2,进行实验操作。
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四、实验操作步骤
4.1 合上电源开关 QS2,按下按钮 SB1 断路器 QF(KM)合闸。 4.2 逆时针旋转 kp 电流增大,当电流值大于 2A 时,电流继电器动作经过 KT10S 钟延 时后 QF(KM)跳闸,再经过 5S 种后 KAR 起动。 4.3 此时迅速用一根实验导线将 KAR 的②和①连接起来,再经 10S 钟延时 KT2 动作, QF(KM)合闸, (此处用了一只时间继电器 KT2,主要是为做 KAR 中,K1,K1-1,粘住 操作提供操作时间,在实际电路中是没有的) 。 4.4 图为合闸后一次线路的电流仍大于 2A,也就相当于线路的故障没有解除,经 10S 钟延时后,QF(KM)又跳闸,并保证不在合闸,从而也就实现了装设闭锁继电器后,防止 断路器的跳跃,故称之为装设跳跃闭锁继电器的断路器控制回路。 4.5 如果将图 24-1 中的 TBJ1 和 TBJ2 用实验导线短接后,再进行上述实验过程,那么 断路器将不断的合闸,跳闸,也就是说在没有装设跳跃闭锁继电器的断路器控制回路,在 KAR 中 K1、K1-1 粘住时就会跳跃。 4.6 类似上 4.1~4.4 的操作过程, 在继电保护动作 QF (KM)跳闸后, 在 KAR 起动后, 迅速用一根实验导线将 KK3(也就是 SB1 的常开触点两端)两端连接起来,在 KAR 起动 QF(KM)一次合闸后,QF(KM)再跳闸后,就保证 QF(KM)不再继续合跳闸。

五、注意事项:
5.1 在实验前要确认实验台供电正常。 5.2 在实验前接线过程中要将电源关断操作。 5.3 注意时间继电器和三相一次重合装置的时间整定方法,不可误操作。 5.4 一次回路中的电流不要超过 5A。

六、问题与思考:
6.1 如果不装设踊跃闭锁继电器的断路器控制回路的原理是怎样的?并画出控制原理图。 6.2 装设跳跃闭锁继电器的断路器控制回路在供电线路中应运的实际意义是什么?

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实验 13 “用前加速”和“后加速”方法提高继电保护性能的实 验
电力系统的大部分设备是露天放置, 其故障的成因是各式各样的, 其故障位置也相距甚 远,其现象也是各式各样的,其中大部分是突发而短暂的故障,如雷电、动物引起的线路短 路等. 查清故障路段和故障的瞬时性后,再有选择性地跳闸的保护方法,不能及时切除故障, 增加故障的破坏性。跳闸后全由人来处理合闸恢复供电,会延长断电时间、增加停电损失。 于是产生了自动合闸的要求。有两种自动重合闸的方式,即―前加速自动重合闸‖和―后 加速自动重合闸‖,都是为减少瞬时性故障破坏性的。 ―前加速自动重合闸‖的中心思想是:查到故障立即跳闸,但又―立即‖合闸(重合闸) , 然后再由各保护装置检测故障位置,较为准确地跳闸,若是瞬时性故障,重合闸后就没有故 障了,这可减小故障的破坏性,也减小长时停电造成的损失。 ―后加速自动重合闸‖ 的中心思想是: 有故障时, 先由带时限有选择性的保护系统跳闸, 然后立即重合闸,合闸的同时把保护系统的时限解除,这样,当重合闸时故障仍存在,保护 系统将立即跳闸。 使用好这种方法的关键有两点: 一是要设计一套正确的重合闸逻辑, 显然不能所有跳闸都重合、 重合后故障还存在又跳 闸、跳闸又重合……,陷入振荡。也有不能重合闸的情况,如人工有意拉闸。 二是把握好时间和保护动作值。 如前面在立即合闸的立即两字上加一引号, 也就是说不是无时间延迟的立即, 而是有时 间延迟,这个时间是一般瞬时性故障存在的时间,这样一来,对瞬时性故障重合闸后就没有 故障了,这个时间设多少合适? 为使查到故障立即跳闸的保护动作快, 往往将保护动作值设置得比该处正常保护动作值 低,低多少合理? 线路的故障检测和保护是分段的,各段的故障情况不同,那段用―前加速‖、那段用―后 加速‖,也是需要选择的。

自动重合闸系统通常应保证以下几点: 1、 应规定允许几次再重合闸,一次重合闸装置,则自动重合闸后因故障还存在又 跳闸时,就不再重合闸。二次重合闸装置,则还可再重合闸一次,当最后一次
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重合闸不成功时(碰到永久性故障) ,应退出运行。 2、 3、 4、 5、 对某些合闸操作,刚合闸就因故障跳闸时不重合闸。如对手动合闸。 对某些跳闸不重合闸,如对手动拉闸。 内部元件故障,如装置中接通合闸回路的触点熔接时,不产生多次重合闸。 给后加速系统提供一个触点,以便解除保护系统的时限。

现已有完成上述要求的专门的重合闸装置。如 JCH-4A 型一次重合闸装置。 在以前做过的继电保护实验电路中,加入自动重合闸装置,就可构成―前加速自动重合 闸‖或―后加速自动重合闸‖的实验电路,当然还需根据所用自动重合闸装置的要求,在原实 验电路中增加一些和自动重合闸装置联系的电路和元器件。 如最基本的,跳闸系统要提供已跳闸信号给重合闸装置,用以启动重合闸;人工拉闸也 要给个信号,告给重合闸装置这是人工拉闸,不要重合闸等。 自动重合闸装置中常用一种特殊的中间继电器, 一般的中间继电器自保的方法是, 用自 己的一个常开触点把线圈连到电源上。 而这种中间继电器的自保的方法是, 用自己的主输出 触点的电流自保,此电流达规定值以上才能自保。使用方法是:在其线圈加一启动电压,使 主输出触点闭合,其回路电流达规定值以上,去掉线圈电压,仍保持闭合,切断触点回路电 流,则断开。 具体情况,请看所用自动重合闸装置的使用说明。

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三、低压电器与工厂供配电实验

实验 14 接触器动作值的检验和触头联锁关系实验
一、实验目的 1. 2. 3. 进一步明确接触器的结构与控制原理。 测量交流接触器的动作值。 明确接触器常开触头与常闭触头间的联锁关系及其在控制中的重要作用。

二、简要说明 接触器是一种能频繁接通和开断操作控制电路、具有失压保护、控制容量大、可实现远 距离操作、工作可靠、寿命长等优点的低压电器。它在电气拖动和电力运行线路上运用都非 常广泛。它的动作值是一个重要的技术参数。按部颁标准规定,交流接触器在其线圈额定电 压的 85%~105%时,能保证衔铁可靠地吸合,常闭触头分断,常开触头闭合;当线圈电压 低于额定值的 40%时,能可靠的释放;线圈电压在额定值的 40%~85%时、动作不能保证。 本实验内容中,要求按表格要求测定接触器的动作值,检验它是否符合部颁标准。 在一些必须进行电气联锁的控制线路中, 通常采用两组或两组以上的接触器, 利用接触 器自身的常闭和常开触头连同动作的―先断后合‖的状态关系来实现电气联锁、保障运行线 路和设备安全、可靠、准确的运行。本实验的另一个重要内容即是通过接触器的常闭触头与 常开触头分接不同的灯泡亮、媳顺序,加深对这种联锁程序的认识,为今后正确使用作必要 的练习。

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三、实验内容 测量交流接触器动作值线路如图 6-1 所示 A B C N

KM

KM

图 实验步骤: 1.接触器动作值与释放值的测量

6-1 接触器动作值测量

在未起动实验装置总电源的条件下,将单相调压器调节手柄指示调节到―0‖输出处(电 源小车上)。按图 6—1 正确联接好实验电路, 并认真检查确定无误后,向上扳合三相总电源 开关,按下起动按纽对实验装置供电。 (1) 顺时针方向轻、缓调节单相调压器手柄,此时单相调压器开始升压。当电压表指示 在 140~180V 电压之间时,必有一个电压数值时,接触器衔铁被电磁线圈吸合,最小电压值 使电磁线圈吸合衔铁的值,即为动作值。此时常开触头所接的三只信号灯亮。记下动作值填 入表 6-1 中,重复上述步骤连续测量三次。 (2) 将单相调压器手柄调节到 230V 左右、缓慢逆时针方向调节,当接触器线圈释放、 信号灯熄灭时的电压值即为接触器的释放值。重复步骤 2,测量三次,填入表 6.1。 (3)实验结束,将调压器调至―0‖输出, 断开总电源,折除线路。 2.接触器常闭触头与常开触头的联动关系——―先断后合‖的观测 按图 6—2 接线 (1) 闭合开关, 此时接触器电磁线圈尚没有接通,但由于 HL1 灯是与接触器常闭触头串 联后并接在单相电源上,所以 HL1 灯亮。但 HL2 灯因是与接触器常开触头串联后并接在单 相电源上、接触器线圈末吸合,HL2 灯不可能亮。 (2) 按下 SB2 按钮 接触器电磁线圈得电吸合, HL1 灯因常闭触头分断而熄灭, 而 HL2 灯因常开触头闭合而灯亮。
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(3)按下 SBl 按钮 接触器电磁线圈因失电而释放,接触器触头因而恢复到线圈通电前 的状态,所以 HL1 和 HL2 两只好的亮、熄状态又恢复到(1)的状态。 (4)关断电源 拆除实验电路,整理好导线和实验装置。表 6.1 测 量 次 数 1 2 3 测量值 动作值 (V) 平均值 测 量 次 数 1 2 3 测量值 释放值 (V) 平均值 结论

A KM HL1 KM HL2 SB2 KM (AC220V) SB1

A 图 6-2

N 接触器动作实验

KM

N

四、思考题 1. 接触器动作值和释放值的标准是什么? 2. 接触器常闭触头与常开触头的动作关系是什么?试将这种关系运用于一个你自 己设计的小实用电路中。 五、注意事项 1.正确联接实验电路,常闭触头与常开触头不要接反。 2.注意观察接触器动作和释放情况。 六、实验报告要求 1.记录接触器动作值和释放值。 2.分析实验结果。 3.说明设计应用情况。
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实验 15
一、实验目的

单相及三相漏电保护电路原理及测试实验

(1)电流型漏电保护原理器的原理电路结构 (2)掌握测试实验台上的漏电保护器的实际启动电流的方法 二、实验原理 漏电保护器可分为电压型与电流型两种。 由于电压型漏电保护在原理上与应用上存在问 题,因此国家标准 GB6829-86 与国际标准 IEC755 中已取消了电压型漏电保护。目前在工业 用电设备与民和电器设备系统中人身安全保护都采用电流型漏电保护器。 电流型漏电保护地基本出发点是以通过人身电流大小为直接信号来驱动开关脱扣机构。 因此 这种方式能直接反应人体受电击的状况、动作准确速度。 电流型漏电保护的核心部分是一个精细的零序电流互感器,用它来检测通过人体的漏电 流,当达到一定值时通过一个电磁线圈与连杆机构鸡翅开关断开电路,从而保护人身安全。 图一是三相电流型漏电保护器的基本电路原理图。

图中 B 为三相零序互感器漏电流检测磁环,电源供电线经过三相四线电流的瞬时值在任一 时刻相加之和应等于零,即 iA+ iB+ iC+ iN=0 上式表明穿过磁环的电流始终为零,磁环中无磁通产生。磁环副绕组 S 中没有感应电势, 电路保持供电状态。 当有人站在地上,一只手触磁到磁环右侧 (负载端) 的电源相线时, (磁

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环左侧与开关连接的线路通常包装在漏电保护断气内部,不可能触及)就有触电电流 Im 流 过人体,再经大地流到电源端的中线 N 接地处进入中线 N,这个电流不经过磁环而是在磁 环内部,这样就破坏了环中电流的零平衡,使 iA+ iB+ iC+ iN≠0 即穿过磁环有一个剩余电流, (电流型漏电保护器也叫做剩余电流保护器)这个电流在磁环 中产生交变磁通,在 S 红组中感应电势。当漏电流达到一定值,放大器输出足够的信号驱 动机构动作使电源开关电路而达到人身保护之目的。 设计电流型漏电保护器的依据是按照国家标准规定通过人体的电流不大于 30mA,开关断开 时间不大于 0.1s,前者是靠正确选择磁环大小,绕组匝数以及放大器参数来达到,后者是依 靠正确选择巧可靠的连动机构来达到。 三、实验内容 本实验是测试装在实验台上的三相电路型漏电保护器的实际保护动作电流数值, 以检定该保 护器是否合格。 实验线路如图二

图中三相调压器, 带漏电保护器的空气开关等都已装在实验台上, 在电源输出端接入一条触 电电流模拟电路, 模拟人体站在地上同时手又触及相线引起的触电状况。 因为整个实验台机 壳是接地的, 所以模拟电路下端可接在实验台机壳任何裸露的金属部分, 三相四线电力系统
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的中线在供电电力变压器通常是接地的,所以模拟电路可形成一条检测磁环外的通路。 实验方法: 1、将三相调压器的电压升至 220V(通常最高工作电压) ,该电压可由电源输出端所接的监 视电压表读出。然后关断电源开关。 2、连接好模拟触电电路,该电路由交流毫安表,可调电阻箱串联组成,电路一端接电源任 一相电压,另一端接触实验台机壳。 3、 将电阻箱阻值置 20K 以上, 电阻阻值可由电阻箱板上中部固定电阻串联可变电阻盘组成。 4、合上电源开关,注意电流表示值,逐步减小电阻值,电流调到某一值时开关自动跳开, , 该电流即为电流型漏电保护器的启动电流,按国家标准应不大于 30mA 是合格产品,大于 30mA 绝对禁止使用。 5、将模拟电路接相线一端换相,检查各相的动作断电电流大小,均应符合国家规定。 实验测试结果 电 源 A 相 V KΩ mA B 相 V KΩ mA C 相 V KΩ mA

相电流 模拟电路电阻值 跳闸动作电流 平均电流 四、综合设计实验内容

1、设计一只单相电流型漏电保护器,要求设计出原理电路图,说明各组成部分的作用。 2、如有条件可解剖一只实际单相电流型漏电保护器内部结构,并进行示范性实验测试。

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实验 16

电流互感器各种常见接线方案及用于电流测量、 过 电流保护实验

一、实验目的 1、 了解电流互感器的基本工作原理 2、 掌握电流互感器在三相电路中的各种常见接线方案及用于电流测量,过流保护之用。 3、 了解电流互感器使用注意事项 二、电流互感器基本工作原理和使用注意事项,及常见接线方案。 1、 电流互感器基本工作原理 电流互感器基本工作原理见图一,一次绕组匝数很少,有的电流互感器利用穿过其铁心 的二次电路(如母线)作为一次绕组(相当于匝数为 1) ,而且一次绕组导体相当粗,其 二次绕组匝数很多,导体较细。工作时,一次绕组串接在被测的一次电路中,而二次绕 组则与仪表,继电器等的电流线圈串联,形成一个闭合回路。通常二次绕组的额定电流 一般为 5A。 电流互感器的一次电流 I1 与其二次电流 I2 之间有 F 列关系: I1N1≈N2I2 则 N2/N1=I1/I2,即 I1/I2=Ki。

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其中 N1,N2 分别为电流互感器一、二次绕组的匝数,Ki 为电流互感器的电流比,一般 表示一、二次的额定电流之比,例 Ki=11N/12N 如 100A/5A。 2、 电流互感器在三相电路中的 N 种常见接线方法如图 2 所示 (1) 一相式接线(图 2-a)电流线圈通过的电流,反应一次电路相应的电流。通常用于负 荷平衡的三相电路如低压动力线路中, 供测量电流、 电能或接过负荷保护装置之用。 (2) 两相 V 形接线(图 2-b)也称为两相不完全星形接线。在继电保护装置中,

称为两相两继电器接线。在中性点不接地的三相三线制电路中(如 6~10KV 高压电路中) , 广泛用于测量三相电流、电能及作过电流继电保护之用。由图 3 所示相量图可知,两相 V 形接线的公共线上的电流为 Ia+Ic=-Ib,反应的是未接电流互感器那一相的相电流。

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(3) 三相星形接线(图 2-c)这种接线中的三个电流线圈,正好反应各相的电流,广泛用 在负荷一般不平衡的三相四线制系统如 TN 系统中,也用在负荷可能不平衡的三相 的三相三线制系统中,作三相电流、电能测量及过电流继电保护之用。 3、 电流互感器使用注意事项 (1) 电流互感器在工作时具二次侧不得开路 (2) 电流互感器的二次侧有一端必须接地 (3) 电流互感器在连接时要注意端子的极性 三、用电流互感器作过电流保护实验 1、 用 1 只电流互感器,1 只电流继电器作一相过电流保护实验

按图 3 接好线,KA 设定为 0.15A,调节 U 相大电流输出,当 I2>I 设时,电流继电器动
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作,指示灯亮报警,用于过电流保护 2、 用 3 只电流互感器,3 只电流继电器作三相过电流保护实验。 由学生按图 3 自行设计,自行做实验。

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实验 17

电压互感器各种常见接线方案及用于电压测量、 过 电压保护实验及相对地短路保护

一、实验目的 1、 了解电压互感器的基本工作原理 2、 掌握电压互感器在三相电路中的各种常见接线方法及用于电压测量、过电压保护之用。 3、 了解电压互感器使用注意事项。 二、电压互感器基本工作原理和使用注意事项及常见接线方案。 1、 电压互感器基本工作原理 电压互感器基本工作原理见图 1,它的特点是一次绕组匝数很多,二次绕组匝数较少, 相当于一个降压变压器,电压互感器的一次电压 U1 与其二次电压 U2 之间有 F 列关系

U1/U2≈N1/N2=Ku 式中 N1、N2 为电压互感器一次、二次绕组的匝数,Ku 为电压互感器的电压比,通常 二次电压 U2 一般为 100V , Ku 表示额定一、二次电压比即 Ku=U1N/U2N 例如 10000V/100V。 2、 电压互感器使用时的注意事项 (1) 电压互感器工作时其二次侧不能短路 (2) 电压互感器的二次侧有一端必须接地 (3) 电压互感器在连接时亦应注意其端子的极性 3、 电压互感器在三相电路中有如图 2 所示的几种常见接线方案。

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(1) 一个单相电压互感器的接线(图 2-a)供仪表,电压继电器接于一个线电压; (2) 二个单相电压互感器接成 V/V 形(图 2-b)供仪表、继电器接于三相三线制电路的 各个线电压,广泛用于在工厂变电所的 6~10KV 高压配电装置中。 (3) 三个单相电压互感器接成 Y0/Y0(图 2-c) ,供电给要求线电压的仪表、继电器,并 供给接相电压的绝缘监视电压表,如一次电路发生单相接地时,另两个完好相的相 电压要升高到线电压,一方面要求绝缘监视电压表要接线电压选择,另一方面使电 压继电器动作,发出报警作用。 三、用电压互感器作过电压保护实验 1、 用三只单相变压器(一次电压 380V 或 220V,二次电压为 100V)代替电压互感器作过 电压保护实验。

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按图 3 接好线,KV 设定在 100V; 当调压器输 380V 时,电压互感器二次侧输出大于 100V,则电压继电器 KV 动作,指示 灯亮,发生过电压报警信号; 2、 按图 2-b 接线方案学生自己设计,自己动手做实验; 按图 2-c 接线方案在老师的指导下学生自己设计,设计好后,接好线,由老师检查无误 后做实验。

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实验 18 断路器组成的三级保护实验
一、实验目的 1、 了解工厂三级保护的概念 2、 学会工厂三级保护应用 二、实验原理与内容及步骤 1、 参考三级保护单元电原理图,1DZ 代表整个工厂的总开关,2DZ,3DZ 分别代表甲 乙二个车间总开关,4DZ,5DZ,6DZ 代表甲车间内三个机床电源开关。 2、 参考三级保护单元结构图,当 U、V、W、N 三相四线制引入后,U、V、W 代表三 相电源指示灯亮。当合上总开关 1DZ 后,U、V、W 应有输出,灯 U1 亮。当 U1 与 U1,V1 与 V1,W1 与 W1,N1 与 N1 对接,灯 U1,V1,W1 亮代表车间已有电。 合上 2DZ 开关,U2,V2,W2 有电,灯 U2 亮。当分别 U2 与 U2,V2 与 V2,W2 与 W2,N1 与 N1 对接,灯 U2,V2,W2 亮,代表机床已有电,可以操作了。当合上 4DZ,5DZ,6DZ 开关,代表三个机床正在运行,同时 U3,V3,W3 亮,正常工作。 3、 在 U3,N1 上接上负载,例滑线电阻或可变电阻 2A,250Ω,同时在 V3、N1 和 W3、 N1 接上负载,同时在某一回路例 5Z 回路串入交流电流表,这时负载没有超载,工 作正常。 4、 在 5Z 回路,逐渐减少负载,使电流大于 1A,到 2A,5DZ 便自动跳闸,但 2DZ 不 会跳闸,灯 V3 灭。 5、 在 5Z 回路中负载减少(电阻增大) ,重新合上 5DZ,工作恢复正常,使 3 个回路 4DZ、5DZ、6DZ 同时超载,超过 5A,则 2DZ 跳闸,这时灯 U2 灭,但不会跳闸。

图一

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注:本实验模拟的是负载过电流保护,通过调节电阻来实现用户电路过载,来切断空开起保 护的电路,本实验使用的是正泰 1A 的小型断路器,它的国际标准是: 达到型号的 10 倍或 10 倍以上的瞬间跳闸; 达到型号的 2.55 倍左右跳闸动作时间大约 1 分钟; 达到型号的 1.5 倍左右跳闸动作时间大约 1 小时。

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附录一

三相交流电发生器使用说明

本发生器是可调相位交流电源,产生六路独立的 50HZ 正弦波交流电,其中三路为 电压源,另三路为电流源。用于需改变电压、电流信号的大小和相位的实验。由于其功 率有限,外特性软,不能作为功率电源使用。

本交流电源与市电完全隔离。 其中 5 路的相位能调整,不能调整的那路电压(Uv)的相位是 0 度,相位 调整均以此路为基准。 当需要严格的三相电压源时,将状态开关打向―三相‖,此时 Uv、Vv、Wv 三路的相位分别是 0、120、240 度,不能调整,其电压需人工调整到相同值。 Ui、Vi、Wi 电流相位可独立调整。 将状态开关打向―独立‖时,Vv、Wv 路相位可调整。 每路输出容量 40VA,因由集成电路芯片产生交流电,对输出容量较敏感, 使用时应核对电路阻抗,应将输出严格限制在此容量范围内,否则集成电路芯 片会因发热过度损坏。 要特别注意大电流时,连接线的电阻要消耗大量功率,做 10A 以上电流 的实验时,要用截面积大的粗线或多条导线并联使用,并且尽量缩短线长。 电压调整范围:0-250V,波形不失真电流 0.1A。 电流调整范围:0-30A,输出电压 3V,最大电流可达 20A。 相位调整范围:-90 到 357 度(以 Uv 路为 0 度) 。负值为超前。相位调整 分辨率为 3 度。

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二、使用步骤: 1、拆开电流、 电压输出端的连线,合上实验台下面电源控制处的单相开 关,按启动按钮,启动本发生器。 2、将电压、电流调节旋钮调到最低。 3、检查实验电路接线无误后,才将实验电路连接到本发生器的输出端。 4、做实验。 5、实验完后,将电压、电流调节旋钮调到最低,断开实验电路与本发生 器输出端的连线。 关本发生器电源。

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四、电力自动化实验 实验 19
一、实验目的
1. 2. 了解发电机的工作原理 理解电力系统的基本组成

模拟电力系统组成实验

二、电力系统组成实验简介
简单的电力系统如图 10.1 所示。

发电机 母线 升压变压器

双回输电线路

降压变压器

至用户

图 10.1 简单的电力系统组成图 1) 发电机是由固定部分(定子)和旋转部分(转子)组成,是产生电能的设备。一般情况 下,要由原动机拖动发电机旋转起来,在水电厂是水轮机,火电厂是汽轮机,在 此实验系统中采用电动机拖动; 再给发电机加上励磁, 发电机的电压就建立起来 了。 2) 一般的发电机远离城市和居住区,因此就需要一套输电系统把发电机发出的电 能送到用户中去,但是发电机出口电压通常是 10kV,如果采用这个电等级进行 传输,不仅输电线上的损耗增大,而且需要的导线截面积大,这样会造成巨大的 浪费,因此通常采用高压输电系统进行电能传输。 3) 变电所是变换电压的主要场所,通常分升压变电所和降压变电所。变电所主要 设备是变压器, 通常情况下在发电机的出口需要升压变压器将电压升高, 进行高 压输电,而在负荷中心需要将电压降低供给用户。 4) 为了使电力系统运行更加灵活,需要在系统中装设断路器,在正常情

况下进行投切,在故障情况下与继电保护配合排除故障。

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三、实验内容
简单的电力系统组成实验图如下

A

V
A

KDL1

KDL2

N K2

K1

MK

KDL3

KDL4

图 10.2 实验步骤为: 1. 起动发电机

模拟电力系统组成实验接线图

a) 合上开关 k1,电动机起动并拖着发电机转起来,观察发电机端口的电压表的 读数。 b) 合上灭磁开关 MK, 发电机电压建立起来, 观察发电机端口的电压表的读数。 2. 高压输电 合上断路器 KDL1、KDL2、KDL3、KDL4,指示灯亮,进行双回高压输电。 3. 用户(电灯泡) 合上开关 k2,电灯亮起来了,进行用电消费。 4. 观察整个电力系统 由发电机发出电能,经变压器将电压升高进行高压输电,到负荷中心经变压器将电 压降低到用户需要的电压等级,用户可以用电。 电力系统是由发电、变电、输电和用户组成的系统

四、 思考题
1. 为什么发电机已开始转动,而电压表没有读数?只有合上灭磁开关时,电压表才有 读数? 2. 该系统中的发电机和变压器组成的接线方式是什么接线?

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实验动作说明: 1. 首先把所有的开关打到关的位置 2. 输入 L、N 接 220V AC。 3. CT 电流互感器接交流电流表(选择好合适的量程) 。 4. PT 电压互感器接交流电压表(选择好合适的量程) 。 5. 确定接线无误后进行通电实验。 6. 合上 K1 发电机灯亮,表示发电机投入运行。 7. 合上 MK,变压器灯 TB1 亮,表示一路变压器投入运行,同时电压表有 显示。 8. 合上 KDL3,DL3 灯亮,合 KDL1,DL1 灯亮;合上 KDL2,DL2 灯亮, 同时 KM1 吸合,TB2 变压器灯亮,表示二路变压器投入。 9. 合上 KDL4,DL4 灯亮 10. 合上 KDL5,DL5 灯亮,同时 KM2 吸合。 ,整个系统已组成。 11. 合上 K2,已加负载<灯亮>,同时电流有显示,整个实验完毕,切断电源; 12. 所有的开关打到关的位置方可从头开始实验。

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实验 20
一、实验目的
2. 3. 3.

模拟电力系统并联与短路实验

掌握发电机与系统并联的基本条件 了解电力系统短路基本概念。 熟悉电力系统短路产生原因、短路类型及危害。

二、模拟电力系统短路实验简介
1. 发电机与系统并联 为了使电力系统安全可靠运行,将系统互联形成大型电力系统,这就需要将许多发 电机并联运行,发电机并联运行必须满足并联运行的条件,即电压的幅值、相位、频率 都相等。 2.模拟电力系统短路实验原理接线图如下

发电机

系统

图 11.2

模拟电力系统短路实验原理接线图

要求电力系统正常地不间断地对用电负荷供电,以保证工厂生产和生活的正常进行。 但是由于各种原因,也难免出现故障,而使系统的正常运行遭到破坏,系统中最常见的短路 故障。 1. 短路就是指不同电位的导电部分之间的低阻性短接。 2. 造成短路的主要原因,是电气设备载流部分的绝缘损坏。这种损坏可能是 a)由于设备长期运行,绝缘自然老化或由于设备本身不合格、绝缘强度不够而被正常 电压击穿,或设备绝缘正常而被过电压(包括雷电过电压)击穿,或者是设备绝缘受到外力损 伤而造成短路。 b)工作人员由于末遵守安全操作规程而发生误操作,可能造成短路。 c) 鸟兽跨越在裸露的相线之间或相线与接地物体之间, 或者咬坏设备导线电缆的绝缘, 也是导致短路的一个原因。

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3. 短路的后果,短路电流比正常电流大得多,可达到正常电流的几十倍甚至上百倍, 如此大的短路电流可对供电系统产生极大的危害,即: a)短路时要产生很大的电动力和很高的温度,而使故障元件和短路电路中的其他元件 损坏。 b)短路时电压要骤降,严重影响电气设备的正常运行。 c)短路可造成停电, 而且越靠近电源, 停电范围越大, 给国民经济造成的损失也越大, d)严重的短路要影响电力系统运行的稳定性,可使并列运行的发电机组失去同步,造 成系统解列。 e)短路电流产生较强的交变磁场,对附近的通信线路、电子设备等产生干扰,影响其 正常运行,甚至使之发生误动作。 由此可见, 短路的后果是十分严重的, 因此必须尽力设法消除可能引起短路的一切因素。 4. 短路的的类型

在三相系统中,常见类型有三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路. 其中三相短路,属于对称性短路,其它形式的短路,属于非对称短路, 在电力系统 中,发生单相短路的可能性最大,而发生三相短路的可能性最小。但一般三相 短路的短路电流最大, 造成的危害也最严重, 而对小接地系统的单相接地短路故障可运 行 1-2 小时。

三、实验内容
1. 发电机与系统并联 A N K1 MK K2 KDL3 KDL1 KDL2 V A 1 3 DL1 DL3 DL4 DL2 2 系统

DL5

图 11.1 实验步骤为:

模拟电力系统并联实验接线图

a. 起动模拟发电机,合上开关 k1,电动机起动并拖着发电机转起来。合上灭磁开关 MK,发电机电压建立起来。 b. 合开关 K2 启动系统,合开关 KDL1 、KDL2 系统经两回输电线路送至母线 3。
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c. 合上开关 KDL3,发电机进行自动调节,直至并联条件满足时,断路器 DL3 合闸,此 时发电机与系统并联运行。 2.模拟电力系统短路实验接线图如下 A N K1 MK KDL3 KDL1 dk1 dk2 dk3 KDL2 K2 V A 1 DL3 DL4 DL5 3 DL1 DL2 2 系统

图 11.2 实验步骤为:

模拟电力系统短路实验接线图

5. 起动模拟发电机,建立简单的模拟电力系统,方法同实验 1 6. 模拟电力系统单相短路故障,合上开关 DK1,观察电压表、电流表的读数,并与正 常情况进行比较。 7. 模拟电力系统两相短路故障,合上开关 DK2,观察电压表、电流表的读数,并正常 情况、单相短路故障进行比较。 8. 模拟电力系统三相短路故障,合上开关 DK3,观察电压表、电流表的读数,并对正 常情况、单相短路故障、两相短路故障进行比较。

四、注意事项
做短路实验时要尽可能的快。

五、思考题
1. 并联运行的三个条件是什么? 2. 电力系统短路故障与过载有何区别? 3. 从电流表上读到的读数短路电流的什么量? 4.比较三种短路电流,哪种最大?

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实验动作说明: 1. 首先把所有的开关打到关的位置。 2. 输入 L、N 接电压 220V AC。 3. CT 接交流电流表,选择好合适的量程。 4. PT 接交流电压表,选择好合适的量程 5. 确定接线无误后进行通电实验。 6. 合上 K1, ,发电机灯亮,发电机投入运行。 7. 合上 MK,变压器灯亮<TB>,变压器投入运行,同时电压表有显示。 8. 合上 K2 系统灯亮<表示系统正常>。 9. 合上 KDL1, DL1、 DL2 灯亮, (表示第一路输电线投入) , 电流表有显示。 10. 合上 KDL2, DL1′、DL2′灯亮,表示第二路输电线已投入。 11. 合上 KDL3,经延时 5 秒后,DL3 灯亮,表示第一路与第二路已并联。 12. DK1 合上,观察电流表电流值增大。 13. DK2 合上,观察电流表电流值再次增大。 14. 当 DK3 合上时,表示短路电流越来越大,在 0.4-1 秒之内动作跳闸,自 动切断短路,电流表显示应为零,DL1、DL2、DL1′、DL2′、DL3 灯灭 保护。 16. 实验完毕,K1 即打到关的位置切断电源。把所有的开关打到关的位置方 可从头实验。

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实验 21 模拟变压器的低电压启动的过电流实验
一、实验目的
1. 2. 3. 弄清变压器过电流保护范围 熟悉变压器过电流、低电压启动的过电流保护接线方式 掌握变压器低电压启动的过电流保护原理

二、变压器的电流和电压实验简介
变压器过电流保护的原理接线图如下所示。

1DL + LH LJ + SJ BT + XJ

信号

+

ZJ

-

2DL 图 12.1 变压器过电流保护的原理接线图

PT 1DL + + LJ CT I U< + SJ _ _ BT + XJ ZJ

2DL

图 12.2 变压器的低电压起动的过电流保护原理接线图
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为了反应变压器外部故障及内部故障引起的绕组过电流 ,以及在变压器内部故障时,作 为差动保护及瓦斯保护的后备保护, 变压器应装设过电流保护。 根据变压器容量和系统短路 电流水平的不同,实现保护的方式有:过电流保护、低电压起动的过电流保护等。 1.变压器过电流保护 保护装置的单相原理接线图如图 12.1 所示,其工作原理如前面

所讲的定时限过电流保护相同。保护动作后,应跳开变压器两侧的断路器。 保护装置的的动作电流的确定原则与线路保护相同,按躲开变压器可能出现的最大负 荷电流来确定,对于降压变压器,应考路电动机字起动时的最大电流,一次侧的动作电流按 下式计算:

I dz1 ?

K K K zq Kf

I eb

式中:KK---可靠系数,对 DL 型继电器取 1.2, 对 GL 型继电器取 1.3 Kf---返回系数,对 DL 型继电器取 0.85, 对 GL 型继电器取 0.80 Kzq—自起动时所引起的过负荷倍数,也称自起动系数,其值根据计算、 实验或实际运行来确定 Ieb-变压器的一次额定电流。 继电器的动作电流按下式计算。

I dz . j ?

K ix I dz n LH

保护装置动作时限的选取以及灵敏系数的校验, 与前面线路的定时限过电保护相同。 2 低压起动的过电流保护 保护装置的原理接线图如图 12.2 所示, 只有当电流元件与电 压元件同时动作后, 才能起动时间继电器, 经过预定的延时后, 起动出口继电器动作与跳闸。 低电压元件的作用是保证在上述一台变压器突然切除或电动机自起动时不动作,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, 而按大于变压器的额定电流来整 定,即

I dzj ?

KK I eb Kf

低电压元件的起动值应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, 电动机自起动的过程中, 它必须返回。 根据经验, 通常采用下式计算: Udz=0.7Ue.B 式中:Ue.B--变压器的一次额定电压
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对于低电压元件灵敏度系数的校验,应为 Klm=Udz/Udmax>1.2 式中:Udmax –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。

三、实验内容

_ + LJ A V 1DL + SJ _ 2DL + XJ

+

ZJ _

可调变阻器

图 12.3 模拟变压器过电流保护的实验接线图

_ + U< A V 1DL N LJ A + SJ _ 2DL + XJ

+

ZJ _

可调变阻器

图 12.4 模拟变压器低电压起动的过电流保护的实验接线图 实验步骤为: 1. 模拟变压器过电流保护实验 实验接线如图 12.3 所示 1)按公式计算继电器的动作电流 Idzj 2)整定电流继电器和时间继电器的动作值。

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3)调节可调变阻器,模拟变压器的外部故障, 注意开始一定放在电阻最大位置,逐渐 减少电阻,记录保护装置的动作值,并观察动作情况。 4)改变整定计算中各系数的值进行计算,再整定电流继电器的动作值,再调节滑线变 阻器的阻值,观察动作情况, 并将实验数据填入表中。 表 1 模拟变压器过电流保护装置的动作值 整定计算值 实测动作电流 实测动作时间

2. 模拟低压起动的过电流保护实验 实验接线如图 12.4 所示 1)按公式计算继电器的动作电流 Idzj、动作电压 Udzj 2)整定电流继电器、低电压继电器和时间继电器的动作值。 3)调节可调变阻器,模拟变压器的外部故障, 注意开始一定放在电阻最大位置,逐渐 减少电阻,记录保护装置的动作值,并观察动作情况。 4)改变电流继电器、低电压继电器的整定值,观察动作情况, 记录参数,并将实验数 据填入表中。 表2 整定计算值 Idzj Udzj 模拟变压器低压起动的过电流保护装置的动作值 实测动作电流 实测动作电压 实测动作时间

四、思考题
1. 变压器过电流保护及低压起动的过电流保护装置主要用在什么地方? 2. 实验测得变压器过电流保护及低压起动的过电流保护动作值是否相同?,为什么? 3. 变压器过电流保护及低压起动的过电流保护装置的保护范围是否一致?

实验动作说明:
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1. 把所有的开关打到关的位置。 2. 输入 L、N 接电压 220V AC。 3. 模拟面板上 A、X 即电压互感器原边,正常情况可测 220v 电压。a、x 即 电压互感器付边,根据需要可通过电位器可调 0-100v,在 a、x 端可以并 一只电压表。 4. 模拟面板上有 A 符号的位置串一只电流表,打到合适档位,在接继电器 位置上, 接一只电流继电器 (连接电流继电器线圈) , 动作电流可设定 IdzJ。 常开触点接到中间继电器的位置上即可。 5. 模拟面板上虚线可调电阻符号上,按一只 100Ω/500W 电阻箱,实验前一 定要调到最大值 100Ω。 6. 所有的接线检查无误进行实验。 7. 可调电压,先逆时针打到最小,合上 K,发电机灯亮表示发电机已投入 运行。然后手动把电压互感器根据实验需求,顺时针慢慢调到 0-100V。 8. KDL1 合上,DL1 灯亮,TB 灯亮表示投入运行。 KDL2 合上,DL2 灯亮,把可调电阻 R 逐渐减小,当电流表显示电流 I 实> Idzj,过流继电器 LJ 动作,常开触点闭合,即跳闸.DL1、TB、DL2 灯灭, 起到保护作用。 11. 实验完毕,所有的开关打到关的位置,可调电阻调到原来位置 100Ω,按 顺序从头开始。

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实验 22 模拟变压器的差动保护实验
一、实验目的
1. 2. 3. 弄清变压器差动保护范围 熟悉变压器差动保护接线方式 掌握变压器差动保护原理

二、变压器的差动保护实验简介
变压器差动保护的原理接线图如图 13.1 所示。

1DL + LH1 I2‘ BT I2‖ DCD + XJ

信号

+

ZJ

-

2DL

图 13.1 变压器差动保护的原理接线图 变压器差动保护的保护范围是变压器两侧的电流互感器安装地点之间的区域, 可以 保护变压器绕组、套管及引出线上的相间短路。 由纵差动保护的原理接线图可知,它的保护原理与其它差动保护相同。但是由于变 压器在结构和运行上的一些特殊性,比如,变压器各侧电流的大小及相位不同,空载合闸时 在电源侧出现励磁涌流等,使它在没有故障时出现较大的不平衡电流,因此,必须设法减小 和躲过不平衡电流,才能在变压器上成功地应用差动保护。 整定计算: (DCD-2 差动保护) 1)确定基本侧 选取变压器各侧电流互感器二次回路额定电流较大的一侧为基本

侧,当变压器为单电源供电时,也可选电源侧为基本侧。 2)基本侧的一次动作电流 a. 躲开变压器空载合闸时和外部故障切除后电压恢复时出现励磁涌流。根据
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经验,动作电流为 Idz.1=KkIe.B 式中 Kk---可靠系数,取 1.0-1.3,初步计算时取 1.3 Ie.B---变压器基本侧额定电流 b. 躲开变压器外部短路时的最大不平衡电流 Idz.1=KkIbp.max 式中 Kk---可靠系数,取 1.3, Ibp.max---外部短路时的最大不平衡电流 根据变压器差动保护的特点,双绕组变压器差动回路的最大不平衡电流归算到一次 侧可按下式计算 Ibp.max=(Ktx*10%+ΔU+Δfza)I”(3)d.max 式中 Ktx ---电流互感器的同时系数,取 1 10%---电流互感器容许的最大相对误差 ΔU---由于变压器调压引起的相对误差,一般采用调压范围的一半 I”(3)d.max ---外部短路时,流过电流互感器一次侧的最大次暂态短路电流电流 Δfza ---继电器平衡线圈实际整定匝数与计算匝数不等而产生的相对误差, Δfza=(Wph.js-Wph.zd)/(Wph.js+Wcd.zd) c. 考虑电流互感器二次回路断线时保护装置不应误动作 ,则应躲开变压器正 常运行时的最大工作电流 Idz.1=KkIg.max 式中 Kk---可靠系数,取 1.3, Ig.max---正常运行时,变压器的最大工作电流,若不能确定时可取额定值。 根据上述 3 个条件的计算结果,,选取其中最大者作为整定值。 3)基本侧继电器动作电流 Idz.j=KjxIdz.1/nLH 式中 Kjx---电流互感器接线系数,星星接线时取 1,三角形时取 3 , nLH---电流互感器变比. 4)基本侧的线圈匝数 Wjs.jb Wjs.jb=AW0/Idz.j

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式中

AW0---继电器的动作安匝数,采用实测值,如不知其值,可取额定值 60 安匝

按继电器的线圈实有抽头,选一较 Wjs.jb 小而接近动的数值作为此侧的实际安匝数(Wzd.jb), Wzd.jb= Wph1.zd+Wcd.zd ,差动线圈的整定值 Wcd.zd 选用较 Wjs.jb 小而接近动的数值,平衡线圈的

整定值 Wph1.js = Wzd.jb -Wcd.zd 5)非基本侧的平衡线圈匝数 Wph2.zd 根据磁势平衡原理,双绕组变压器按下式计算 Wph2.zd=(Ie.2.jb/Ie.2.fjb)Wzd.jb-Wcd.zd 式中 Ie.2.jb ---基本侧电流互感器二次回路额定电流 Ie.2.fjb ---非基本侧电流互感器二次回路额定电流 6)短路线圈的抽头 对于中小型变压器,一般选取较多的匝数,如抽头―C-C‖或―D-D‖, 对于大容量变压器,一般选取较少的匝数,如抽头―B-B‖或―C-C‖ 7)灵敏度校验 为了简便起见,建议将各侧短路电流总和归算到基本侧,按下式计算 Klm=I(2)d.min/Idz.1≥2 式中 I(2)d.min 为最小运行方式下,变压器差动保护的保护范围内发生两相短路时的

最小短路电流(归算到基本侧)。

三、实验内容
模拟变压器差动保护的实验接线图如图 13.2 所示。

+ BCH DCD 1 6 3 A V A 1DL N _ XJ

_ +

+

ZJ _ 2DL

可调电阻器 图 13.2 模拟变压器差动保护的实验接线图

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实验步骤为: 1. 按上述方法和理论计算有关参数整定值。 2. 按实验接线图接线。 3. 按计算有关参数整定值,设定有关继电器的参数(变压器一次侧互感器变比取 1)。 4. 调节可调电阻器,模拟变压器内部绕组短路故障, 注意开始一定放在电阻最大位置, 逐渐减少电阻,记录保护装置的动作值,并观察动作情况。 5. 改变整定计算中有关参数进行计算,再整定继电器的动作值,再调节滑线变阻器的 阻值,观察动作情况, 并将实验数据填入表中。 表 1 模拟变压器的差动保护实验测试 基本侧 计算值 Idz.1 Idz.j 实测值 Wcd.zd Wph1.zd Wph2.zd

四、思考题
1. 变压器纵差动保护主要保护变压器哪里? 2. 若改为三绕组变压器,实验接线怎么变? 3. 平衡线圈、短路线圈的作用是什么?

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实验动作说明: 1. 实验前把所有的开关打到关的位置。 2. 输入 L、N 接 220VC。 3. A、x 即电压互感器输入端(可测量到 220v) 。 4. a、 x 即电压互感器输出端 (并一只电压表, 显示 10v 左右) 。 5. 模拟面板上接继电器(9.7.1)对应接到 DCD-2 差动继电器 上的(9.7.1) ,常开触点对应接到 ZJ1 或 ZJ2 即可。对应 9 与 9 脚之间串一只电流表。 6. 模拟面板上的虚线可调电阻符号,接 100Ω/500W 可调电阻 箱。按顺时针一定要调到最大值 100Ω。 7. 合上 K 发电机灯亮,表示发电机投入运行。 8. 1DL 合上,1DL 灯亮,TB 亮表示变压器投入。 9. 2DL 合上,2DL 灯亮,同时差动继已接通。 10. dk 合上,调电阻箱上手轮逆时针逐渐减小,查看电流表上 变化, 一般在 2.8-3.2A 左右跳闸保护, 1DL、 TB、 2DL 灯灭, 电流显示为零。实验完毕,关断 K,可调电阻调到原来位置 100Ω,所有开关也打到初始状态关方可从头开始。

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实验 23
一、实验目的
1. 2. 3.

模拟配电网自动化实验

了解配电网自动化的基本概念 熟悉馈线自动化的的接线方式 掌握馈线自动化中的故障地位、隔离与非故障区恢复供电

二、配电网自动化简介
配电网自动化系统使一种可以使配电企业在远方以实时方式监视、 协调和操作配电设备 的自动化系统。配电网自动化包括变电站自动化和馈线自动化两部分。 馈线自动化就是监视馈线的远方运行方式,当故障发生后,及时准确的确定故障区段, 迅速隔离故障区段并恢复健全区供电的馈线自动化。 如图 14.1 所示是环形馈线自动化接线图,由重合器和分段器组成。图中 A、B 为来自 两个不同电源的母线,C、D 为重合器,E、F、G、H 是分段器,其中 G 是联络开关,正常 运行时断开。 A C 1 E 2 G 3 H 4 F 5 D B

图 14.1 环形(手拉手环形)馈线接线图 重合器是一种自具控制及保护功能的开关设备, 它能按预定的开断和重合顺序自动进行 开断和重合操作,并在其后自动复位或闭锁。 分段器是一种与电源侧前级开关配合,在失压或无电流的情况下自动分闸的开关设备。 当发生永久性故障时, 分段器在预定次数的分合操作后闭锁于分闸状态, 从而达到隔离故障 线路区段的目的。 分段器采用电压--时间型分段器,它是凭借加压、失压的时间长短来控制其动作的,失 压后分闸,加压后合闸成闭锁。 电压--时间型分段器有两个重要参数需要整定;其一为 x 时限,它是指从分段器电源侧 加压至该分段合闸的时延;另一个参数为 y 时限,它又称为故障检测时间,它的含义是:若 分段器合闸后在未超过 y 时限的时间内又失压, 则该分段器分闸并被闭锁在分闸状态, 待下 一次再得电时也不再自动重合。 电压--时间型分段器一般有两套功能。一套是面向处于常闭状态的分段开关的;另一套 是应用于处于常开状态的联络开关。 这两套功能可以通过一个操作手柄切换。 安装于处于常
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闭状态的分段开关处的分段器应当设置在第一套功能。 安装于处于常开状态的联络开关处的 分段器应当设置在第二套功能。 安装于联络开关处的分段器需对两侧的电压均进行检测, 当 检测到任何一侧失压时起动 XL 计数器, 在经过 XL 时限(相当于 X 时限)规定的时间后, 使Y 接点闭合,从而令分段器合闸,同时起动 Y 计数器,若在计满 Y 时限规定的时间以内,该 分段器的同一侧又失压, 则该分段器分闸并被闭锁在分闸状态, 待十一次再得电时也不再自 动重合。

三、实验内容
模拟环形结构开环运行的接线图如图 14.2 所示 A

A C 1 k k1

E 2 k2 dk

G 3 k5

H 4 k4

F 5 k3

D

B

N

k‘

图 14.2

模拟手拉手环形馈线自动化接线图

实验时重合器 C、 D 整定为一慢一快, 即第一次重合时间为 15S, 第二次重合时间为 5S。 E、F、H、L 采用电压一时间型分段器,并且设置在第一套功能,它们的 X 时限均整定为 7s,y 时限均整定为 5s;G 亦采用电压一时间型分段器,但设置在第二套功能,其 XL 时限 均整定为 45s,y 时限均整定为 5s。 实验步骤为: 1. 正常运行,依次合上开关 k、k‘、k1、k2、k3、k4,指示等灯亮,在开关 G 处分断, 观察分段运行情况。 2. 合上开关 dK ,在 2 区模拟短路故障。 3. 观察馈线自动化中故障的判断与隔离(指示灯变化):

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A C 1 k

E 2

G 3

H 4

F 5

D

B

dk A C 1 k E 2 dk G 3 H 4 F 5 D B

A C 1 k

E 2 dk

G 3

H 4

F 5

D

B

A C 1 k

E 2 dk

G 3

H 4

F 5

D

B

A C 1 k

E 2 dk

G 3

H 4

F 5

D

B

在 2 区发生永久性故障后,重合器 C 跳闸,导致联络开关左侧线路失压,造成分段 器 E 分闸,并起动分段器 G 的 XL 计数器;事故跳闸 15s 后,重合器 C 第一次重合,又 经过 7s 的 X 时限后,分段器 E 自动合闸,此时由于 2 区存在永久性故障,再次导致重 合器 C 跳闸,从而线路失压,造成分段器 E 均分闸,由于分段器 E 合闸后未达到 y 时 限(5s)就又失压,该分段器将被闭锁;又经过 5S,重合器 C 进行第二次重合,由于分段 器 E 因闭锁保持分闸状态,将电供至 1 区段;自动的将故障定位并进行隔离。 3. 观察馈线自动化中故障的隔离与恢复(指示灯变化): A C E G
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H

F

D

B

1 k

2 dk

3

4

5

A C 1 k

E 2 dk

G 3

H 4

F 5

D

B

A C 1 k

E 2 dk

G 3

H 4

F 5

D

B

A C 1 k

E 2 dk

G 3

H 4

F 5

D

B

在重合器 A 第一次跳闸后,经过 45s 的 XL 时限后,分段器 G 自动合闸,此时由于 2 段存在永久性故障,导致联络开关右侧的线路的重合器 D 跳闸,从而右侧线路失压, 造成其上所有分段器均分闸,由于分段器 G 合闸后未达到 y 时限(5s)就又失压,该分段 器将被闭锁;联络开关以及右侧的分段器和重合器又依顺序合闸, 而分段器 G 因闭锁保 持分闸状态,从而隔离了故障 2 区段,恢复了健全区段供电。 4. 手动操作各开关实现故障的定位、隔离与恢复。 操作顺序同 3。

四、思考题
1.若将本实验改为辐射性网络如何进行? 2.若故障在 3 区,如何实现馈线自动化(手动进行)? 3.能否画出故障区段隔离过程图?

实验动作说明:
99

1. 试验前把所有的开关打到关的位置. 2. 输入 L、N 接 220VAC 要准确. 一、配电网自动化(一)动作时序: 3. 合上 K、K3、K4、K5,TB1、D、F、H、G 灯全部亮。 4. 断开 K5,G 灭。然后合上 dk 过 20 秒后(动作时间可设)G 亮,经 8 秒 延时后,D、F、G、H 全灭。 5. 即合上 K5,经 8 秒后,TB1、D、F、H、G 全部亮。试验完毕,所有的 开关打到初始状态关的位置。重新实验,必须切断输入 L、N 再合上。 二、配电网自动化(二)动作时序: 6. 合上 K′、K1、K2、TB2、C、E 灯亮。 7. 合上 dk,C、E 灯灭。 8. 延时 8 秒后,C、E 亮,稍后 8 秒 C、E 同时灭。 9. 延时后 C 亮。 试验完毕,切断所有开关。重新实验,必须切断输入 L、N 再合上。

100

实验 24
一、实验目的
1. 2.

模拟发电机输出功率的调节实验

了解发电机输出功率的调节特性 熟悉发电机输出有功功率和无功功率的调节方法

二、发电机输出功率的调节实验简介
发电机是由固定部分(定子)和旋转部分(转子)组成,在原动机拖动下,发电机旋转起 来,加上励磁后电压就建立起来了。当发电机不输出有功功率时,原动机输入的功率正好补 偿各种损耗,没有多余的功率可转化为电磁功率,此时,θ=0, Pem=0;当增加原动机的输 入功率 P1,使输入转矩增加,于是就出现剩余功率使转子瞬时加速,引起转子 d 轴和励磁 磁势开始超前于气隙磁通密度, 相应地使励磁电动势超前与电网电压以 θ 角, 根据功角特性 发电机将向电网输出一定的有功功率, P2=Pem=m*E0*U*sinθ/Xt 由此 可见,要增加发电机的输出有功功率,必须增加原动机输入功率,使功角增大。 在原动机输入有功功率保持不变的情况下,调节励磁电流时, 其无功功率将改变。 经 推导,隐极同步发电机的无功计算公式如下: 通过分析,当原动机功率不变时 ,当励磁电流等于―正常励磁‖,无功功率为零,电流最 小,无论增大或减小励磁电流,都是无功功率和定子电流变大而功率因数降低。过励使功率因 数滞后,发电机向电网输出滞后无功功率 , 而欠励则使功率因数超前 , 发电机向电网输出超 前无功功率(即从电网吸取滞后无功功率)。在保持电网电压和发电机输出有功功率不变的情 况下, 定子电流与励磁电流之间的关系曲线呈―V‖形,称同步发电机的 V 形曲线.

三、实验内容
模拟发电机输出功率的调节实验接线如图 15.1 所示。 电流表 电压表 有功功率表 功率因数表

101

系统 A N K1 MK 调节 P 图 15.1 实验步骤为: 1. 先合上开关 K1、KM、K2,起动发电机及系统。 2. 合上开关 KDL3,使发电机与系统并联运行。 3. 调节发电机的有功功率时,由左向右依次调节有功功率开关,改变发电机输出的有 功功率,记录有关数据,并填如表格中。 4. 调节发电机的无功功率时,由左向右依次调节无功功率开关,改变发电机输出的无 功功率,记录有关数据电压表读数、电流表读数、功率因数、有功表读数,计算无 功功率大小,并填如表格中。 5. (如果单机调试, 则不需要实验步骤 2,按实验步骤 3、4 进行。 ) 表1 电压表读数 1 2 3 4 表2 电压表读数 1 2 3 4 发电机输出的无功功率测试 功率因数 有功表读数 无功功率 发电机输出的有功功率测试 电流表读数 有功表读数 功率因数 KDL3 调节 Q 模拟发电机输出功率的调节接线图 k2 DL3

电流表读数

四、注意事项
102

1. 2.

在发电机有功输出较小或为零时,进行并联合闸操作。 在调节发电机有功、无功功率输出时,尽量快一些。

五、思考题
1. 调节发电机输出的有功时,单机运行与并网运行有何区别? 2. 增大无功功率,定子电流是增大还是减小?为什么?

103

实验动作说明:
1. 在试验前把所有开关打到关的位置。 2. 以下是模拟面板上的接线及操作说明。 3. 输入 L、N 接 220VAC 要准确。 4. CT 接功率表上的电流 I 插孔位置。 5. PT 接功率表上的电压 U 插孔位置。 6. 接线要准确, 模拟盘上的电压、 电流红橡胶帽对应功率表上的红橡胶帽, 因功率表有一个同名端。 7. 试验前功率表电压打到 500V 档,电流先打到 0.4A 档。当要合 Q4 时打 到 4A 档。 8. 合上 K1,发电机、变压器灯亮,表示都投入运行。 9. 合上 K2,系统灯亮,延时后并网灯亮,表示已并网。 10. SJ 吸合后就有功率显示,当 P1~P3 逐个合上功率就逐渐增大。 11. 断开 P1~P3 时,显示初始功率。 12. 当合上 Q1~Q3 时,cosΦ 角度逐步超前显示。 13. 把功率表上电流档打到 4A 档时,合上 Q4 cosΦ 角显示最大。

*附言:一次实验完毕,即关断 K1 及其它开关,防止做功电阻时间长过热, 损坏其它元件。

104

实验 25
一、实验目的
1. 2. 3.

模拟发电机过电压保护实验

了解发电机过电压保护使用场合 弄清发电机过电压保护机理 掌握发电机过电压保护的接线方式

二、发电机过电压保护实验简介
发电机过电压保护的原理接线图如图所示。由于三相对称,故只用一个过电压继电器, 发生过电压时, 经一定的延时跳开发电机断路器和自动灭磁开关。

DL 信号 + U> + SJ _ PT _ + XJ ZJ + MK

图 16.1 发电机过电压保护的原理接线图 发电机满载运行的励磁电流是较空载时高,故当机组减载时, 励磁电流也需相对的减小. 这种控制方式,在正常情况下 ,是由机组的电压控制系统自动调节 .但是如果控制系统发生问 题,或者在发电机突然甩负荷, 由于转速的升高和电枢反应的消失而引起定子绕组的过电压, 使发电机处于过电压运转的情况。因此在水轮发电机和 20 万千瓦及以上的大型汽轮发电机 上,一般都装设过电压保护。 整定值应根据定子绕组的绝缘情况决定,对水轮机发电机,一般取动作电压为 (1.5-1.7)Uf.u ,动作时限为 0.5 秒。 对汽轮机发电机, 其动作电压和时限随机组承受过电压能力 的不同而各异,。

105

三、实验内容
发电机过电压保护的实验接线图如图 16.1 所示.

+ U> V + SJ _ + XJ

+ MK ZJ _

A

TY

N 图 16.2 模拟发电机过电压保护的实验接线图 实验步骤为: 1. 按实验接线图接好线。 2. 整定电压继电器和时间继电器的动作参数。 3. 旋转调压器 TY 开关(模拟发电机电压变化), 以调节发电机端电压的大小, 观察保 护装置的动作情况并记录有关参数。 表 1 发电机过电压保护实验数据记录表 整定电压 1 2 3 5 整定时间 实测电压

四、思考题
1. 发电机过电压保护的作用? 2. 发电机的端电压与哪些量有关? 3. 实验时可否将电压互感器接在断路器外的母线上
106

实验动作说明:
1. 把发电机开关 DL1 开关打到关的位置。 2. 输入 L、N 接 220V AC。 3. A、x 即电压互感器的输入端,可测量电压为 220v。 4. a、x 即电压互感器的输出端,根据实验需要,可通过电位器 0-60v 可调,同时并只交流电压表及电压继电器。继电器的常开触点接到 ZJ1 位置上。 5. 合上 K1,发电机灯亮,表示发电机已投入。 6. 合上 DL1,DL1 灯亮,表示电压互感器输入有电压(220v 左右) 。 7. 手动调节电位器,从零逐步顺时针调(看电压表)到超过电压继电器 的设定电压后,常开触点吸合,KM 动作跳闸,DL1 灭,电压显示为 零伏过电压起到保护作用。 8. 实验完毕,把 K1、DL1 开关打到关位置调压器打零方可从新开始。

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