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

1、RJBZ-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 前 言本实验指导书根据中国电力系统教学大纲的要求编写。在编写过程中得到了浙江省电力培训中心大力支持，派出了有丰富实践经验的专业高级工程师，配合相应技术领域著名教授，参考电力行业标准，结合发电、输变电教学课程和教学大纲的相关要求，根据订购合同具体要求编写。本实验指导书主要特点如下：（1） 涵盖的电力设备种类较多，有发电机组，110kv微机线路保护实训柜，10KV微机厂用变保护实训柜，10KV微机电容器保护实训柜，10KV微机线路保护实训柜以及负载柜和计量柜等。（2） 实现

2、的实训项目和功能十分丰富，不仅每种微机保护实训柜实训项目比较丰富，而且还有监控软件应用试验以及数据库创建试验，对培养学生工程意识和创新意识以及创新能力十分有利，使毕业生走上工作岗位便能较快适应工作坏境。（3） 实验指导书不仅有较详细的实验步骤，在必要的实训项目上加上工作原理简述，并有实验表格，最后根据有关教学大纲和教学课程的相关要求增加了思考题，以加深学生对专业课的理解。目录前 言2一、继电器特性实验5实验1 电流继电器和电压继电器特性实验5实验2 JSS48A-S时间继电器特性实验11实验3 中间继电器特性实验14实验4 信号继电器特性实验17实验5 DCD2差动继电器实验20实验6 方向阻

3、抗继电器实验24实验7 三相一次重合闸装置实验29实验8 冲击继电器实验34实验9 闪光继电器实验37二、继电保护实验40实验10 线路的定时限过电流保护实验40实验11 线路的反时限过电流保护实验44实验12 低电压闭锁电流速断保护实验51实验13 单侧电源辐射式输电线路三段式电流保护实验55实验14 装设跳跃闭锁继电器的断路器控制回路实验61实验15 “用前加速”和“后加速”方法提高继电保护性能的实验64三、低压电器与工厂供配电实验66实验16 接触器动作值的检验和触头联锁关系实验66实验17 单相及三相漏电保护电路原理及测试实验69实验18 电流互感器各种常见接线方案及用于电流测量、过电

4、流保护实验72实验19 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76实验20 断路器组成的三级保护实验79附录一 三相交流电发生器使用说明81四、电力自动化实验83实验21 模拟电力系统组成实验83实验22 模拟电力系统并联与短路实验86实验23 模拟变压器的低电压启动的过电流实验90实验24 模拟变压器的差动保护实验95实验25 模拟配电网自动化实验100实验26 模拟发电机输出功率的调节实验105实验27 模拟发电机过电压保护实验109一、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

5、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

6、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1.56A。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

7、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）。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：每一整定值的误差不大于±6%。继电器刻度极限误差不大于6%。动作值的离散度（变差）不大于6%

8、。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。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KreUreUop1，其值

9、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KreUreUop1，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。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 电流继电器特性实验原理图实验步骤如下：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

10、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动作值返回值线圈串联123平均值误 差整定值 变 差返回系数线圈并联123平均值误 差整定值 变 差返回系数四、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。图1-4 电压继电器特性实验原理图实验步骤如下：1. 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

11、0V。2. 检查线路正确后，合上电源开关；3. 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. 计算整定值的误差、变差及返回系数；7. 结果填入表1-2中 表1-2 动作值，返回值测试 动作值 返回值 1 2 3 平均值 误差整定值 变差返回系数五、电压继电器动作时间测试实验实验原理如图1-5所示。图1-5 电压继电器动作时间测试实验原理图实

12、验步骤如下：1. 按图1-5接线，调节三相交流电发生器为0V，整定继电器动作值。2. 检查线路正确后，合上电源开关。3. 打开电秒表电源开关，工作选择开关置“连续”。4. 调整三相交流电发生器，使输出电压匀速升高，约超过继电器动作值1.21.5倍。5. 合上空气开关（QS2），电秒表显示的时间即为动作时间。记下该值，然后复位。6. 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123平均值T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

13、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.实验2 JSS48A-S时间继电器特性实验一、实验目的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

14、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

15、技术参数:(l)额定工作电压：AC220V，50HZ；(2)延时控制精度：0.5%；(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。

16、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；4.计算动作时间误差。表2.1 时间继电器动作时间测试整定值123平均误差变差T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

17、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！实验3 中间继电器特性实验一、实验目的1.熟悉常用中间继电器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

18、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

19、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DC110。(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

20、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

21、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.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。实验4 信号继电器特性实验一、实验目的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

22、。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。)

23、(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。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H

24、D1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

25、种继电器的返回关系.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。实验5 DCD2差动继电器实验一、实验目的1.了解DCD2差动继电器结构及各线圈作用2.掌握继电器各线圈间极

26、性检查方法及继电器的动作安匝测定方法。3.了解直流分量对继电器动作特性的影响。二、实验原理DCD2继电器由一个执行元件（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。两个平衡线圈和，右侧铁芯柱上绕有与执行元件相连接的二次线圈，短路线圈的两部分和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，

27、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DCD-2差动继电器的内部原理接线图图7-4

28、 DCD-2差动继电器的内部原理接线图三、预习要求：1.DCD2差动继电器结构，各线圈作用。2.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图7-2差动继电器动作安匝测定实验原理图QF：空气开关 HL1：信号灯三相交流电发生器 交流电源 实验线路如图7-2所示。按图7-2接好接线图，通过三相交流电发生器输出电流值，改变差动线圈匝数，当匝数为20、16、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201610.动作电流(A)计算动作安匝2. 差动线圈与平衡线圈极性检查

29、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，通过三相交流电发生器输出电流值，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161284.3.动作电流(A)计算动作安匝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1683动作电流(A)计算动作安匝c.把所得结果记录于表格中，并比较a，b项

30、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。五、实验报告要求：1.列表记录各项测定数据。并计算结果加以分析，画出曲线。2.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、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？实验6 方向阻抗继电器实验一、实验目的1. 观察方向阻抗继电器的结构。2. 掌握方向阻抗继电器的整定方法及精工电流、记忆回

31、路的整定方法。3. 掌握方向阻抗继电器的静态特性和特性测量方法，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21、22，和23、24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27、33、29为继电器中电压变换器YB的原方线圈端子，用于引入电压,，如5、6端子接电压，则7端子接电压。端子28、

32、30、32为继电器中JJ极化继电器的两对节点（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2-20。三、实验内容图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），将阻抗继电器端子22、23短接，然后在24、21接入三相交流电发生器Ui电流输出端；再在阻抗继电器端子27、33接入三相交流电发生器Uv电压输出端，然后将阻抗继电器端子36、34短接，在三相交流电发生器通电输出之前将Ui电流输出端、Uv电压输出端的相位都调为00（注：三相交流电发生器使用见附录）3.根据拟好的线路图（图18-2）接线，检查线路是否正