电力系统继电保护实验

1、电力系统继电保护实验实验项目 : 电流继电器特性实验 功率方向继电器特性实验时 间 : 四川大学教学周第8周星期一晚上学 院 : 电气信息学院专 业 : 电气工程及其自动化 班 级 : 电气工程及其自动化109班 学 号 : 1143092012 姓 名 : 陈宝平 手 机 ：实验一 电流继电器特性实验实验内容一、实验目的1、了解继电器的結构及工作原理。2、掌握继电器的调试方法。二、构造原理及用途 继电器由电磁铁、线圈、Z型舌片、弹簧、动触点、静触点、整定把手、刻度盘、轴承、限制螺杆等组成。 继电器动作的原理：当继电器线圈中的电流增加到一定值时，该电流产生的电磁力矩能

2、够克服弹簧反作用力矩和摩擦力矩，使Z型舌片沿顺时针方向转动，动静接点接通，继电器动作。当线圈的电流中断或减小到一定值时，弹簧的反作用力矩使继电器返回。 利用连接片可将继电器的线圈串联或并联，再加上改变调整把手的位置可使其动作值的调整范围变更四倍。 继电器的内部接线图如下：图一为动合触点，图二为动断触点，图三为一动合一动断触点。 电流继电器用于发电机、变压器、线路及电动机等的过负荷和短路保护装置。三、实验步骤 1. 外部检查 检查外壳与底座间的接合应牢固、紧密；外罩应完好，继电器端子接线应牢固可靠。2. 内部和机械部分的检查（1）检查转轴纵向和横向的活动范围。（2）检查刻度盘把手固定可靠性（3）

3、检查继电器的螺旋弹簧（4）检查接点 3具体实验步骤实验接线图如下： （1）将继电器线圈串联，并将整定把手放在某一整定值上，调压器的手柄放在电压的最小位置。 （2）合上电源开关，调节调压器的输出电压（调节可变电阻），慢慢地增加继电器电流，直至继电器动作，停止调节，记下此时的电流数值，即为继电器的动作电流Iact,再重复二次，将其值填入表1-1，求其平均值。 （3）继电器动作后，均匀地减小调压器的输出电压直至继电器的常开接点刚刚打开，记下这时的返回电流Iret，重复二次将其值填入表1-1，求其平均值。根据动作电流和返回电流算出返回系数Kret：Kret=Iret/Iact 。 （4）调整电流继电器

4、的动作值，重复上述试验。 （5）将继电器线圈改为并联接法，按上述步骤重新进行检验。数据处理与误差分析一、数据处理为了方便在matlab 中对实验原始数据的使用与处理，将实验原始数据写在Excel 表中，然后在matlab 中载入实验数据，并进行相关处理。1. 实验原始数据与matlab处理结果（1）实验数据表1-1 电流继电器实验数据记录表继电器刻度(A)线圈连接方式动作电流(A)返回电流(A)返回系数一次二次三次平均一次二次三次平均2.5串联2.32.42.32.332.02.12.12.070.88574串联43.94.14.003.63.43.63.530.88335串联5555.004

5、.34.34.34.300.86004并联8888.007.07.17.17.070.8833（2）返回系数Kret的折线图从返回系数的折线图，可以发现不同电流整定值下电流继电器的返回系数均在0.860.90之间，线圈连接方式对返回系数没有影响。事实上，线圈的串并联是可以等值的，线圈连接方式不同是有利于动作电流的调节设定。2. 实验特性曲线与拟合曲线为了能更准确地求出电流继电器的返回系数，采用线性拟合的方法。（1）拟合直线 Iret=0.88137 Iact - 0.018301由于存在误差，Iret与 Iact并没有满足Iret=KretIact的理论关系（2）返回系数Kret基于算术均值的

6、方法Kret0.8781基于线性拟合的方法Kret0.8814二、误差分析1.动作电流的误差分析 动作电流的误差率定义为=Iact-IsetIset×100%（1）动作电流的误差率表1-2 动作电流的误差率继电器刻度(A)线圈连接方式动作电流的误差率一次二次三次平均2.5串联-8.0%-4.0%-8.0%-6.7%4串联0-2.5%2.5%05串联00004并联0000（2）动作电流的误差曲线从动作电流的误差曲线，可以发现随着动作电流整定值的增大误差率有减小的趋势，并且最终都趋向于0。这个现象可以这样解释：当动作电流整定值比较小时，电流继电器Z型舌片的动作受到摩擦转矩Mf的影响较小，

7、而随着动作电流的增大，摩擦转矩Mf的影响越来越小。（可近似认为摩擦转矩Mf为一个常数）。2.基于回归模型的误差分析为了检验基于拟合方法所求的回归系数的可靠性，建立线性回归模型进行分析。(1)回归系数分析表2-1 回归系数及其置信区间序号回归系数向量bb的置信区间1-0.0183(-0.4154, 0.3788)20.8814(0.8058, 0.9569)(2)残差分析表2-2 残差及其置信区间序号残差残差的置信区间10.0284(-0.2151 , 0.2719)20.0261(-0.3275 , 0.3798)3-0.0886(-0.1002 , -0.0770)40.0340(-0.06

8、46 , 0.1325)表2-3 统计量统计量R2FP统计值0.999925170(3)残差图从表2-3中，可以知道 相关系数R21.0，可见Iret与 Iact的线性相关性极强，因此可以认为基于线性拟合的方法是合理的。而从残差图，可以看出残差基本稳定在0值上下。实验总结通过这次实验，我对电流继电器的工作原理有了比较深刻的认识，这是对理论课的一种补充和实践。在实验的过程中，我也锻炼了动手操作的能力。希望以后能有更多的机会可以进行动手实验，以利于对理论知识的感性认识。 附录附录一 MATLAB程序function relay()labdata=xlsread('C:Userstoshib

9、aDesktoplabdata.xlsx','sheet1','a1:g4')Iacts1=mean(labdata(1,2:4);Iacts2=mean(labdata(2,2:4);Iacts3=mean(labdata(3,2:4);Iactp=mean(labdata(4,2:4);Irets1=mean(labdata(1,5:7);Irets2=mean(labdata(2,5:7);Irets3=mean(labdata(3,5:7);Iretp=mean(labdata(4,5:7);Iact=Iacts1 Iacts2 Iacts3 I

10、actpIret=Irets1 Irets2 Irets3 IretpKret=Iret./Iact Iset=labdata(:,1);error=(labdata(:,2:4)-Iset Iset Iset)./Iset Iset Iset%error=percent(error) Iset=Iset'error_average=(Iact-Iset)./Iset%error_average=percent(error_average) figure(1)num=Iset;plot(num,error_average,'r',num,error(:,1),'

11、b',num,error(:,2),'k',num,error(:,3),'g');title('动作电流的误差曲线');xlabel('动作电流的整定值Iset/A');ylabel('动作电流实测值的误差率');%legend('平均误差','第一次实验','第二次实验','第三次实验'); hold onplot(num,error_average,'ro',num,error(:,1),'b*',num,

12、error(:,2),'k*',num,error(:,3),'g*');legend('平均误差散点与连线图','第一次实验散点图与连线图','第三次实验散点图与连线图','第三次实验散点图与连线图'); figure(2)plot(num,Kret,'b*',num,Kret,'b');title('电路继电器的返回系数')xlabel('整定值Iset/A');ylabel('返回系数'); figure(3)a=

13、 polyfit(Iact,Iret,1); %1次函数拟合yfit=poly2str(a,'Iact')b=polyval(a,Iact); r= sum(Iret-b).2)/4plot(Iact,Iret,'or',Iact,Iret,'r',Iact,b,'b');title('Iret=f(Iact)曲线');xlabel('动作电流Iact/A');ylabel('返回电流Iret/A');legend('实验散点图','实验特性曲线',&

14、#39;线性拟合'); figure(4) %回归分析x=Iact'x=ones(4,1) x;y=Iret'b bint r rint stats=regress(y,x,0.05)rcoplot(r,rint);附录二 技术数据1. DL-30系列电流继电器的返回系数不应低于0.85。2.通入继电器的电流为整定值的1.2倍时，动作时间不大于0.15s；3倍时动作时间不大于0.03s。3.电压不大于250V及电流不大于2A时，在世界上间常数不超过5×10³s直流有感负荷回路中，触点的遮断容量为50W，在交流回路中为250VA。4.电部分对外壳能承受

15、50Hz交流电压2000V、历时1分钟的耐压试验。实验二 LG10系列功率方向继电器特性实验一、实验目的 1. 了解继电器的原理及构造（采用整流式原理，嵌入式结构） 2. 掌握继电器的检验方法（主要部分）3. 掌握移相器和相位表的使用方法二、结构原理继电器的原理接线图如下： 继电器采用整流式原理比较电流电压综合量的绝对值，当继电器加入电流Ij与电压Uj以后，首先经过电压形成回路，该回路分成电流及电压回路两部分。1、 电流回路电流Ij通过DKB的一次绕组W1，在其两个二次绕组W2、W3上得到相等同的电压Ud=KiIj，KiIj超前Ij的相位角为，此可以用DKB的W4绕组回路电阻R1和R2来调节，

16、的余角为，称之为继电器的内角，LG-11型继电器的内角有两个数值，一个是30°、另一个是45°。2、电压回路LG-11型继电器的电压Uj加到中间变压器YB，YB的一次绕组设有抽头，另外还有一附加绕组，改变 YB的6、7、8 三个抽头位置，加入或减去9、10小绕组可以对谐振回路进行调整。YB的一次侧有一电容C1，C1与YB一次绕组构成对50Hz的串联谐振回路主要作用有二个：其一是经谐振回路在电感上取得电压，使电压移相90°，其二是在保护安装处正方向三相短路时，依靠谐振回路的记忆作用使继电器能可靠动作，从而消除了死区。谐振回路谐振时，UC和UL分别为电容器C1和绕组电

17、感上的电压，故在YB一次绕组上的电压 UL比Uj超前90°，通过YB后把UL转化为二次电压U2=KUL，K是一实数，故U2=KuUj，Ku是综合考虑了Uj与UL大小的比例关系、考虑了UL超前Uj为90°的相移关系，又考虑了YB一次、二次绕组间的变比。所以Ku是一个复数的比例常数。3、 比较电压综合量的绝对值原理（1）动作区 j=90º- 时 j= -90º-时 j=-时根据上图所标的正方向，加到整流桥V1的电压为KiIj+KuUj，经整流后为|KiIj+KuUj|，此量能驱使执行元件动作称为动作量。加到整流桥V2上的电压为KiIj-KuUj，经整流后为|

18、KiIj-KuUj|，此量能制动执行元件称为制动量。这两个量送入回路比较，如果：|KiIj+KuUj|>|KiIj-KuUj|，则继电器动作|KiIj+KuUj|<|KiIj-KuUj|，则继电器不动作|KiIj+KuUj|=|KiIj-KuUj|，则继电器处于动作边界 对于LG-11继电器，DKB的二次绕组W4接R1，=45º，接R2，=30º。从图中可知直线AB就是LG-11型继电器的动作边界线。当j=，继电器动作量|KiIj+KuUj|达到最大值，制动量|KiIj-KuUj|达到最小值，此时继电器处于最灵敏状。当j=90º- 和(-90º

19、;-)时，继电器处于临界动作状态，AB线右边为继电器动作区，左边为非动作区。如果继电器内角为30º，则-120ºj60º为动作。（2）比较回路 比较回路采用环流式比较回路，执行元件采用JH_1Y极化继电器，由整流桥V1和V2的直流侧引到执行元件，该回路中的电阻R5、R6和C2、C3、C4均做滤波用，C3与执行元件JJ并联，以进一步滤掉JJ线圈中的交流分量，防止继电器动作时出现抖动现象，极化继电器触点上并联有电容与电阻串联的消弧回路以增加触点的断弧能力。三、实验步骤及调试方法1、按以下实验接线图接好线路2、 电流潜动和电压潜动的检查，要求电流和电压均无潜动 潜动现象

20、：LG-11功率方向继电器与感应型功率方向继电器一样也存在电流潜动和电压潜动，这是由于比较回路里各元件参数不对称。致使在继电器上只加电流或只加电压时，执行元件JJ线圈上的电压出现，为了消除电压潜动可调整电阻Rp2，用Rp1作电流潜动调整，经反复调整可完全消除电流及电压潜动。3、动作区和最大灵敏角检查在额定电流及额定电压下，用移相器改变电流和电压之间的相角，读出动作边界的两个角度1和2，如图一或图二所示，按下式求最大灵敏角：m=(1+2)/21、2加在继电器端子上的电流和电压之间的相角，电流滞后电压时，角度为正值，电流超前电压时，角度为负值。对于LG-11型继电器，当连接片HP接到-45

21、6;位置时，要求m=-45°±5°,当HP改接到-30°位置时，要求m=30°±5°。4、动作电压检查在灵敏角及额定电流下，测量继电器的动作电压，要求动作电压不大于2v，返回系数不小于0.45，如发现动作电压过大，则应检查谐振回路电感线圈，有无短路匝存在，在正常情况下，在电压回路加100v电压时，电感线圈上电压UL应达到80v90v，如发现返回系数过小，则应检查潜动是否调好，以及极化继电器的动作电流及返回电流。5、记忆特性检查 在灵敏角下突然加0.5倍额定电流和10倍额定电流，电压自100v突然降到零，继电器应可靠动作。做此

22、项检验，模拟突然短路，因电流大，故需折除相位表，为能做到10倍的额定电流，可采用升流器来调节电流，可以减轻调压器负担。四、数据处理与误差分析1.功率方向继电器的测试结果（1）=30° 时（2）=45° 时（3）任意故障类型下功率方向继电器的测试2.实验原始数据与matlab处理结果（1）实验数据12m=(1+2)/230°-118.48°58.12°-30.18°45°-127.5°42.89°-42.3°（2）灵敏角的误差定义灵敏角的误差率为=m-setset×100%setallo

23、w30°-30°±16.7%0.6%45°-45°±11.1%-6.0%从表格数据，可以知道该型功率方向继电器灵敏角的误差率是很小的，完全在可允许的范围内。六、实验总结通过实验，加深了我对功率方向继电器工作原理的认识，同时对灵敏角的概念有了更清晰的认识。除了锻炼了动手能力，让我印象最深的是灵敏角的测定，实验前以为需要自己操作测量仪器来测定，结果先进的计算机继电保护软件非常方便快捷地测出了灵敏角度，并且以图示化结果显示出来。这也让我知道了脱离实验的学习是无法真正彻底地学好。七、附录附录一 MATLAB程序function relay2()anglem=-30.18 -42.3;angleset=-30 -45;m=(anglem-angleset)./anglesetmpermit=5 5./anglesetplot(angleset,m,'ob',an