电力系统继电保护原理实验

1、电力系统继电保护原理实验指导书任丽苗王思华编写自动化学院2008年 10月前言继电保护是一门理论和实践并重的学科。 为更好地掌握及了解继电保护的工 作原理及动作性能， 既需要运用所学的理论知识对系统故障情况和保护动作性能 进行分析，还需要对各种继电保护的动作原理及性能进行实验。本实验指导书在03年编写的TKDZB-1型电力自动化及继电保护装置实验 指导书基础上，整理了专业教研室的教师们利用 TKDZB-1型电力自动化及继电 保护实验装置所做的一些实验及相关资料，并总结近几年学生做实验的实际情 况，改编而成的。TKDZB-1型电力自动化及继电保护实验装置是一套能够对继电保护系统中 各种继电器和多

2、种保护电路进行试验的装置， 利用此装置能够掌握各种常规继电 器、特殊继电器以及由它们所组成的各种保护电路、 信号回路的结构、 工作原理、 电气特性、动作过程。另外，利用 TKDZB-1型电力自动化及继电保护实验装置, 同学们还可以自行设计模拟一些较复杂的保护线路。通过利用TKDZB-1型电力自动化及继电保护实验装置对学生进行实验训练，不但可以加深他们对继电保护工作原理的理解， 提高同学们的实践能力， 同时还为创新能力的培养提供了条件。第一章 实验的基本要求和安全操作规程1-1 实验的基本要求实验课的目的在于培养学生掌握基本的实验方法与操作技能。 培养学生学会 根据实验目的， 实验内容及实验设备

3、拟定实验线路， 选择所需仪表， 确定实验步 骤，测取所需数据，进行分析研究，得出必要结论，从而完成实验报告。在整个 实验过程中， 必须集中精力， 及时认真做好实验。 现按实验过程提出下列基本要 求。一、实验前的准备实验前应复习课本有关章节，认真研读实验指导书 , 了解实验目的、 项目、 方法与步骤，明确实验过程中应注意的问题 （ 有些内容可到实验室对照实验预习， 如熟悉组件的编号，使用及其规定值等 ） ，并按照实验项目准备记录抄表等。实验前应写好预习报告 , 经指导教师检查认为确实作好了实验前的准备，方 可开始作实验。认真作好实验前的准备工作， 对于培养同学独立工作能力， 提高实验质量和 保护

4、实验设备都是很重要的。二、实验的进行1、建立小组，合理分工每次实验都以小组为单位进行，每组由23人组成，实验进行中的接线、调 节负载、 保持电压或电流、 记录数据等工作每人应有明确的分工， 以保证实验操 作协调，记录数据准确可靠。2 、选择组件和仪表 实验前先熟悉该次实验所用的组件，选择仪表量程，然后依次排列组件和 仪表便于测取数据。3、按图接线 根据实验线路图及所选组件、仪表、按图接线，线路力求简单明了，按接线原则是先接串联主回路， 再接并联支路。 为查找线路方便， 每路可用相同颜色 的导线或插头。4、开启电源，观察电源指示在正式实验开始之前， 先熟悉电源仪表指示。 然后按交直流电源操作说明

5、规 范启动电源，观察所有仪表是否正常 (如 3个指示仪表是否一致、是否超满量程 等) 。如果出现异常，应立即切断电源，并排除故障；如果一切正常，即可正式 开始实验。5、完成实验内容预习时对每次实验的试验方法、 步骤及所需测数据的大小作到心中有数。 正 式实验时 , 根据实验步骤逐次测取数据。6、认真负责，实验有始有终实验完毕， 须将数据交指导教师审阅。 经指导教师认可后， 才允许拆线并把 实验所用的组件、导线及仪器等物品整理好。三、实验报告实验报告是根据实测数据和在实验中观察和发现的问题， 经过自己分析研究 或分析讨论后写出的心得体会。实验报告要简明扼要、字迹清楚、图表整洁、结论明确。 实验报

6、告包括以下内容：1) 实验名称、专业班级、学号、姓名、实验日期。2) 列出实验中所用组件的名称及编号。3) 列出实验项目并绘出实验时所用的线路图，并注明仪表量程，电阻器 阻值等。4) 数据的整理和计算5) 按记录及计算的数据用坐标纸画出曲线，图纸尺寸不小于8cmK 8cm曲线要用曲线尺或曲线板连成光滑曲线 ,不在曲线上的点仍按实际数据标出。6) 根据数据和曲线进行计算和分析，说明实验结果与理论是否符合，可 对某些问题提出一些自己的见解并最后写出结论。 实验报告应写在一定规格的报 告纸上，保持整洁。7) 每次实验每人独立完成一份报告，按时送交指导教师批阅。1-2 TKDZB-1 型实验装置电源操

7、作规程为了确保实验时人身安全，TKDZB-1型实验装置全部采用封闭挂件的形式， 为了确保实验设备安全， 在实验过程中要做到： 1)接线或拆线都必须在切断电源 的情况下进行； 2) 学生独立完成接线或改接线路后必须同组同学再认真理一遍 接线电路后方可接通电源。 实验中如发生事故， 应立即切断电源， 经查清问题和 妥善处理故障后， 才能继续进行实验。 而所有的电源操作必须严格按照下述电源 操作规程操作。 说明：实验中开启及关闭交流或直流电源均在控制屏上操作一、开启三相交流电源的步骤为：1）开启电源前，要检查控制屏下面“直流操作电源”的“可调电压输出” 开关（右下角）及“固定电压输出”开关（左下角）

8、都须在“关”断的位置。控 制屏左侧面上安装的三相自耦调压器必须调在零位， 即必须将调节手柄沿逆时针 方向旋转到底。2）无误后开启“电源总开关” ，“停止”按钮指示灯亮，表示实验装置的进 线已接通电源， 但还不能输出电压。 此时在电源输出端进行实验电路接线操作是 安全的。3）按下“启动” 按钮，“启动” 按钮指示灯亮， 只要调节自耦调压器的手柄， 在输出口 U、V、W处可得到0450V的线电压输出，并可由控制屏上方的三只交 流电压表指示。当屏上的“电压指示切换”开关拨向“三相电网输入电压”时， 三只电压表指示三相电网进线的线电压值；当“指示切换”开关拨向“三相调压 输出电压”时，三表指示三相调压

9、输出之值。4）实验中如果需要改接线路，必须按下“停止”按钮以切断交流电源，保 证实验操作的安全。实验完毕，须将自耦调压器回到零位，将“直流操作电源” 的两个电源开关置于“关”断位置，最后关断“电源总开关” 。二、开启单相交流电源的步骤为：1）开启电源前，检查控制屏下面“单相自耦调压器”电源开关须在“关” 位置，调压器必须调至零位。2）打开“电源总开关”，按下“启动”按钮，并将“单相自耦调压器”开关 拨到“开”位置，通过手动调节，在输出口 a、 x 两端，可获得所需的单相交流 电压。3）实验中如果需要改接线路，必须将开关拨到“关”位置，保证操作安全。 实验完毕，将调压器旋钮调回到零位，并把“直流

10、操作电源”的开关拨回“关” 位置，最后，还需关断“电源总开关” 。三、开启直流操作电源的步骤为：1）在交流电源启动后， 接通“固定直流电压输出” 开关，可获得 220V、 1.5A不可调的直流电压输出。接通“可调直流电压输出”开关，可获得40220V3A 可调节的直流电压输出。固定电压及可调电压值可由可控制屏下方中间的直 流电压表指示。当将该表下方的“电压指示切换”开关拨向“可调电压”时，指 示可调电源电压的输出值；当将它拨向“固定电压”时，指示固定电源电压的输 出值。2）“可调直流电源” 是采用脉宽调制型开关稳压电源， 输入端接有滤波用的 大电容，为了不使过大的充电电流损坏电源电路， 采用了

11、限流延时保护电路。 所 以本电源在开机时，约需有 34 秒钟的延时后，方进入正常的输出。3）可调直流稳压输出设有过压和过流保护告警指示电路。当输出电压调得 过高时（超过240V）,会自动切断电路，使输出为零，并告警指示。只有将电压 调低（约240V以下），并按“过压复位”按钮后，方能自动恢复正常输出。当负 载电流过大（即负载电阻过小），超过3A时，也会自动切断电路，并告警指示， 此时若要恢复输出，只要调小负载电流（即调大负载电阻）即可。有时候在开机 时出现过流告警， 这说明在开机时负载电流太大， 需要降低负载电流。 若在空载 下开机，发生过流告警， 这是由于气温或湿度明显变化， 造成光电耦合器

12、 TIL117 漏电使过流保护起控点改变所致， 一般经过空载开机 （即开启交流电源后， 再开 启“可调直流电源”开关）预热几十分钟，即可停止告警，恢复正常。第二章 基础实验实验一 继电器特性实验一、实验目的1、熟悉DL型电流继电器和DS-20型时间继电器的实际结构、 工作原理、基 本特性。2、掌握动作电流值、时限整定和试验调整方法。二、原理说明1、电流继电器DL-20C 系列电流继电器用于反映发电机、变压器及输电线路短路和过负荷 的继电保护装置中。过电流继电器：当电流升高至整定值时， 继电器立即动作， 其常开触点闭合， 常闭触点断开。继电器的铭牌刻度值是按电流继电器两线圈串联， 电压继电器两线

13、圈并联时 标注的指示值等于整定值； 若上述二继电器两线圈分别作并联和串联时， 则整定 值为指示值的 2 倍。2、时间继电器DS 系列时间继电器用于各种继电保护和自动控制线路中，使被控制元件按 时限控制原则进行动作。DS-20系列时间继电器是带有延时机构的吸入式电磁继电器，其中 DS-21 DS-24是内附热稳定限流电阻型时间继电器（线圈适于短时工作） ,DS-21/C DS-24/C是外附热稳定限流电阻型时间继电器（线圈适于长时工作）。DS-2528 是交流时间继电器。该继电器具有一付瞬时转换触点，一付滑动主触点和一付终止主触点。当加电压于线圈两端时， 衔铁克服塔形弹簧的反作用力被吸入， 瞬时

14、常开触 点闭合，常闭触点断开，同时延时机构开始启动，先闭合滑动常开主触点，再延 时后闭合终止常开主触点， 从而得到所需延时， 当线圈断电时， 在塔形弹簧作用 下，使衔铁和延时机构立刻返回原位。从电压加于线圈的瞬间起到延时闭合常开主触点上， 这段时间就是继电器的延时时间，可通过整定螺钉来移动静接点位置进行调整，并由螺钉下的指针在刻 度盘上指示要设定的时限。三、实验设备序号设备名称使用仪器名称数量1ZB11DL 24C/6电流继电器12ZB13DS-23时间继电器13ZB35交流电流表14ZB36交流电压表15ZB43800 Q可调电阻16ZB03数字电秒表注117ZB31直流电压、电流表各18D

15、ZB01 1单相自耦调压器1变流器1触点通断指示灯1单相交流电源1可调电阻Ri 6.3 Q /10A19DZB01可调直流操作电源1四、实验内容及步骤1、电流继电器整定点的动作值、返回值及返回系数测试注2电流继电器特性测试实验接线图如图1-1所示。（1）电流继电器的动作电流和返回电流测试a、选择ZB11继电器组件中的DL-24C/6型电流继电器，确定动作值并进行 初步整定。选2.4A和4.8A为实验整定值。b、根据整定值要求对继电器线圈确定接线方式（串联或并联）本实验整定 值2.4A采用是串联的接线方式，4.8A采用并联的接线方式。c、按图1-1接线，检查无误后，调节自耦调压器及变阻器，增大输

16、出电流， 使继电器动作。读取能使继电器动作的最小电流值，即使常开触点由断开变成闭 合的最小电流，记入表1-1 ;动作电流用I dj表示。继电器动作后，反向调节自耦调压器及变阻器降低输出电流，使触点开始返注1:只要将数字电秒表的I、山端连接到一起，数字电秒表即开始计时；一旦将H端与I、山端连到一起 即停止计时。注2 :接线时，分支点可通过将连接线的端子进行重叠来得到。回至原来位置时的最大电流称为返回电流，用Ifj表示，记录下来并计算返回系数；继电器的返回系数是返回电流与动作电流的比值，用Kf表示。过电流继电器的返回系数在0.85-0.9之间变流器自耦调压器交流220V继电器实验原理接线图表1-1

17、电流继电器实验结果记录表整定电流1 (安)2.4A继电 器两 线圈 的接 线方 式选 择 为：4.8A继电 器两 线圈 的接 线方 式选 择 为：测试序号123123实测起动电流I dj (A)实测返回电流Idj(A)返回系数K(求每叔实测起 动电流与整定 电流的误差%2、时间继电器特性测试选用ZB13挂箱的DS-23型时间继电器，整定范围(2.5S10S),实验原理接线 如图1-2所示。(1)动作电压U测试按图1-2接线，将可变电阻R置于输出电压最小位置，合上 S1和S,调节 可变电阻R使输出电压由最小位置慢慢地升高到时间继电器的衔铁完全吸入为 止，可变电阻R保持不变，断开开关 S然后迅速合

18、上开关 S,以冲击方式使继 电器动作，如不能动作，再调整可变电阻 R,增大输出电压，用冲击方式使继电器衔铁瞬时完全被吸入的最低冲击电压即为继电器的最低动作电压U，断开S,将动作电压Ud填入表1-2内。U应不大于70%U（154V）。（2）返回电压U的测试合上S, S2加大电压至额定值220V,然后渐渐的调节可变电阻 R降低输出 电压，使电压降低到触点开启即继电器的衔铁返回到原来位置的最高电压，即为U，断开开关S，将U填入表1-2内。应使U不低于0.05倍额定电压（11V）0若动作电压过高，则检查返回弹簧力量是否过强，衔铁在黄铜套管内摩擦是 否过大，衔铁是否生锈或有污垢，线圈是否有匝间短路现象。

19、S1型0 10SF；门Q450V0二450V直流220VS2S2数字电秒表图21-2时间继电器实验接线测试实验接线图若返回电压过低，检查摩擦是否过大，返回弹簧力量是否过弱。（3）动作时间测定按图1-2接好线后，将继电器定时标度放在较小刻度上。合上开关S, S2,调节可变电阻器R,使加在继电器上的电压为额定电压 Ud。断开S2,合上电秒表 工作电源开关，并将电秒表复位，然后投入 S2,使继电器与电秒表同时起动，继 电器动作后经一定时限，触点（5-6）闭合，将电秒表控制端“I”和“U”短 接，秒表停止记数，此时电秒表所指示的时间就是继电器的延时时间，把测得数据填入表1-2中，每一整定时间刻度应测定

20、三次，取三次平均值作为该刻度的动 作值。然后将定时标度分别置于中间刻度 5S、7.5S及最大刻度10S上，按上述方 法各重复三次，求平均值。表1-2时间继电器实验记录特性试验记录动作电压V为额定电压的%返回电压V为额定电压的%整定时间t（秒）2.5S5S7.5S10S第一次测试结果第二次测试结果第三次测试结果平均值五、思考题1、在电流继电器特性测试实验中，对于线圈串联形式，能不能在电路中只 接入一个线圈来实现？试分析原因。2、时间继电器共有几中类型接点？分别在什么情况下有动作？3、时间继电器面上有两排（左右并列）整定按钮，分别起什么作用？实验二线路过电流保护实验、实验目的1、掌握过电流保护的电

21、路原理，深入认识继电保护、自动装置的二次原理 接线和展开接线图。2、学会识别本实验中继电保护实际设备与原理接线图和展开线图接的对应 关系，为以后各项实验打下良好的基础。3、进行实际接线操作，掌握过流保护的整定调试和动作试验方法。二、实验原理过电流保护是反映系统中出现过负荷所采用的保护，作为电流速断和限时电流速断的后备保护，以下通过动作值、时限整定和灵敏度校验分别说明。1、过电流保护的动作电流整定，从下面几个方面考虑：a、 只有在被保护线路过电流时它才起动，在最大负荷电流lioadmax时保护装 置的电流继电器不应动作。即：Ik I load maxb、当外部短路时，如本线路过电流继电器已起动，

22、但由于下一线路上保护的时限短而首先动作，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上的最大负荷电流。K k综合考虑上述因素，过电流保护按照右式整定：Is/ K Zq I load max式Kf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。2、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阶梯原则整定， 具体是从用户到电 源的各保护装置的动作时限逐级增长一

23、个t o(2)K k min L-III-set3、过电流保护的灵敏度校验，校验算式如右：过电流保护均能可靠动作,a、为了保证被保护线路全长范围内发生短路时，选择被保护线路末端作为线路过电流保护的灵敏度校验点， 应用本线路末端发生 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动作时也能可靠动作，起到相邻元件后备保护的作用，故选择相邻元件末端作为后备保护室的灵敏度检验点，用相邻线路末端短路时，流过保护的最小短路电流计算灵敏度系数，根据规程

24、要求，这个灵敏度系数应大于1.2。原理接线包含交流接线和直流两部分，交流回路中用电阻来模拟线路阻抗，代表线路；直流回路为保护动作的逻辑控制回路。三、实验设备序号设备名称使用仪器名称数量1ZB11DL-24C/6电流继电器1只DZB-12B出口中间继电器1只2ZB12DS-22时间继电器1只DXM-2A信信号继电器1只3ZB01断路器触点及控制回路模拟箱1只4ZB03数字电秒表及开关组件1只5ZB05光字牌组件1只6ZB31直流数字电压、电流表各1只7ZB35存储式智能真有效值交流电流1只8DZB01-1变流器1只复归按钮1只可调变阻器R1 12.6 Q 5A1只交流电流1路单相自耦调压器1只9

25、DZB01直流操作电源1路四、实验内容及步骤1、 完成过电流保护整定值计算（本实验设最大工作电流为3A,动作时限2.5S），选择合适的电流继电器和时间继电器，填入表 2-1中。2、分别对电流继电器和时间继电器进行元件整定测试。3、按图2-1过电流保护实验接线图进行接线，将单相调压器，变流器，时 限电阻，交流电流表等连接组成电流形成回路， 将电流输出端接入电流继电器的线圈220VK直漩撫ft电源过电戒傑护探沪出口疑主断 跻荐分闸过电凉保护纺権惜号規电器柑示佶号融越胳复归 回路帆n rrIT图2-1过电流保护实验原理接线图4、检查上述接线和设备，确定无误后，根据实验原理说明加入电流，进行保护动作试

26、验，并认真观察动作过程，做好记录（表2-1），深入理解各个继电器在该保护电路中的作用和动作次序。表2-1线路过电流保护实验记录表序号代号型号规格整定范围实验整 定值或 额定工 作值线圈接法过电流时的工作状态用途1LJ2SJ3XJ4BCJ5GP6R五、思考题根据实验中各元件动作过程，简述过电流保护的动作顺序实验三三相一次自动重合闸实验一、实验目的1 熟悉三相一次自动重合闸装置的结构及原理2 理解三相一次重合闸装置各部分功能及特性，掌握去实验操作级调整方 法。、实验原理DH-3型三相一次自动重合闸装置用输电线路上实现三相一次自动重合闸它是重要的保护设备。装置由一只 DS.22时间继电器（作为时间元

27、件）、一只电码继电器（作为中间元件）及一些电阻、电容元件组成，装置内部接线如图3-2所示。图3-1 DH-3型三相一次自动重合闸装置内部接线图装置内部的元件及其主要功能如下:1. 时间元件SJ:该元件由DS.22时间继电器构成，其延时调整范围为12.5S，用以调整从重合闸装置起动到接通断路器合闸线圈实现断路器重合的延 时，时间元件有一对延时常开触点和一对延时滑动触点及两对瞬时切换触点。2. 中间元件ZJ:该元件由电码继电器构成，是装置的出口元件，用以接通断 路器的合闸线圈继电器线圈由两个绕组组成：电压绕组ZJ(V),用于中间元件的 起动；电流绕组ZJ(I)，用于在中间元件起动后使衔铁继续保持在合闸位置。3. 电容器C:用于保证装置只动作一次。4. 充电电阻4R用于限制充电器的充电速度。5. 附加电阻5R用于保证时间元件SJ的线圈热稳定性。6. 放电电阻6R在需要实现分闸，但不允许重合闸动作(禁止重合闸)时， 电容器上存储的电能经过它放电。7. 信号灯XD在装置的接线中，监视中间元件的触点 ZJ1、ZJ2、和控制按 钮