电力系统继电保护实验指导书

1、三、功率方向继电器特性实验（一）实验目得1. 学会运用相位测试仪器测量电流与电压之间相角得方法。2. 掌握功率方向继电器得动作特性、 接线方式及动作特性得试验方法。3. 研究接入功率方向继电器得电流、电压得极性对功率方向继电器得动作特性得影响。（二）L -1型功率方向继电器简介。电流保护中引入方向判别得必要性在单侧电源得电网中 ,电流保护能满足线路保护得需要。但就是 ,在两侧电 源得电网 （包括单电源环形电网 ）中,只靠电流定值与动作时限得整定不能完全 取得动作得选择性。现以图 3所示得两端供电电网为例 ,分析电流速断保护与过电流保护 得行为。先观察两侧电源得电网上发生短路时 ,电流速断保护得

2、动作行为。 因为电 流速断保护没有方向性 ,所以只要短路电流大于它得整定值就可以动作。 从图 1中可以瞧出 ,当1点发生短路时 ,4Q得电流速断保护可以动作 ,5QF 也 可以动作。如果 QF 先于 5QF 动作,就扩大了停电范围。同样 ,在 k2 点发生 短路时,2QF与5QF可能在电流速断保护作用下 ,非选择性地动作。 所以,在两 侧电源供电得电网中 ,断路器流过反向电源提供得短路电流时 ,电流速断保护 有可能失去选择性而误动、再从图 31（c）分析过电流保护得动作行为。 k点短路时 ,要求QF、4QF 先于 2F、5Q动作,即要求2>t3,t5>4;而在1、K3 点短路时 ,

3、要求 5QF 先于4QF动作,2QF先于3Q动作,即要求 t4t5,t3>t2。这就是矛盾得,显然就 是不可能实现得。因为过电流保护得动作时间就是不可能随意更改得 ,所以,在 两侧电源供电得电网中 ,过电流保护也可能失去选择性、(a)(b)()图 3- 双侧电源电网电流保护动作行为分析(a) 系统图 (b) 两侧电流与保护配合关系 (c) 时间配合图为了保证选择性 ,应该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得电流得方向从母线侧流向线路侧时,才允许保护动作。由于规定了电流从母线流向线路时为保护动作得方向,因此 ,可以利用功率方向继电器来做到这一点。采用功率

4、方向继电器以后 ,图 3 (a)双电源系统就可以分为两个单端电 源得保护系统。 即双号断路器得保护就是一个保护系统 ,它负责切除由电源 N 供给得短路功率 ;单号断路器得保护又就是一个保护系统 ,它负责切除电源 M 供给得短路功率。保护得动作时间得选择就可按阶梯原则来进行、即t5<t<1 与 t6> t4>2。由此可见 ,方向过电流保护就就是由过电流保护加装功率方向继电器构 成。在方向过电流保护得单相原理图中 ,当正方向区内故障时 ,只有功率方向元 件与电流元件都动作 ,保护才能动作跳闸。由此可知 ,功率方向继电器就是多电 源网络保证保护动作有选择性得重要元件。2。LG

5、-1 整流型 功率方向继电器得工作原理-1型功率方向继电器就是目前广泛应用得整流型功率方向继电器 其比较幅值得两电气量动作方程为 :继电器得接线如图 3-所示,其中图 (a)为继电器得交流回路图 ,也就就是比较 电气量得电压形成回路 ,加入继电器得电流为 ,电压为。电流通过电抗变压器DK 得一次绕组 1,二次绕组 W与3 端钮获得电压分量 ,它超前电流得相 角就就是转移阻抗得阻抗角 k,绕组 W4用来调整 k得数值 ,以得到继电器得最灵敏角、电压经电容 接入中间变压器 B 得一次绕组 W,由两个二次绕组 W与 W3获得电压分量 ,超前得相角为 9 、DB与 YB标有 W2得两个二次 绕组得联接

6、方式如图所示 ,得到动作电压 +,加于整流桥 B1输入端;DKB 与 B标有3得二次绕组得联接方式如图所示 ,得到制动电压 ,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 J、 继电器最大灵敏角得调整就是利用改变电抗变压器 DKB 第三个二次绕 组 W所接得电阻值来实现得。继电器得内角=90° k,当接入电阻 R3 时,阻抗角 k=6 , =° ;当接入电阻 4 时, =45 , =45°、因此 ,继电器得最 大灵敏角 lsn ,并可以调整为两个数值 ,一个为 30 ,另一个为 。当在保护安装处正向出口发生相间

7、短路时 ,相间电压几乎将降为零值 ,这 时功率方向继电器得输入电压 ,动作方程为 ,即。由于整流型功率方向继电 器得动作需克服执行继电器得机械反作用力矩,也就就是说必须消耗一定得功率 (尽管这一功率得数值不大 ),因此 ,要使继电器动作 ,必须满足得条件。所以 在 0 得情况下 , 功率方向继电器动作不了 , 因而产生了电压死区。R1DKB5Im6C2BZ1 30 R511BZBZ1(a)JJ9( b) 功Y率 ()交流回路图10(b)直流回路图YB C112UmBZ287W1图R6方向继电器原理接线C4为了消除电压死区 ,功率方向继电器得电压回路需加设“记忆回路 ",就就 是需电容

8、 C1与中间变压器 B得绕组电感构成对 50Hz串联谐振回路、这样 当电压突然降低为零时 ,该回路中电流并不立即消失 ,而就是按 0Hz 谐振频 率,经过几个周波后 ,逐渐衰减为零。而这个电流与故障前电压同相 ,并且在谐 振衰减过程中维持相位不变。因此 ,相当于“记住了”短路前得电压得相位 故称为“记忆回路”。由于电压回路有了“记忆回路 "得存在 ,当加于继电器得电压 0 时,在一定得时间内 YB 得二次绕组端钮有电压分量存在 ,就可以继续进行幅值得比较 因而消除了在正方向出口短路时继电器得电压死区。在整流比较回路中 ,电容 C2 与3 主要就是滤除二次谐波 ,C4 用来滤除高 次谐

9、波。动作区最大灵敏线非动作区图 3-3 LG-11 型功率方向继电器得 动作特性 ( 为 30 或 45 )、功率方向继电器得动作特性 继电器得动作特性如图 33 所 示,临界动作条件为垂直于最大灵敏 线通过原点得一条直线 , 动作区为带 有阴影线得半平面范围。最大灵敏线 就是超前为 角得一条直线。电流得 相位可以改变 ,当与最大灵敏线重合时,即处于灵敏角 s = 情况下 ,电 压分量与超前为 90 相角得电压分量 相重合。通常功率方向继电器得动作特性还有下面两种表示方法 :( )角度特性 :表示 Im 固定不变时 ,继电器起动电压 Up t =f( m)得关系曲-120 -30 0 60图

10、3-4 功率方向继电器( =30 ) 得角度特性大理动 m器这变线。理论上此特性可用图表示 ,其最 灵敏角为 sen= 。当 k 60 时 , sen= 0 , 想情况下动作范围位于以 e为中心得(2) 伏安特性 : 表示当 m= e固定不0 以内。 在此动作范围内 ,继电器得最小起 电压 Uprin基本上与 r 无关,当加入继电 得电压 UrUpur min时,继电器将不能起动 , 就就是出现“电压死区 " 得原因、 时,继电器起动 Upur =(Im)得关系曲线。在理想情况下 ,该曲线平行于两个坐 标轴,如图 5 所示,只要加入继电器得电流与电压分别大于最小起动电流Upu 、Up

11、u、Ipu、 r 、图 3-5 功率方向继电器得伏 安特性Imp r mi与最小起动电压 Uur min,继电器就 可以动作。其中 Ipur min之值主要取决于在电 流回路中形成方波时所需加入得最小电流。在分析功率方向继电器得动作特性时 还要考虑继电器得“潜动”问题。功率方向继电器可能出现电流潜动或电压潜动两种、所谓电压潜动 ,就就是功率方向继电器仅加入电压时产生得动作。产生 电压潜动得原因就是由于中间变压器 YB 得两个二次绕组 W、W2 得输出电 压不等,当动作回路 YB得W2端电压分量大于制动回路 B得 W3端电压分量 时,就会产生电压潜动现象。为了消除电压潜动 ,可调整制动回路中得电

12、阻 3, 使 I =时 ,加于两个整流桥输入端得电压相等 ,因而消除了电压潜动。所谓电流潜动 ,就就是功率方向继电器仅通入电流时产生得动作。产生 电流潜动得原因就是由于电抗变压器 B 两个二次绕组 W、W3 得电压分 量不等,当电压分量大于 W3 端电压分量 （也就就是动作电压大于制动电压 ） 时,就会产生电流潜动现象。为了消除电流潜动 ,可调整动作回路中得电阻 R1, 使 Um0 时,加于两个整流桥输入端得电压相等 ,因而消除了电流潜动。发生潜动得最大危害就是在反方向出口处三相短路时 ,此时 Um 0,而m 很大 ,方向继电器本应将保护装置闭锁 ,如果此时出现了潜动 ,就可能使保护装 置失去

13、方向性而误动作。4。相间短路功率方向继电器得接线方式由于功率方向继电器得主要任务就是判断短路功率得方向 ,因此 ,对其接线方式应提出如下要求。图 3-6 cos =1 时 I A 、UBC 得向量图（ ）正方向任何形式得故障都能动作 ,而当 反方向故障时则不动作。（2）故障以后加入继电器得电流与电压应尽 可能地大一些 ,并尽可能使 r 接近于最灵敏角 ls n,以便消除与减小方向继电器得死区、为了满足以上要求 ,功率方向继电器广泛采 用得就是 90 接线方式 ,所谓 90 接线方式就是指 在三相对称得情况下 ,当 os =1 时,加入继电器得电流如与电压相位相差0 。如图 36 所示 ,这个定

14、义仅仅就是为了称呼得方便 ,没有什么物理意义。 采用这种接线方式时 ,三个继电器分别接于、 ,、与、而构成三相式方向 过电流保护接线图。 在此顺便指出 ,对功率方向继电器得接线 ,必须十分注意继 电器电流线圈与电压线圈得极性问题 ,如果有一个线圈得极性接错就会出现正方向拒动 ,反方向误动得现象。（三）实验内容本实验所采用得实验原理接线如图 3-所示。图中 ,30V 交流电源经移 相器与调压器调整后 ,由 b相分别输入功率方向继电器得电压线圈 ,相电 流输入至继电器得电流线圈 ,注意同名端方向。1、熟悉 G-11 功率方向继电器得原理接线与相位仪得操作接线及试验原 理、认真阅读 LG-11功率方

15、向继电器原理图 （图 3-）与实验原理接线图 （图3 8）,在图上画出 LGJ 中得接线端子号与所需测量仪表接法。2、按实验线路接线 ,用相位仪检查接线极性就是否正确、将移相器调至 0 ,合上电源开关加 1A 电流,20V 电压观察分析相位仪读数图 3-7 LG-II 功率方向继电器原理接线就是否正确、若不正确 ,则说明输入电流与电压相位不正确 ,分析原因 ,并加以 改正。3。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 3-8 所示、图中 ,80交流电 源经移相器与调压器调整后 ,由 bc 相分别输入功率方向继电器得电压线圈 ,相电流输入至继电器得电流线圈 ,

16、注意同名端方向220 图 3-8 G1 功率方向继电器实验原理接线图 实验步骤如下 :()熟悉 LG 11 功率方向继电器得原理接线与 验原理。AB认真C 阅读 LG 1相功调率b方向继电器器原c 理电秒表得操作方法及试8),在图 8上画出功率器方向继电器 LGJ 中得接线端子理接线图 (图 3所需测量仪表接法。30 /5A 2A(2)按实验原0理 线路图接线。TY 1相位仪( )调节三相调压器与单相调压器 ,使其输出电压为 V,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) 打开电秒表电源开关 ,将其功能选择开关置于相位测量位置 (“相

17、位” 指示灯亮 ),相位频率测量单元得开关拔到“外接频率 " 位置。(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, 观察分析电秒表读数就是否正确。若不正确 ,则说明输入电流与电压相位不正确 ,分析原因 ,并加以改正(7) 在电秒表读数正确时 ,使三相调压器与单相调压器输出均为 0V,断开单相电源开关、检查功率继电器就是否有潜动现象。电压潜动测量 :将电流回路开路 ,对 电压回路加入 1V 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。4. 用实验法测 LG-1 整流型功率方向继电器角度特性 Upu f(

18、),并找 出继电器得最大灵敏角与最小动作电压、实验步骤如下 :(1) 按图 8 所示原理接线图接线。()检查接线无误后 ,合上三相电源开关、 单相电源开关与直流电源开关、(3) 调节单相调压器得输出电压使电流表得读数为 1A, 并保护此电流值不（） 在操作开关断开状态下 ,调节三相调压器得输出电压 ,使电压表读数 为 50 。（5） 调节移相器 ,在电压表为给定值得条件下找到使继电器动作 （动作信号灯 由不亮变亮）得两个临界角度 1、 2 ,将测量数据记录于表 1 中。（ ）保持电流为不变 ,调节三相调压器 ,依次降低电压值 ,重复步骤 （5） 得过程,给定电压为 0V、0V 情况下 ,使继电

19、器动作得 1、 2,并记录在表 3 1 中。表 3-1 角度特性 Uu= f（ ）实验数据记录表/V8。518、37.007.506。36 。3524.5021度00000-19、-1300-112 度050、50131025005。50117。550（7）保持电流为 1A 不变 ,将两个滑线电阻得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 0V 、（8）合上操作开关 BK, 调节两个滑线电阻得滑动触点使电压表读数为 0V、（）断开操作开关 BK 。 （1）改变移相器得位置、（1 ）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

20、电器动作得两个临界角度 1、 2 ,在断开 开关 BK 得情况下 ,将电秒表得读数记录于表 3 1 中。（13）重复步骤 （）得过程 ,使电压表得读数分别为 5、2、5、2、1 与。 V,再重复步骤 （）至（ ）得过程 ,找出使继电器动作得最小动作电压值。（14）实验完成后 ,使调压器输出为 0,断开所有电源开关。（ ）计算继电器得最大灵敏角 ,绘制角度特性曲线 ,并标明动作区、 .用实验法作出功率方向继电器得伏安特性 Upu （r）与最小动作电 压实验步骤如下 :(1)调整功率方向继电器得内角 = ,调节移相器使 s ,并保持 不变。(2) 实验接线与图 -8 相同 ,检查接线无误后 ,合上三相电源开关、单相电 源开关与直流电源开关、(3) 按照实验 4)中步骤(7)与(8)介绍得方法将电压表读数调至表 32 中得 某一给定值、(4) 调节单相调压器得输出 ,改变继电器输入电流得大小 ,当继电器动作时 , 记录此时电流表得读数。(5) 重复步骤 (3) 与(4),在依次给出不同得电压时 ,找出使继电器动作 (指示 灯由不亮到亮 )得相应得电流值 ,记入表 3-2 中。注意找出使继电器动作得最小 电压与电流。表 3- 伏安特性 Uu = (I r)实验数据记录表Upu/06532、510。Ir/A(V)052、5(A)、13