09电力系统继电保护实验指导书1

电力系统继电保护实验指导书实验设备简介一次接线概述：下图为实验装置的一次接线图，且在以后的保护整定中作为计算模型。最大运行方式一一系统阻抗13Q；最小运行方式一一系统阻抗19Q；正常运行方式 系统阻抗16Q；AB站间阻抗20Q，BC站间阻抗50Q。A站采用微机保护装置进行保护（线已接好），B站可选用微机装置或电磁继电器保护。以后将A站微机保护装置称为保护装置A,B站的称为微机保护装置B。可用导线将跳、合闸压板接通或断开，控制其跳闸或合闸出口。线路故障类型设置中，黄色带灯自锁按钮发光表示对应触点闭合，任意两个触点闭合可模拟两相短路，三个触点全闭合可模拟三相短路。红色带灯自锁按钮发光表示短路接触器动作。实验中，由于电源内阻、开关接触电阻、仪表内阻等，线路短路时的短路电流可能稍低于理论值，但相差不大。如果等效成附加电阻，超过3Q，应查明原因。对第二回线进行短路实验时，注意电流互感器不能开路，因为此时的一次电流全部成为励磁电流，将使原边等效电抗值增大;导致实际电流值与计算值相差较大。由于一次线路电压取自隔离变压器副边，且线电压不会超过140V，实验装置电流互感器副边开路不会导致过电压。对人身、设备基本没有危害。保护实验中，可将系统电势调至105V（比输电线路额定值高5%），整定时按一次电压100V来计算。各电压表接于A、C相。实验中，注意保持系统电势不变。实验地点：小二楼206

实验一阶段式电流保护一、实验目的1、 掌握阶段式电流保护的原理和整定计算方法。2、 熟悉阶段式电流保护的特点。3、 理解各段保护间的配合关系。4、 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。二、基本原理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，不能作为下一线路的后备保护，为此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构成的一整套输电线路阶段式电流保护11叫做三段式电流保护0.5oI0.5t2XL2-2阶段式电流保护11叫做三段式电流保护0.5oI0.5t2XL2-2III1可1目|竣图8-1三段式电流保护各段的保护范围及时限配合tIIIT2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。例如线路一变压器组接线，无时限电流速断保护按保护全线路考虑后，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，若装设无时限电流速断保护，往往其保护区很短，甚至没有保护区，这时就只需装设无时限电流速断和过电流保护装置，这种保护叫做二段式电流保护。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8-1。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t「，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：J七t2i+Ato无时限电流速断和带时限电流速断是线路XL-1的主保护。第m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t1m，它是按照阶梯原则来选择的，即匕山=t2in+At，t2ni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，这种后备作用称为远后备。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。

图8—2三段式电流保护接线图(a)原理图(b)展开图综上所述，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而构成的。无时限电流速断保护是以躲过被保护线路外部最大短路电流为整定原则的，即靠动作电流的整定值获得选择性。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。过电流保护是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。即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8-2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，从而可分析发生故障的大概范围。各段整定原理和整定值的计算，在前面实验中已作过阐述，这里不再赘述。三、 实验内容与步骤1、 对实验模型进行保护设计,AB段设三段式保护,BC段只设无时限电流速断和过电流保护。可整理实验五、实验六、实验七中相关数据得到整定值，也可重新计算。在实验装置起动后把它们分别存入A、B站的微机保护装置中。2、 运行方式设为最大，将系统电势升至105V，合上A站和B站断路器。3、 先令BC段末端进行三相短路，注意保护的哪一段动作。4、 在BC段首端进行三相短路，注意是哪一段动作，是否发生越级跳闸。5、 断开保护装置B的跳闸压板，重复3、4两步，注意出现什么情况。6、 在AB段末端和首端进行三相短路，注意哪一段保护动作。7、 闭锁A站带时限电流速断保护，重复动作6。注意会出现什么情况。四、 实验报告1、 按照实验模型，计算各段保护的整定值。要求阐明整定的依据和方法。2、 将实验结果填入下表：站A站保护B站保护段电流1段电流2段电流3段电流1段电流3段整定电流时限保护范围3、在BC段首端和末端发生三相短路时，如果微机保护装置B失灵或断路器QF2拒动，A站保护装置能进行后备保护吗？如果能，应是保护装置A的哪一段动作？估算一下从发生故障到断路器跳闸至少需多少时间？

实验二 电流电压联锁保护原理与实验一、实验目的1、 通过实验进一步理解电流电压联锁保护的原理、并掌握其整定和计算的方法。2、 掌握电流电压联锁保护适用的条件。二、实验原理1、电压速断保护在电力系统的等值电抗较大或线路较短的情况下，当线路上不同地点发生相间短路时，短路电流变化曲线比较平坦，见图10-1所示的无时限电流速断保护。电流速断保护的保护范围较小，尤其是在两相短路和最小运行方式时的保护范围更小，甚至没有保护范围。在这种情况下，可以采用电压速断保护，而不采用电流速断保护。在线路上不同地点发生相间短路时，母线上故障相之间残余电压Ucy的变化曲线如图10-2所示。从图中看出，短路点离母线愈远，Ucy愈高。其中：①表示最大运行方式下Ucy变化曲线；②表示最小运行方式下的Ucy变化曲线。电压速断保护是反应母线残余电压Ucy降低的保护。在保护范围内发生短路时，Ucy较低，保护装置起动；在保护范围以外发生短路时，Ucy较高，保护装如同电流速断保护一样，电压速断保护可以构成无时限的，也可以构成有延时的。在图10-2所示的线路上，如果装有保护相间短路的无时限电压速断保护，它的动作电压Udx应整定为（10-1）Udx=（10-1）K

k式中Ucy.min 最小运行方式下在线路末端三相短路时，线路始端母线上的残余电压；I（3） 上述短路时的短路电流；d.minXl 线路电抗；Kk——可靠系数，考虑到电压继电器的误差和计算误差等因素，它一般取1.1〜1.2。从图10-2可见，在最小运行方式下，电压速断保护的保护范围（Ib.min）最大；在最

大运行方式下，保护范围（Ib.max）最小。所以电压速断保护应按最小运行方式来整定动作电压，按最大运行方式来校准保护范围。在线路上任何一点发生短路时，不论是三相短路还是两相短路，母线上故障相之间的残余电压是相等的。因此，保护相间短路的电压速断保护应采用三相式接线，电压继电器应接相间电压。这样，电压速断保护既能保护三相短路也能保护两相短路，而且保护范围与故障种类无关。如同无时限电流速断保护一样，无时限电压速断保护的保护范围也可以用解析法进行计算.一X 一 一、l=KX x-m^K1 l （10-2）kx.maxk 1X一 最大运行方式下的系统电抗;x.minX一最小运行方式下的系统电抗;x.maxX1— 被保护线路每公里的电抗；l—被保护线路的全长（km）。由式（10-2）不难看出，电压速断保护适用于运行方式变化小的场合，如图10-3所示。图L0-3图L0-3电压速断保护的原理接城图2、电流、电压联锁速断保护为了保证选择性，电流速断保护应按最大运行方式来整定其动作电流，但在最小运行方式下保护范围要缩小；而电压速断保护应按最小运行方式来整定其动作电压，但在最大运行方式下保护范围要缩小。在有些电网中，由于最大和最小运行方式相差很大，不能采用电流速断保护或电压速断保护。如果出现这两种运行方式的时间较短，大多数时间是在某一种运行方式（称为主要运行方式）下工作。对此，可以采用电流、电压联锁速断保护。籽1。籽1。d无叮只H也一中,.工底锚点所在图10-4所示的线路上，如果装有保护相间短

路的无时限电流、电压联锁速断保护。在主要运行方式下。要求它的保护范围达到线路全长的80%（考虑到电流、电压继电器误差等因素，不能要求保护线路的全长），也就是要求在主要运行方式下电流起动元件和电压起动元件的保护范围都为线路全长的80%。电流起动元件的动作电流Idz应整定为（10-3）=，;3（10-3）=，;3Idz0.8XlXxt+0.8Xl式中 E"——系统的次暂态电热（相）中x——主要运行方式下的系统电抗；XTxl线路电抗。电压起动元件的动作电压Udz应整定为U=<31（3）0.8Xdz d L式中 I（3）——主要运行方式下保护范围末端的三相短路电流。d=式中 I（3）——主要运行方式下保护范围末端的三相短路电流。dU——在主要运行方式下保护范围末端相间短路时，母线上故障相之间的残余dz电压。按主要运行方式整定以后，当处在最大运行方式时，电流起动元件的动作范围将伸长，但由于电压起动元件的动作范围将缩小，所以整个保护装置的保护范围是缩小的，不会造成无选择性动作。当出现最小运行方式时，电压起动元件的动作范围将伸长，但由于电流起动元件的动作范围将缩小，所以也不会造成整个保护装置无选择性动作。由以上分析可知，在任何运行方式下电流电压联锁速断保护都不能保护线路的全长，所以在实际中可以和定时限过电流保护配合使用。在后面的电流电压联锁与定时限过电流保护综合实验,就是解决这个问题。三、 实验内容与步骤1、 根据线路模型，按照电流电压连锁保护整定的原则进行计算和整定。2、 保护装置设置时，任选一段电流保护，将低电压闭锁投入，时间定值设置为0，在“过流电压闭锁定值”项中设置电压的整定值。起动实验控制屏，将计算值存入装置中。3、 运行方式分别设置为最大、正常、最小，在BC段末端进行三相短路，注意保护装置是否动作。如若不跳闸，将短路点缓慢前移找到最大保护范围。对实验结果进行记录。4、 在AB段重复步骤3和4。5、 将保护装置A和B按无时限电流速断保护整定，找到三相短路时的保护范围。6、 分别在最大、正常、最小运行方式下，在AB和BC线路上发生两相短路时，保护装置A和B的保护范围。7、 断开保护装置B的跳闸压板，在BC段首端进行三相短路，注意保护装置是A否动作。四、 实验报告1、写出上面的整定计算过程。2、 电流电压连锁保护一般有哪几种形式？为什么常将低电压起动的过电流保护（这种保护带有一定时限）用于发电机保护中？3、 电流电压连锁保护中电流元件与电压元件是什么样的逻辑关系？为什么在电磁继电器实现的电流电压联锁保护中总要装设电压回路断线指示信号？4、 将上面的实验记录填入下表保护装置A保护B保护无时限电流速断保护整定电流（A）最大方式下保护范围正常方式下保护范围最小方式下保护电流电流电压联锁保护整定电流（A）整定电压（V）最大方式下保护范围正常方式下保护范围最小方式下保护范围实验三 阶段式过电流与自动重合闸前加速保护一、 实验目的1、 熟悉自动重合闸前加速保护的原理与接线。2、 掌握自动重合闸与继电保护的配合形式。3、 理解继电保护与自动重合闸前加速这种配合形式的使用场合。二、 实验说明重合闸前加速保护是当线路发生故障时，靠近电源侧的保护首先无选择性地瞬时动作，使断路器跳闸，尔后再借助于自动重合闸来纠正这种非选择性的动作。重合闸前加速保护的动作原理可由图12-1说明，线路X-1上装有无选择性的电流速断保护1和过流保护2，线路X-2上装有过流保护4，ZCH仅装在靠近电源的线路X-1上。无选择性电流速断保护1的动作电流，按线路末端的短路电流来整定，动作不带延时。过流保护2、4的动作时限按阶梯原则来整定，即「2*4。It|ZCH|IIIII1QF-LI4HZZI-2QF4ZZI-

3QFX-24QFIt|ZCH|IIIII1QF-LI4HZZI-2QF4ZZI-

3QFX-24QF图12-1自动重合闸前加速保护原理示意图当任何线路、母线（I除外）或变压器高压侧发生故障时，装在变电所I的无选择性电流速断保护1总是先动作，不带延时地将1QF跳开，尔后ZCH动作再将1QF重合。若所发生的故障是暂时性的，则重合成功，恢复供电；若故障为永久性的，由于电流速断已由ZCH的动作退出工作，因此，此时通过各电流保护有选择性地切除故障。图12-2示出了ZCH前加速保护的原理接线图。其中1LJ是电流速断，2LJ是过流保护。从该图可以清楚地看出，线路X-1故障时，首先速断保护的1LJ动作，其接点闭合，经JSJ的常闭接点不带时限地动作于断路器，使其跳闸，随后断路器辅助触点起动重合闸装置，将断路器合上。重合闸动作的同时，起动加速继电器JSJ，其常闭接点打开，若此时线路故障还存在，但因JSJ的常闭接点已打开，只能由过流保护继电器2LJ及SJ带时限有选择性地动作于断路器跳闸，再次切除故障。自动重合闸前加速保护有利于迅速消除故障，从而提高了重合闸的成功率，另外还具有只需装一套ZCH的优点。其缺点是增加了1QF的动作次数，一旦1QF或ZCH拒绝动作将会扩大停电范围。因此，前加速方式只用于35KV以下的网络。三、实验内容与步骤1、拟订AB段采用两段式保护（即无时限电流速断和定时限过电流保护）和加速保护；BC段只采用定时限过电流。保护A与自动重合闸的配合方式采用前加速方式，保护B不必设置自动重合闸。保护电流整定值可根据线路模型计算，也可采用实验八中的整定值。重合闸时间设为1.5S（方便跳闸后清楚短路故障），BC段保护时限设为1S。电流加速保护电流定值与BC段定时限过电流保护定值相同，时限为0。

2、 起动实验控制屏，将以上数据存入保护装置。3、 将系统电压升至105V,合上断路器QF1、QF2，待保护装置液晶屏内重合闸充电指示满，方可开始实验。4、 任意运行方式下，在BC段末端进行两相短路，不加任何干预，记录各断路器动作顺序。在QF1跳闸后立即解除短路故障，即模拟故障消除；注意会发生什么情况。5、 分别在断开保护装置A的跳闸压板和合闸压板、保护装置B的跳闸压板的情况下，重复步骤4,记录断路器动作的先后顺序。6、 分别在AB段末端和首端进行三相短路，记录各断路器动作的顺序；在QF1跳闸后立即解除短路故障，注意会发生什么情况。四、实验报告1、将保护装置A和B整定设置项填入下表一段电流定值三段电流定值三段时间定值前加速电流定值前加速时间定值重合闸时间定值2、填充2.1、在BC段发生永久性故障由于BC段故障，保护装置（A或B）的保护经秒首先作用于断路器（QF1或QF2）跳闸，经秒，保护装置发出重合闸指令，断路器合闸，由于BC段线路故障一直存在，保护装置，经一一发出跳闸指令，断路器跳闸，切除故障。2.2、AB断末端发生瞬时性故障由于AB段末端故障，保护装置（A或B）的保护经秒首先作用于断路器（QF1或QF2）跳闸，经秒，保护装置发出重合闸指令，断路器合闸，由于线路故障消失，断路器合闸成功。实验三 阶段式过电流与自动重合闸后加速保护一、 实验目的1、 熟悉自动重合闸后加速保护的原理和接线。2、 掌握继电保护与自动重合闸后加速的配合技术。3、 理解继电保护与自动重合闸后加速的这种配合形式的使用场合。二、 实验说明重合闸后加速保护是当线路上发生故障时，首先按正常的继电保护动作，有选择性地动作于断路器使其跳闸，然后ZCH动作将断路器重合，同时ZCH的动作将过流保护的时限解除。这样，当断路器重合于永久性故障线路时，电流保护将无时限地作用于断路器跳闸。实现后加速的方法是在被保护各段线路上都装设有选择性的保护和自动重合闸装置，见图13-1。ZCH后加速保护的原理接线见图13-2。1a—图13—1自动重合闸后加速保护原理说明图当线路故障时，由于延时返回继电器JSJ尚未动作，其常开触点未闭合，电流继电器LJ动作后，起动时间继电器SJ，并经一定延时后，其常开触点闭合，起动出口中间继电图13-2自动重合闸后加速保护原理接线图器BCJ，使QF跳闸。QF跳闸后，ZCH发出合闸脉冲。在发出合闸脉冲的同时，重合闸出口元件ZJ3的常开触点闭合。起动继电器JSJ,见图13-2,JSJ动作后，其触点闭合。若故障为持续性故障，则保护第二次动作时，经