《微机继电保护》实验指导

10其次节 电流保护试验一、试验目的：1、了解试验原理；2、把握试验装置调试与整定；3、把握试验方法。二、试验设备：1、WLZB-Ⅱ微机线路保护教学试验台 1台2、连接线 假设干三、试验原理：当输电线路上发生相间短路时，输电线路故障相上的电流会增大。依据这个特点，可以构成电流保护。电流保护分无时限电流速断保护〔简称Ⅰ段〕、带时限速断保护(简称Ⅱ段)和过电流保护(简称Ⅲ段)。下面分别争论它们的作用原理和整定计算方法。1、无时限电流速断保护〔Ⅰ段〕3—1IKRΣ的关系可分别表示如下：K S S K S Σ S S I³=E/R=E/R+RlI²=√3/2=E/RK S S K S Σ S S 式中，ES——电源的等值计算相电势；RS——归算到保护安装处网络电压的系统等值电阻；RO——线路单位长度的正序电阻；l——短路点至保护安装处的距离。由上两式可以看出，短路点距电源愈远〔l愈长〕短路电流IK愈小；系统运行方式小KA2KA1AI>BI>C～IK1K212 3lminKA2KA1AI>BI>C～IK1K212 3lminlmaxIopIkBmax0 l1—3单侧电源线路上无时限电流速断保护的计算图ABBCABKA2BCKA1能瞬时动作，它们的保护范围最好能到达本线路全长的100%。但是这种愿望是否能实现，需要作具体分析。KA2K1KA2能够瞬时动作切除故障，而当相邻线路BC的始端〔习惯上又称出口处〕K2点短路时，依据选择性的要求，速断KA2就不应当动作，由于该处的故障应由速断保护KA1动作切除。但是实际上，K1和K2KA2K1点短KA2K2点短路时又不动作的要求就不行能同时得到满足。KA2Iop2AB〔K2点〕短路时的最大短路电流Ikmax。实际上K2B之间的阻抗格外小，由于认为母线BIKBmax=Ikmax。依据这个条件得到Iop2=K”rclIKBmax式中，K”rcl——牢靠系数，一般取为1.21.3。由此可见，无时限电流速断保护不能保护线路的全长，规程规定，其最小保护范围一15%20%〔试验时可调整滑线电阻来查找保护范围。因此，无时限电流速断保护具有相当长的非保护区，在非保护区短路时，如不实行措施，故障便不能被切除，这是不允许的，为此必需加装带时限的电流速断保护，以便在上述状况下用它切除故障。2、带时限电流速断保护〔Ⅱ段〕A AB BCIABA AB BCIABIBCK(a)I21I”BI”opA34I“opAl“A(b)I”opBlt”A t“At”B0 t“At“Bl图1—4带时限电流速断保护计算图〔a〕网络图〔b〕Ik=f〔l〕关系及保护范围〔c〕延时特性图中：1--Ik=f〔l〕关系；2--I”opA线；3--I“opA线；4--I”opB线由于要求带时限电流速断保护必需保护本线路AB的全长，因此，它的保护范围必需伸ABABC上的无时限电流速断保护BB〔K点〕短路时，它不应动作。为此，带时限电流速断保护A的动作电流必需大于无时限电BA的动作电流用I“opA表示，无时限电流BI”opB表示，则I“opA=K“relI”opB (1)式中，K“rel——1.11.2。保护的动作时限应比下一条线路的速断保护高出一个时间阶段，此时间阶段以△t表示。即保护的动作时间tAΔ〔Δt一般取为0.5s。带时限电流速断保护A的保护范围为l“A〔见图—4。它的灵敏度按最不利状况〔最小短路电流状况〕进展检验。即K“sen=Ikmin/I“opA (2)式中，Ikmin——在最小运行方式下，在被保护线路末端两相金属短路的最小短路电流。规K“sen1.31.5。由此可见，当线路上装设了电流速断和带时限电流速断保护以后,它们的联系工作就可以保证全线路范围内的故障都能够在0.5S的时间内予以切除,在一般状况下都能够满足速带时限电流速断保护能作为无时限电流速断保护的后备保护“简称近后备假设无时限电流速断保护拒动，它可动作切除故障。但当下一段线路故障而段线路保护或断路器拒动时，带时限电流速断保护不肯定会动作，故障不肯定能消退。所以，它不起远后备保护的作用。为解决远后备的问题，还必需加装过电流保护。3．定时限过电流保护〔Ⅲ段〕常运行时不应当启动，而在电网发生故障时，则能反响电流的增大而动作。在一般状况下，它不仅能够保护本线路的全长范围，而且也能保护相邻线路的全长范围，以起到远后备保护的作用。Ilmax，因而确定动作电流时，必需考虑两种状况：必需考虑在外部故障切除后，保护装置能够返回。例如在图1-5中，当K1点短路时，短路电流将通过保护装置5、4、3，这些保护装置都要启动，但是依据345回原位；必需考虑当外部故障切除后，电动机自启动电流大于它的正常工作电流时，保护1-5K1点短路时，变电所B3QFB自启动电流大于它的正常工作电流，在这种状况下，也不应使保护装置动作。B1M1MK1C433QF25 51-5选择过电流保护启动值及动作时间的说明考虑其次种状况时，定时限过电流保护的整定值应满足I“op＞KssIlmax式中，Kss——电动机的自启动系数，它表示自启动时的最大负荷电流与正常运行的最Kss=1，Kss≥1。考虑第一种状况，保护装置在最大负荷时能返回，则定时限过电流保护的返回值应满足Ire＞KssIlmax (3)考虑到Ire＜I“op,所以式〔3〕是计算条件，将它改写为Ire=K”“relKssIlmax 〔4〕K”“rel——1.2。Kre=Ire/Iop,所以I”“op=1/Kre*(K”“relKssIlmax) (5)为了保证选择性，过电流保护的动作时间必需按阶梯原则选择〔如图1-6保护装置的动作时间应相差一个时限阶段△t。AABCtA tB tC36Ωt”BttA△ttB△ttC0 l1-6过电流保护动作时间选择的示意图过电流保护灵敏系数仍承受式〔2〕进展检验，但应承受I”“op代入，当过电流保护作为本线路的后备保护时，应承受最小运行方式下本线路末端两项短路时电流进展校验，要求Ksen≥1.3～1.5；当作为相邻线路的后备保护时，则应承受最小运行方式下相邻线路末端两项短路时的电流进展校验，此时要求Ksen≥1.2。定时限过电流保护的原理图与带时限过电流保护的原理图一样，只是整定的时间不同而已。四．试验内容和步骤K5RSK5RS1KOK33R1RK32KOK42RK43KO4KO1SA 1SB1SC2SA2SB2SCA站保护 B站保护图1-7电流保护试验原理图正常运行方式OV；K5A站电压表指示从OV渐渐升到100V为止；A站和B此时，负荷灯泡亮，模拟系统即处于正常运行状态。试验完毕后，将调压器输出调回零处位置，最终断开试验电源。保护元件动作值的整定计算1-3100VXs.min=2Ω,XS.N=4Ω,Xsmax=5Ω,线ABBC10Ω，A2ΩAB段最大1.2A,BC段最大负荷电流为1.0A。无时限电流速断保护牢靠系数K¹=1.25，过Km=1.15Kh=0.85Kzq=1.0。依据上述给定条件，理论计算A、B站保护各元件的整定值如下：I¹dz.A=K¹×IAB·max=(1.25×100/√3)/(2+2+10)=5.16AKm=100/２/I¹dz.A-5/10=２７％满足要求．I〞dzA=Km·I¹dz.B=1.15×2.77=3.2AKm=100/2/(7+10)/I〞dzA=t″dzA=0.5“I”“dz.A=(K”“·Kzq/Kh)×IABmax=(1.15×1.0/0.85)×1.2=1.62At”“dz.A=1.5“I¹k.B=(100/√3)/(ХSN+ХAB+ХBC)=(100/√3)/(4+10+10)=2.4AI¹dz.B=1.15×(100/√3)/(ХSN+ХAB+ХBC)=(100/√3)/(4+10+10)=2.77AI¹k.Bmin=2/√3×(100/√3)/(ХSN+ХAB+ХBC)=(100/√3)/(7+10+10)=1.85AI〞dzB=I¹k.Bmin/Km·=1.85/1.15=1.6At“dz.B=0.5“I”“dz.B=(K”“·Kzq/Kh)×IBCMAX=(1.15×1.0/0.85)×1.0=1.35At′〞dzB=1“据上述计算结果，A、B站保护各元件的整定值整定如下：1-1速断保护电流 时间定时限过流保护电流 时间过电流保护电流定值 时间定值A5．2A 03.2A 0.51．6A 1.5B2．8A 01.6 0.51．4A 1保护的整定方法整定保护的动作值时，应当实行设短路点的方法才能实现。例如：为了得到A站速断电流保护5.2A整定值，可以在ＡＢ线上设一个短路点，关闭A站保护装置,然后渐渐的将5.2Ａ100V5.2AA确定不行以将调压器的电压上升到超过100VB站设一个短路点,B2.5A。微机保护的整定①将微机保护装置运行在正常状态下；②通过前面介绍的方法设置有关的整定单元。微机显示信息A、B、CABSd—GL—”表示过电流保护动作，同时“Ⅱ段动作”指示灯亮；“FH—”表示过负荷保护动作，同时“Ⅲ段动作”指示灯亮。微机复位①[主机复位]：微机工作不正常时，可按压该键；②[信号复位]：当微机保护动作后，动作信号灯亮须按压该键进展复位才能熄灭。三相短路试验〔1〕 AB50%处三相短路试验①各保护元件动作值的整定前面“保护元件动作值的整定”局部，将三段电流保护均投入，将低电压闭锁和重合闸功能退出；AB3Ω处，BC10Ω处；③运行方式选择，置于“最小处；0V100VA、BLP1、LP2LP3A1SA、1SB、1SCA3KO。模拟系统A此时，负荷灯全熄灭，短路电流大于A站速断保护整定值，应当由A站ⅠⅠ段保护动作跳开A站模拟断路器，从而实现保护功能。保护动作后微机装置的显示内容与指示灯点亮状况参见前面的有关说明。断开A站短路操作开关，按微机保护的“信号复位”按钮，可重合上A站模拟断路器，负荷灯全亮，即恢复模拟系统无故障运行状态。试验完毕后，将调压器输出调回零，断开各种短路模拟开关，断开A、B模拟断路器，最终断开试验电源。〔2〕BC50%处三相短路试验①各保护元件动作值的整定见前面“保护元件动作值的整定”局部，将三段电流保护均投入，将低电压闭锁和重合闸功能退出；AB10ΩBC3Ω处；③运行方式选择，置于“正常”处；0V100VA、BLP4、LP5LP6B2SA、2SB、2SCB4KO，模拟系统B3A。B站ⅠⅠ段保护动作调开B从而实现保护功能。断开B站短路操作开关，按微机保护“信号复位”按钮，可重合上B站模拟断路器，即恢复模拟系统无故障运行方式。试验完毕后，将调压器调回零，断开各模拟短路开关，断开A、B断开试验电源。二相短路试验BC各保护元件动作值的整定见前面“保护元件动作的整定”局部，将三段电流保护均投入，将低电压闭锁和重合闸功能退出；AB10Ω处，BC10Ω处；系统运行方式，置于“最小”处；0V100VA、BLP4、LP5LP6B〔SA、2SB〕短路模拟开关；B4KO，模拟系统BBBBBB运行方式。试验完毕后，将调压器输出调回零，断开直流电源开关，断开短路模拟开关，断开A、BAB站间保护动作协作试验各保护元件动作值的整定见前面“保护元件动作值的整定”局部，并将低电压启动功能和重合闸功能退出；AB10ΩBC10Ω处；0V100V为止；A、B站模拟断路器，负荷灯全亮；LP4、LP5短接，LP6断开；B2SA、2SB短路模拟开关；B4KO，模拟系统发生二相短路故障并做记录。此时，负荷灯局部灭，B站Ⅲ段保护因其动作时间小于A站Ⅲ段保护的动作时间应先BAA站模拟断路器〔远后备。BAA站模拟断路器，即恢复模拟系统的无故障运行。试验完毕后，将调压器输出调回零，断开短路模拟开关，断开A、B站模拟断路器，最终断开试验电源。同站保护间动作协作试验各保护元件动作值的整定见前面“保护元件动作值的整定”局部，并将低电压启动功能和重合闸功能退出；B0.5秒,B站Ⅱ段保护0.5秒；AB10ΩBC5Ω处；0V100V为止；A、B段模拟断路器，负荷灯全亮；LP6LP4LP5开路；B2SA、2SB、2SC短路模拟开关；B4KO，模拟系统发生三相短路故障并做记录。BSd-ΧΧΧ〔ΧΧΧ为测量的故障电流幅值大小，同时“Ⅰ段动作”指示灯点亮，但因LP4开路会导致B分断；随后B站Ⅱ段保护动作，显示“GLΧΧΧLP5开路也会导致B站模拟断路器不能分断；再延迟一会就会有B站Ⅲ段保护动作，显示FHΧΧΧB站模拟断路器分断发生〔备。BBB模拟断路器，即恢复模拟系统的无故障运行。试验完毕后，将调压器输出调回零，断开短路模拟开关，断开A、B站模拟断路器，最后断开试验电源。五．试验报告要求：简述各试验原理；记录各试验数据，并做误差分析；画出动作特性及动作曲线，并加以分析。其次节、微机变压器保护试验一．试验目的：1、了解试验原理；2、把握试验装置调试与整定；3、把握试验方法。二．试验设备：1、WBB-Ⅲ型微机变压器保护试验台 1台2、连接线 假设干三．试验原理：变压器保护的配置给供电的牢靠性带来严峻的后果,因此在变压器上应装设灵敏、快速、牢靠和选择性好的保护装置.变压器上装设的保护一般有两类:一种为主保护,如瓦斯保护差动保护;另一种称后备保护,如过电流保护、低电压起动的过流保护等。本试验台的主保护承受二次谐波制动原理的差动保护，后备保护承受过电流保护。变压器纵联差动保护根本原理△I”2I△I”2I”1IdKD2-2变压器纵差动保护单项原理图2-2内部故障时流入继电器的电流为两侧电流之和，其值为短路电流，继电器动作。但是，由于变压器两侧的两个电流相等，从而使流入继电器的电流为零。即：IKA=I1/KTAY-I2/KTA△=0 〔1〕式改写为： KTA△/KTAY=I2/I1=Kr式中：KTAY、KTA△——分别为变压器Y侧和△侧电流互感器变比；Kr—变压器变比。明显要使正常和外部故障时流入继电器的电流为零，就必需适中选择两侧互感器的变即有不平衡电流消灭。缘由是：侧电流互感器的磁化特性不行能全都；为满足〔1〕式要求，计算出的电流互感器的变比，与选用的标准化变比不行能一样；当承受带负荷调压的变压器时，由于运行的需要为维持电压水平，常常变化变比Kr,从而使〔1〕式不能得到满足；2-2Y消灭30°的角度差，就会产生很大的不平衡电流〔见图2-4；从而造成两侧电流的误差；分析说明，当变压器空载投入和外部故障切除后，电压恢复时，有可能消灭很大的变压器鼓励电流，通称为鼓励涌流。由于涌流只流过变压器的一侧，其值又可到达额定电流6—8为了要实现变压器的纵联差动保护，就要努力使〔1〕式得到满足，尽量削减不平衡电流，上述六种因素中有些因素由于其数值很小，有些因素由于是客观存在不能人为转变的，故常常在整定计算时将它们考虑在牢靠系数中。线正确，则流入微机保护的电流近似为零，否则电流较大，如图2-4所示。Y侧与△侧的一30°的误差，因此可以将YY校正。比较大，而且其值随着一次穿越变压器的短路电流的增大而增大，这种关系可近似用图2-312-32，可见保护的动作电流较大，这时对于短路电流较小的内部故障，灵敏度往往不能满足要求。假设能利用变压器的穿越电流来产生制动作用，使得穿越电流大时，产生的制动作用大，穿越电流小时，产生的制动作用小，并且使保护的动作电流也随制动作用的大小而转变，即制动作用大时，动作电流大些，制动电流小时，动作电流也小，那么在任2-3333AIpu.O0.25～0.5IN。Ipu.OB〔1～3〕INB小时，保护不易动作。曲线3的斜率tgα，视不平衡电流的大小程度确定，一般取tgα=0.25～0.5Ic.IunbIpuo

2 Ipu1动作 3A tgαB

Ik(Ires)2-3制动特性说明图A、BA点或B性曲线对保护的影响。过变压器的一侧，常常导致差动保护误动作，给差动保护的实现带来困难。分析说明，在电U=0时，投入空载变压器，就有可能消灭最大激磁涌流，在电源电压U=Umax时投入空载变压器，则激磁涌流可能很小。本试验台上学生可以通过合闸空载变压器观看激磁涌流的状况。分析说明，空载投入变压器时，消灭的激磁涌流具有三大特点：a．涌流中有很大的非周期重量；b.涌流波形经削去负波之后消灭连续；c.涌流中具有大量的高次谐波重量，其中以二次谐波为主。所以变压器差动保护中，常常利用二次谐波作〔。1-62〕0I-6I〕01激磁涌流的基波重量；I2A B C ÌA1 ÌA2-ÌB2 ÌA2KTAY ÌA2 ÌB2 ÌC2

ÌA2-ÌB2

ÌB2-ÌC2ÌC1 ÌB1 ÌC2 ÌB2ÌA1 ÌB1 ÌC1 ÌC2-ÌA2Id Id IdÌB2ÌA1 ÌÌB230°KTA△ ÌA2 ÌB2 ÌC2ÌA1 ÌB1 ÌC1

ÌA2 ÌB1ÌC1 ÌC2(b) (C)图2-4 Y/△-11接线的变压器差动保护的三相接线图(a)接线圈 (b)互感器原边电流相量 (c)回路两侧电流相量一样，因此承受的保护方式也根本一样，但因三绕组变压器多了一个中压绕组，故保护的配置和构成原则也有差异，下面介绍其特点：〔1〕三绕组变压器差动保护的特点++IⅠI”ⅠIYYI”Ⅱ△IⅡIⅢI”Ⅲ2-5三绕组变压器差动保护原理图2-5IⅠ、IⅡ、IⅢ，则正常和外部故障流入继电器的电流为：Ir=IⅠ/KTAⅠ+IⅡ/KTAⅢ+IⅢ/KYAⅢ=0KTAⅠ=INⅠ/5——Ⅰ侧电流互感器变比；KTAⅡ=INⅡ/5=INⅠ/5×UⅠ/UⅡ——Ⅱ侧电流互感器变比；KTAⅢ=INⅢ/5=INⅠ/5×UⅠ/UⅢ——Ⅲ侧电流互感器变比；INⅠ——Ⅰ侧的额定电流；UⅠ、UⅡ、UⅢ——Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ侧的电压。r=Ⅰ/〔INⅠ/5〕＋ÌⅡ/〔INⅠ/5×UⅠ/UⅡ〕＋ÌⅢ/〔INⅠ/5×UⅠ/UⅢ〕=0为了正常或外部故障时,流入继电器的电流尽可能小,除了实行和双绕组变压器同样的方法来减小不平衡电流外,还必需留意如下几点:为了保证在正常运行和外部短路时,流入继电器的电流Ir=0,三侧电流互感器的变比应按同一额定容量下算出的各侧电流来选取,而不应按各侧的容量来确定.由于有时变压器高、中、低三侧电流互感器的容量是不一样的。部故障时的最大不平衡电流和励磁电流.但是,由于外部故障时,装在故障点那一侧的电流互感器上,要流过各侧短路电流的总和,即相当于外部短路电流的倍数提高了,因此,互感器的误差加大,故三绕组变压器的不平衡电流比双绕组大,所以,对三绕组变压器,为提高灵敏度,一般都要承受带制动特性的差动保护.同双绕组变压器一样,由于互感器的变比不能按需要选择,三侧二次电流之和可能不侧中每两组之间的平衡，需要用两个平衡圈，分别接在电流较小的两侧。而对于微机差动保护则可用软件来解决。2〕三绕组变压器过流保护的特点三绕组变压器承受过流保护时，为了在外部故障状况下，尽可能缩小停电范围，应使保护有选择性地只切除近短路点一侧的短路器，保证另外两侧绕组连续运行。同时，还要保证2-62QF，保证Ⅰ、Ⅲ两侧连续进展。流保护用切除中压侧出线故障，高压侧过流保护设置Ⅰ、Ⅱ段。Ⅰ段作为变压器主保护差动保护的后备，Ⅱ段作为中压侧，低压侧过流的总后备，动作时切除三侧短路器。2QF ⅡⅠⅠ1QFYK1～ Y△3QF ⅢK2四.试验内容及步骤

图2-6三绕组变压器过流保护配置图试验台一次参数及试验接线图变压器保护试验台各元件的参数如下：试验变压器高压侧线电压为380V〔实际使用300V，高、中压变比√3；高3；中压侧负荷电抗约20Ω12Ω，中压侧内部短路和外部短路电10Ω6.0Ω。高、中、低三侧电流互感器变比分别为：1、√3、3。试验接线图如下：微机变压器差动保护微机变压器后备保护电源开关微机变压器差动保护微机变压器后备保护IAIBIC IAIBIC IAIBICTA2ATA3A中压母线IAIBIC IAIBIC IAIBICTA2ATA3A中压母线低压母线TA2BY△TA3BTA2CYTA3CTA1A TA1B TA1C高压母线∞2-7变压器保护试验接线图正常运行方式试验试验前请依据给定的有关参数和公式I=V/√3R2-10V；1QC、2QC0V300V；合上变压器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ侧模拟断路器，三侧电流表均有指示，此时，一次系统处在正常运行状态；将读出的变压器三侧的一次电流〔电流表上〕及二次电流〔保护装置上〕值填入表2-1比照计算值和实际值，分析其误差及误差产生缘由。参数高压侧电流〔A〕中压侧电流〔A〕低压侧电流〔A〕参数高压侧电流〔A〕中压侧电流〔A〕低压侧电流〔A〕计算二次电流误差方式ABCABCAB C计值算一次电流二次电流4.54.54.55554.84.8 4.8测值量一次电流二次电流误差一次电流误差模拟变压器中压侧外部短路试验2-2在正常运行方式下〔即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ侧短路器均处于合上位置，选择相应的操作开关，使其均处于接通状态。将低压侧故障选择开关放置在“OFF”位置，在中压侧选择适宜的故障设置，再操作中压侧短路开关，造成变压器外部中压侧三相短路、二相短路。读出外部短路时，各侧的一次电流值，并参照原理图，计算一次电流，使之与实际值比照，分析是否正2-22-2：变压器中压侧外部短路时各侧电流方式参数高压侧电流〔A〕中压侧电流〔A〕低压侧电流〔A〕计算值7.4104.8三相短路实测值AB两相电流短路实测值BCCA模拟变压器低压侧外部短路试验2-3在正常运行方式下〔即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ侧断路器均处于合上位置，选择相应的操作开关，使及均处于接通状态。将中压侧故障选择开关放置在“OFF”位置，在低压侧选择适宜的故障设置，再操作低压侧短路开关，造成变压器外部低压侧三相短路、二相短路。读出外部故障时，各侧的一次电流值，并参照原理图，计算一次电流，使之与实际值比照，分析是否正2-32-3：变压器低压侧外部短路时各侧电流方式参数高压侧电流〔A〕中压侧电流〔A〕低压侧电流〔A〕计算值6.159.6三相短路实测值AB两相电流短路实测值BCCA模拟变压器内部故障试验参照有关给定参数计算好变压器中压侧〔低压侧〕内部三相短路时一次电流备查。在正常运行方式下〔即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ侧断路器均处于合上位置，操作相应的选择开关，使其均处于接通状态，先设置好中、低压侧故障选择开关和短路类型开关的位置，再操作短路开关，造成变压器