JBZ5型电力自动化和继电保护及工厂供配电技术综合实验

JBZ5型电力自动化和继电保护及工厂供配电技术综

合实验

JBZ-5型电力自动化与继电保护及工厂供配

电技术综合实验装置

实

验

指

导

书

浙江高自成套设备有限公司

浙江高校自动化技术研究所

目录

一、继电器特性实验.......................................4

实验1电流继电器与电压继电器特性实验....................4

实验2JSS48A-S时间继电器特性实验......................10

实验3中间继电器特性实验..............................12

实验4信号继电器特性实验..............................15

实验5DCD—2差动继电器实验...........................18

实验6方向阻抗继电器实验...............................21

实验7三相一次重合闸装置实验...........................26

二、继电保护实验........................................31

实验8线路的定时限过电流保护实验.......................31

实验9线路的反时限过电流保护实验.......................35

实验10低电压闭锁电流速断保护实验......................41

实验11单侧电源辐射式输电线路三段式电流保护实验........44

实验12装设跳跃闭锁继电器的断路器操纵回路实验..........54

实验13“用前加速”与“后加速”方法提高继电保护性能的实验....57

三、低压电器与工厂供配电实验............................59

实验14接触器动作值的检验与触头联锁关系实验............59

实验15单相及三相漏电保护电路原理及测试实验............61

实验16电流互感器各类常见接线方案及用于电流测量、过电流保

护实验...................................................65

实验17电压互感器各类常见接线方案及用于电压测量、过电压保

护实验及相对地短路保护..................................69

实验18断路器构成的三级保护实验.........................72

附录一三相交流电发生器使用说明........................74

四、电力自动化实验......................................76

实验19模拟电力系统构成实验...........................76

实验20模拟电力系统并联与短路实验.....................78

实验21模拟变压器的低电压启动的过电流实验..............82

实验22模拟变压器的差动保护实验........................86

实验23模拟配电网自动化实验...........................91

实验24模拟发电机输出功率的调节实验...................96

实验25模拟发电机过电压保护实验.......................99

一、继电器特性实验

实验1电流继电器与电压继电器特性实验

一、实验目的

1.熟悉继电器基本分类、方法及其结构。

2.熟悉常用电流继电器与电压继电器。

3.学会调整，测量电磁型继电器的动作值，返回值与返回系数。

4.测量电磁型继电器的时间特性。

二、继电器的类型与认识

继电器是电力系统常规继电保护的要紧元件，它的种类繁多，原理与作用各异。

1.继电器的分类

继电器按所反应的物理量的不一致可分为电量与非电量的两种，属于非电量的有瓦斯继

电器，速度继电器。反应电量的种类比较多，通常分类如下：

a.按动作原理可分为：电磁型，感应型，整流型，晶体管型，微机型等。

b.按继电器所反应的电量性质可分为电流继电器、电压继电器、功率继电器，阻抗继电

器、频率继电器等；

c.按继电器的作用可分为起动动作继电器、中间继电器、时间继电器、信号继电器等。

d.近年来电力系统中已大量使用微机保护，整流型与晶体管型继电器与感应型，电磁型

继电器使用量己有减少。

2.常用电流继电器的构成原理

DL-30系列电磁型电流继电器常用于电机、变压器与输电线路的过负荷与短路保护中，

作为起动元件，只有它首先反应出电流的剧增，由它再起动与传递到保护环节、直至触发断路

器跳闸，将故障部分从系统中切除。通过实验对电流继电器的特性、接线方式与整定都有明

确的认识。

DL-30系列电磁型电流继电器的要紧产品有DL-31、DL-32、DL-33、DL-34等。本实验

所用的电流继电器为DL-31,最大整定电流为6A、整定电流范围为1.5〜6Ao该继电器为

磁电式，瞬时动作，磁系统有两个线圈，可根据需要串联或者并联，故改变接线方式可使继

电器整定范围变化一倍。继电器名牌的刻度值及额定值关于电流继电器是线圈串联的值（以

安培为单位），拨动刻度的指针，即可改变继电器的动作值。（原理是改变游丝的反作用力矩）。

继电器的动作是这样的：当电流值升至整定值或者大于整定值时，继电器动作，动合触

点闭合，动断触点断开。当电流降低到0.8倍整定值时，继电器就返回，动合触点断开，动

断触点闭合。DL-31型电流继电器内部接线如图1-1所示。

DL-31型电流继电器接线图

DL-31型电流继电器，按整定值的范围的误差有:

①每一整定值的误差不大于±6%。

②继电器刻度极限误差不大于6%。

③动作值的离散度（变差）不大于6%。

④关于DL-31、DL-32、DL-33、DL-34型电流继电器的返回系数不小于0.8,最大

整定电流为200A的电流继电器的返回系数不小于0.7»

⑤在1.1倍动作值时，动作时间不大于0.12S；在2倍动作值时，动作时间不大于

0.04S。

3.常用电压继电器的构成原理

常用的电磁式电压继电器的结构与原理，与电磁式电流继电器极为类似，只是电压继电

器的线圈为电压线圈，有过电压继电器与欠电压继电器，多作成低电压（欠电压）继电器。低

电压继电器的动作电压uop,为其线圈上的使继电器动作的最高电压；其返回电压ure,为

其线圈上的使继电器由动作状态返回到起始位置的最低电压。低电压的返回系数KK=UK/

%>1,其值越接近1,说明继电器越灵敏，通常为1.25。过电压的返回系数Kre=Ure/U°p

<1,其值越接近1,说明继电器越灵敏。

本实验用DY-32型电压继电器（〜60V）,其内部接线如图1-2所示。

三、电流继电器特性实验

电流继电器动作、返回电流值测试实验。实验电路原理如图1-3所示。

实验步骤如下：

1.整定继电器动作值，按图1-3接线，调三相交流电发生器输出指示为0V。

2.检查线路正确后，合上电源开关。

3.调节三相交流电发生器使电流值缓慢升高，记下继电器动作（指示灯HL1亮）

时的电流值，即为动作值。

4.继电器动作后，再调节三相交流电发生器使电流值平滑下降，记下继电器返回

时（指示灯HL1灭）最大电流值，即为返回值。

5.测三组数据,分别计算动作值与返回值的平均值即为电流继电器的动作电流值

与返回电流值。

6.计算整定值的误差、变差及返回系数

7.将结果填入表1-1中

表1-1动作值，返回值测试

线圈接法动作值返回值

1

2

3

线圈

平均值

串联

误差整定值却

变'先返回系数

1

2

3

线圈

平均值

并联

误差整定值却

变差返回系数

四、电压继电器特性实验

电压继电器动作、返回电压值测试实验（以过电压继电器为例）。实验原理图如下图1-4

1.整定继电器动作值，按图1-4接线，三相交流电发生器输出指示为0V。

2.检查线路正确后，合上电源开关；

3.调整三相交流电发生器使电压缓慢升高，记下继电器动作（指示灯HL1

亮）时的电压值，即为动作值；

4.继电器动作后，再调节三相交流电发生器使电压缓慢下降，记下继电器

返回（指示灯HL1灭）时的电压值，即为继电器的返回值；

5.测三组数据，分别计算动作值与返回值的平均值，即为过电压继电器的

动作值与返回值；

6.计算整定值的误差、变差及返回系数；

7.结果填入表1-2中

表1-2动作值，返回值测试

动作值返回值

1

2

3

平均值

误差

整定值U”

变差返回系数

五、电压继电器动作时间测试实验

实验原理如图1-5所示。

停

止

o

Anm

电秒表

Iin

-220V启

o-

动

N

图1-5电压继电器动作时间测试实验原理图

实验步骤如下：

1.按图1-5接线，调压器输出指示为0V,整定继电器动作值。

2.检查线路正确后，合上电源开关。

3.打开电秒表电源开关，工作选择开关置“连续”。

4.调整调压器使电压匀速升高，约超过继电器动作值1.2〜1.5倍。

5.合上备用刀闸（QS2）,电秒表显示的时间即为动作时间。记下该值，然后

复位。

6.测3组数据,计算平均值即为电压继电器动作时间值,结果填入表1.3中。

表1.3电压继电器动作时间测试

时间123平均值

T

六、注意事项

1.正确联接电流继电器电流线圈、电压继电器电压线圈的两种联接方式，并明确不一致

联接时的整定范围。

2.电流继电器的电流线圈只同意短时间通入大电流。

七、思考题

1.电磁型电流继电器与电压继电器在结构上有什么异同点？

2.如何调整电流继电器、电压继电器的返回系数？

3.DL型电流继电器的动作电流的调整方法有哪几种？

4.过电压继电器与欠电压继电器有何区别？

5.假如要测试电流继电器动作时间测试实验应如何做？画出实出原理图并进行测

试.

实验2JSS48A-S时间继电器特性实验

一、实验目的

1.熟悉常用时间继电器

2.学会调整、测量电磁型继电器的动作值。

3.测量电磁型继电器的时间特性。

二、常用时间继电器

1.时间继电器在电路中起着操纵动作时间的作用。对时间继电器的要求是时

间的准确性，而且动作时间不应随操作电压在运行中可能的波动而改变。它通常

都有延时吸合触头与延时释放触头，有些型号的时间继电器还兼有瞬时闭合与瞬

时分断触头。不管是吸合延时还是释放延时继电器，在电力继电保护回路中常用

作时限元件获得延时动作来实现自动操纵功效。时间继电器的电磁系统不要求很

高的返回系数，由于继电器的返回是由保护装置启动机构将其线圈上的电压全部

撤除来完成的。

本实验使用的是JSS48A-S数显型时间继电器,它使用了大规模集成电路，

LED数字显示，数字开关预置。该时间继电器设定方便、精度高、延时范围大、

输出容量大、功耗低、无机械磨损，故工作稳固可靠。它的端子接线图如图2-1

所示。

1（阻性）。

JSS48A-S使用说明

⑴把数字开关及时段开关预置在所需的操纵时间位置，接通电源，如今数显

将从零开始计时，当到达所预置的时间时，延时触点动作实现转换，数显保持此

刻的时间显示，实现定时操纵。

(2)复零功能可作断开延时使用，即在任意时刻接通复零键(按动)，延时触点

将回复到初始位置，断开后(释放复零键)，数显从0开始计时。利用此功能，将

复零端子接外控触点也能够实现断开延时。

(3)在任意时刻接通暂停键，计时暂停，显示将保持此刻的时间，断开后再

继续计时。利用此功能可作累时器使用。

(4)在强电场环境中使用，同时复零及暂停键的引线较长时，应使用屏蔽线，

以防电磁干扰而影响继电器的正常工作。

(5)※※复零及暂停端子不同意(切勿)施接电压

三、实验内容

1.时间继电器特性测试实验

实验原理接线图如图2-4所示。

次动作时间

图2-4时间继电器特性测试实验原理图。

4.计算动作时间误差。

表2.1时诃继电器动作时间测试

整定值123平均误差变差

T

四、注意事项

1.时间继电器的复位键与暂停键的端子都切不可接入电压。

2.2.电源引入端子A(B、C)是指从三相电源出线端子上引出A,也能够引

出B或者C,即220V单相电源。不可误接成38OV!或者将A、B、C接

在一起！

实验3中间继电器特性实验

一、实验目的

1.熟悉常用中间继电器

2.学会中间继电器质检试验方法。

二、常用中间继电器简介

1.中间继电器是传输或者转换信号的一种中继电器元件，它作用于各类保护线路与

些操纵线路中，以增加主保护继电器或者主操纵继电器的触点的数量或者容量，来实现-点

操纵多点、以小功率操纵大容量为辅助继电器，等目的。中间继电器实质上是一种电压继电

器，但它的数量多且容量大。为保证在操作电源电压降低时中间继电器仍能可靠地动作，因

此中间继电器的可靠动作电压只要达到额定电压的70%即可，瞬动式时间继电器的固有动作

时间不应大于0.05秒。

本实验使用的是DZ-15型中间继电器。它的结构与工作原理是这样的：山形导磁体由磁

物与园柱铁心构成，其铁芯上装有线圈。平板衔铁借助磷青铜薄弯板与磁视板较链。动、静

接触系统分别固定于衔铁与磁物扳上。当加电压于线圈两端时，衔铁向吸合位置运动，同时

改变触点的状态（动合触点闭合）。断开线圈电压（或者降低电压至返回值）时，衔铁在拉力弹

簧与接触片的反作用力下返回到原始位置，同时触点恢复正常状态（动断触点闭合）。DZ-15

型中间继电器有两对动合与两对动断触点。内部接线如图2-2所示。

图2-2DZ-I5型中间继电器接线图（背视）

DZ-15型置的出口回路中，用来接通断路器的跳闸回路，因

此又称之出口它务必满足继电保护的基本要求：即选择性、速动

性、灵敏性、目I一测量动作的最小电压及额定电压下的动作状态，

D乙15型中间继电器的要紧技术数据如下（可供实验测试参照）:

（1）电磁线圈额定电压DC110V。

（2）动作电压：不小于70%额定电压。

（3）返回电压：不小于3%额定电压。

（4）动作时间：不大于O.045（s）（在额定电压条件下）。

（5）功率消耗：不大于7W（在额定电压下）。

三、实验内容

2.中间继电器特性测试实验

实验原理接线图如图2-5所示。测量中间继电器动作的奏效电压（动作值）与在额定电

压下的可靠性。

1.调压器输出指示为0V,按图2-5接线，检查线路正确后，合上电源开关；

2.调整调压器使电压缓慢升高，记下继电器动作（指示灯HD1亮，HD2灭）时的

电压值，即为动作值；

3.继续调节调压器直至额定电压110V,断开电源开关，再闭合电源开关，观察灯

HD1、HD2的状态。

3.重复步骤2、3的操作连续三次，参照要紧技术参数，检验中间继电器的动作值

与可靠性，得出实验结论。

四、注意事项

1.DZ-15型中间继电器与DX-31B信号继电器的电磁线圈均为电压型，接线时应注意

它们线圈的端子与接法。

2.分清中间继电器与信号继电器的触点端子,切不可接错。

3.电源引入端子A（B、C）是指从三相电源出线端子上引出A,也能够引出B或者C,

即220V单相电源。不可误接成380V!或者将A、B、C接在一起!

五、思考题

1.试说明中间继电器在继电保护装置中的作用？

2试计算出中间继电器动作值是否满足技术参数规定的指标?

3全面描述多种继电器配合实验的动作关系与返回关系。

实验4信号继电器特性实验

一、实验目的

1.熟悉常用时间继电器、中间继电器与信号继电器等。

2.学会信号继电器的质检试验方法。

二、常用信号继电器简介

1信号继电器用于继电保护装置与自动装置或者个别元件动作后的信号指示。它的系

列产品有DX-31A、DX-31B、DX-32A、DX-32B,继电器为嵌入式安装磁电式信号继电器。

它由铁芯、线圈、衔铁、接点系统、指示系统、插头座、外壳等几部分构成。当线圈通电时，

衔铁被吸引，信号掉牌(指示灯亮)且接点闭合.失去电源时，有的需要手动复归，有的电

动复归。信号继电器有电压动作与电流淌作两种。

本实验使用的是DX-31B型信号继电器，它的内部接线如图2-3所示。

(2)电压保持绕组的保持电压不大于80%额定保持电压(对DX-32A、DX-32B型信号继电

器)。

(3)继电器衔铁活动部分应在不小于5%额定值下可靠返回。

通过信号继电器特性实验，检测继电器的灵敏性与可靠性。

三、实验内容

1.信号继电器特性测试实验

图2-6信号继电器特性测试实验原理图

实验原理接线图如图2-6所示。

实验步骤如下：

1.调压器输出指示为0V,按图2-6接线，检查线路正确后，合上电源开关；

2.调节调压器直至额定电压220V,断开电源开关，再闭合电源开关，观察灯HD1

是否亮与信号继电器显示是否动作（信号钮跳起）。断开电源开关，复位信号继

电动作显示器（掀下）。再闭合电源开关，再观察灯HD1与信号继电器显示器

的状态。

3.重复步骤2的操作三次，试验信号继电器的灵敏性与可靠性。

4,断开电源开关，把灯HD1的联线接到信号继电器的另一对触点上，重复步骤1、

2、3的操作，检验这一对触点。

4.多种继电器配合实验

实验要求：使用电压继电器，时间继电器，信号继电器，中间继电器构成一个过电

压保护机构，要求当电压继电器动作后，启动时间继电器延时通过一定时间后，启动信

号继电器发信号与中间继电器动作跳闸。实验步骤为：

1.根据所给继电器，自行拟定一个完整的过电压保护实验原理接线图。

2.接线图通过老师审查合格后进行下列实验。

3.逐步加电压，认真观察各类继电器的动作关系.

4.逐步减电压，认真观察各类继电器的返回关系.

四、注意事项

1.DZ-I5型中间继电器与DX-31B信号继电器的电磁线圈均为电压型，接线时应注意

它们线圈的端子与接法。

2.分清中间继电器与信号继电器的触点端子,切不可接错。

3.电源引入端子A（B、C）是指从三相电源出线端子上引出A,也能够引出B或者C,

即220V单相电源。不可误接成380V!或者将A、B、C接在一起！

五、思考题

1.信号继电器在继电保护装置中的作用？

2信号继电器试验结果其动作值是否满足技术参数规定的指标？

3.全面描述多种继电器配合实验的动作关系与返回关系。

实验5DCD—2差动继电器实验

一、实验目的

1.熟悉DCD-2差动继电器结构及各线圈作用

2.掌握继电器各线圈间极性检查方法及继电器的动作安匝测定方法。

3.熟悉直流分量对继电器动作特性的影响。

二、实验原理

DCD—2继电器由一个执行元件—11/0.2型的电流继电器）与一个带短路线圈的

速路与变流器构成。饱与变流器的导磁体是三柱铁芯，在铁芯的中间柱上绕有一个差动线圈

Wcd。两个平衡线圈W网与Wph2,右侧铁芯柱上绕有与执行元件相连接的二次线圈W,,

短路线圈的两部分w；与叱：则分别绕于中间及左侧铁芯柱上。并使它们产生的磁通对左边

窗口来说是同向串联的，该继电器除二次线圈外，其余各线圈都有一定数量的抽头。利用插

头可改变其匝数，这样便于对继电器的参数进行调整，结构原理图与原理接线图如图7-1所

示。

继电器的基本原理的利用非故障时暂态电流中的非周期分量来磁化导磁体，提高其饱与

程度从而构成躲过励磁涌流及穿越性故障时不平衡电流的作用。当电力变压器空载合闸时,

瞬时值很大的励磁涌流全部流过差动绕组，涌流波形具有偏于时间轴一侧的特性，其波形分

解为周期性分量与以一定速度衰减的非周期分量。并在导磁体里产生相应的磁通，直流磁通

能够无阻碍以两个边柱为路径环流，交流磁通将遭到短路绕组的感应作用而削弱。在直流磁

通的作用下导磁体迅速饱与，大大降低了导磁率，因而显著增加了继电器的动作电流，当穿

越性短路时，短路电流中含有非周期分量电流时，也产生同样的作用，因而也能防止当穿

越短路切除后电压恢复时的误动作。

图7-1DCD-2差动继电器结构

三、预习要求:

1.DCD—2差动继电器结构，各线圈作用。

2.不平衡电流，涌流，助磁特性等概念。

四、实验内容：

1.继电器动作安匝测定

图7-2差动继电器动作安匝测定实验原理图

K：闸刀开关R：变阻器

AT：单相调压器E：直流电源

A：电流表(0—5A—10A)XD：信号灯

实验线路如图7-2所示。改变差动线圈匝数，当匝数为20、13、10匝时读取动作

电流值，并计算动作安匝，将实验结果记录与表格内，要求动作安匝为60±4安匝

表7.1继电器动作安匝测定数据记录

差动线圈匝数201310

动作电流(A)

计算动作安匝

2.差动线圈与平衡线圈极性检查

实验接线如图7-3所示，设备仍是图7-2所示的设备。5、3端子相连。

a.先在端子1及9通入电流，差动线圈接在5匝，平衡线圈分别接在16、14、8、

4、3匝时，读取动作电流，并计算动作安匝。

表7.2差动线圈接在20匝测定数据记录

平衡线圈匝数161484.3.

动作电流(A)

计算动作安匝

b.再在端子1及7通入电流，差动线圈接在5匝，平衡线圈分别接在16、8、3

匝时，读取动作电流，并计算动作安匝。

表7.3差动线圈接在20匝测定数据记录

平衡线圈匝数1683

动作电流(A)

计算动作安匝

c.把所得结果记录于表格中，并比较a,b项结果，判别极性。

注意:

a.在实验中变换匝数，松开螺丝插头前，应拉开电源，避免因螺丝插头切断

电流。

b.螺丝插头务必插对，旋紧，以免造成内部局部短路或者开路。

3.短路线圈匝数比Wj/W；的改变对动作安匝数的影响

实验接线如图7-4所示。改变短路线圈的匝数比，即螺丝插头接短路线圈的1—1',

1―2，，1—3”一4,时，读取动作电流值，并计算动作安匝。把结果记录于表格内。

表7.4差动线圈接在20匝测定数据记录

短路线圈的匝数

i-r12131-4'

比

动作电流(A)

计算动作安匝

五、实验报告要求:

1.列表记录各项测定数据。并计算结果加以分析，画出曲线。

2.说明各线圈的功用。

3.直流助磁特性曲线陡与平滑对变压器差动保护的影响？

六、注意事项

1.实验前务必阅读实验指导书、预习有关内容。

2.正确联接实验电路，并明确平衡线圈、差动线圈、短路线圈。

七、思考题

1.为什么要有平衡线圈与短路线圈？可否没有？

2.直流助磁特性曲线陡与平滑对变压器差动保护的影响？

实验6方向阻抗继电器实验

一、实验目的

1.观察方向阻抗继电器的结构。

2.掌握方向阻抗继电器的整定方法及精工电流、经历回路的整定方法。

3.掌握方向阻抗继电器的静态2网=/(*)特性与Z，,“=/(/,)特性测量方法，

学会求取最大灵敏角及最小精确工作电流。

二、LZ-21型向阻抗继电器简介

本实验使用LZ-21型向阻抗继电器，这种方向阻抗继电器属于相灵敏接线的整流型方

向阻抗继电器。它同功率方向继电器一样，由电压形成回路，整流比较回路与执行元件三部

分构成。

LZ-21型方向阻抗继电器的原理接线图如图18-1所示。

I段

21DEB

24

注：断开端子回⑯及幽㉚,

短接端子㉚⑩即为方向

继电器。

30佐）

图18-1LZ-2I型方向阻抗继电器

端子1、2,与3、4为继电器中电抗变压器DKB的两个原方线圈的电流引入端子.苹

子5、6、7为继电器中电压变换器YB的原方线圈端子，用于引入电压UA，U8，U一如5、

6端子携L压UAB，则7端子接电压端子9、10、11为继电器中JJ极化继电器的两对

节点（-寸常开节点与一对常闭节点）。

LZ-21型方向阻抗继电器的交流额定电压为I00V,页定电流为5A,额定频率为50

赫兹，阻抗的整定值为2C-20C。

三、实验内容

实验步骤为:

1.阅读LZ-21方向阻抗继电器原理接线图（图18-1）,掌握LZ-21方向阻抗继电器的原

理及实验内容

2.熟悉实验原理接线图（图18-2）,即拟定一实验图。

3.根据拟好的线路图（图18-2）接线，检查线路是否正确。

将Ui调至0。，开三相交流电发生器的输出加1A电流，可用示波器检查接线极性是

否正确。

4.调整方向阻抗继电器的动作阻抗值。

用改变方向阻抗继电器面板上螺钉插孔的位置来实现的。比如：〃w=1,〃仃=1时,

若DKB的阻抗Z1=2。，为了得到=5Q,nYII的抽头百分数可选用40。

5.测量方向阻抗继电器的静态=/（°）特性（阻抗园特性），作图求最大灵敏角

（。内=72°，Z々=5c）。

a.开输出，保持方向阻抗继电器的电流回路通过的电流为1=2.04。使输入继电器

的电压为某一电压值，注意输入电压不应大于20V。

b.改变电流与电压的相位角差，使继电器动作（由灯不亮到亮），关于每一固定电压，

可测出两个角度夕।,仍将测量值填入表18.1中；

c.改变输入电压值，重复上述操作，测量5-8组数据；

d.计算动作阻抗值，作出静态特性Z。，=/（e）图，求出整定灵敏角0。

表18.1方向阻抗继电器Z”=/（°）测试（/=2A）

UJV)1815121086

4

Z?

6.测量方向阻抗继电器的静态Zpu=/（1）特性，求最小精工电流

a.保持上述接线及阻抗继电器的整