继电保护实验

继电保护及微机保护实验指导书

继电保护及微机保护实验指导书

湖南大学电气与信息工程学院

2014.3

I

继电保护及微机保护实验指导书

实验前说明

第一次实验前请仔细阅读第一章，了解实验系统各部分的功能和连接方式。

实验过程中接线切记以下几点：

1. 测试仪上的电流输出应连接到各继电器及多功能微机保护实验装置的电流输入端子上！并注意接好电流公共端！与多功能微机保护实验装置连接时注意把三相电流公共端连在一起后再连接到测试仪电流公共端上！

2. 测试仪的电压输出应连接到各继电器及多功能微机保护实验装置的电压输入端子上！并注意接好电压公共端！

3. 测试仪的开关量信号分清楚开入和开出，不要接错！ 4. 实验前必须仔细阅读《TQWX-II微机型继电保护试验测试仪用户手册》 （或继电保护信号测试系统软件帮助文件）和《TQDB-II型多功能微机保护实验装置用户手册》，熟悉TQWX-II微机型继电保护试验测试仪和TQDB-II型多功能微机保护实验装置的操作使用后方可进行实验。

5. 实验电流较大（大于12A）时，测试仪不得长期工作！ 6．接线完毕后，必须由另一人检查线路。

1

继电保护及微机保护实验指导书

第一章 概述

一、系统简介：

TQDB-III多功能微机保护与变电站综合自动化实验培训系统采用集成式、开放式的设计思路，覆盖了多个专业多门课程，适合电力系统、电气类、自动化类、电工类专业学生进行研究性、综合性、设计性、开放性实验、课程设计、毕业设计及创新设计。

本实验指导书着重介绍与《电力系统继电保护原理》、《电力系统微机保护》、《变电站综合自动化》课程相关的实验。本实验台可完成：常规继电器特性实验、数字式继电器特性实验及成组微机保护综合实验三大部分。

其中包含的常规继电器有：DL-31型电流继电器、DY-36型电压继电器、LG-11型功率方向继电器、LCD-4型变压器差动继电器。

数字式继电器有：数字式电流继电器、电压继电器，反时限电流继电器，功率方向继电器，差动继电器，阻抗继电器，零序电流、零序电压继电器，负序电流继电器、负序电压继电器，反时限零序继电器、反时限负序电流继电器。

微机保护部分包括：单双电源10kV线路微机保护综合实验，单双电源35kV线路微机保护综合实验，单双电源110kV线路微机保护综合实验，变压器微机保护综合实验，电容器微机保护综合实验。

二、系统特点：

1. 实验接线非常简单明确，减小实验准备工作的强度。

2. 实验系统采用自主研制的信号发生装置提供高精度实验信号，省去了传统实验系统中的调压器、移相器、滑线电阻和测量仪表。实验接线非常简单，不需要进行实验准备工作。

3. 各种常规继电器和微机保护继电器特性实验可以设置为自动或手动测试，并在PC机屏幕上直观的显示坐标描点和绘制继电器特性曲线全过程

4. 实验台面板上具有成组微机保护实验的接线图，学生在面板上进行微机保护装置与电流、电压及出口信号的连接，在上位机界面上设置故障类型和故障点，可在接线图上或在上位机界面中执行短路操作，并观察动态的实验现象

5. 系统附带详细的原理讲解和操作说明，可以帮助学生在加深理解实验原理的基础上熟悉实验过程，达到良好的实验效果

三、系统构成：

一套实验培训系统由一个实验操作台、多个常规保护继电器、一台TQDB-II型多功能微机保护

实验装置、一台TQWX-II微机型继电保护试验测试仪和一台PC机构成。系统原理构成如图1-1。

2

继电保护及微机保护实验指导书

图1-1 系统结构图

1) 微机型继电保护试验测试仪：分别与PC机、多功能微机保护实验装置和多个常规继电器连接。用于受PC机控制对电力系统中任意线路或设备正常运行以及各种故障的情况进行模拟，产生相应的电流、电压信号和开关量信号，并将信号送到多功能微机保护实验装置和常规继电器的输入端，同时向PC机传送电流、电压的录波数据、各开关量变位信息及各保护或重合闸的动作时间数据。

2) 常规继电器：与微机型继电保护试验测试仪连接，用于利用微机型继电保护试验测试仪测试各种常规继电器的特性；

3) 多功能微机保护实验装置：分别与微机型继电保护试验测试仪、PC机连接，可通过PC机下载保护程序、整定各保护定值、设置参数、查询保护动作报告，接受微机型继电保护试验测试仪产生的模拟信号和开关量信号完成多种微机继电保护和测控功能，并将保护动作量通过开关量输出反馈回微机型继电保护试验测试仪，将保护和重合闸的动作信息、及各开入量状态上传给PC机。

4) PC机：分别与微机型继电保护试验测试仪、多功能微机保护实验装置连接，用于控制微机型继电保护试验测试仪产生各种模拟信号和开关量信号、向多功能微机保护实验装置下载程序、整定保护定值，并接收微机型继电保护试验测试仪和多功能微机保护实验装置上传的信息，显示实验界面和实验结果，便于进行各种微机保护实验和变电站综合自动化实验及培训。

四、实验台面板说明及内部接线：

实验台面板布置分四部分：成组微机保护接线图、多功能微机保护实验装置部分、常规保护继电器部分和微机型继电保护试验测试仪。见图1-2。

1. 多功能微机保护实验装置部分

包括多功能微机保护实验装置及电压、电流、开关量输入及开关量接线区。为方便实验接线，在实验台内部已将多功能微机保护实验装置背部的各端子分别引到实验台面上相应接线端。

2. 成组微机保护接线图

为了在进行成组微机保护综合实验时，直观地反应微机保护装置在现场的运行情况，在实验台面板上设置了成组微机保护接线图。接线图上的各接线端子已经在实验台内部和测试仪相应电流、电压及开关量端子一一连接。因此实验时可将微机保护装置接线区各接线孔用测试线分别和接线图中的各接线孔连接。见图1-3。

3. 常规保护继电器部分

为方便实验接线，在实验台内部已将各常规保护继电器背部的各接线端子分别引到实验台面上各继电器相应的电压、电流接线端。各常规保护继电器的开出接点通过“转换开关”并接在“常规

3

继电保护及微机保护实验指导书

保护出口”上。

图1-2 实验台面板布置图

图1-3 成组微机保护实验接线示意图

五、操作注意事项：

1、实验前必须仔细阅读《TQWX-II微机型继电保护试验测试仪用户手册》 （或继电保护信号测试

4

继电保护及微机保护实验指导书

系统软件帮助文件）和《TQDB-II型多功能微机保护实验装置用户手册》，熟悉TQWX-II微机型继电保护试验测试仪和TQDB-II型多功能微机保护实验装置的操作使用后方可进行实验。 2、实验电流较大时，不得长期工作，尤其是系统的信号源――测试仪。 3、接线完毕后，要由另一人检查线路。

第二章 常规继电器特性实验

由PC机控制TQWX-II微机型继电保护试验测试仪发出各种电流和电压信号，测试以下常规继电器的性能：DL-31型电流继电器、DY-36型电压继电器、LG-11型功率方向继电器、LCD-4型变压器差动继电器。

常规继电器实验方式构成原理图见下图。为方便实验接线，在实验台内部已将各常规保护继电器背部的各接线端子分别引到实验台面上各继电器相应的电压、电流接线端。各常规保护继电器的开出接点通过“转换开关” 并接在“常规保护出口”上。

常规继电器实验方式构成原理图

实验一、DL-31型电流继电器特性实验

一、实验目的：

1、了解常规电流继电器的构造及工作原理。 2、掌握设置电流继电器动作定值的方法。

3、学习微机型继电保护试验测试仪的测试原理和方法，并测试DL-31型电流继电器的动作值、返回值和返回系数。

二、DL-31型电流继电器简介：

DL-31型电流继电器用于电机、变压器及输电线的过负荷和短路保护中，作为启动元件。DL-31型电流继电器是电磁式继电器，当加入继电器的电流升至整定值或大于整定值时，继电器就动作，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，继电器返回，动合触点断开，动断触点闭合。

5

继电保护及微机保护实验指导书

继电器有两组电流线圈，可以分别接成并联和串联方式，接成并联时，继电器动作电流可以扩大一倍。继电器接线端子见图2-1-1，串联接线方式为：将④、⑥短接，在②、⑧之间加入电流；并联接线方式为：将②、④短接，⑥、⑧短接，在②、⑧之间加入电流。做实验时可任意选择一种接线方式。

图2-1-1 DL-31继电器接线端子

打开电流继电器面板前盖，拨动定值设定指针，可设定电流继电器的整定值。

三、实验接线：

1. 集控台内部已连接线说明：

本实验台将继电器线圈接成串联方式，并在实验台内部已将电流继电器的电流线圈输入端子（②、⑧端子）引到实验台面上电流继电器的各接线端，将电流继电器的动合触点（①、③端子）连接到实验台面上“常规保护出口”接线端上。

2. 实验中应连接的线：

将测试仪产生的任意一相电流信号与电流继电器对应的I，In端子连接，将“常规保护出口”接线端接到测试仪的任意一对开入接点上。并把实验台上的转换开关KK放在“电流”档。

四、测试方法：

控制测试仪的输出，从小到大动态地改变加入电流继电器中的电流，直至其动作；再减小电流直至其返回，测试电流继电器的动作值、返回值和返回系数。可采用自动测试方法，也可采用手动测试方法。

五、实验内容：

注：本实验需使用TQWX-II微机型继电保护试验测试仪，请仔细阅读《TQWX-II微机型继电

保护试验测试仪用户手册》或继电保护信号测试系统软件帮助文件中的有关内容。

（一） 手动测试继电器动作值及返回值 方法：

将测试仪设置为手控方式对继电器进行测试：手动操作不断增加测试仪发出的电流，直至电流继电器动作；再不断减小电流，直至电流继电器返回。

步骤：

1. 按“三、实验接线”中的方法接好连线。

2. 打开测试仪电源，在PC机上运行桌面上的“继电保护特性测试”系统软件，进入“继电器特性通用测试”模块。如图2-1-2。

6

继电保护及微机保护实验指导书

图2-1-2继电器特性通用测试界面

3. 设置测试仪的控制参数：分别设置测试仪的控制变量，开关量连接，见图2-1-3和图2-1-4。其中当前控制变量即：实验过程中按设置规律动态变化的量，测试仪产生的其余电气量在实验过程中均保持不变。本实验中需要动态改变加入到测试仪中的电流，因此把当前变量设为“Ia幅值”（假定接入电流继电器的量为A相电流）；变量的变化步长直接影响测试精度，为提高精度，可设为0.05A。

4. 在图2-1-2的“输出参数”区输入测试仪的固定量输出值和当前变量起始值。

注意：因当前变量变化步长为正数，当前变量Ia的大小起始值应小于设置的电流继电器动作定值。建议未连线的信号有效值设为0。

5. 按“开始试验”按钮，控制测试仪输出设定的电流。

6. 按“增加”按钮，测试仪按设定的步长增加电流的输出。直至输出的电流使电流继电器动作，测试仪采集到动作信号，并在实验结果的动作值栏中显示动作值。

图2-1-3 变量设置界面 图2-1-4 开关量设置界面

7. 按“减少”按钮，测试仪按设定的步长减少电流的输出。直至输出的电流使电流继电器返回，测试仪采集到返回信号，并在实验结果的返回值栏中显示返回值，同时自动计算出电流继电器的返回系数。

8. 重复步骤3-7，测四组数据，分别计算动作值和返回值的平均值即为电流继电器的动作电流值和返回电流值，并计算整定值的误差、变差及返回系数。 误差＝[最小动作值－整定值] / 整定值×100%

变差＝[最大动作值－最小动作值] / 四次动作平均值×100%

7

继电保护及微机保护实验指导书

返回系数＝返回平均值 / 动作平均值 将测试和计算结果填入表2-1-1。

9. 改变电流继电器的整定值，再次测继电器的动作值、返回值和返回系数，与表2-1-1结果比较后填入表2-1-2。

表2-1-1 模拟式电流继电器动作值、返回值和返回系数实验数据

1 2 3 4 平均值(A) 误差(%) 变差(%) 返回系数 整定值(A) 动作值(A) 返回值(A) 返回系数 （二） 自动测试继电器的动作值及返回值

将测试仪设置为程控方式对继电器进行测试。设置测试仪的测试方式、变量范围，使测试仪自动按控制模式动态的改变发出的电流，自动测试电流继电器的动作值、返回值和返回系数。

表2-1-2 模拟式电流继电器返回系数测试数据

1 2 步骤：

整定值(A) 返回系数 1. 在图2-1-2界面的“控制操作”区选择“程控”方式。

2. 设置控制参数变量。其中“程控设置”参见图2-1-5。

8

继电保护及微机保护实验指导书

图2-1-5 程控设置界面

“变化范围”:可界定当前设定变量变化的起点和终点，注意变化范围应能覆盖继电器的动作值和返回值。

“变化方式”：变量的变化方式，―始‖为变化范围的起点，―终‖为终点，“始，终‖为单程变化，只能测量动作值；―始，终，始‖为双程变化，可以同时测量动作值、返回值；

“步长时间”：变量按其步长变化时，每一步大小的保持时间。一般地，每步时间的设置应大于继电器的动作（或返回）时间。

“返回方式”：变量的返回方式，有动作返回和全程返回两种方式。设置为―动作返回‖时，当前变量在从起点到终点的变化过程中，一旦程序确认继电器动作，则根据变化方式确定是否继续试验：当变化方式为―始，终‖，则结束试验；变化方式为―始，终，始‖，则改变变量的变化方向，向起点返回。设置为―全程返回‖时，无论继电器动作与否，变量仅仅根据变化范围的设置进行变化，直至到达终点或返回到起点。测继电器的动作值和返回值必须设置为“动作返回”方式。

本实验中因需要测试电流继电器的动作值和返回值，应设置为“动作返回”并选择―始，终，始‖的变化方式，确保测试仪测得电流继电器动作获取动作值后，减小产生的电流从而使继电器返回，再得到返回值。

3. 按“开始试验”按钮，控制测试仪按设置的方式输出电流。并将实验数据与手动方式进行比较。

六、思考题：

1、电磁型电流继电器的动作电流与哪些因素有关？

2、什么是电流继电器的返回系数？返回系数的高低对电流保护的整定有何影响？

实验二、DY-36型电压继电器特性实验

一、实验目的：

1、了解常规电压继电器的构造及工作原理。 2、掌握设置电压继电器动作定值的方法。

3、测试DY-36型电压继电器的动作值、返回值和返回系数。

二、DY-36型电压继电器简介：

DY-36型电压继电器用于继电保护线路中，作为低电压闭锁的动作元件。DY-36型电压继电器是电磁式低电压继电器，当加入继电器的电压降低到整定电压时，继电器动作，动断触点（⑤、⑦端子）闭合，动合触点（①、③端子）断开；当加入继电器的电压超过整定电压时，继电器动合触点闭合，动断触点断开。如果利用电压继电器的动断触点控制断路器，则继电器工作在低电压方式；如果利用电压继电器的动合触点控制断路器，则继电器工作在过电压方式。继电器接线端子见图2-2-1。

9

继电保护及微机保护实验指导书

图2-2-1 DY-36继电器接线端子

继电器有两组电压线圈，可以分别接成并联和串联方式，接成并联时，继电器动作电压可以扩大一倍，并联和串联接法可查看继电器表面接线说明。

打开电压继电器面板前盖，拨动定值设定指针，可设定电压继电器整定值。

注：本实验台内部已经将电压继电器的动合触点连接到实验台面上“常规保护出口”接线端上，因此其工作方式为过电压继电器。

三、实验接线：

1. 集控台内部已连接线说明：

本实验台将继电器线圈接成串联方式，并在实验台内部已将电压继电器的电压输入端子（②、⑧端子）引到实验台面上电压继电器的各接线端，将电压继电器的动合触点（①、③端子）连接到实验台面上“常规保护出口”接线端上。

说明：该继电器已作为过电压继电器。 2. 实验中应连接的线：

将测试仪产生的任意一相电压信号与电压继电器对应的U，Un端子连接，将“常规保护出口”接线端接到测试仪的任意一对开入接点上。并把实验台上的转换开关KK放在“电压”档。

四、测试方法：

控制测试仪的输出，从小到大动态地改变加入电压继电器中的电压，直至其动作；再减小电流直至其返回，测试电压继电器的动作值、返回值和返回系数。

实验可采用自动测试方法，也可采用手动测试方法。

五、实验内容：

本实验主要内容为：手动或自动测试电压继电器的动作值及返回值。 步骤：

1. 按“三、实验接线”中的方法接好连线。

2. 打开测试仪电源，在PC机上运行继电保护信号测试系统软件，进入“继电器特性通用测试”模块。

3. 测试方法可参见实验一，注意“当前变量”应设置为“Ua幅值”（假定接入继电器的量为A相电压）。测试3组数据，将结果填入表2-2-1。

10

继电保护及微机保护实验指导书

表2-2-1 模拟式电压继电器动作值、返回值和返回系数实验数据

1 2 3 平均值(V) 误差(%) 变差(%) 返回系数 整定值(V) 动作值(V) 返回值(V) 返回系数 六、思考题：

1、电磁型电压继电器的动作电压与哪些因素有关？

2、什么是电压继电器的返回系数？返回系数的高低对电压元件的整定有何影响？

实验三、LG-11型功率方向继电器特性实验

一、实验目的：

1、了解常规功率方向继电器的工作原理。 2、掌握功率方向继电器的动作特性试验方法。

3、测试LG-11型功率方向继电器的最大灵敏角和动作范围。

4、测试LG-11功率方向继电器的角度特性和伏安特性，考虑出现“电压死区”的原因。 5、研究接入功率方向继电器的电流、电压的极性对功率方向继电器的动作特性的影响。

二、LG-11型功率方向继电器简介：

功率方向继电器是一种反映所接入的电流和电压之间的相位关系的继电器。当电流和电压之间的相位差为锐角时，继电器的动作转矩为正，使继电器动作，控制接点闭合，继电器跳闸；当电流和电压之间的相位差为钝角时，继电器的动作转矩为负，继电器不动作，从而达到判别相位的要求。

功率方向继电器根据其原理可分为感应型、整流型、晶体管型。本实验采用LG-11整流型功率方向继电器，它一般用于相间短路保护。这种继电器是根据绝对值比较原理构成的，由电压形成回路、比较回路和执行元件三部分组成，如图2-3-1。

11

继电保护及微机保护实验指导书

图2-3-1 LG-11型功率方向继电器原理接线图

图中整流桥BZ1所加的交流电压为KuUr?KiIr，称为工作电压；整流桥BZ2所加的交流电压为KuUr?KiIr，称为制动电压。其中Ur、Ir分别为加入功率方向继电器的电压和电流；Ku为电压变换器YB的匝比；Ki为电抗变压器DKB的模拟电抗。JJ为极化继电器。当电流从JJ的“*”端流入时，JJ动作；反之JJ不动作。因此LG-11整流型功率方向继电器的动作条件是工作电压大于制动电压，其动作方程为：

KuUr?KiIr?KuUr?KiIr????????????????

功率方向继电器灵敏角的调整可通过更换面板上压板Y的位置来实现。

三、实验接线：

1. 集控台内部已连接线说明：

本实验台内部已将功率方向继电器的电压输入端子（⑦、⑧端子）和电流输入端子（⑤、⑥端子）引到实验台面上功率方向继电器的各接线端，将继电器的动作接点（⑾、⑿端子）连接到实验台面上“常规保护出口”接线端上。

2. 实验中应连接的线：

在实际中，功率方向继电器采用90o接线方式。

在本实验中，为了方便信号控制，可直接将测试仪产生的任意一相电压和任意一相电流分别与功率方向继电器对应的电压和电流输入端子连接。

将“常规保护出口”接线端接到测试仪的任意一对开入接点上。并把实验台上的转换开关KK放在“功率方向”档。

四、实验内容：

实验之前，首先按“三、实验接线”中的方法接好连线。 注意：

12

继电保护及微机保护实验指导书

因功率方向继电器反映所接入的电流和电压之间的相位关系而动作，因此接线完毕后，一定要检查接线极性是否正确。

打开测试仪电源，在PC机上运行继电保护信号测试系统软件，进入“继电器特性通用测试”模块。

(1) 测试LG-11功率方向继电器的最大灵敏角 方法：

（假定接入功率方向继电器中的电压信号为测试仪输出的A相电压信号，电流信号为测试仪输出的A相电流信号）

功率方向继电器的?J??U??I。以加入到继电器中的电流为参考向量，设置IA?5A?0?，这样?I＝0°。固定加入到继电器中的电压UA的大小，改变电压相角?U即相当于改变?J，通过测试测

量功率方向继电器的动作区从而得到继电器的最大灵敏角。

为了得到正确的最大灵敏角，一定要测得功率方向继电器完整的动作区域，因此设置的电压相角改变的方向最好使继电器的动作过程为：

动作区外－>动作边界1－>进入动作区->动作边界2－>动作区外，如图2-3-2。

动作边界2动作区外?J2?J1?lm动作区内IA?动作边界1IAej?lm?

图2-3-2 功率方向继电器动作范围示意图

步骤如下：

a. 打开测试仪电源，在PC机上运行“继电保护特性测试系统”软件，进入“通用继电器动作特性测试”模块。

b. 输出参数设置：手动输入测试仪的输出参数：IA?5A?0?，UB大小固定为57.735V。其他未连线的信号有效值设为0。

c. 采用程控方式测试功率方向继电器的动作范围。

变量设置为“UB相角”，步长设置为2度。从图2-13可知，当以IA为参考向量时，UB相角的理论动作范围为：[?lm-90°，?lm+90°]。

为了同时测出动作边界1和动作边界2，返回方式应选择“全程返回”（如果设置为动作返回只能测得动作边界1）。

测试完成后记录实验结果中显示的“始角度”和“终角度”，即为?J1和?J2，填入表2-3-1。

13

继电保护及微机保护实验指导书

d. 计算最大灵敏角?m。

功率方向继电器的最大灵敏角?m为：?m??J1??J22，填入表2-3-1。

e. 改变功率方向继电器的灵敏角为-45°，重复实验，并将测量和计算结果填入表2-3-1。

表2-3-1 最大灵敏角测试实验数据（保持电流为5A，0度）

灵敏角 -30° -45° ?J1 ?J2 最大灵敏角?m (2) 测LG-11功率方向继电器角度特性Udz.J?f(?J)

方法：整定功率方向继电器的灵敏角为-45°。设置IA固定为5A?0，UB的角度即为?J。 在功率方向继电器的动作区内设置不同的?J，测出每一个?J下使继电器动作的最小起动电压

?Udz.J，填入表2-3-2。并根据测得的数据绘制功率方向继电器的角度特性Udz.J?f(?J)。

提示：

测试过程中，当前变量应选择Ub幅值。

表2-3-2 功率方向继电器角度特性测试数据

?J Udz.J(V) ?J -45 -129 30 -55 -131 32 -65 -133 34 -75 -135 36 -85 -25 38 -95 -15 40 -105 -5 42 -115 5 -125 15 -127 25 Udz.J(V) ?J Udz.J(V) (3) 测LG-11功率方向继电器的伏安特性Udz.J?f(IJ)

方法：整定功率方向继电器的灵敏角为-45°。固定加入到继电器中的电压和电流的相角，使?J＝?m（该最大灵敏角为上述实验实测值），即IA相角设为0°，UB相角固定为?J。从5A开始依次减

小IA，测出每一个不同电流下使继电器动作的最小起动电压Udz.J（即Ub幅值）。

将数据填入表2-3-3，并根据测得的数据绘制功率方向继电器的伏安特性曲线Udz.J?f(IJ)。

表2-3-3 伏安特性实验数据(保持?m不变)

IJ(A) Udz.J(V) 5 4 3 2 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 五、思考题：

14

继电保护及微机保护实验指导书

(1) LG-11型功率方向继电器的动作区是否等于180度？为什么？ (2) 功率方向继电器采用90度接线方式具有什么优点？

(3) 用相量图分析加入功率方向继电器的电压、电流极性变化对其动作特性的影响。

实验四、LZ-21阻抗继电器特性实验

一、实验目的：

1、了解整流阻抗继电器的工作原理。

2、了解LZ-21阻抗继电器的结构，掌握设置继电器动作定值的方法。 3、掌握阻抗继电器的基本调试和测试方法。

二、LZ-21阻抗继电器简介：

图 2-4-1 LZ-21型方向阻抗继电器原理接线图

1. 原理简介：

LZ-21型方向阻抗继电器属于相灵敏接线的方向阻抗继电器。由电压形成回路，整流、比较回路和执行回路三大部分组成。原理接线图如图2-4-1。

从图2-4-1可知：

电压形成回路主要包括有：

1） DKB—电抗变压器原边绕组可调，副边输出电压与原边输入电流I成正比。

有TA引入的电流ITA＝Im／nTA 接于电抗变压器DKB的一次侧端子21、22、23、24。在它的二次侧，得到正比于一次电流的电压，DKB的一次侧有几个抽头，当改变抽头位置时，即可改变ZI值。

2） YB—电压变换器付边绕组可调，副边输出电压Uy 与原边输入电压UKB成正比。

由TV引入的电压Uy = UKB／nTV 接于电压变换器YB的一次侧端子27、29、31，用于引入电压

15

继电保护及微机保护实验指导书

U27、U29、U31 ，YB二次侧每一定匝数就有一个抽头，改变抽头位置即可改变nBU ，也可改变Zset 的大小。端子34、36、38为继电器Ⅰ、Ⅱ段切换的触点。当34、36连通时，Ⅰ段接通。当34、38连通时，Ⅱ段接通。

3） JYB—极化变压器，副边输出两组相同的电压，其相位与Rj的压降同相，称为极化电压，用UJ表示。

方向阻抗继电器在保护安装处于正向出口发生金属性短路时，其测量电压Um值小于继电器的最小动作电压，继电器将拒绝动作，这一不动作区通常称为方向阻抗继电器的死区，方向阻抗继电器必须消除死区才能正确工作。LZ-21型方向阻抗继电器为消除死区，在继电器的相位比较电气量中引入与测量电压Um同相位的带有记忆作用的极化电压UJ。引入极化电压UJ的另一个作用，就是防止被保护线路反向出口短路时，方向阻抗继电器发生误动作现象。引起反向出口短路时误动作的原因，可参阅有关资料分析。

上面三种变压器产生的电压UK、Uy 、UJ按照一定的极性关系连接组成了两个不同的电压。即工作电压U1 =UK +UJ –Uy = UJ–(Uy –UK) 制动电压U2 =-UK + UJ + Uy = UJ+ (Uy –UK)

U1和U2经过双半环整流送入到执行元件极化继电器的工作线圈和制动线圈，以进行两电压的绝对值比较，继电器的动作条件为︱U1︱≥︱U2︱

关于阻抗继电器工作原理以及双半环整流原理在此不重述，请参阅教材。 2. 主要技术数据：

1） 交流额定电压=100伏 2） 交流额定电流=5安 3） 工作频率50HZ

4） 最大灵敏度65° 72° 80°允许±5°偏差

5） 阻抗整定范围为0.2～20Ω／Φ。改变电流回路的DKB位置，动作阻抗最小整定值为表

2-4-1，允许误差为±10%。更新YB的变化可以改变表中最小整定值，而最大整定阻抗为表中最小整定值的10倍。

6) 精工电流Iig：当DKB=20匝，YB=100%，两相短路Iig﹤1.4安。

表2-4-1 DKB最小整定阻抗范围与原方线圈对应接线

最小整定阻抗范围 （欧姆） 0.2 0.4 0.6 0.8 1

DKB原方绕组匝数 2 4 6 8 10 16

DKB原方绕组接线示意图 （一个绕组） 继电保护及微机保护实验指导书

1.2 1.4 1.6 1.8 2 12 14 16 18 20 三、整流型阻抗继电器的阻抗整定值的整定和调整：（请仔细阅读该部分整定方法）

整流型阻抗继电器的阻抗整定值的整定和调整

当方向阻抗继电器处在临界工作状态时，整定阻抗可表示为：Zset?ZInTA，其中KU?。KUnTVnYB显然，阻抗继电器的整定与LZ-21中电抗变压器DKB的模拟阻抗ZI、电压变换器YB的变化nYB、电压互感器变比nTV和电流互感器nTA有关。

试验时设nTV=1，nTA=1，则Zset?ZI?ZInYB。 KU出厂时，LZ-21阻抗继电器DKB原方匝数默认为20匝，即最小整定阻抗ZI为2Ω，通过改变电压变换器YB的变化nYB即可改变阻抗继电器的整定阻抗。

通过在阻抗继电器面板上选择合适的插孔插入螺钉，可得到不同的整定值，如果不改变原方匝数，则整定阻抗范围为2Ω～20Ω（副方线圈匝数最小为总匝数的10%）。

如图 2-4-2(b)所示，YB副方线圈内部有4段绕组，每段绕组匝数不同，每段绕组必须插入一个螺钉。如果某段绕组不需要选择数值时，将螺杆插入该段绕组的0插孔中。

例如：若要求整定阻抗为Zset=2.01Ω，nYB=ZI/Zset=99.5%，即应设定电压变换器YB副方线圈匝数为总匝数的99.5%，应选择80匝、15匝、4匝、0.5匝插孔插入螺钉，如图2-4-2(a)所示。

图 2-4-2 LZ-21型方向阻抗继电器YB整定板及其内部接线示意图

四、实验接线：

1. 集控台内部已连接线说明：

1) 在集控台内部已将继电器端子34和36连通，即：接通I段，把阻抗继电器作为I段进行测

17

继电保护及微机保护实验指导书

试。

2) 为了实验接线方便，在集控台内部已将继电器背部的各端子引至集控台面板上阻抗继电器的各接线端，对应关系如下：

21――Ia，22.23（短接）――In，24――Ib，27――Ua，29――Ub，31――Uc。 其中31端子接Uc作为补偿电压，避免方向阻抗继电器出口发生短路时出现动作死区。

3) 端子28、30、32为极化变压器触点桥的输出，即阻抗继电器的出口接点，其中28与32之间为一对常闭接点，28与30之间为一对常开接点，集控台内部已将端子28和30并接在“常规保护出口”接线端上。

2. 实验中应连接的线：

将测试仪的A相电流与阻抗继电器的I端子相连，测试仪的电流公共端与阻抗继电器的In端子相连；将测试仪的A相电压与阻抗继电器的Ua端子相连，测试仪的电压公共端与阻抗继电器的Ub端子相连，测试仪的C相电压与阻抗继电器的Uc端子相连；将“常规保护出口”接线端接到测试仪的任意一对开入接点上。并把实验台上的转换开关KK放在“阻抗”档。

五、实验内容：

（一）最大灵敏角测试

内容：整定阻抗设为Zset=2.01Ω，分别设置最大灵敏角为72°、65°、80°，并进行测试。 方法：设置IJ=5A，取UJ=0.8IJZset，使测量阻抗在继电器动作圆内。第三相电压不加入。保持IJ和UJ大小不变，改变UJ和IJ之间的相角?j，测试使继电器刚好动作的相角?1和?2。

提示：

根据接线，IJ= Ian、UJ=Uan，以Ia为参考向量，设置Ia=5A∠0°，Ua大小取0.8*IJZset=8V，Uc设置为0V。设置“Ua相角”为控制变量，程控设置的变化范围应该包括继电器动作的动作的始角度和终角度，可设置为-20°~160°。

计算?m和测量误差△%。

表2-4-2 阻抗继电器最大灵敏角测试实验数据

灵敏角 72° 65° 80° 提示： 其中?m? ?J1 ?J2 最大灵敏角?m △% ?1??22，如果选择整定灵敏角为72°，则△%=（72°-?m）*100% / 72° （二） LZ-21阻抗继电器动作特性测试 设置整定阻抗为Zset = 2.01Ω，灵敏角为72°。

18

继电保护及微机保护实验指导书

A. 不加第三相电压进行测试

方法： 设置Uc=0V（或取消测试仪UC与阻抗继电器Up之间的连线）。设置IJ=Ia=5A∠0°，以加入继电器的电压UJ即Ua为控制变量。每改变一次UJ和IJ的夹角?J（?J即为Ua的相角），采用程控方法测量阻抗继电器的动作边界对应的动作电压值Udz.J，并计算出对应的Zdz.J，将结果填入表2-4-3。并根据表中数据在复平面上画出动作特性曲线。

为了完整的测出阻抗继电器的动作边界，返回方式应设置为“全程返回”，变化范围应为0V~11V，步长可设置为0.5V。

表2-4-3中的Udz.J(小值)表示Ua从小到大变化过程中首次使继电器动作的电压值，由此得到距圆心较近的动作边界Zdz.J(小值)，Udz.J(大值)表示使继电器返回的返回电压值，由此得到距圆心较远的动作边界Zdz.J(大值)。

表2-4-3 阻抗继电器动作特性测试数据（不加入第三相电压）

?J Udz.J(小值) Udz.J(大值) Zdz.J(小值) Zdz.J(大值) 70° 50° 75° 40° 85° 30° 95° 20° 105° 10° 110° 5° 115° 0° 120° -10° 125° -20° 60° ?J Udz.J(小值) Udz.J(大值) Zdz.J(小值) Zdz.J(大值) -30° B. 加入第三相电压进行测试

设置Uc=57.735V∠90°，IJ=Ia=5A∠0°，重复上面测试步骤，将结果填入表2-4-4。并根据表中数据在复平面上画出动作特性曲线。与不加第三相电压时的动作特性曲线进行比较。

注意：

如果测出的Udz.J(小值)为步长0.5V，则应填入0V，因为测试过程中第一个数据不记入动作值，实际动作值为0V。

表2-4-4 阻抗继电器动作特性测试数据（加入第三相电压）

?J Udz.J(小值) Udz.J(大值) Zdz.J(小值)

70° 80° 90° 100° 110° 120° 130° 140° 150° 160° 19

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/deqt.html