《电力系统继电保护》课程实验指导书

南昌工程学院 《电力系统继电保护》

实验指导书

专业 电气工程及其自动化

机械与电气工程学院电气工程教研室编

2010 年 6月

目 录

实验一 实验二 实验三 实验四 DL-31型电流继电器特性实验 LG-11型功率方向继电器特性实验 LCD-4型差动继电器特性实验

电流速断保护和电流电压联锁速断保护实验

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TQWX-III微机型继电保护试验测试仪的测试方法，并测试DL-31型电流继电器的动作值、返回值和返回系数。 二、 实验原理及实验说明

1. 实验原理

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倍整定值左右时，继电器返回，动合触点断开，动断触点闭合。

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（出厂时电流继电器线圈默认为串联方式）。

图1-1 DL-31继电器接线端子

2. 实验说明

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。

(1) 自动测试继电器动作值及返回值

方法：将测试仪设置为程控方式对继电器进行测试：开始实验后测试仪自动按设定步长增加发出的电流，直至电流继电器动作；再自动按所设定的步长减小电流，直至电流继电器

返回。

(2) 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。 三、实验内容 1 .实验接线

如图2-4所示，将测试仪产生的任意一相电流信号（如Ia）与电流继电器的电流输入端子I，In连接，继电器的动作接点连接到测试仪的任意一对开入接点上（注意接线柱的颜色要相同，图1-2中将继电器动作接点连接到开关量输入1上），同时连接到信号灯的控制回路中。图中“24V+”、“24V-”为实验台上提供的直流电源，“A”、“K”为信号灯接线端子。信号灯可任选红色指示灯或绿色指示灯。

注意事项：

由于测试仪的上面一排开入端子在实验台内部与24V+电源固定连接，因此电流继电器动作接点即测试仪开入端子应连接在指示灯“A”接线端侧，否则可能短路！

AK24V-24V+电流继电器IIn测试仪电流输出开关量输入IaIn1

图1-2 电流继电器特性测试实验接线图

1 ） 整定值设置

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，首先设置电流继电器整定值为3.5A。 2）实验步骤

(1) 手动测试继电器的动作值及返回值

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，如图1-3。

b. 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1-4和图

1-5。

其中“当前变量“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继电器中的电流，因此把当前变量设为“Ia幅值”（图1-3中示例接入电流继电器的量为A相电流，如果接入继电器的电流为其他相电流，当前变量设为相应的电流幅值）；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。

开关量的设置：继电器出口接到测试仪的“开入量输入接口”序号，如果实际接线按图1-2连接，则应选择“接点”1。

图1-3 继电器特性通用测试界面

c. 在“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的起始值应小于设置的电流继电器动作定值，终值应大于定值。建议未连线的信号有效值设为0。

d. 按“开始试验”按钮，控制测试仪输出设定的电流。

e. 按“增加”按钮，测试仪按设定的步长增加电流的输出，直至电流继电器动作，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。

注意：如果整定值和动作值不符，则需要对电流继电器进行校验，方法：将针摆上的小螺钉左右移动，以使动作值和整定值相符合。

如果整定值和动作值相差较大，则需要确认测试仪产生的信号是否正确，方法：断开电流继电器电流输入回路，用万用表测量测试仪产生的电流大小，如果数值不正确，重新调整通道系数即可（详细操作方法参见《TQWX-III微机型继电保护试验测试仪用户手册》）。

图1-4 变量设置界面 图1-5开关量设置界面

f. 按“减少”按钮，测试仪按设定的步长减少电流的输出，直至电流继电器返回，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。

g. 不改变继电器整定值，重复实验，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% 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1-1。

h. 改变电流继电器的整定值为4.5A，再次测继电器的动作值、返回值和返回系数，与表1-1结果比较后填入表1-2。

表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（整定值设为3.5A）

1 2 3 4 平均值(A) 误差(%) 变差(%) 返回系数 动作值(A) 返回值(A) 返回系数 / 表1-2 模拟式电流继电器返回系数测试数据

1 2 整定值(A) 3.5 4.5 返回系数 (2) 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。

步骤：

a. 在图1-3界面的“控制操作”区选择“程控”方式。

b. 设置程控方式下的控制参数变量。“变量设置”和“开关量设置”同手控方式，另外，还需要进行“程控设置”。参见图1-6。

“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。

图1-6 程控设置界面

“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。建议不要低于0.5s。

“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。

c. 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。

四、 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 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、 实验原理及实验说明 1. 实验原理

LG-11型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2-1。

图2-1 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????????

(2-1)

功率方向继电器灵敏角的调整可通过更换面板上连接片的位置来实现。 2. 实验说明

利用测试仪产生信号对LG-11型功率方向继电器进行测试。功率方向继电器的接线采用90度接线方式，接入继电器的电压采用B、C相间电压，接入继电器的电流采用A相电流。

三、 实验内容 1. 实验接线

如图2-2所示，将测试仪产生的B相电压和C相电压分别与功率方向继电器对应的U，

Un端子连接，A相电流信号与功率方向继电器I，In端子连接。继电器的动作接点连接到

测试仪的任意一对开入接点上（注意接线柱的颜色要相同），同时连接到信号灯的控制回路中。

24V+AK24V-功率方向继电器IIn电压输出测试仪电流输出开关量输入UUnUbUcIaIn

图2-2 功率方向继电器特性测试接线图

注意：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。

2. 整定值设置

打开功率方向继电器面板前盖，改变灵敏角连接片，可设定功率方向继电器的整定值，首先设置灵敏角为-30°。

3. 特性测试

(1) 测试LG-11功率方向继电器的最大灵敏角 方法：

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。固定加入到继电器中的电压UBC的大小，改变电压相角?U即相IA?5A?0?，这样?I＝0°

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。

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 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?，为方便观测Ubc相角，设置Uc?0?0?V，即Ubc?Ub。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，Ubc相角即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2-5。

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2-1。

三次测试得到的曲线Id = f(Ir) 画在同一个坐标图中进行比较。 四、 思考题

(1) 为什么有比率制动特性的差动继电器的灵敏度比无比率制动特性的差动继电器高？

(2) 带有比率制动特性的差动继电器是怎样可靠的躲开区外故障的？

实验四 电流速断保护和电流电压联锁速断保护实验

一、实验目的

1. 掌握电流速断保护和电流电压联锁速断保护的构成和基本原理。 2. 掌握电流速断保护和电流电压联锁速断保护的整定方法。 3. 测试并比较电流速断保护和电流电压联锁速断保护的保护范围。 二、 实验原理及实验说明 1 .保护基本原理 (1) 电流速断保护

仅反映于电流增大而瞬间动作的电流保护，称为电流速断保护。为保证选择性，必须保证下一出口处短路时保护不起动，因此电流速断保护的动作电流必须大于最大运行方式下下一线路出口处发生短路的短路电流。

即电流速断保护的整定值为：Ipu?IKrelE?'XS?X0L。

式中：E?'为系统的等效相电势；XS为最大运行方式下，系统的等值电抗；X0为线路

I单位长度电抗；L为线路全长；Krel为可靠系数，考虑到整定误差、短路电流计算误差和非

周期分量的影响等，可取1.2~1.3。

电流速断保护的主要优点是简单可靠，动作迅速，其缺点是不能保护线路全长，而且保护范围受系统运行方式变化影响很大，当被保护线路的长度较短时，速断保护可能没有保护范围，因此不能采用。

(2) 电流电压联锁速断保护

电流电压联锁速断保护是由过电流元件和低电压元件共同组成的保护，只有当电流、电压元件同时动作时保护才能动作跳闸。由于电流电压联锁速断保护采用了电流和电压的测量元件，因此，在外部短路时，只要一个测量元件不动作，保护就能保证选择性。

保护整定主要考虑保证在正常运行方式下有较大的保护范围。为保证选择性，在正常运行方式时的保护区为：L1?L?0.75L Krel其中，Krel为可靠系数，一般取1.3~1.4。 则电流继电器的动作电流为：

Ipu?E?'XS?X0L1

式中：E?'为系统的等效相电势；XS为正常运行方式下，系统的等值电抗；X0为线路单位长度电抗；L1=0.75L。

Ipu就是在正常运行情况下，保护范围末端发生三相短路时的短路电流。由于在该点发

生短路时，低电压继电器也应该动作，因此电压继电器的动作电压应设置为：

Upu?3IpuX0L1

由于电流电压联锁速断保护的电流继电器整定值小于电流速断保护的电流整定值，因而具有更高的灵敏度。 2. 实验说明

本实验以实验台的成组保护接线图为系统模型，模型如图4-1所示。本实验中，保护安装在A变电站1QF处，电流速断保护由DL-31电流继电器和DZY-202中间继电器组成（如图4-2）；电流电压联锁速断保护由DL-31电流继电器和DY-36电压继电器组成（如图4-5）。

说明：

由于电流继电器的触点容量比较小，不能直接接通跳闸线圈，因此在实际中一般先起动中间继电器，再由中间继电器的触点（容量较大）去跳闸。

本实验考虑实际中的接线，也将中间继电器接入保护回路。

10kV2TA20MVAr1=0 x1=0.46r2=0 x2=0.46r0=0 x0=∞20MVA200/535kV1QF TA500/5LGJ-125/40r1=0 x1=0.4r0=0 x0=1.435kV2QF 4TA35kV6TA10MVA2000/504QF10kVp0?0kwud?10.5?LGJ-125/140r1=0 x1=0.4r0=0 x0=1.4Cp0?0kwud?10.5%D图4-1 常规电流保护模型图

三、 实验内容

1. 常规电流速断保护实验

A1QF Ia跳闸1TVIn24V+3TA电流继电器中间继电器IInUUn24V-

图4-2 电流速断保护实验接线

(1) 实验接线

常规电流速断保护实验接线如图4-2所示，将保护安装处（1QF）的电流互感器的端子

Ia、In分别与DL-31电流继电器的电流输入端子I和In连接。电流继电器的动作触点连接

至中间继电器电压线圈上，中间继电器的动作触点与断路器1QF的跳闸信号接孔连接，控制1QF跳闸。

注意：

实验台上的保护实验模式切换开关应拨到“独立模式”，否则继电器无法获取电流信号！

(2) 整定值设置

根据图4-1中给出的一次模型结构及参数，进行整定计算，将电流整定值填入表4-1，并对DL-31电流继电器进行整定。

提示：

整定值应考虑保护安装处电流互感器的变比，转变为二次电流。

(3) 测试电流速断保护的动作范围

首先打开测试仪电源，运行“电力网信号源控制系统”软件，在“文件”菜单中选择“打开项目”，选择“常规电流保护实验模型.ddb”打开。双击左侧树形菜单中的“文件管理”中的“常规电流保护实验模型.ddb”，并双击“测试”打开实验模型。在“选项”中点击“显示元件名称”和“显示元件参数”，各元件名称和参数将显示在系统模型一次图中。

a. 在线路上设置三相短路故障。方法：在线路模型图标上点击右键，选择“设置故障”。点击图4-4中AB线路指示处，设置故障。“线路全长％”根据需要输入数值1～99，过渡电阻Rf、Rg均设为0，“故障限时”设置为0（0表示最长的故障限时）。

图4-4 故障设置方法示意图

提示：在故障设置中，输入的“线路全长％”切勿设置为0%或者100%。如果有需要，应该直接在相应母线上设置故障。

b. 点击菜单中的“设备管理”，选择“设备初始化”。

c. 点击“运行”，等待软件界面左下角状态栏出现“下载数据结束”的提示后，按下实

验台面板上1QF处的红色合闸按钮，控制测试仪发出系统正常运行时的电流电压信号。

d. 按下实验台面板上的“短路按钮”，控制测试仪发出设置的故障状态下的电流电压信号，观察保护的动作情况，并记录动作值。

e. 断路器断开后，软件界面一次图上断路器1QF将呈现断开状态（绿色），再次做实验前要先将断路器合上，方法是：右键点击断路器所在的线路，点击“故障设置”将“故障设置”前的选中项取消。然后双击断路器，选择“合闸”并确定，再次进行“设备初始化”后即可对断路器合闸。

f. 设置不同的短路点，重复步骤a-e，测试不同地点发生短路时保护动作情况，测多组数据后找出保护在三相短路时的保护范围，填入表4-1。

g. 在线路上设置AB相间短路故障，同样测出保护在AB相间短路时的保护范围，填入表3-1。

表4-1 电流速断保护和电流电压联锁速断保护实验记录表

电流整定值(A) （用相电压表示） 电流速断保护 电流电压联锁速断保护 三相短路 AB相间短路 电压整定值(V) 保护范围 2. 电流电压联锁速断保护实验

(1) 实验接线

电流电压联锁速断保护实验接线如图4-5所示，将保护安装处（1QF）的电压互感器(1TV)的端子Ua、Ub，分别连接DY-36电压继电器的U、Un；将保护安装处（1QF）的电流互感器(TA)的端子Ia、In，分别连接DL-31电流继电器的I、In；电流继电器和电压继电器的的动作接点串联后经过中间继电器控制1QF跳闸。注意电压继电器应接入常闭触点！

(2) 整定值设置

对电流电压联锁速断保护进行整定计算，将整定值填入表4-1，并对电压继电器和电流继电器进行整定。

提示：

电压整定值也应为二次值，电压互感器二次额定电压为100V。

A1QF Ia跳闸1TVUaUb3TAIn24V+电流继电器电压继电器中间继电器UUnIInUUn24V-

图4-5 电流电压联锁保护实验接线图

(3) 测试电流电压联锁速断保护的动作范围

同样的，测出保护在三相短路和AB相间短路情况下的保护范围，填入表格4-1。 四、 思考题

分析电流速断保护与电流电压联锁速断保护的区别？

A1QF Ia跳闸1TVUaUb3TAIn24V+电流继电器电压继电器中间继电器UUnIInUUn24V-

图4-5 电流电压联锁保护实验接线图

(3) 测试电流电压联锁速断保护的动作范围

同样的，测出保护在三相短路和AB相间短路情况下的保护范围，填入表格4-1。 四、 思考题

分析电流速断保护与电流电压联锁速断保护的区别？

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/f6d3.html