TQXDB-III多功能继电保护实验培训系统实验指导书3(20121016)

微机保护课程实验

1.1 微机保护课程实验概述

电力系统微机保护课程实验包括数字式继电器特性实验、成组微机保护实验及微机保护与继电保护配合动作实验三部分。

本章实验需要用到的设备包括：TQWB-III多功能微机保护实验装置、TQWX-III微机型继电保护试验测试仪、部分常规继电器及实验台上的成组保护实验模型图。

本章实验中的数字式继电器或成组微机保护装置是由TQWB-III多功能微机保护实验装置实现的，实现不同的功能只需向装置硬件中下载相应的程序模块。例如“数字式电流继电器”指的就是通过向TQWB-III多功能微机保护实验装置中下载电流继电器程序模块，实现数字式电流继电器的功能。

(1) 数字式继电器特性实验

数字式继电器采用单片机或DSP技术，实现常规继电器的功能。由于其核心功能用软件实现，因此具有更高的动作精度，并可实现更丰富、更复杂的继电器特性。

TQWB-III多功能微机保护实验装置可实现的数字式继电器类型包括：数字式电流继电器、电压继电器、功率方向继电器、差动继电器、阻抗继电器、反时限电流继电器、零序反时限电流继电器、负序反时限电流继电器、零序电流继电器、负序电流继电器、零序电压继电器、负序电压继电器、零序功率方向继电器及负序功率方向继电器等。

数字式继电器特性实验的实验方法是：采用TQWX-III微机型继电保护试验测试仪产生信号，对各种微机型继电器的动作值及动作特性进行测试。

实验原理图如图3-1。

实验前应确认多功能微机保护实验装置和测试仪与PC机串口正确连接。由于多功能微机保护实验装置的通信接口为RS485接口，需要经过RS485/RS232接口转换器转换后与PC机串口连接（建议连在PC机COM1上）；测试仪本身具有RS232接口，直接与PC机另一个串口相连。

注意：

由于在实验台内部已将TQWB-III多功能微机保护实验装置的跳闸出口接点连接到测试仪的开入3上，因此不需要再进行开关量连接。在选择开关量“动作接点”时，必须选动作接点3！

(2) 成组微机保护实验

TQWB-III多功能微机保护实验装置可实现的成组微机保护装置包括：10kV线路微机保护装置、35kV线路微机保护装置、110kV线路微机保护装置、变压器微机保护装置、电容器微机保护装置、发电机微机保护装置、电动机微机保护装置等。

成组微机保护实验的实验方法是：微机保护实验装置从实验台上的成组保护实验模型图上获取电压、电流信号进行实验。

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实验原理图如图3-2。

微机保护实验装置测试仪a电流输入cbn电流输出acbn电压输入acbn电压输出acbnRS485接口RS232接口RS485-RS232 转换器COM1 PC机COM2

图3-1 数字式继电器特性实验接线图

辅助触点1QFAIaIbIn合闸跳闸IcB微机保护实验装置电流输入acbn跳合闸合跳跳合位合跳公共端

图3-2 成组微机保护实验原理图(以10kV线路保护实验为例)

(3) 微机保护与继电保护配合动作实验

将多个常规继电器组合构成继电保护，利用TQWB-III多功能微机保护实验装置实现需要的微机保护，在成组保护实验模型图上完成微机保护与继电保护配合动作实验。

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实验原理图如图3-3。

实验前注意：

本章实验前请仔细阅读以下参考文档：

《TQWB-III多功能微机保护实验装置用户手册》 《TQWX-III微机型继电保护试验测试仪用户手册》 《电力网信号源控制系统使用说明书》

《多功能微机保护实验装置管理程序使用说明》

辅助触点A1QFB2QFIaIbIn合闸跳闸Ic合闸跳闸InIaIbIc微机保护实验装置24V+电流输入acbn电流继电器IIn中间继电器UUn跳合闸合跳24V-跳合位合跳公共端图3-3 微机保护与继电保护配合动作实验原理图(以电流保护配合实验为例)

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2 数字式电流继电器特性实验

2.1 实验目的

(1) 了解数字式电流继电器的常用算法。

(2) 测试数字式电流继电器的动作和返回值，并与模拟式电流继电器的动作和返回情况进行比较。

2.2 实验原理及实验说明

2.2.1 数字式电流继电器基本原理

数字式电流继电器与常规电流继电器的功能一样，都是仅反应于电流增大而动作，其动作方程为：

I?Izd (3-1)

其中，I表示加入继电器的电流，Izd表示电流继电器的整定电流值。

数字式继电器一般采用傅式算法计算电流有效值。在离散系统中，用傅式算法计算基波电流有效值的方法如下：

2k??)??Nk?1N??

2N2k??b1??i(k)cos(N)?Nk?1?a1?2i(k)sin(N (3-2)

式中，i(k)表示电流的第k个采样值，N为每基频周期内的采样点数。

22则电流基频分量的幅值Im可表示为Im＝a1?b12。

电流基波的有效值为：I＝Im2.2.2 实验说明

/2。

本实验中的数字式电流继电器为单相继电器，只反应A相电流动作，即：只有将电流施加于TQWB-III多功能微机保护实验装置的A相电流通道时，电流继电器才动作。

由于数字式继电器的计算和动作判断均由微机程序自行判断，无外部机械元件，因此其返回系数在1左右，在动作值附近，继电器反复动作、返回属正常现象。

2.3 实验内容

2.3.1 实验接线

将测试仪A相电流信号与TQWB-III多功能微机保护实验装置的A相电流接线端连接。注意电流公共端也应连接在一起。 2.3.2 实验过程

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(1) 程序下载

由于TQWB-III多功能微机保护实验装置的功能可通过在线下载程序进行配置，因此实验前必须下载需要的模块程序。本实验需要下载“电流继电器保护侧程序”和“电流继电器监控侧程序”。

注意：

TQWB-III多功能微机保护实验装置内部有两块CPU分别完成保护（逻辑）和监控功能，因此必须对两块CPU程序同时下载更新，否则可能运行出错！

下载程序步骤如下：

a. 首先按住装置面板上的“ESC”键，再同时按住“RESET”键，3秒后松开“RESET”键，再松开“ESC”键，此时装置液晶屏上显示“程序正在下载中…”的信息。

b. 在PC机上运行“多功能微机保护实验装置管理程序”，点击进入“在线下载继电保护程序”模块，见图3-4。

图3-4 下载程序界面

点击“通讯口设置”对应的下拉框，选择与PC机相连的串行口（首次安装为串口1），串行口正确打开后，才能进行程序下载。点击“下载新保护程序”按钮，选择下载程序的存放路径（路径为：“….\\ 下载程序\\特性实验下载程序\\”）（ ….表示多功能微机保护实验装置管理程序安装路径，默认安装路径为C:\\Program Files\\Tq\\多功能微机保护实验装置管理程序），选择“电流继电器保护侧程序.dat”文件后进行下载，下载需要1分钟左右时间，下载时请勿在PC机上做其他操作。下载成功后，屏幕上将显示“下载成功”的提示信息。点击“下载新监控程序”按钮，选择“电流继电器监控侧程序.dat”文件进行下载。

c. 下载成功后按“RESET”键使TQWB-III多功能微机保护实验装置重新复位运行，如果下载正确，装置液晶屏上将显示电流继电器特性实验界面。

(2) 整定值设定

TQWB-III多功能微机保护实验装置保护整定值的设定方法有两种，任意选择一种均可。 a. 按装置面板上的ESC键进入管理菜单，并输入定值。菜单详细操作可参见《TQWB-III多功能微机保护实验装置用户手册》，注意输入完毕后按提示保存。

b. 进入“多功能微机保护实验装置管理程序”的“继电保护特性实验”模块，如图3-5。选择“电流继电器实验”页面，点击“通讯口设置”对应的下拉框，选择与PC机相连的串行口。选定“电流继电器”和“速动”选项，在文本框中输入定值后，点击“下载定值”按钮即可。

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图3-5 定值下载界面

(3) 数字式电流继电器特性测试实验

测试内容及测试方法与DL-31型电流继电器近似，可参考。注意开关量动作接点应选择“接点3”（实验台内部已连接好）。测试过程记录的数据及计算数据填入表3-1。

表3-1 数字式电流继电器测试数据记录表

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 / 2.4 思考题

比较数字式电流继电器与DL-31型电流继电器的返回系数，并分析两者不同的原因。

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3数字式电压继电器特性实验

3.1 实验目的

(1) 了解数字式低电压、过电压继电器的常用算法。

(2) 测试数字式低电压、过电压继电器的动作和返回值，并与模拟式电压继电器的动作和返回情况进行比较。

3.2 实验原理及实验说明

3.2.1 数字式电压继电器基本原理

数字式电压继电器分为低电压继电器和过电压继电器，可通过控制字进行选择。 过电压继电器反应于相间电压升高而动作，其动作方程为：

U????3Uzd (3-3)

其中，（用相电压表示）。 U???表示加入继电器的相间电压，Uzd表示过电压继电器的整定电压值低电压继电器反应于相间电压降低而动作，其动作方程为：

U????3Uzd (3-4)

其中，（用相电压表示）。 U???表示加入继电器的相间电压，Uzd表示低电压继电器的整定电压值数字式电压继电器动作逻辑框图如图3-6所示。

低电压模式出口&U????3UZD过电压模式&U????3UZD

图3-6 数字式电压继电器逻辑框图

数字式继电器一般采用傅式算法计算电压有效值。在离散系统中，用傅式算法计算基波电压有效值的方法如下：

2k??)??Nk?1N??2N2k??b1??u(k)cos(N)?Nk?1?a1?2u(k)sin(N (3-5)

式中，u(k)表示电压的第k个采样值，N为每基频周期内的采样点数。

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则电压基频分量的幅值Um可表示为Um2＝a12电压基波的有效值为：U＝Um3.2.2 实验说明

/3?b12。

。

数字式电压继电器仅反映AB相间电压动作，即：只有在TQWB-III多功能微机保护实验装置的A相电压和B相电压通道施加电压时，电压继电器才动作。

3.3 实验内容

3.3.1 实验接线

将测试仪A、B相电压信号分别与TQWB-III多功能微机保护实验装置的A、B相电压接线端连接。注意电压公共端也应连接在一起。 3.3.2 实验过程

(1) 程序下载

运行“多功能微机保护实验装置管理程序”软件，进入“在线下载继电保护程序”模块，对TQWB-III多功能微机保护实验装置进行功能配置，下载“电压继电器保护侧程序”和“电压继电器监控侧程序”。

(2) 整定值下载

可运行软件“多功能微机保护实验装置管理程序”进行整定值下载，整定界面如图3-7（进入“继电保护特性实验”模块，并点击“其他继电器”选项卡）。当测过电压特性时，勾选“电压继电器”及“过电压”；当测低电压特性时，勾选“电压继电器”及“低电压”，输入整定值，成功打开串口后下载定值。

图3-7 电压继电器整定值下载界面

整定注意：输入的电压动作值(整定值)应为相电压值。

例如：设置在过电压模式下，当整定值为50V时，加入继电器的UAB必须要大于86.6V时，继电器才会动作。

(3) 特性测试

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首先进行过电压继电器特性测试实验，测试内容及测试方法与DY-36型电压继电器近似，可参考。注意：开关量动作接点应选择“接点3”（实验台内部已连接好）。

控制变量应选择“Uab幅值”，若设置过电压继电器动作值为60V，则变量的程控变化范围应包含60V，例如可设置为从50V到70V。

测试过程记录的数据及计算数据填入表3-2。

表3-2 过电压继电器特性测试(填入表格中的电压均用相电压表示)

1 2 3 4 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 / 然后进行低电压继电器特性测试实验，测试过程记录的数据及计算数据填入表3-3。

表3-3 低电压继电器特性测试(填入表格中的电压均用相电压表示)

1 2 3 4 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 / 3.4 思考题

比较数字式电压继电器与DY-36型电压继电器的返回系数，并分析两者不同的原因。

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4 数字式功率方向继电器特性实验

4.1 实验目的

(1) 了解数字式功率方向继电器的算法。

(2) 测试数字式功率方向继电器的最大灵敏角和动作范围。 (3) 测试数字式功率方向继电器的角度特性。

4.2 实验原理

数字式功率方向继电器的主要任务是判断短路功率的方向，为了保证在各种相间短路故障时，功率方向继电器能可靠、灵敏地动作，采用90°接线方式。数字式功率方向继电器仅反映UBC和IA之间的相位关系而动作。当方向元件内角取?时，功率方向继电器的正方向动作方程式为：

?

?90?arg?U?BC?j??90? (3-6)

IAe 数字式功率方向继电器提供30°和45°两个内角供选择。

4.3 实验内容

4.3.1 实验接线

将TQWB-III多功能微机保护实验装置的A相电流、B与C相电压接线端分别与测试仪的对应相电流及电压端子相连。电流与电压公共端也应分别连接在一起。 4.3.2 程序及整定值下载

(1) 程序下载。运行“多功能微机保护实验装置管理程序”软件，进入“下线下载继电保护程序”模块，对TQWB-III多功能微机保护实验装置进行功能配置，下载“功率方向继电器保护侧程序”和“功率方向继电器监控侧程序”。

(2) 整定值下载。运行“多功能微机保护实验装置管理程序”软件，进入“继电保护特性实验”模块。数字式电压继电器定值下载界面，选择“其他继电器”选项，同时选定“功率继电器”和“功率方向继电器”选项，选择“功率内角”为30°，成功打开串口后点击“下载定值”按钮即可。 4.3.3 特性测试

(1) 测试数字式功率方向继电器的最大灵敏角

a. 整定功率方向继电器内角?为30°，内角?与最大灵敏角?m之间的关系为：????m。 b. 按“LG-11型功率方向继电器特性实验”同样的方法（手控或程控方式均可）测试数字式功率方向继电器的最大灵敏角。将得到的数据填入表3-4。并与模拟式继电器的测试值进行比较。注意：开关量动作接点应选择“接点3”（实验台内部已连接好）。

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表3-4 数字式功率方向继电器最大灵敏角测试(保持电流为5A)

内角? ?30 ?45 ?J1 ?J2 最大灵敏角?m 注意： 在进行不同的功率内角实验时，需重新进行整定值下载。 (2) 测试数字式功率方向继电器的角度特性Udz.J?f(?J)

按“LG-11型功率方向继电器特性实验”同样的方法测试数字式功率方向继电器的角度特性，将数据记入表3-5，并绘出角度特性曲线Udz.J?f(?J)。表格中的?J可填入测试过程中遍布功率方向继电器动作范围内的一些角度。

表3-5 数字式功率方向继电器角度特性测试数据

?J Udz.J(V) ?J Udz.J(V) ?J Udz.J(V) (3) 测试数字式功率方向继电器的伏安特性Udz.J?f(IJ)

保持?＝30?，按“LG-11型功率方向继电器特性实验”同样的方法测试数字式功率方向继电器的伏安特性，将数据记入表3-6，并绘出伏安特性曲线Udz.J?f(?J)。

表3-6 数字式功率方向继电器伏安特性实验数据(保持?＝30°不变)

IJ(A) 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 Udz.J(V) 4.4 思考题

数字式功率方向继电器与常规功率方向继电器相比，动作范围和灵敏角精度有什么不同？

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5 三段式电流保护实验

5.1 实验目的

(1) 掌握三段式保护的基本原理。 (2) 熟悉三段式保护的接线方式。 (3) 掌握三段式电流保护的整定方法。 (4) 了解运行方式对灵敏度的影响。 (5) 了解三段电流保护的动作过程。 (6)了解反时限过电流保护的时限特性。

5.2 实验原理及实验说明

5.2.1 三段式电流保护基本原理

三段式电流保护一般作为中低压线路的主保护，分电流速断（简称Ⅰ段），限时电流速断（简称Ⅱ段）和定时限过电流保护（简称Ⅲ段）。目前电力网大多由多电源系统构成，但可以发现，当输电线路由双测电源供电时，只要在单侧电源上加装方向元件，就可以把双测电源拆开成两个单侧电源看待。因此本节所述保护原理都用单侧电源说明。

(1) 电流速断保护

对于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，作用原理如图3-14所示：当AB段末端d1发生短路时，希望保护1能够瞬时动作切除故障，当相邻线路BC末端d2发生故障时，希望保护2瞬时动作切除故障，但是实际上，d1和d2点短路时流经保护1的短路电流之几乎一样，则可知希望d1点短路时速断保护1能动作，而保护2不动作，这就是动作的选择性问题，为保证选择性，则保护装置的起动参数的整定上保证下一出口处短路时不起动。则可知保护装置1的动

''作电流必须大于d2短路时的最大短路电流。对于保护1来说，应有Idz.1?Id.B.max。

'''可选取： Idz.1?KkId.B.max (3-20)

其中可靠系数Kk'取1.2～1.3。如图3-14所示，当系统最大方式下运行时（图示线I），电流速断的保护范围为最大，当出现其它运行方式或两相短路时，速断的保护范围都要减小，而当出现系统最小运行方式下的两相短路时（图示线II），电流速断的保护范围为最小，但总的来说，电流速断保护不能保护线路全长，并且保护范围直接受运行方式的影响。

动作时间：电流保护I段无时限动作，动作时间为断路器固有的动作时间。

灵敏度校验方法：求出I段的最小保护范围，即在最小运行方式下发生两相短路时的保护范围，用LMIN表示。

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LMIN?1X1(32*E''Idz.1?Xs.max) (3-21)

要求最小保护范围不得低于15%～20%线路全长。

式中：X1—线路的单位阻抗，一般0.4Ω/km；Xs?max—系统最大短路阻抗。

注意： 在进行整定电流计算时，应该按照在最大运行方式下发生三相短路时通过保护装置的短路电流进行整定，按最小运行方式下发生两相短路时的短路电流进行灵敏度校验。 短路电流计算方法如下： 三相短路时，流过保护的短路电流为：IK?(3)E?Z??E?Zd?Zs。 两相短路时，流过保护的短路电流为：IK(2)?E?Z??3E?2Zd?Zs。 其中，E?为电源的等效计算相电动势，Zd为短路点至保护安装处的阻抗，Zs为保护安装处到系统等效电源的阻抗。 A B1QF C2QF d1d2d3IdI'Idz.1II'Idz.2

图3-14 电流速断保护动作特性分析

(2) 限时电流速断保护

能以较小的时限快速切除全线路范围以内的故障称为带时限电流速断，对这个新设保护的要求，首先是在任何情况下都能保护本线路全长，并且具有足够的灵敏性，其次是在满足上述要求的前提下力求具有最小动作时限。如图3-15 ，由于要求带时限电流速断保护必须保护本线路AB的全长，因此，它的保护范围延伸到下一线路中去，为了使AB上的带时限电流速断保护1获得选择性，它必须和下一线路BC的保护2 的电流速断保护配合，且保护1的限时电流速断动作电流必须大于保护2的电流速断动作电流，如图3-15所示，引入可靠系数Kk''，Kk''取1.1～1.2。

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Idz.1?KkIdz.2''''' (3-22)

'动作时限整定方法： 保护1的限时速断的动作时限t1''应该比下一线路的速断保护动作时限t2高

'出一个时间阶段，此时间阶段用?t表示t1''=t2+?t，如图3-15所示，在保护2 电流速断范围以内的

''故障，将以t2的时间被切除，此时保护1的限时速断虽然可能起动，但是由于t1''较t2大一个?t，因

而时间上保证了选择性。

灵敏度校验方法：为了能够保护本线路的全长，限时电流速断保护必须在系统最小运行方式下，线路末端发生两相短路时具有足够的反应能力，这个能力通常用Klm来衡量，对保护1的限时电流速断而言，即应采用系统最小运行方式下线路AB发生两相短路时的短路电流作为故障参数的计算值来校验：

Klm＝

Id.B.min''Idz.1，且要求Klm?1.3~1.5。

A B1QF C2QF d1d2d3Id'Idz.1''Idz.1'Idz.2tlt1''t1'?t't2l图3-15 限时电流速断动作特性及时间配合

(3) 定时限过电流保护

过电流保护是指其起动电流按照躲开最大负荷电流来整定的一种保护装置，它在正常运行时不应该起动，而在电网发生故障时，则能反应于电流的增大而动作，在一般情况下它不仅能保护本线路的全长，而且能保护相邻线路的全长，以起到后备保护的作用。当d1点短路时，短路电流将通过保护5，4，3，这些保护都要起动，但是按照选择性要求由保护3动作切除故障，然后保护4和5由于电流减小而返回。保护3的动作电流为：

Id?KkKKhzqIf.max (3-23)

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其中，Kk为可靠系数，一般取1.15~1.25；Kzq为自启动系数，如果有电动机负荷，大于1，如果无电动机负荷，可取1，应由网络具体接线和负荷性质确定；Kh为电流继电器的返回系数，如果采用微机保护装置，可取0.95~1，如果采用常规电流继电器，可取0.85。

动作时限的整定方法：为了保证选择性则可知过电流保护的动作时间必须按阶梯原则。相邻保护装置之间相差一个?t。如图3-16所示。

灵敏度的校验方法：当过电流保护作为本段线路的主保护时，即采用在最小运行方式下本线路末端两相短路时的电流进行校验Klm=

Id.B.min'''Idz.1，且要求Klm?1.3~1.5；当作为相邻线路的后备保护时，

Id.C.minIdz.1'''则应采用最小运行方式相邻线路末端两相短路时的电流进行校验Klm=，且要求Klm?1.2。

A5QF 4QF B3QF cIf.maxtt5?tt4?tt3l

图3-16 定时限过电流保护时间配合

(4）反时限过电流保护

反时限过电流保护是动作时限与被保护线路中的电流大小有关的一种保护，当电流大时，保护的动作时限短，当电流小时，保护的动作时限长。反时限过电流继电器的时限特性如图3-17所示：若电流III段采用反时限过电流保护，对于保护1来说，其起动电流按照定时限过电流保护的整定方法进行计算，即按照躲开最大负荷电流来整定。

IEC 255-4标准中常用的反时限特性曲线包括：标准反时限特性、非常反时限特性和极端反时限特性。

标准反时限特性方程为：t?0.14Tp(I/Ip)0.02?1

非常反时限特性方程为：t?13.5TpI/Ip?180Tp(I/Ip)2

极端反时限特性方程为：t??1

各式中：t为继电器的动作时间，Tp为继电器延时整定时间，I为加入继电器的实际电流值，Ip为继电器的整定电流值。

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tIdz.J图3-17 反时限过电流继电器时限特性

IJ

5.2.2 10kV线路保护配置及逻辑框图

在本实验中，10kV线路保护的基本配置是：三段电流保护、反时限电流保护，保护可选择带方向。

三段式电流保护的逻辑框图如图3-18到3-20，其中I?.max表示A、B、C三相电流的最大值，IZD.1、

IZD.2和IZD.3分别表示三段电流定值，tI.2和tI.3表示2段和3段时间定值。

I段投入I?.max?IZD.1功率方向投入&I段出口?1&在正方向范围内

图3-18 10kV线路保护电流I段动作逻辑框图

II段投入&tI.2&II段出口I?.max?IZD.2功率方向投入?1&在正方向范围内

图3-19 10kV线路保护电流II段动作逻辑框图

反时限电流保护逻辑框图如图3-21。提供了三种反时限特性，通过控制字可以进行选择。“曲线1”表示标准反时限特性，“曲线2”表示非常反时限特性，“曲线3”表示极端反时限特性。

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III段投入&tI.3&III段出口I?.max?IZD.3功率方向投入?1&在正方向范围内

图3-20 10kV线路保护电流III段动作逻辑框图

反时限保护投入功率方向投入?1&&反时限电流保护出口在正方向范围内曲线1&满足标准反时限动作方程曲线2&?1满足非常反时限动作方程曲线3&满足极端反时限动作方程 图3-21 反时限电流保护动作逻辑框图

5.2.3 实验说明

本实验以实验台上的成组保护接线图为一次系统模型，如图3-22。各元件基本参数已标示在模型上。相应的测试仪实验模型为“10kV线路模型”。

10kV线路保护安装于A变电站1QF处，从3TA二次侧获取电流，控制1QF动作。通过向TQWB-III多功能微机保护实验装置下载10kV线路保护程序构成10kV线路保护。

线路最大负荷电流：84A6.3kV10.5kV2TA1QF 6MVA200/510.5kV2QF 4TA200/510.5kV6TA4MVA2000/54QF06.3kVTA300/56MVAr1=0 x1=0.52r2=0 x2=0.52r0=0 x0=∞p0?0kwud?10.5%ALGJ-125/18r1=0 x1=0.4r0=0 x0=1.4BLGJ-125/50r1=0 x1=0.4r0=0 x0=1.4Cp0?0kwud?10.5%D

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图 3-22 10kV微机线路保护实验一次系统图

注意：

其它实验模型的基本参数可在“电力网信号源控制系统”软件上查看。具体方法如下： (1) 在“文件”菜单中选择“打开项目”，选择“10kV线路模型.ddb”打开。

(2) 双击左侧树形菜单中的“文件管理”中的“10kV线路模型.ddb”，并双击“测试”打开实验模型。 (3) 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。

5.3 实验内容

5.3.1 实验接线

将TQWB-III多功能微机保护实验装置的三相电流接线端分别与成组保护接线图的1QF处的电流互感器的三相电流插孔相连，装置的跳闸、合闸接线端分别与1QF处的跳闸、合闸插孔相连，装置的跳、合位端子分别与1QF的两个辅助触点：常开触点、常闭触点相连，装置的跳合位公共端与两个辅助触点的另外一端相连。注意电流公共端也应相连。如图3-23所示。

注意：

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

辅助触点1QFAIaIbIn合闸跳闸IcB微机保护实验装置电流输入acbn跳合闸合跳跳合位合跳公共端

图3-23 10kV微机线路保护实验接线图

5.3.2 保护装置功能配置

如果TQWB-III多功能微机保护实验装置当前程序不是10kV成组保护程序，运行“多功能微机保护实验装置管理程序”软件，进入“在线下载继电保护程序”模块，分别下载“10kV线路保护装置保护侧程序”和“10kV线路保护装置监控侧程序”模块到实验装置中。（详细操作可参见“数字

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式电流继电器特性实验”或《TQWB-III多功能微机保护实验装置用户手册》） 5.3.3 整定值计算及其下载

(1) 整定计算

按照模型参数进行整定值计算，注意模型参数为一次侧参数，在进行整定计算后，注意将电流一次整定值转换成二次整定值。

二次整定值=（一次整定值）/nTA，其中nTA为保护安装处电流互感器的变比。‘ 注意：线路最大负荷电流在“电力网信号源控制系统”软件相应线路模型图上查看。 计算完毕后应进行灵敏度校验，如果灵敏度不满足要求，则可能整定值计算错误或可靠系数选择不合适，重新整定计算。

将选定的实验模型序号及各段电流整定计算结果填入表3-14。（整定计算详细过程参见附录）

注意：

由于测试仪录波时间最大为900ms，为了方便观察保护动作情况，II段和III段动作时限不宜超过800ms。

表3-14 10kV三段电流保护整定值（保护安装处电流互感器变比nTA= ） 选定实验模型

一次整定值（A） 二次整定值（A） 动作时间（S）

电流速断

/

10kV线路模型 限时电流速断

定时限过电流保护

(2) 整定值下载

运行软件“多功能微机保护实验装置管理程序”，进入“微机继电保护综合实验”模块进行整定值下载。或者直接按装置面板上的“ESC”键进入菜单进行整定。

注意三段电流保护控制字均应投入，其他控制字均不投入！ 5.3.4 模拟系统不同地点发生各种类型的短路实验

设置线路AB及BC上各点发生瞬时性三相短路和两相短路故障。 步骤：

(1) 打开测试仪电源，运行“电力网信号源控制系统”软件，打开相应的实验模型。在线路上设置三相短路故障（或两相短路故障）。方法为：在线路模型上点击右键，选择“设置故障”。用鼠标左键点击图3-24中AB线路指示处，设置故障。建议“故障限时”不小于2000毫秒或设置为0（0表示最长的故障限时）。

本实验中过渡电阻Rf、Rg均设为0。

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图3-24 设置故障方法示意图

(2) 点击菜单中的“设备管理”，选择“设备初始化”。

(3) 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。

(4) 按下实验台面板上成组微机保护接线图上AB线路下方的“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，观察保护装置动作情况，并记录动作值。

(5) 设置不同的短路点，重复步骤1-4，测试不同地点发生短路时保护的动作值，并将相应数据填入表3-15中。如果测试的数据较多，可自己增加表格长度。

动作值可在保护动作报告中读取，保护动作报告同时显示在装置面板上和“多功能微机保护实验装置管理程序”界面上。

注意：

(1) 每次实验后，保护断开后，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。

(2) 模型上只能设置一处故障点，在BC线路上设置故障前，应首先清除AB线路上的故障（方法：在AB线路符号上点击鼠标右键在选项中选择“清除故障”）。

(3) 动作报告解析举例：以下为电流速断保护出口的动作报告： “05-08-26 23:15:08:310.8 电流速断出口 026.7ms 07.00A”

其中，“2005-08-26 23:15:08:310.8”表示发生故障的绝对时间，“310.8”表示ms值，“电流速断出口”表示动作元件，“026.7ms”表示从故障发生开始到保护发出跳闸命令的相对时间，“07.00A”表示保护动作电流。

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表3-15 不同地点发生故障时保护动作记录表

故障线路 故障点及故障类型 保护动作情况 距离A点30%处发生三相短路 距离A点50%处发生三相短路 距离A点70%处发生三相短路 距离A点99%处发生三相短路 电流保护 段动作，动作电流 A 电流保护 段动作，动作电流 A 电流保护 段动作，动作电流 A 电流保护 段动作，动作电流 A 电流保护 段动作，动作电流 A 电流保护 段动作，动作电流 A 电流保护 段动作，动作电流 A 电流保护 段动作，动作电流 A 电流保护 段动作，动作电流 A 电流保护 段动作，动作电流 A 电流保护 段动作，动作电流 A 电流保护 段动作，动作电流 A 电流保护 段动作，动作电流 A 电流保护 段动作，动作电流 A 电流保护 段动作，动作电流 A 电流保护 段动作，动作电流 A AB线路 距离A点30%处发生AB相间短路 距离A点50%处发生AB相间短路 距离A点70%处发生AB相间短路 距离A点99%处发生AB相间短路 距离B点30%处发生三相短路 距离B点50%处发生三相短路 距离B点70%处发生三相短路 距离B点99%处发生三相短路 BC线路 距离B点30%处发生AB相间短路 距离B点50%处发生AB相间短路 距离B点70%处发生AB相间短路 距离B点99%处发生AB相间短路 5.3.5 三段式电流保护动作范围测试实验

设置不同的短路点，测试电流保护在不同短路类型的情况下的保护范围，并将结果填入表格3-16。

表3-16 三段式电流保护保护范围记录表

保护类型 电流速断 三相短路 限时电流速断 AB线路全长 %+BC线路全长 % 保护范围 AB线路全长 %+BC线路全长 % 21

定时限过电流保护 电流速断 两相短路 限时电流速断 定时限过电流保护 注意： AB线路全长 %+BC线路全长 % AB线路全长 %+BC线路全长 % AB线路全长 %+BC线路全长 % AB线路全长 %+BC线路全长 % 测试方法提示：一般来说从保护安装处附近开始设置短路点，如果要测试的保护段动作，则表示在该段保护动作区内，如果非本保护段动作，则可适当缩短短路点至保护安装处的距离，重复实验，以获得较精确的保护动作范围。 例如，要测试电流速断段保护在三相短路故障下的的动作范围，首先从AB线路上距离A母线10%处设置短路点，再依次增加短路点百分比，如果在AB线路上距离A母线60%处电流速断段保护动作，而在AB线路上距离A母线70%处限时电流速断段保护不动作（即：电流速断段保护不动作），则电流速断段保护的保护范围一定在AB线路上距离A母线60%~70%之间，在60%~70%之间设置短路点，直到测出电流速断段保护的动作边界。 由于限时电流段和过电流段的保护范围要延伸到下一条线路，因此当测试到本线路的99%时保护仍动作，即认为保护范围可以保护本线路全长（注意不能在线路的100%和0%处设置短路点），则首先清除本线路上的保护点（方法是在本线路元件符号上点击右键选择“清除故障”），再在下一条线路上从始端开始依次设置故障进行测试。 5.3.6 录波数据分析

分别在电流1段，电流2段和电流3段的保护范围内设置三相或两相短路故障，保护动作后通过内置录波器观察发生故障时的波形(方法是：在“设备管理”中打开“设备录波”，在“文件”中点击“新建”就可以打开当次故障发生时的录波情况)。观测正常运行时、三相短路和两相短路故障情况下以及保护动作后电流、电压信号的不同，并读取录波时间，填入表3-17。

表3-17 10kV线路保护录波数据记录表

电流1段动作 电流2段动作 电流3段动作 注意 ： (1) 查看录波图及数据记录提示：在录波图中，“TX”表示保护动作的跳闸信号，TX为高电平有效，即：高电平上升沿表示发出命令，高电平下降沿表示收回命令。表格中的“故障后保护动作时间”表示故障发生时刻（即电流发生突变时刻）起到断路器检测到保护发出跳闸命令的时间，表格中的“动作继电器保持时间”表示从断路器检测到保护发出跳闸命令到检测到保护收回跳闸命令的时间。 按住右键拖动一直线到故障发生时刻（图上可表现为电压降低，电流增大的起始点），左键拖动另一直线到跳闸信号曲线的上升沿。 (2) TQWB-III多功能微机保护实验装置的动作报告中的动作时间反应的是故障发生开始到保护装置发出跳闸命令的时间，相比而言，录波图中的“故障后保护动作时间”还增加了保护装置跳闸回路的出口时间。因此录波图中中的“故障后保护动作时间”更能准确反应保护的实际动作时间。

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故障后保护动作时间(ms) 动作继电器保持时间(ms) 5.3.7* 反时限过电流保护动作测试实验

不投入三段电流保护，仅投入反时限电流保护，整定反时限过电流保护的定值。

分别选择1、2、3种反时限曲线，按照前面所述的方法在不同短路点设置故障进行实验，将测试结果填于表3-18，比较同一地点发生故障时不同的反时限曲线动作时间的不同。

由于测试仪记录的录波时间最大为900ms，表中的动作时间可近似取保护动作报告中的相对时间。

表3-18 反时限电流保护动作记录表

反时限曲线 故障点和故障类型 BC线路上距离B点20%处发生三相短路 曲线1 BC线路上距离B点40%处发生三相短路 BC线路上距离B点60%处发生三相短路 BC线路上距离B点20%处发生三相短路 曲线2 BC线路上距离B点40%处发生三相短路 BC线路上距离B点60%处发生三相短路 BC线路上距离B点20%处发生三相短路 曲线3 BC线路上距离B点40%处发生三相短路 BC线路上距离B点60%处发生三相短路 动作值(A) 保护动作时间(ms) 5.4 思考题：

(1) 三段式电流保护的保护范围是如何确定的，在输电线路上是否一定要用三段式保护，用两段可以吗？

(2) 三段式电流保护，哪段最灵敏？哪段最不灵敏？采用什么措施来保证选择性？

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