电力系统继电保护实验指导书

电力系统继电保护实验指导书

电气工程及其自动化教研室

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目 录

EPL-II型继电特性及线路保护实验装置常用字符表 ..................................................................... 1 电源操作与安全 ............................................................................................................................... 2 继电特性及线路保护实验装置使用说明 ....................................................................................... 4 实验一 电磁型继电器特性实验 ................................................................................................... 6 实验二 单辐射式输电线路阶段式电流保护实验 ..................................................................... 14 实验三 自动重合闸前加速保护实验 ......................................................................................... 24 实验四 差动继电器动作测试实验 ............................................................................................. 27

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EPL-II型继电特性及线路保护实验装置常用字符表

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 中文含义 自动重合闸装置 电容；电容器 熔断器 电流继电器 热继电器 冲击继电器 中间继电器 信号继电器 时间继电器 电压继电器 电感、电抗器 断路器 电位器 按钮 电流互感器 电压互感器 合闸线圈 跳闸线圈 文字符 ARD C FU KA KH KI KM KS KT KV L QF RP SB TA TV YO YR 旧符号 ZCH C RD LJ RJ CJJ ZJ XJ SJ YJ L DL W AN LH YH HQ YR

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电源操作与安全

一．开启实验装置的步骤：

1）开启电源前，要检查控制屏下面“直流高压电源”必须置“关”断的位置。控制屏左侧面上安装的自耦调压器必须调在零位，即必须将调节手柄沿逆时针方向旋转到底。

2）检查无误后开启漏电断路器“电源总开关”“，停止”按钮指示灯、电源分相指示灯亮，表示实验装置的进线已接通电源，但还不能输出电压。此时在电源输出端进行实验电路接线操作是安全的。

3）按下“启动”按钮，“启动”按钮指示灯亮，只要调节自耦调压器的手柄，在输出口U、V、W处可得到0～450V的线电压输出，由于本实验装置线路额定工作电压为100V，所以该实验装置采用了限压装置，可调电压为0～120V，并由控制屏上交流电压表指示。电压表指示三相电网进线的线电压值。

装置电源简图

4）按下“启动”按钮后，可打开直流操作电源，向微机保护装置控制回路和信号回路或向电磁继电器提供直流电源。

5）实验中如果需要改接线路，必须按下“停止”按钮以切断交流电源，保证实验操作的安全。实验完毕，须将自耦调压器调回到零位，将“直流电源”的电源开关置于“关”断位置，最后，需关断“电源总开关”。

二．实验的基本要求

线路保护及继电特性实验装置的目的在于培养学生掌握基本的实验方法与操作技能。培养学生根据实验目的、实验内容及实验设备拟定实验线路，确定实验步骤，测取所需数据，进行电路工作状态分析研究的能力，并得出必要结论，完成相应的实验报告。增强对微机保护装置的认识，掌握线路保护的基本原理。在整个实验过程中，必须集中精力，及时认真做好实验。现按实验过程提出下列基本要求。

1．实验前的准备

实验前应复习教科书中有关章节的内容，认真阅读实验指导书，了解实验目的、项目、方法与步骤，明确实验过程中应注意的问题。

实验前应写好预习报告，经教师检查认可后，方能开始实验。 认真作好实验前的准备工作，对于培养学生独立工作能力，提高实验质量和保护实验设备、人身的安全等都具有相当重要的作用。

2．实验的进行

2.1．建立小组，合理分工

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每次实验都以小组为单位进行，每组由2～3人组成，实验进行中的接线、负载、电压或电流调节、记录数据等工作每人应有明确的分工，以保证实验操作的协调，使记录的数据准确可靠。

2.2．按图接线

根据实验线路图及所选组件、仪表，按图接线，接线要简单明了，接线原则应先接串联主回路，再接并联支路。为方便检查线路的正确性，实验线路图中的直流回路、交流回路、控制回路等应分别用不同颜色的导线连接。

2.3．试运行

在正式实验开始之前，先按一定规范起动保护电路，观察所有仪表是否正常。如果出现异常，应立即切断电源，并排除故障；如果一切正常，即可正式开始实验。

2.4．测取数据

预习时对继电器及其保护装置的试验方法及所测数据的大小做到心中有数。正式实验时，根据实验步骤逐次测取数据。

2.5．认真负责，实验有始有终

实验完毕，须将数据交指导老师审阅。经指导老师认可后，才允许拆线，并把实验所用的组件、导线及仪器等物品整理好，放至原位。

三．实验报告

实验报告是根据实测数据和在实验中观察发现的问题，经过自己分析研究或分析讨论后写出的实验总结和心得体会。

实验报告要简明扼要、字迹清楚、图表整洁、结论明确。 实验报告包括以下内容：

1．实验名称、专业班级、学号、姓名、实验日期、室温℃。 2．列出实验中所用器件的名称及编号，继电器铭牌数据等。

3．列出实验项目并绘出实验时所用的线路图，并注明仪表量程，电阻器阻值。 4．数据的整理和计算

5．解答各个实验的思考题，部分思考题在实验前要进行抽查提问，作为学生实验预习成绩的一部分。

6．根据数据说明实验结果与理论是否符合，可对某些问题提出一些自己的见解并最后写出结论。实验报告应写在一定规格的报告纸上，保持整洁。

7．每次实验每人独立完成一份报告，按时送交指导老师批阅。

四．安全操作规程

为了按时完成电力自动化及继电保护实验，确保实验时人身与设备的安全，必须严格遵守如下规定的安全操作规程：

1．实验时，人体不可接触带电线路。

2．接线或拆线都必须在切断电源的情况下进行。

3．学生独立完成接线或改接线路后必须经指导老师检查和允许，并使组内其它同学引起注意后方可接通电源。实验中如发生事故，应立即切断电源，经查清问题和妥善处理故障后，才能继续进行实验。

4．通电前应先检查是否有短路回路存在，以免损坏仪表或电源。

5．实验室总电源或实验台控制屏上的电源应由实验指导教师来控制，其他人员只能经指导教师允许后方可操作，不得自行合闸。

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继电特性及线路保护实验装置使用说明

继电特性及线路保护实验装置是专门为电力、电气类专业继电保护、电力系统自动化、工厂供电等课程设计的，具有器件真实可观、安全可靠、针对性强、技术先进、方便学生使用等特点，也可作为毕业设计和教师科研的硬件开发平台。

本实验装置由调压器、移相器、多种继电器及测量表计等组成，可以用来进行电流继电器、电压继电器、中间继电器、时间继电器、信号继电器、功率方向继电器、差动继电器、自动重合闸继电器等继电特性实验。

（一）电源操作说明如下：

1．当漏电保护器开关关上时，所有指示灯都不亮，实验台上各元件、接线柱、移相器、调压器均不带电，三相调压器和单相调压器必须调在零位，即必须将调节手柄逆时针方向旋转到底。

2．当漏电保护器合上时，绿色按钮灯亮，表示实验装置的进线已接通电源，但还不能输出电压。此时在电源输出端进行实验电路接线操作是安全的。

3．当按下红色“闭合”按钮时，红色指示灯亮，调节调压器手柄，可以三相输出端得到0～150V的线电压，在单相调压输出端得到0～220V的交流电压。

4．实验时若需改接线路，请勿带电操作，必须按下“断

开”按钮，以切断交流电源，保证实验操作的安全。实验完直流220V成，须将三相调压器、单相调压器两手柄都逆时针调到底，最后断开漏电保护器。

5．本实验装置台还可提供直流不可调220V稳压电源，若需得到可调0～220V直流电源，可用可调变阻器分压接法获得。

图1 变压器分压示意图RP（二）使用方法

本实验装置测量表即（直流电压表、直流电流表、电秒表和相位仪），测量前必须接上220V交流电源，交流电压、电流表不必外接电源。

1．相位仪测量相位方法

（1）在EPL-15电秒表、相位仪的测量单元的电压输入端口端接入电压信号，在电流输入端口端接入电流信号。

（2）显示屏显示的数据即为引入的电压信号与引入的电流信号之间的相位差值。 （3）在进行相位测量时，电压信号与电流输入信号不要接错了位置，且电压信号是并联接入的，电流信号是串联在回路中的。

（4）要注意电压、电流输入信号的极性，极性不对，显示的相位差也不对。 （5）电压输入信号在（0～150V）之间，电流输入信号在（0～1A）之间。

2．时间测量方法

图3所示的EPL-15电秒表测试单元的平面布置图。

图2 相位仪单元布置图U0～0220VI0～～150V1A 4

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本测试装置可测得0ms～999s的时

计秒毫秒+启动--sms停止+间，当给出了时间测量的启动信号（启动“+”“-”端“短接”）后，显示屏开始计量时间的大小，直到发出停止计数的控制信号计数才停止，不管启动信号是否消失，显示屏都不会停止计数。每次开始计数前，先选择秒量程还是毫秒量程，再按下相应按键，相位仪开始等待计数。

图3 电秒表单元布置图

（三）注意事项

为了按时完成电力自动化及继电保护实验，确保实验时人身安全与设备安全，必须严格遵守以下操作规定。

1．接线或拆线都必须在切断电源的情况下进行。

2．完成接线后，务必请指导老师或同学检查之后方可接通电源，实验中如发生事故，应立即切断总电源，再检查和处理故障，不可独立带电检查。

3．实验前，先检查和选择好测量仪表仪器的量程和最大负荷值，严禁长时间运行在过量程、过负荷状态。

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实验一 电磁型继电器特性实验

模块一：电流继电器和电压继电器特性实验

一．实验目的

1．熟悉DL型电流继电器和DY 型电压继电器的实际结构，工作原理、基本特性。 2．掌握动作电流、动作电压参数的整定。

二．预习与思考

1．电流继电器的返回系数为什么恒小于1？

2．动作电流（压），返回电流（压）和返回系数的定义是什么？ 3．实验结果如返回系数不符合要求，你能正确地进行调整吗？ 4．返回系数在设计继电保护装置中有何重要用途？

三．原理说明

DL-20C系列电流继电器和DY-20C系列电压继电器为电磁式继电器。由电磁系统、整定装置、接触点系统组成。当线圈导通时，衔铁克服游丝的反作用力矩而动作，使动合触点闭合。转动刻度盘上的指针，可改变游丝的力矩，从而改变继电器的动作值。改变线圈的串联或并联，可获得不同的额定值。

DL-20C系列电流继电器铭牌刻度值，为线圈并联时的额定值。继电器用于反映发电机，变压器及输电线短路和过负荷的继电保护装置中 。

DY-20C系列电压继电器铭牌刻度值，为线圈串联时的额定值。继电器用于反映发电机、变压器及输电线路的电压升高（过压保护）或电压降低（低电压起动）的继电保护装置中。

四．实验设备

序号 1 2 3 4 5 6 7 8

设备名称 控制屏 EPL-20A EPL-04 EPL-05 EPL-11 EPL-11 EPL-11 EPL-12B 使 用 仪 器 名 称 数量 1 1 1 1 1 1 1 1 变压器及单相可调电源 继电器（一）—DL-21C电流继电器 继电器（二）—DY-28C电压继电器 交流电压表 交流电流表 直流电源及母线 光示牌 五．实验内容

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1. 整定点的动作值、返回值及返回系数测试

实验接线图1-2、图1-4分别为过流继电器及低压继电器的实验接线。

（1）电流继电器的动作电流和返回电流测试：

a .选择EPL-04组件的DL-21C过流继电器（额定电流为6A），确定动作值并进行整定。本实验整定值为2.7A及5.4A两种工作状态。

注意：本继电器在出厂时已把转动刻度盘上的指针调整到2.7A，学生也可以拆下玻璃罩子自行调整电流整定值。

b .根据整定值要求对继电器线圈确定接线方式； 注意：

（1）过流继电器线圈可采用串联或并联接法，如右图所示。其中串联接法电流动作值可由转动刻度盘上的指针所对应的电流值读出，并联接法电流动作值则为串联接法的2倍。

（2）串并联接线时需注意线圈的极

6I>86I>(b)并联85I>75I>7（a）串联图1-1 过流继电器线圈接法性，应按照要求接线，否则得不到预期的动作电流值。

c .按图1-2接线（采用串联接法），调压器T、变压器T2和电阻R均位于EPL-20A，220V直流电源位于EPL-11，交流电流表位于EPL-11，量程为10 A。并把调压器旋钮逆时

针调到底。

d．检查无误后，合上主电路电源开关和220V直流电源船型开关，顺时针调节自耦调压器，增大输出电流，并同时观察交流电流表的读数和光示牌的动作情况。注意：当电流表的读数接近电流整定值时，应缓慢对自耦调压器进行调节，以免电流变化太快。

当光示牌由灭变亮时，说明继电

器动作，观察交流电流表并读取电流值。记入表1-2，用起动电流Idj表示（能使继电器动作的最小电流值）。

e．继电器动作后，反向缓慢调节调压器降低输出电流，当光示牌由亮变灭时，说明继电器返回。记录此时的电流值称为返回电流 ，用Ifj表示（能使继电器返回的最大电流值），记入表1-2，并计算返回系数：

继电器的返回系数是返回与动作电流的比值，用Kf表示。

过流继电器的返回系数在0.8-0.9之间。当小于0.8或大于0.9时，应进行调整，调整方式见附。

f．改变继电器线圈接线方式（采用并联接法），重复以上步骤。

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表1-2 过流继电器实验结果记录表 整定电流I（安） 测试序号 实测起动电流Idj 实测返回电流Ifj 返回系数Kf 起动电流与整定电流误差%

（2）低压继电器的动作电压和返回电压测试 a．选EPL-05中的DY-28C型低压继电器（额定电压为30V），确定动作值并进行初步整定。本实验整定值为24V及48V两种工作状态。

65U<2.7A 1 2 3 线圈接线方式为： 1 5.4A 2 3 线圈接线方式为： 75U<7U<86U<8光示牌（a）串联(b)并联图1-3 低压继电器线圈接法注意：本继电器在出厂时已把转动刻度盘上的

调压器1220V指针调整到24V，学生也可以拆下玻璃罩子自行调整电压整定值。

b．根据整定值需求确定继电器接线方式。 注意：

（1）低压继电器线圈可采用串联或并联接法，如右图所示。其中并联接法电压动作值可由转动刻度盘上的指针所对应的电压值读出，串联接法电压动作值则为并联接法的2倍。

TV2DY-28C图1-4 低压继电器实验接线图（2）串并联接线时需注意线圈的极性，应按照要求接线，否则得不到预期的动作电压值。

c．按图1-3接线（采用串联接法），调压器T位于EPL-20A，220V直流电源位于EPL-11，交流电压表位于EPL-11，量程为200V。并把调压器旋钮逆时针调到底。

d．顺时针调节自耦变压器，增大输出电压，并同时观察交流电压表的读数和光示牌的动作情况。当光示牌由灭变亮后，再逆时针调节自耦变压器逐步降低电压，并观察光示牌的动作情况。注意：当电压表的读数接近电压整定值时，应缓慢对自耦调压器进行调节，以免电压变化太快。当光示牌由亮变灭时，说明继电器舌片开始跌落。记录此时的电压称为动作电压Udj。

e．再缓慢调节自耦变压器升高电压，当光示牌由灭变亮时，说明继电器舌片开始被吸上。记录此时的电压称为返回电压Ufj，将所取得的数值记入表1-3并计算返回系数。返回

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系数kf为

Kf?UfjUdj

低压继电器的返回系数不大于1.25。将所得结果记入表1-3。 f．改变继电器线圈接线方式（采用并联接法），重复以上步骤。

表1-3 低压继电器实验结果记录表 整定电压U（伏） 测试序号 实测起动电压Udj 实测返回电压Ufj 返回系数Kf 起动电压与整定电压误差%

1 24V 2 线圈接线3 方式为： 1

48V 2 线圈接线3 方式为： 模块二：电磁型时间继电器特性实验

一．实验目的

熟悉DS-20C系列时间继电器的实际结构，工作原理，基本特性，掌握时限的整定和试验调整方法，

二．预习与思考

1．影响起动电压、返回电压的因素是什么？

2．在某一整定点的动作时间测定，所测得数值大于或（小于）该点的整定时间，并超出允许误差时，将用什么方法进行调整？

3．根据你所学的知识说明时间继电器常用在那些继电保护装置电路？

三．原理说明

DS-20系列时间继电器为带有延时机构的吸入式电磁继电器。继电器具有一对瞬时转换触点，一对滑动延时动合主触点和一对终止延时动合主触点。

当电压加在继电器线圈两端时，铁芯被吸入，瞬时动合触点闭合，瞬时动断触点断开，同时延时机构开始起动。在延时机构拉力弹簧作用下，经过整定时间后，滑动触点闭合。再经过一定时间后，终止触点闭合。从电压加到线圈的瞬间起，到延时动合触点闭合止的这一段时间，可借移动静触点的位置以调整之，并由指针直接在继电器的标度盘上指明。当线圈断电时，铁芯和延时机构在塔形反力弹簧的作用下，瞬时返回到原来的位置。

DS-20系列时间继电器用于各种继电保护和自动控制线路中，使被控制元件按时限控制进行动作。

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四．实验设备

序号 1 2 3 4 5 6

设备名称 控制屏 EPL-05 EPL-14 EPL-12B EPL-11 EPL-11 使 用 仪 器 名 称 数量 1 1 1 1 1 1 继电器（二）DS-21时间继电器 按钮及电阻盘 电秒表、相位仪 直流电源及母线 直流仪表 五．实验内容

1．内部结构检查

（1）观察继电器内部结构，检查各零件是否完好，各螺丝固定是否牢固，焊接质量及线头压接应保持良好。

（2）衔铁部分检查

手按衔铁使其缓慢动作应无明显摩擦，放手后塔形弹簧返回应灵活自如，否则应检查衔铁在黄铜套管内的活动情况，塔形弹簧在任何位置不许有重叠现象。

（3）时间机构检查

当衔铁压入时，时间机构开始走动，在到达刻度盘终止位置，即触点闭合为止的整个动作过程中应走动均匀，不得有忽快忽慢，跳动或中途卡住现象，如发现上述不正常现象，应先调整钟摆轴螺丝，若无效可在老师指导下将钟表机构解体检查。

（4）接点检查

a．当用手压入衔铁时，瞬时转换触点中的常闭触点应断开，常开触点应闭合。 b．时间整定螺丝整定在刻度盘上的任一位置，用手压入衔铁后经过所整定的时间，动触点应在距离静触点首端的1/3处开始接触静触点，并在其上滑行到1/2处，即中心点停止。可靠地闭合静触点，释放衔铁时，应无卡涩现象，动触点也应返回原位。

c．动触点和静触点应清洁无变形或烧损，否则应打磨修理。 2. 动作电压、返回电压测试

实验接线见图2-1，选用EPL-05挂箱的DS-21型继电器，整定范围（0.25-1.25s）。 Rp采用EPL-14的900?电阻盘（分压器接法），注意图2-1中Rp的引出端（A3．A2．A1）接线方式，不要接错，并把电阻盘调节旋钮逆时针调到底。

开关S采用EPL-14的按钮开关SB1，处于弹出位置，即断开状态。直流电压表位于EPL-11。

数字电秒表的使用方法：“启动”两接线柱接通，开始计时，“停止” 两接线柱接通，结束计时。

A3 Rp900?A2DS-21C220VA1SV0-300V图2-1 时间继电器动作电压、返回电压实验10

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（1）动作电压Ud的测试

合上220V直流电源船型开关和按钮开关SB1，顺时针调节可变电阻Rp使输出电压从最小位置慢慢升高，并观察直流电压表的读数。

当电压超过70V左右时，注意观察时间继电器的动作情况，直到时间继电器衔铁完全吸入为止。然后弹出开关S，再瞬时按下开关S，看继电器能否动作。如不能动作，调节可变电阻R加大输出电压。在给继电器突然加入电压时，使衔铁完全被吸入的最低电压值，即为最低动作电压Ud。

弹出S，将动作电压Ud 填入表2-1内。 （2）返回电压Uf的测试

按下S，加大电压到额定值220V，然后渐渐调节可变电阻Rp降低输出电压，使电压降低到触点开启，即继电器的衔铁返回到原来位置的最高电压即为Uf，断开S，将Uf填入表2-1内。

表2-1 时间继电器动作电压、返回电压测试 动作电压U（ dV）返回电压U（ fV）3．动作时间测定

动作时间测定的目的是检查时间继电器的控制延时动作的准确程度。测定是在额定电压下，取所试验继电器允许时限整定范围内的大、中、小三点的整定时间值（见表2-2），在 每点测三次。

测量值

为额定电压的% 数字电秒表A3 Rp900?A2DS-21C停止启动220VA1V0-300VS图2-2 时间继电器动作时间实验接线图用秒表测定动作时间的实验接线图见图2-2。

开关S采用EPL-14的按钮开关SB1，处于断开状态。电秒表位于EPL-12。其余同图2-1。

（1）合上220V直流电源船型开关和电秒表船型开关，按下按钮开关SB1，顺时针调

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节可变电阻Rp使直流电压表的读数到220V。然后断开开关S（再按一下按钮开关SB1）和220V直流电源船型开关。

（2）拆下有机玻璃罩子对延时时间进行调整，使刻度盘上的指针指向0.25s。 （3）对数字电秒表进行复位并把量程置于ms档(按下电秒表的毫秒按钮开关)。 （4）合上220V直流电源船型开关，按下按钮开关SB1，观察电秒表的读数变化，并记录最后的稳定读数填入表2-2。然后断开开关S（再按一下按钮开关SB1）。

（5）两次重复步骤3．4，分别把电秒表的读数填入表2-2。

（6）把延时时间分别调整到0.75s、1.25s，重复以上步骤。注意：当延时时间为1.25s时，数字电秒表量程置于s档

表2-2 时间继电器动作时间测定 测量值 整定值t(s) 0.25 0.75 1.25

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2 3 模块三：信号继电器特性实验

一．实验目的

熟悉和掌握DX-8型继电器的工作原理，实际结构，基本特性及工作参数。

二．预习和思考

1．DX-8型信号继电器具有那些特点？ 2．DX-8型信号继电器为什么要有自锁结构？

三．原理说明

DX-8型信号继电器，适用于直流操作的继电保护和自动控制线路中远距离复归的动作指示。

信号继电器由工作绕组，接触触点，机械自锁机构，指示红牌，手动复位按钮等组成。 当继电器工作绕组加入电流时，簧片吸合，带动机械自锁机构动作，使告警指示作用的红牌翻落，同时触点锁紧闭合。只有在绕组释放电压后，人工手动按压复位按钮，触点才能够释放断开。

四．实验设备

序号 1 2

设备名称 控制屏 EPL-07B 使 用 仪 器 名 称 数量 1 1 继电器（五）—DX-8信号继电器 12

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3 4 5 6 EPL-12B EPL-14 EPL-11 EPL-11 光示牌 按钮及电阻盘 直流电源及母线 直流仪表 1 1 1 1

五．实验内容

1．观察DX-8型信号继电器的结构和内部接线，列举它所具有的特点。 2．动作电流的测试

实验接线见图3-1，直流电流表位于EPL-11，RP1．RP2采用EPL-14的900?电阻盘，注意接线端的符号(A3．A2．A1．B2．B1)，不要接错，否则容易过流造成熔断器烧断。

检查电阻盘的旋钮是否在逆时针到底位置，确认无误后，合上漏电断路器和EPL-11的220V直流电源，慢慢顺时针调整电阻盘的旋钮，并同时观察直流电流表的读数和光示牌的动作情况。加大输出电压直至继电器动作，光示牌亮。此时直流电流表的指示值即为继电器的动作值。填入表3-1。同时观察告警红牌的翻落情况。断开220V直流电源船形开关，继电器触点应保持在动作位置。

用手按复位按钮，继电器触点断开，红牌翻起，光示牌熄灭。

重复以上步骤，多次测量动作电压，记入表3-1，并求取平均值。

表3-1 信号继电器实验记录表 动作电流测量（mA）

光示牌A3 RP1900?A2220VADX-8B1RP2900?B2220VA1图3-1 信号继电器实验接线图1 2 3 平均值

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实验二 单辐射式输电线路阶段式电流保护实验

一．实验目的

1．掌握无时限电流速断保护、带时限电流速断保护及过电流保护的电路原理，工作特性及整定原则。

2．理解输电线路阶段式电流保护的原理图及保护装置中各继电器的功用。 3．掌握阶段式电流保护的电气接线和操作实验技术。

二．预习思考

1．阶段式电流保护为什么要使各段的保护范围和时限特性相配合？ 2．由指导老师提供有关技术参数，对阶段式电流保护参数进行计算与整定。

3．为什么在实验中，采用两相一继接法阶段式保护能满足教学要求？并指出其优缺点。 4．阶段式保护动作之前是否必须对每个继电器进行参数整定？为什么？ 5．写出控制回路前后的过程和原理。

三．实验设备

序号 设备名称 使 用 仪 器 名 称 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 控制屏 EPL-04 EPL-05 EPL-06 EPL-11 EPL-11 EPL-12 EPL-11 继电器（一）—DL-21C电流继电器 继电器（二）—DS-21时间继电器 继电器（四）—DZ-31B中间继电器 交流电压表 交流电流表 光示牌 直流电源及母线 数量 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 EPL-02A A站保护， B站保护 EPL-07B 继电器（五）—DX-8信号继电器 EPL-17A 三相交流电源

四．阶段式电流保护实验原理及接线图

无时限电流速断保护、带时限电流速断保护和定时限过电流保护都是反应于电流升高而动作的保护装置。他们之间的区别主要在于按照不同的原则来来选择起动电流。即速断是按照躲开某一点的最大短路电流来整定，限时速断是按照躲过前方各相邻元件电流速断保护的动作电流整定，而过电流保护则是按照躲过最大负荷电流来整定。由于电流速断不能保护线路全长，限时电流速断又不能作为相邻元件的后备保护，因此，为保证迅速而有选择性的切除故障，常常将电流速断、限时电流速断和过电流保护组合在一起，构成阶段式过流保护。

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具体应用时，可以只采用速断加过流保护，或限时速断加过流保护，及构成两段式过流保护，也可以三者同时使用，及构成三段湿过流保护。

1．无时限电流速断保护

阶段式电流保护通常用于3—66kV电力线路的相间短路保护。在被保护线路上发生短路时，流过保护安装点的短路电流值，随短路点的位置不同而变化。在线路的始端短路时，短路电流值最大；短路点向后移动时，短路电流将随线路阻抗的增大而减小，直至线路末端短路时短路回路的阻抗最大，短路电流最小。短路电流值还与系统运行方式及短路的类型有关。图11-1曲线1表示在最大运行方式下发生三相短路时，线路各点短路电流变化的曲线；曲线2则为最小运行方式下两相短路时，短路电流变化的曲线。

由于本线路末端f1点短路和下一线路始端的f2点短路时，其短路电流几乎是相等的（因f1离f2很近，两点间的阻抗

EsABC约为零）。如果要求在被保L1ff1f2L2护线路的末端短路时，保

Id护装置能够动作，那么，

在下一线路始端短路时，保护装置不可避免地也将If动作。这样，就不能保证1最大运行方式下应有的选择性。为了保证

2的三相短路电流MN保护动作的选择性，将保Iop1.1最小运行方式下3Iop1.2的两相短路电流护范围严格地限制在本线

路以内，就应使保护的动If.B.maxIf.C.max作电流Iop1.1（为保护1的

Imin动作电流折算到一次电路

Imax的值）大于最大运行方式

图11-1 瞬时电流速断保护的整定及动作范围下线路末端发生三相短路

时的短路电流If.B.max，即

Iop1.1?If.b.max， Iop1.1=KrelIf.b.max

式中，Krel—可靠系数，当采用电磁型电流继电器时，取Krel=1.2~1.3。

显然，保护的动作电流是按躲过线路末端最大短路电流来整定，可保证在其他各种运行方式和短路类型下，其保护范围均不至于超出本线路范围。但是，按照以上公式整定的结果（如图11-1中的直线3）。保护范围就必然不能包括被保护线路的全长。因为只有当短路电流大于保护的动作电流时，保护才能动作。从图11-1中能够得出保护装置的保护范围。还可以看出，这种保护的缺点是不能保护线路的全长，而且随着运行方式及故障类型的不同，其保护范围也要发生的相应变化。图11-1中在最大运行方式下三相短路时，其保护范围为lmax；而在最小运行方式下两相短路时，其保护范围则缩小至lmin。无时限电流速断保护的优点是：因为不反应下一线路的故障，所以动作时限将不受下一线路保护时限的牵制，可以瞬时动作。

无时限电流速断保护的灵敏度可用其保护范围占线路全长的百分数来表示。通常，在最大运行方式下保护区达到线路全长的50%、在最小运行方式下发生两相短路时能保护线路全长的15%—20%时，即可装设瞬时电流速断。所以在线路始端一定范围内短路时，无时限电流速断保护可以做到快速地切除附近故障。

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2．带时限电流速断保护

无时限电流速断保护（也称第I段保护）虽然能实现快速动作，但却不能保护线路的全长。因此，必须装设第II段保护，即带时限电流速断保护，用以反应无时限电流速断保护区外的故障。对第II段保护的要求是能保护线路的全长，还要有尽可能短的动作时限。 （1）带时限电流速断保护的保护范围分析 带时限电流速断保护要求保护线路的全长，那么保护区必然会延伸至下一线路，因为本线路末端短路时流过保护装置的短路电流与下一线路始端短路时的短路电流相等，再加上还有运行方式对短路电流的影响，如若较小运行方式下保护范围达到线路末端，则较大运行方式下保护范围必然延伸到下一线EsABC路。为尽量缩短保护的动作L1L2时限，通常要求带时限电流速断延伸至下一线路的保护范围不能超出下一线路无时限电流速断的保护范围，因If此线路L1带时限电流速断1II保护的动作电流Iop1.1应大于

Iop1.1M3Iop1.1III下一线路无时限电流速断保

I护的动作电流Iop1.2IIIop1.1N2Iop1.2I，即

?IIop1.2

l1IIl2图11-2 限时电流速断保护的保护范围分析IIIIIop1.1?KrelIop1.2

式中，Krel—可靠系数，考虑到非周期分量的衰减一般取Krel=1.1~1.2。

该保护的保护范围分析见图11-2。由图可知，为保证保护动作的选择性，带时限电流速断保护的动作时限需要与下一线路的无时限电流速断保护相配合，即应比后者的时限大一个时限级差Δt。

时限级差，从快速性的角度要求，应愈短愈好，但太短了保证不了选择性。其时限配合如图11-3所示。当在下一线路首端f点发生短路故障时，本线路L1的带时限电流速断保护和下一线路L2的无时限电流速断保护同时启动，但本线路L1的带时限电流速断保

EsAL1BL2CtIII1tt2下一线路L2的无时限电流速断保护瞬时跳闸将故障切除，这就保证了选择性。要做到这

（2）灵敏度校验

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图11-3 限时电流速断保护与瞬时电流速断的时限配合一点Δt应在0.3-0.6s间，一般取0.5s。

tII2tI1护需经过延时后才能跳闸，而

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为了使带时限电流速断能够保护线路的全长，应以本线路的末端作为灵敏度的校验点，以最小运行方式下的两相短路作为计算条件，来校验保护的灵敏度。其灵敏度为

Ksen?If.B.minIIIop1

式中，If.B.min—在线路L1末端短路时流过保护装置的最小短路电流；

II Iop1—线路L1带时限电流速断保护的动作电流值折算到一次电路的值。

根据规程要求，灵敏度系数应不小于1.3。如果保护的灵敏度不能满足要求，有时还采用降低动作电流的方法来提高其灵敏度。为此，应使线路L1上的带时限电流速断保护范围与线路L2上的带时限电流速断保护相配合，即

IIIIIop1.1?KrelIop1.2 IIt1II?t2??t

II式中，Iop1.2——L2上的带时限电流速断保护的一次动作电流值。

II——L2上的带时限电流速断保护的动作时间。 t2

显然，动作时限增大了，但灵敏度却提高了，而且仍保证了动作的选择性。 3．定时限过电流保护

无时限电流速断保护和带时限电流速断保护能保护线路全长，可作为线路的主保护用。为防止本线路的主保护发生拒动，必须给线路装设后备保护，以作为本线路的近后备和下一线路的远后备。这种后备保护通常采用定时限过电流保护（又称为第III段保护），其动作电流按躲过最大负荷电流整定，动作时限按保证选择性的阶梯时限来整定。其原理接线图与带时限电流速断保护相同，但由于保护范围和保护的作用不同，其动作电流和动作时限则不同。

（1）定时限过电流保护的工作原理和动作电流 过电流保护工作原理：

正常运行时，线路流过负荷电流，保护不动。当线路发生短路故障时，保护启动，经过保证选择性的延时动作，将故障切除。

过电流保护动作电流：

过电流保护动作电流的整定，要考虑可靠性原则，即只有在线路存在短路故障的情况下，才允许保护装置动作。

过电流保护应按躲过最大的负荷电流计算保护的动作电流，根据可靠性要求，过电流保护的动作电流必须满足以下两个条件。

1） 在被保护线路通过最大负荷电流的情况下，保护装置不应该动作，即

IIIIop1?ILmax。

III式中，Iop1——保护的一次动作电流值

ILmax——被保护线路的最大负荷电流

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最大负荷电流要考虑电动机自启动时的电流。由于短路时电压下降，变电所母线上所接负荷中的电动机被制动，在故障切除后电压恢复时，电动机有一个自启动过程，电动机自启动电流大于正常运行时的额定电流IN.M，则线路的最大负荷电流ILmax也大于其正常值IR，即

ILmax?KastIR。

式中，Kast——自启动系数，一般取1.5?3。

2）对于已经启动的保护装置，故障切除后，在被保护线路通过最大负荷电流的情况下应能可靠地返回。如图11-4所示，在线路

EsAL1BfL2M图11-4 过电流保护动作电流L1．L2分别装有过电流保护1和保护2，当在f点短路时，短路电流流过保护1也流过保护2，它们都启动。按选择性的要求，应该由保护2动作将QF2跳开切除故障。但由于变电所B仍有其他负荷，并且因电动机自启动，线路L1可能出最大负荷电流，为使保护1的电流继电器可靠返回，它的返回电流Irel（继电器的返回电流折算到一次电路的值），应大于故障切除后线路L1最大负荷电流ILmax。

Irel?KastIR Irel?KrelKastIR

式中，Irel——保护1的返回电流 由于

Kre?IreIop，即

EsAL1Bf1L2Cf2L3Iop1?Irel KreKrelKastIR Kre(a)IIIIop1?tt1t2t(b)图11-5 定时限过电流保护的动作时限18

式中，Krel——可靠系数，取1. 2 ?1.25。

Kre——电流继电器的返回系数，取0.85?0.95。

（2）动作时限的整定

定时限过电流保护的动作时限，应根据选择性的要求加以确定。例如，在图11-5所示的辐射形电网中，线路L1上装设有过电流保护1，线路L2和线路L3上也都分别装设有过电流保护2和3。那么当线路L3上的f2点发生短路故障时，短路电流将从电源经线路L1．线路L2和线路L3而流向短路点。这样，过电流保护1．2及3均启动。但是，根据选择性的要求，应该只由保护3动作使QF3跳闸。为此，就应使保护2的动作时限t2大于保护2的

t3

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实验三 自动重合闸前加速保护实验

一．实验目的

1．熟悉自动重合闸前加速保护的原理接线。

2．理解自动重合闸前加速的组成形式，技术特性，掌握其实验操作方法。

二．预习和思考

1．图21-1中各个继电器的功用是什么？

2．在重合闸动作前是由哪几个继电器及其触点共同作用，实现前加速保护。 3．重合于永久性故障，保护再次起动，此时由哪几个继电器及其触点共同作用，恢复有选择地再次切除故障的？

4．为什么加速继电器要具有延时返回的特点？

5．在前加速保护电路中，重合闸装置动作后，为什么KM2继电器要通过KA1的常开触点，KM2自身延时返回常开触点进行自保持？

6．在输电线路重合闸电路中，采用前加速时，KM2是由于什么触点起动的？ 7．请分析自动重合闸前加速保护的优缺点。

8．分析自动重合闸合闸前加速度保护实验的原理和判断动作过程，并完成预习报告。

三．实验原理

图21-1 自动重合闸前加速保护的网路接线图

如图21-1所示的网络接线，假定在每条线路上均装设过电流保护，其动作时限按阶梯型原则来配合。因而，在靠近电源端保护3处的时限就很长。为了能加速故障的切除，可在保护3处采用前加速的方式，即当任何一条线路上发生故障时，第一次都由保护3瞬时动作予以切除。如果故障是在线路A-B以外（如d1点），则保护3的动作都是无选择性的。但断路器3跳闸后，即起动重合闸重新恢复供电，从而纠正了上述无选择性的动作。如果此时的故障是瞬时性的，则在重合闸以后就恢复了供电。如果故障是永久性的，则故障由保护1或2切除，当保护2拒动时，则保护3第二次就按有选择性的时限t3动作与跳闸。为了使

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无选择性的动作范围不扩展的太长，一般规定当变压器低压侧短路时保护3不应动作。因此，其起动电流还应按照躲开相邻变压器低压侧的短路（d2点）来整定。

图21-2示出了自动重合闸前加速保护的原理接线图。其中KA是过流保护。从该图可清楚地看出，线路故障时，首选继电器KA1动作，其触点闭合，经KM2的常闭触点不带时限地动作于断路器使其跳闸，随后断路器辅助触点起动

IYR光示牌KSKTKM1IKAKM2YO重合闸继电器，将断路器重合。重合闸动作的同时，起动继电器KM2，其常闭触点打开。若此时线路故障还存在，但因KM2的常闭接点已打开，只能由过流保护继电器KA2和时间继电器KT带时限有选择性地动作于断路器跳闸，再次切除故障。

图21-2 自动重合闸前加速保护原理接线图U

四．实验设备

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

设备名称 控制屏 EPL-04 EPL-05 EPL-06 EPL-07B EPL-08 EPL-11 EPL-11 EPL-12B EPL-14 使 用 仪 器 名 称 数量 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 继电器（一）—DL-21C电流继电器 继电器（二）—DS-21C时间继电器 继电器（四）—DZ-31B中间继电器 —DZS-12B中间继电器 继电器（五）—DX-8信号继电器 自动重合闸 交流电压表 交流电流表 光示牌 按钮及电阻盘 25

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11 12 EPL-17A EPL-11 三相电源 直流电源及母线 1 1

五．实验内容

1．根据过电流保护的要求整定KA2的动作电流值，和KT的动作时限 2．根据速断保护的要求整定KA1的动作电流。

3．根据时间继电器 、加速继电器、保护出口继电器的技术参数选择相应的操作电源。 4．按图21-2接线，认真仔细检查后，再请指导老师检查。

6．等重合闸电容充满电后，在A站线路上短路点接入故障，观察前加速动作情况，加速跳闸后重合启动， ARD出口接点，DZ的闭合来起动KM2，KM2常闭触点打开。

7．模拟故障继续存在，但由于KM2常闭触点已经打开，所以只能由过流保护KM2和KT带时限有选择性地进行跳闸，切除故障。

表21-1 实验数据及动作情况

SB按下时 SB断开时 实验整定值或额定序号 代号 型号规格 线圈接法 （模拟永（模拟瞬工作值 久性故障） 时性故障） 1 2 3 4 5 6 7 8 KA1 KA2 KT KS KM1 KM2 YR YO 用途 26

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实验四 差动继电器动作测试实验

一．实验目的

掌握具有磁力制动特性的DCD-5差动继电器的工作原理，结构特点及实验方法，了解其调试方法。

二．DCD-5型差动继电器简介

图8-1 绕组在导磁体上的分布示意图

DCD-5型差动继电器用于电力变压器的差动保护。由于继电器带有一个制动绕组，当被保护变压器外部故障不平衡电流较大时，能产生制动作用。

这两部分磁通分别在W2的两部分绕组中感应出电势，该电势达一定值时（视执行元件的动作电压而定），执行元件就动作。制动绕组Wres的作用是加速两侧边柱的饱和，从而使得W2与Wd、Wb1．Wb2间的相互作用减弱。从图8-1中可以看出，在一侧边柱内，差动绕组中电流Id产生的磁通?d和制动绕组中电流Ires产生的磁通?res相加，而在另一侧边柱内，?d和?res相减，因而每侧边柱内的合成磁通等于着两个磁通的向量和。令表示工作电流和制动电流间的相位角，当值的和或差；而在

或180°时，两边柱内的合成磁通分别为?d、?res绝对

????????或270°时，两边柱内的合成磁通相等。由此看出，继电器的动作

电流（即Wd内的电流）不仅与Wres内的大小有关，而且还与二者之间的相位有关。当二者间的相位一定时，继电器的动作电流随Wres内电流的增减而增减，继电器具有制动特性的概念。

Wb1，Wb2和Wd的绕向一致，所以平衡绕组产生的磁通起着增强或削弱差动绕组产生的磁通作用（两绕组内电流方向相同时起增强作用，方向相反时起削弱作用）。由于变压器各侧电流互感器的变化不能完全配合，在变压器正常运行时，Wd 中有不平衡电流Iunb流过。当平衡绕组接入后，如果平衡绕组的匝数选得适当，就能完全或几乎完全使Iunb得到补偿使得变压器在正常运行时，W2内完全或几乎完全没有Iunb感应电势，从而提高了保护装置的可靠性。当保护区内部发生故障时，流过平衡绕组内的电流所产生的磁通与差动绕组内

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电力系统继电保护实验指导书

电流所产生的磁通方向一致，于是就增加了使继电器动作的安匝数，从而提高了保护装置的灵敏度，此时即Wd、Wb1．Wb2三个绕组绕向一致的原因。

除W2外，其余的绕组都有一定数量的抽头，抽头的引出线都接在饱和变流器前面的面板上。面板上有插孔，孔下有标号。除制动绕组插孔下的标号是指一侧边柱的匝数外，其它各绕组插孔下的标号均系实际匝数。利用螺丝插头插在不同的孔中，就能得到相应的匝数。应特别注意：每个平衡绕组具有两组抽头（0、1．2．3）和（0、4．8．12．16），两个螺丝插头必须分别插入（0、1．2．3）或（0、4．8．12．16）的孔中。若螺丝插头同时都插入（0、1．2．3）或（0、4．8．12．16）的两孔中，将在平衡绕组中造成短路和开路现象，这将会引起保护装置误动作和使电流互感器开路。这一点在图6-2中看得很清楚。继电器引出端子名称匝数选择见表8-1。

图8-2 继电器内部原理及接线

表8-1 继电器引出端子名称匝数选择

线圈代表符号 Wd Wb1 Wb2 W2 Wres 线圈名称 差动线圈 平衡线圈I 平衡线圈II 二次线圈 制动线圈 总匝数 20 19 19 14 三．实验设备 序号 1 2 3 4 5 6 7

设备名称 控制屏 EPL-09 EPL-11 EPL-11 EPL-17A EPL-11 EPL-20A 使 用 仪 器 名 称 数量 1 1 1 1 1 1 1 继电器（六）—DCD-5型差动继电器 交流电压表 交流电流表 三相电源 直流电源及母线 变压器及单相可调电源 28

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