方向阻抗继电器特性实验报告

实验三方向阻抗继电器特性实验

1．实验目的

（1）熟悉整流型LZ-21型方向阻抗继电器的原理接线图，了解其动作特性。 （2）测量方向阻抗继电器的静态Zpu?f???特性，求取最大灵敏角。 （3）测量方向阻抗继电器的静态Zpu?f?Ir?特性，求取最小精工电流。

2．LZ-21型方向阻抗继电器简介

1）LZ-21型方向阻抗继电器构成原理及整定方法

距离保护能否正确动作，取决于保护能否正确地测量从短路点到保护安装处的阻抗，并使该阻抗与整定阻抗比较，这个任务由阻抗继电器来完成。

阻抗继电器的构成原理可以用图3-1来说明。图中，若K点三相短路，短路电流为IK，由PT回路和CT回路引至比较电路的电压分别为测量电压U?m和整

?，那么 定电压Uset??Um11IKZK?ImZm(3-1) nPTnYBnPTnYB式中：nPT、nYB—电压互感器和电压变换器的变比；

ZK—母线至短路点的短路阻抗。 当认为比较回路的阻抗无穷大时，则：

??Uset11IKZI?ImZI（3-2） nCTnCT式中：ZI—人为给定的模拟阻抗。

比较式（3-1）和式（3-2）可见，若假设

ZK IK ZI ?UsetnPT?nYB?nCT，则短路时，由于线路上流过同一电?的大小，?和Um流IK，因此在比较电路上比较Uset 1 K ??Uset?，则表就等于比较ZI和Zm的大小。如果Um??Uset?，则表明Zm?ZI，保护应不动作；如果Um明Zm?ZI，保护应动作。阻抗继电器就是根据这一原理工作的。

Um YB 2 ?Um图3-1 阻抗继电器的构成原理说明图

1—比较电路 2—输出

?与原方电流I?成线性关系，??K?I??电抗变压器DKB的副方电势E即E2I1,KI21是一个具有阻抗量纲的量，当改变DKB原方绕组的匝数或其它参数时，可以改

?的大小。电抗变压器的K?值即为模拟阻抗Z。 变KIII在图3-1中，若在保护范围的末端发生短路，即ZK?Zset，那么比较电路将

??Uset?,这时由式（3-1）和式（3-2）可得 处于临界动作状态，即Um11IKZset?IKZI nPTnYBnCTnnZ?ZI?I（3-3） ∴ Zset?PTYBZI?KunCTKun1式中Ku??CT。

?nPTnYBKu式（3-3）表明，整定阻抗Zset是一个与DKB的模拟阻抗ZI和电压变换器YB的变比有关的阻抗。当调节DKB原方绕组的匝数和调节nYB的大小时，可以得到不同的整定阻抗值。例如：当nPT=1，nCT=1，ZI=2?时，若要整定阻抗为Zset=20?，则YB抽头可选10匝。

2）LZ-21型方向阻抗继电器原理图分析 图3-2为其原理接线图。由CT引入的电流ICT?Im接于电抗变压器DKBnCTYB UA

5 的原方端子1、2、3、4。在它的副方，得到正比于原方电流的电压，

1 I1 2 3 I2 4 I段 12 DKB 13 UB 6 14 II段 VD3 * * *

* * VD1 R1 * m R2 VD2 R3 n KP KP R4 VD4 * * UC * 80? 72? XT 60? 9

KP 11 10 JYB R6 7 图3-2 LZ-21型方向阻抗继电器原理接线图

DKB的原方有几个抽头，当改变抽头位置时，即可改变ZI值。由PT引入的电压UPT?Um接于电压变换器YB的原方端子5、6、7，用于引入电压UA、UB、UC，nPTYB副方每一定匝数就有一个抽头，改变抽头的位置即可改变nYB，也可改变Zset的大小。JJ为具有方向性的直流继电器（又称极化继电器）。端子9、10、11为极化继电器触点桥的输出。端子12、13、14为继电器I、II段切换的触点。当12、13连通时，I段接通。当12、14连通时，II段接通。

LZ-21型方向阻抗继电器面板上有压板Y用于调整最大灵敏角。 3）LZ-21阻抗继电器比相电路分析

LZ-21阻抗继电器执行元件的环形整形比相电路，如图3-3（a）所示，它实际是一相敏整流电流，其输入端分别接入比相的两电气量UC、UD，输出电压Umn平均值的大小和极性与输入端电压UC、UD的相位有关。为了提高比相回路的输出电压，在二极管支路中串入相同的电阻R1~R4，适当选取它们的电阻值，有利于提高继电器的动作速度。滤波电容C1~C4，是为了滤去交流分量，以防止执行元件抖动，保证阻抗继电器动作特性圆的边界明确，同时提高了继电器的灵敏度，电容C的数值，也要适当选取。这一电路的等效电路如图3-3所示，图中

??U??U?，E??U??U?。 E112212 ?UDYB2 D1 C1 C1 D2

D1 ? D2

?U21K R1 1K JJ1 1K JJ2 1K

R3

1K R1 ?E1RJJ2 1K

?I?1R3

I?1RJJ1 ?U21K R 12K1K D2 21 m 1K C2 1K C4 1n K

R1 4K1K

D4

1m K R2 ? ? 1K 1K 1K 1K 1K 1K

n

1K

?I2R4

1K

?U1JJ 1K D2 ??I21K

D4

? 1K ?E21K

YB1

?UC图3-3用极化继电器作执行元件的环形整流比相回路

(a) 原理图 (b)等效电路

?和E?分别产生电流I?和I?，并分别通过电阻RJJ1和RJJ2；负正半周时，E1212?和E?分别产生电流I?和I?，并分别通过电阻RJJ2和RJJ1；输出电压半周时，E1212为：

?)?RJJ2(i1??i2) umn?RJJ1(i1?i2?的相?、U相敏整流电路输出电压Umn平均值的大小和极性与输入端电压UDC?和U同相，U?与U同相。U?之间的相位θ变化时，输?和U位有关。图中U2C1DDC出电压umn平均值的大小和极性变化情况的分析，可参阅有关资料。

由分析可知，环形整流比相回路umn与两比相电气量相位角θ之间的关系如

图3-4所示，由图可见，当?=0?时，Umn?pj为正最大值；当?=?90?时，Umn?pj=0；当?=?180?时，Umn?pj为负最大值。显然，输出电压平均值为正值的比相角?的范围是：

?90?≤θ≤90?

此式满足LZ-21型方向阻抗继电器对比相回路动作条件的要求。

图3-4 环形整流比相电路输出电压平均值

-180 -90 0 90 180 Umn.Pj/V ?/?

Umn?pj与比相角?的关系曲线

3．实验内容

1）整流型阻抗继电器的阻抗整定值的整定和调整

前述可知，当方向阻抗继电器处在临界动作状态时，推证的整定阻抗表达式如式（2-8）所示，显然，阻抗继电器的整定与LZ-21中的电抗变压器DKB的模拟阻抗ZI、电压变换器YB的变比nYB、电压互感器变比nPT和电流互感器nCT有关。

例如，若要求整定阻抗为Zset=15?，当nPT=100，nCT=20，ZI=2?（即DKB原方匝数为20匝时），则nyb?151，即=0.67。也就是说电压变换器YB副方10nYB线圈匝数是原方匝数的67%，这时插头应插入60、5、2三个位置，如图3-5所

示。

80 60 40 20 0 0 80 60 40 20 0 0

(a) YB整定板示意图

0.5 0 4 3 2 1 5 10 15 0 5 10 15 0 0.5 0 4 3 2 1

(b) YB副方线圈内部接线

图3-5 LZ-21型阻抗继电器整定面板说明图

整定值整定和调整实验的步骤如下：

（1）要求阻抗继电器阻抗整定值为Zset=5?，实验时设nPT=1，nCT=1，检查电抗变压器DKB原方匝数应为16匝。（ZI=1.6?）

（2）计算电压变换器YB的变比nyb?匝数的32%。

（3）在参考图3-1阻抗继电器面板上选择20匝、10匝，2匝插孔插入螺钉。

表3-1 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 （欧相） 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 DKB原方绕组匝数 2 4 6 8 2 5，YB副方线圈对应的匝数为原方1.6DKB原方绕组接线示意图 （一个绕组） 2 14 4 2 14 4 2 14 4 14 4 10 2 14 4 12 14 16 18 20 2 2 4 14 4 14 2 4 14 2 2 14 4 （4）改变DKB原方匝数为20匝（ZI=2?）重复步骤（1）、（2），在阻抗继电器面板上选择40匝、0匝，0匝插孔插入螺钉。

（5）上述步骤完成后，保持整定值不变，继续做下一个实验。 2）方向阻抗继电器的静态特性Zpu=f（?）测试实验 实验步骤如下：

（1）熟悉LZ-21方向阻抗继电器和ZNB-Ⅱ智能多功能表的操作接线及实验原理。

认真阅读LZ-21方向阻抗继电器原理接线图（图3-2）和实验原理接线图（图3-6）

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