电气工程基础试验指导书 - 图文

请各位同学打印实验1、3、 8。 其它说明和实验作为参考 谢建凯 13971311572 实验地点 自动化实验楼小2楼206

TSL-300/01微机线路保护操作手册

本装置采用宽温型图形点阵液晶和多功能按键向用户提供友好的人机接口界面，操作使用方便。请仔细阅读装置使用说明书，将指导您如何正确使用本装置。

1 装置面板

浙江天煌科技实业有限公司

1.1 指示灯

装置有六个指示灯，从左至右依次是运行灯、告警灯、跳闸灯、合闸灯、跳位灯、

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1

合位灯，除运行和跳位指示是绿灯，其余是红灯，通过信号灯，可以判别装置的当前状态，具体意义如下：

运行灯：保护正常运行情况下每秒闪烁一次，如果该灯不闪烁可判断保护不工作； 告警灯：在改变当前设置或有保护、告警、遥信事件时该灯亮； 跳闸灯：指示保护（手动）跳闸动作； 合闸灯：指示保护（手动）合闸动作；

跳位灯：控制回路没有断线时，判别断路器处于跳位； 合位灯：控制回路没有断线时，判别断路器处于跳位； 1.2 键盘

本装置有12个按键，通过显示菜单进行按键操作，可查看装置的基本信息和状态 、测量的保护电量及其计算数据、实现系统设置及定值修改等功能，按键的意义如下：

↑ ：方向键，上移一行（或一屏）； ↓ ：方向键，下移一行（或一屏）； ← ：方向键，左移一列（或一屏）； → ：方向键，右移一列（或一屏）； + ：加减键，+1（或选择控制型定值）； － ：加减键，-1（或选择控制型定值）；

：确认当前操作；

ESC ：取消当前操作并返回上一级菜单； RST ：信号总复归；

I、√ ：按下“I”，且口令正确，按“√”进行手动合闸操作； O、√ ：按下“O”，且口令正确，按“√”进行手动分闸操作； 3 菜单操作

为了便于进行人机交流，本保护装置采用树状中文菜单结构，菜单结构如下图所示。从主菜单可以选择进入下一级子菜单，各个子菜单设下一级菜单；树状菜单结构，明确显示各条信息，各级菜单设有提示符，通过提示符，操作面板按键可访问装置提供的当前状态和采集电量显示等信息，并可进行系统参数读取和修改等功能。

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(主菜单)

3.1 保护信息

保护信息菜单下主要是有关线路保护的一些信息，有四个分级菜单。 3.1.1保护电量

该菜单显示各种保护电量信息。

1） 电流：Ia、Ib、Ic（三相电流）、3I0（零序电流）

2） 电压：Uab、 Ubc、Uca（线电压）、3U0（零序电压）、Ux（同期电压）

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3

3.1.2运行信息

运行信息显示装置当前的工作状态，菜单界面如下图：

当前运行定值区 保护状态指示 重合闸状态和充电指示 告警栏 第一行显示装置当前运行定值区； 第二行显示保护的当前状态；

第三行显示重合闸的当前状态以及充电指示；

第四行显示告警信息，当有多项告警信息时，可通过“↓”键查看信息内容。 3.2 测量信息

测量信息菜单主要是一些测量信息，包括模拟量、开关量、电度量、谐波量。 3.2.1模拟量

进入该菜单可以看到如下的信息：

1） 电压：Ua、 Ub、 Uc（相电压）；Uab、 Ubc、Uca（线电压） 2） 电流：MIa、MIb,、MIc（测量电流） 3） 频率：f

4） 功率：P、 Q、 COSΦ 5） 直流量：DC

6） 零序电流、电压： 3I0、3U0 7） 同期电压：Ux 8）

3.3 历史记录

历史纪录主要记录了最近的保护、告警、遥信以及操作记录。在每个历史纪录菜单

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4

中，按“ESC”退出返回上一节菜单时，系统将提示是否删除现有的报告，按“不可删除。 3.3.1保护事件

”并且口令正确则删除相应的历史记录，按“ESC”将放弃删除历史记录，其中操作记录

保护事件可以记录32个保护动作事件，每个事件包括该事件编号、动作时间、动作类型以及故障数据（有效值），下表是各种保护动作事件：

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 3.3.2 告警事件

告警事件反应的是装置的自检以及系统异常信息，显示的画面与保护事件类似，告警时刻的各种数据显示如下表所示：

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 - 5 -5

事件名称 电流I段动作 电流II段动作 电流III段动作 电流反时限动作 零序电流I段动作 零序电流II段动作 零序电流III动作 零序电流反时限动作 低压减载动作 低频减载动作 过负荷动作 重合闸动作 前加速动作 后加速动作 保护动作事件一览表

告警名称 ROM出错 RAM出错 定值出错 母线PT断线 线路PT断线 CT断线 控制回路断线 过负荷告警 接地告警 跳闸失败 5

11 3.3.4操作记录

重合闸失败 告警事件一览表

操作记录对遥控命令、手动操作、定值修改、定值区切换等进行记录。操作记录不可删除。

3.4 系统设置

系统设置是指对装置各类参数的设置，须输入正确口令，如果口令错误，虽然也可进入下级菜单，但只可查看参数，而无权限修改参数和设置定值； 3.4.1保护定值

保护定值菜单是对保护的各种定值进行设定、修改，下有四个下级菜单：

3.4.1.1定值区号

进入该定值区，用‘+’，‘－’键选择将要运行的定值区，不同的定值区可以存放不同的定值，通过定值切换可以方便的进行定值的选择。 3.4.1.2 定值修改

保护定值分为控制型和数值型两种，修改操作相同。定值显示画面如下图所示：

第一行显示要修改的定值项序号；

第二行显示整定值的定值项简称以及相应状态； 第三行显示定值整定范围或控制型定值选择项； 第四行显示该定值项名称； 定值整定步骤：

1． 输入定值序号，完成后按“”键；此时光标停留在第二行；

2． 光标在第二行，此时有两种类型的操作：

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6

对控制型定值：用“+”、“－”键选择“投入”、“退出”等内容；

对数值型定值：用“+”、“－”键输入具体数值，整定值须在允许范围内； 操作完成后，按“”键光标跳到第一行，此时可输入新的定值序号；如果要选择下一项定值，按 “↓”键；如果要选择上一项定值，按“↑”键。 3． 重复步骤1、2可完成所有定值项的整定；

4．按“ESC”键，返回上级菜单，按下一菜单“定值存贮”进行修改后定值的存贮，如果存贮正确，则返回上级菜单，同时点亮告警灯；如果定值内容不正确，点亮告警灯，告警事件里显示“定值出错”。 下表是所有的定值选项： 序 号 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 - 7 -7

定 值 名 称 电流Ⅰ段保护 电流Ⅰ段电压闭锁 电流Ⅰ段方向闭锁 电流Ⅰ段电流定值 电流Ⅰ段时间定值 电流Ⅱ段保护 电流Ⅱ段电压闭锁 电流Ⅱ段方向闭锁 电流Ⅱ段电流定值 电流Ⅱ段时间定值 电流Ⅲ段保护 电流Ⅲ段低压闭锁 电流Ⅲ段方向闭锁 电流Ⅲ段电流定值 电流Ⅲ段时间定值 电流反时限保护 反时限经电压闭锁 反时限经方向闭锁 电流反时限电流值 电流反时限时间值 过流电压闭锁定值 PT断线检测 PT断线闭锁过流 过负荷保护 过负荷电流定值 过负荷时间定值 定值符号 I1 Ubs1 Fbs1 I1zd T1 I2 Ubs2 Fbs2 I2zd T2 I3 Ubs3 Fbs3 I3zd T3 If Ubsf Fbsf Ifzd Tf Uvbs PT PTbs Igfh Igzd Tgfh 7

整 定 范 围 退出/投入 退出/投入 退出/投入 0.1-19In 0-10.00S 退出/投入 退出/投入 退出/投入 0.1In-19In 0-10.00S 退出/投入 退出/投入 退出/投入 0.1In-19In 0-10.00S 退出/一般/非常/极端 退出/投入 退出/投入 0.1In-19In 0.01-20 0.1V-120.0V 退出/投入 退出/投入 退出/报警/跳闸 0.1-19In 0-60.0S 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 - 8 -8

低频减载保护 低频经滑差闭锁 低频经电压闭锁 低频减载定值 低频减载时间 低频滑差闭锁定值 低频电压闭锁定值 低压减载保护 低压减载定值 低压减载时间 加速保护 电流加速保护 电流加速定值 电流加速时间 零序加速保护 零序加速定值 零序加速时间 重合闸 重合闸同期角度 重合闸时间 零序电流Ⅰ段保护 零序Ⅰ段零压闭锁 零序Ⅰ段零方闭锁 零序电流Ⅰ段定值 零序电流Ⅰ段时间 零序电流Ⅱ段保护 零序Ⅱ段零压闭锁 零序Ⅱ段零方闭锁 零序电流Ⅱ段定值 零序电流Ⅱ段时间 零序过流Ⅲ段保护 零序Ⅲ段零压闭锁 零序Ⅲ段零方闭锁 零序电流Ⅲ段定值 零序电流Ⅲ段时间 零序反时限保护 F Dfdt Ubs fzd Tf Dfzd Ufzd Vl Vlzd Tl JS Ijs Ijszd Tjs I0js I0jsz T0js CH TQjd Tch I01 U0bs1 F0bs1 I01zd T01 I02 U0bs2 F0bs2 I02zd T02 I03 U0bs3 F0bs3 I03zd T03 I0f 8

退出/投入 退出/投入 退出/投入 45.0-50.0Hz 0-10.00S 0.5-10.0Hz/S 0.1V-120.0V 退出/投入 0.1V-120.0V 0-10.00S 退出/前加速/后加速 退出/投入 0.1-19In 0-10.00S 退出/投入 0.1-19In 0-10.00S 退出/不检/无压/同期 20-50 0-10.00S 退出/投入 退出/投入 退出/投入 0.1-19In 0-10.00S 退出/投入 退出/投入 退出/投入 0.1-19In 0-10.00S 退出/投入 退出/投入 退出/投入 0.1-19In 0-10.00S 退出/一般/非常/极端 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 反时限经零压闭锁 反时限经零方闭锁 零序反时限电流值 零序反时限时间值 零序电压闭锁定值 接地报警 接地报警电流定值 接地选线 选线选线电流定值 选线选线时间定值 U0bsf F0bsf I0p T0p 3U0bs JDgj I0gj JDxx I0x T0x 定值一览表

退出/投入 退出/投入 0.1-19In 0.01-20 0.1-120V 退出/零压/零流 0.01-1.2In 退出/监控/保护 0.01-1.2In 0-10.00S 3.4.1.3定值存贮

对修改后的定值进行存贮，如果存贮正确，则返回上级菜单，同时点亮告警灯。

3.4.1.4定值切换

如果修改了定值区，则须按此菜单进行定值区的切换，如果切换成功，则定值区号改变，同时点亮告警灯，将定值区修改信息存入历史记录中的操作记录；如果所选定值有错，装置给出错误信息，保护继续在原来的定值区运行。

5 维护说明

本装置采用分布式单元插板结构，维护非常方便，一旦发现装置异常，请立即断开装置电源和测量量、开关量输入输出回路，及时通知厂商，更换相应的插件或由专人维护。在故障情况下，请用户不要自行拆卸修理，以免造成事故扩大或人身伤害。

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第二章﹑一次系统实验

一次接线概述：

下图为实验装置的一次接线图，且在以后的保护整定中作为计算模型。

131619AQF1BVQF2C20KMAB50KMBCSB1aSB1bSB1cSB2aSB2bSB2c

最大运行方式——系统阻抗13Ω； 最小运行方式——系统阻抗19Ω； 正常运行方式——系统阻抗16Ω； AB站间阻抗20Ω，BC站间阻抗50Ω。

A站采用微机保护装置进行保护（线已接好），B站可选用微机装置或电磁继电器保护。以后将A站微机保护装置称为保护装置A,B站的称为微机保护装置B。可用导线将跳﹑合闸压板接通或断开，控制其跳闸或合闸出口。线路故障类型设置中，黄色带灯自锁按钮发光表示对应触点闭合，任意两个触点闭合可模拟两相短路，三个触点全闭合可模拟三相短路。红色带灯自锁按钮发光表示短路接触器动作。

实验中，由于电源内阻﹑开关接触电阻﹑仪表内阻等，线路短路时的短路电流可能稍低于理论值，但相差不大。如果等效成附加电阻，超过3Ω，应查明原因。对第二回线进行短路实验时，注意电流互感器不能开路，因为此时的一次电流全部成为励磁电流，将使原边等效电抗值增大；导致实际电流值与计算值相差较大。由于一次线路电压取自隔离变压器副边，且线电压不会超过140V，实验装置电流互感器副边开路不会导致过电压。对人身﹑设备基本没有危害。

保护实验中，可将系统电势调至105V（比输电线路额定值高5％），整定时按一次电压100V来计算。

各电压表接于A﹑C相。实验中，注意保持系统电势不变。

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实验一 模拟系统正常﹑最大﹑最小运行方式实验

一﹑实验目的

理解电力系统的运行方式以及它对继电保护的影响。 二﹑实验说明

在电力系统分析课程中，已学过电力系统等值网络的相关内容。可知输电线路长短﹑电压级数﹑网络结构等，都会影响网络等值参数。在实际中，由于不同时刻投入系统的发电机变压器数有可能发生改变，高压线路检修等情况，网络参数也在发生变化。在继电保护课程中规定：通过保护安装处的短路电流最大时的运行方式称为系统最大运行方式，此时系统阻抗为最小。反之， 当流过保护安装处的短路电流为最小时的运行方式称为系统最小运行方式，此时系统阻抗最大。由此可见，可将电力系统等效成一个电压源，最大最小运行方式是它在两个极端阻抗参数下的工况。

作为保护装置，应该保证被保护对象在任何工况下发生任何情况的故障，保护装置都能可靠动作。对于线路的电流电压保护，可以认为保护设计与整定中考虑了两种极端情况后，其它情况下都能可靠动作。 三﹑实验内容与步骤

1﹑断开微机保护装置跳闸压板，按前述开机过程开启实验设备。 2﹑运行方式设置为最大，AB段短路点位置调至末端。 3﹑调节自耦调压器，将系统电势升至100V。

4﹑合上QF1，在AB段进行三相短路。记录此时的短路电流和A母线残余电压。 5﹑解除短路故障，将运行方式切换至正常。合上QF1，在AB段末端进行第二次短路，记录短路电流和A母线残余电压。

6﹑解除短路故障，将运行方式切换至最小，重复步骤5，记录短路电流和A母线残余电压。

7﹑将实验数据填入表1-1。 四﹑实验报告

1﹑根据前面的计算模型，计算各种运行方式下，三相短路时母线残压和短路电流的理论值。

2﹑将计算数据和实验中的记录数据填如入下表。 表1-1 AB段线路末端三相短路电流电压值 项 实 测 值 目 残余电压 短路电流 - 11 -11

计 算 值 最大方式 正常方式 最小方式 最大方式 正常方式 最小方式 11

3﹑分析数据，说明运行方式是如何影响残余电压和短路电流。 4﹑分析运行方式对电流电压保护的影响。

实验二 模拟系统短路实验

一﹑实验目的

1﹑掌握输电线路相间短路电流和残余电压的计算。 2﹑了解输电线路短路的各种形式。

3﹑了解中性点运行方式对继电保护的影响。 4﹑比较各种形式的短路危害。 二﹑实验说明

输电线路的短路故障可分为两大类：接地故障和相间故障。在这里只对相间短路的情况进行研究，因为理解了相间故障的保护原理后，再学习接地保护就变得较简单。基于中性点运行方式是一个综合性问题，它与电压等级﹑单相接地电流﹑过电压水平等有关，因而它直接影响输电线路的接地保护形式。另外，即使知道接地故障发生在哪一点，也很难精确计算其短路电流；因为这还涉及短路接地处的接地电阻﹑中性点运行方式等问题，所以基本上没有通过测量对地电流或对地电压，来设计接地保护的。一般以零序电流﹑零序电压﹑接地阻抗或装设绝缘监察装置等来判断故障。在装置整定方法上与相间短路有相通之处，只是判断故障的依据不同。这一点希望大家能理解到。 三﹑实验内容与步骤

1﹑开启实验设备，运行方式设置为最小，断开两微机保护装置跳闸压板。 2﹑将系统电势调至100V，各段短路点调至线路末端，闭合QF1﹑QF2。

3﹑在AB段末段进行任意两相短路实验，记录短路电流和各线电压，应记录保护装置中的测量值。

4﹑解除所有故障后,在AB段末端进行三相短路，记录保护装置中的测量值。 5﹑解除所有故障,将BC段电流互感器﹑电压互感器出口端与保护装置相连。 6﹑在BC段末端进行两相短路和三相短路，记录各次的短路电流和母线残余电压。 7﹑在AB段首端和线路其他点进行任意两相短路和三相短路,观察短路电流和母线残余电压。认真体会短路点位置和短路形式不同，造成危害的程度差别。 四﹑实验报告

1﹑计算两相短路和三相短路时的短路电流和母线残余电压。 计算公式：

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12

(3)三相短路时： IK?E?XX?x1l Ucy?3Ik(3)x1l

(2)两相短路时：IK?32XXE??x1l32

(2)(2) Ucy?2?IK?XL?2??IK?x1l?(3)3?IK?x1l

(3)E?——系统次暂态相电势；

XX——系统电抗；

l ——被保护线路的全长。

x1——被保护线路每公里电抗；

注：x1l在实验计算中，直接用模拟线路电阻值代入。 2﹑将计算值和实测值填入下表 表2-1 项目 两相短路 三相短路 短路残压 AB段末端 计 算 值 实 测 值 BC段末端 计 算 值 实 测 值

实验三 电磁型电流继电器和电压继电器实验

一、实验目的

1、 熟悉DL型电流继电器和DY型电压继电器的结构、原理和基本特性； 2、 掌握动作电流值、动作电压值及其相关参数的整定方法。 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？

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三、原理说明

DL—20c系列电流继电器常用于反映发电机、变压器及输电线路的短路和过负荷的继电保护装置中。

DY—20c系列电压继电器常用于反映发电机、变压器及输电线路的电压升高（过电压保护）或电压降低（低电压起动）的继电保护装置中。

上述继电器是瞬时动作的电磁式继电器，当电磁铁线圈中通过的电流达到或超过整定值时，衔铁克服反作用力矩而动作，且保持在动作状态。

过电流（压）继电器：当电流（压）升高至整定值（或大于整定值）时，继电器立即动作，其常开触点闭合，常闭触点断开。

低电压继电器：当电压降低至整定电压时，继电器立即动作，常开触点断开，常闭触点闭合。

继电器的铭牌刻度值是按电流继电器两线圈相串联，电压继电器两线圈并联时标注的,指示值等于整定值。若上述二继电器两线圈分别改作并联和串联时，则整定值为指示值的2倍。转动刻度盘上指针，以改变游丝的作用力矩，从而改变继电器动作值。

A图3-2电流继电器实验接线图

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V 图3-3过电压继电器实验接线图

五、实验内容与步骤

2、整定点的动作值、返回值及返回系数测试

实验接线图15－2、图15－3、图15－4分别为电流继电器及过（低）电压继电器的实验接线，可根据下述要求分别进行实验。

实验的参数电流值（或电压值）可用三相自耦调压器、短路开关等设备进行调节。（1）电流继电器的动作电流和返回电流测试

a、选择DL—24C/2型电流继电器，确定动作值并进行初步整定。本实验整定值为0.8A及1.6A的两种工作状态，见表15－2。

b、根据整定值的要求对继电器线圈确定接线方式（串联或并联）；查表15－5。 c、按图15--2接线，保证自耦调压器输出为零，关断直流电源和微机保护装置。将BC段短路点调至线路首端，设置成最大运行方式下的三相短路，合上QF1、QF2；检查无误后，调节自耦调压器，增大输出电流，使继电器动作。读取能使继电器动作的最小电流值（继电器常开触点由断开变成闭合的最小电流），并记入表15－2中。动作电流用Idj表示。继电器动作后，反向调节自耦调压器及变阻器以降低输出电流，使触点开始返回至原来位置时的最大电流称为返回电流，用Ifj表示，读取此值并记入表15—2。据此计算返回系数；继电器的返回系数是返回电流与动作电流的比值，用Kf 表示，即：

Kf?IfjIdj

过电流继电器的返回系数在0.85～0.9之间。当小于0.85或大于0.9时，应进行

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调整，调整方法详见本节第（4）点。 表3-1电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=Ifj/Idj 求每次实测起动电流 与整定电流的误差% （2）过电压继电器的动作电压和返回电压测试

a、选择DY—28c/160型过电压继电器（当过电压继电器使用），确定动作值为1.2倍的额定电压，即实验参数取120V并进行初步整定。 b、根据整定值要求确定继电器线圈的接线方式。

c、将自耦调压器逆时针方向方向调到底，保证电压输出为零。按图15--3接线。检查无误后，调节自耦调压器，分别读取能使继电器动作的最小电压Udj和使继电器返回的最高电压Ufj，记入表15－3并计算返回系数Kf。返回系数的含义与电流继电器的相同。返回系数不应小于0.85，当大于0.9时，也应进行调整。

（3）低电压继电器的动作电压和返回电压测试

a、选择DY—28c/160型低电压继电器，确定动作值为0.7倍的额定电压，即实验参数取70V并进行初步整定。

b、根据整定值要求确定继电器线圈的接线方式。

c、按图15--3接线，调节自耦调压器，增大输出电压，先对继电器加100伏电压，然后逐步降低电压，至继电器舌片开始跌落时的电压称为动作电压Udj，再升高电压至舌片开始被吸上时的电压称为返回电压Ufj，将所取得的数值记入表15－3并计算返回系数。返回系数Kf为:

1 0.8A 2 3 继电器两线圈的接线方式选择为： 1 2 3 1.6A 继电器两线圈的接线方式选择为： Kf?UfjUdj

低电压继电器的返回系数不大于1.2，用于强行励磁时不应大于1.06。

以上实验，要求平稳单方向地调节电流或电压的实验参数值，并应注意继电器舌片转动情况。如遇到舌片有中途停顿或其他不正常现象时，应检查轴承有无污垢、触点位

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置是否正常、舌片与电磁铁有无相碰等现象存在。

动作值与返回值的测量应重复三次，每次测量值与整定值的误差不应大于±3%。否则应检查轴承和轴尖。

在实验中，除了测试整定点的技术参数外，还应进行刻度检验。

用整定电流的1.2倍或额定电压1.1倍进行冲击试验后，复试定值，与整定值的误差不应超过±3%。否则应检查可动部分的支架与调整机构是否有问题，或线圈内部是否层间短路等。

（4）返回系数的调整

返回系数不满足要求时应予以调整。影响返回系数的因素较多，如轴间的光洁度、轴承清洁情况、静触点位置等。但影响较显著的是舌片端部与磁极间的间隙和舌片的位置。

表3-2电压继电器实验结果记录表 继电器种类 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=Ufj/Udj 求每次实测动作电压与整定电压的误差 %

1 过电压继电器 120V 2 3 继电器两线圈的接线方式选择为： 1 低电压继电器 70V 2 3 继电器两线圈的接线方式选择为： - 17 -17 17

V 图3－4 低电压继电器实验接线图

七、实验报告

实验结束后，针对过电流、过电压、低电压继电器实验的要求及相应动作值、返回值、返回系数的具体整定方法，按实验报告编写的格式和要求及时写出电流继电器、电压继电器的实验报告。对本实验有何体会，并解答本实验相关的思考题。

实验五 微机过电流保护

一﹑实验目的

1﹑掌握过电流保护的原理和整定计算的方法。 2﹑熟悉过电流保护的特点。 二﹑基本原理

在图5-1所示的单侧电源辐射形电网中，线路L1﹑L2﹑L3正常运行时都通过负荷电流。当d3处发生短路时，电源送出短路电流至d3处。保护装置1﹑2﹑3中通过的电流都超过正常值，但是根据电网运行的要求，只希望装置3动作，使断路器3QF跳闸，切除故障线路L3，而不希望保护装置1和2动作使断路器1QF和2QF跳闸，这样可以使线路L1

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A1QF1B2QF2C3QF3L1d1L2

d2L3d3图 5-1 单侧电源辐射形电网中过电流保护装置的配置

和L2继续送电至变电所B和C。为了达到这一要求，应该使保护装置1﹑2﹑3的动作时限t1﹑t2﹑t3需满足以下条件，即

t1﹥t2﹥t3

三﹑整定计算

1.动作电流

在图5-1所示的电网中，对线路L2来讲，正常运行时，L2可能通过的最大电流称为最大负荷电流I﹥Ifh?maxfh?max，这时过电流保护装置2的起动元件不应该起动，即动作电流IdZ

L3上发生短路时,L2通过短路电流Id，过电流保护装置2的起动元件虽然会起动，但是由于它的动作时限大于保护装置3的动作时限，保护装置3首先动作于3QF跳闸，切除短路故障。

故障线路L3被切除后，保护装置2的起动元件和时限元件应立即返回，否则保护装置2会使QF2跳闸，造成无选择性动作。故障线路L3被切除后再投入运行时，线路L2继续向变电所C供电，由于变电所C的负荷中电动机自起动的原因，L2中通过的电流为KzqIfh·max（Kzq为自起动系数，它大于1，其数值根据变电所供电负荷的具体情况而定），因而起动元件的返回电流If应大于这一电流，即

If＞KzqIfh·max （5-1）

由于电流继电器（即过流保护装置的起动元件）的返回电流小于起动电流，所以只要If＞KzqIfh·max的条件能得到满足，Idz＞Ifh·max的条件也必然能得到满足。 不等式（5-1）可以改写成为以下的等式

If=KkKzqIfh·max （5-2）

在式（5-2）中，Kk为可靠系数，考虑到电流继电器误差和计算误差等因素，它的数值取1.15～1.25。

因为返回电流与动作电流的比值称为返回系数，即

IfIdz?Kf

- 19 -19 19

或 Idz=

IKff

将式(5-2)代入上式，就得到过电流保护动作电流的公式

Idz=

KkKzqKf Ifh·max （5-3）

根据上式求得一次侧的动作电流。如果需要计算电流继电器的动作电流IJ·dz，那么还需计及电流互感器的变比nLH和接线系数Kjx。电流继电器动作电流的计算公式为

IJ·dz=

2.灵敏度

IdznLHKjx=

KkKjxKzqKfnLHIfh·max (5-4)

过电流保护装置的灵敏度用起动元件（即电流继电器）的灵敏系数Klm的数值大小来衡量。它是指在被保护范围末端短路时，通过电流继电器的电流IJ·d与动作电流IJ·dz的比值，即

Klm=

计算时需要考虑以下几点：

IJ·dIJ·dz （5-5）

（1）在计算过电流保护的Klm时，应选用最小运行方式。

（2）对保护电网相间短路的过电流保护来说，应计算两相短路时的Klm。 （3）接线方式对Klm也有影响。

（4）要求在被保护线路末端短路时Klm≥1.5。 3．动作时限

为了保证保护的选择性，电网中各个定时限过电流保护装置必须具有适当的动作时限。离电源最远的元件的保护动作时限最小，以后的各个元件的保护动作时限逐级递增，相邻两个元件的保护动作时限相差一个时间阶段△t。这样选择动作时限的原则称为阶梯原则。△t的大小决定于断路器和保护装置的性能，一般△t取0.5S。 四﹑实验内容与步骤

1﹑AB段最大负荷电流取0.3A,BC段最大负荷电流为取0.2A,按照前面的计算原则，计算整定值，并作灵敏度校验。电流互感器变比1：1，三相三继电器式接线。

2﹑起动实验装置。将计算电流整定值存入保护装置定值区0，BC段时限整定3秒，装置其它功能闭锁。

- 20 -20

20

3﹑运行方式设置为最小，将系统电压升至105V。断开保护装置跳闸压板，合上断路器1QF﹑2QF，在AB和BC段末端进行两相短路，记录短路电流。计算实测值与整定值的比，注意是否符合灵敏度的要求。

4﹑解除短路故障，连接保护装置跳闸压板，分别在AB和BC段末端进行两相短路，注意对应断路器是否相应跳闸。

5﹑断开微机保护装置B的跳闸压板，在BC段进行两相短路，1QF应跳闸，但此时微机保护装置B应发出动作信号。

6﹑连接所有的跳闸压板，将保护装置A时限改为2.5S，在BC段进行两相短路，注意这时会出现什么情况。 五﹑实验报告

1﹑根据计算模型和给定的最大负荷电流值,计算过电流保护的电流整定值，并将计算结果填入下表。

2﹑用理论值计算灵敏度，将计算结果填入下表。

保 护 电 流 整 定 值（A） 时 间 整 定 值（S） 理 论 灵 敏 度 实 测 灵 敏 度 能否保护本段线路全长 能否保护下一线路全长 A 保 护 B 保 护 线路末端两相短路电流（A）

3﹑步骤5和6说明了过电流保护的什么特点？运行方式和短路形式对过电流保护的保护区间有没有影响？

实验六 微机无时限电流速断保护

一﹑实验目的

1﹑掌握无时限电流速断保护的原理﹑计算和整定的方法。 2﹑熟悉无时限电流速断保护的特点。 二﹑基本原理

在电网的不同地点发生相间短路时，线路中通过电流的大小是不同的，短路点离电源愈远，短路电流就愈小。此外，短路电流的大小与系统的运行方式和短路种类也有关。 在图6-1中：①表示在最大运行方式下，不同地点发生三相短路时的短路电流变化曲线；②表示在最小运行方式下，不同地点发生两相短路时的短路电流变化曲线。

- 21 -21

21

如果将保护装置中电流起动元件的动作

电流Idz整定为：在最大运行方式下，离线路首端Lb·max·3处发生三相短路时通过保护装置的电流，那么在该处以前发生短路，短路电流会大于该动作电流，保护装置就能起动。对在该处以后发生的短路，因短路电流小于装置的动作电流，故它不起动。因此，Lb·max·3就是在最大运行方式下发生三相短路时，电流速断的保护范围。从图6-1可见，在最小运行方式下发生两相短路时，保护范围为Lb·min·2，它比Lb·max·3来得小。

如果将保护装置的动作电流减小，整定

为I1dz，从图6-1可见，电流速断的保护范围增大了。在最大运行方式下发生三相短路

时，保护范围为Lb·max·3；在最小运行方式下发生两相短路时，保护范围为Lb·max·2。由以上分析可知，电流速断保护是根据短路时通过保护装置的电流来选择动作电流的，以动作电流的大小来控制保护装置的保护范围。

三﹑整定计算

在图6-1所示的电网中，如果在线路上装设了无时限电流速断保护，由于它的动作时间很小（小于0.1S），为了保证选择性，当在相邻元件上发生短路时，则不允许电流起动元件动作的。因此，不论在哪种运行方式下发生哪种短路，保护范围不应超过被保护线路的末端。也就是说，无时限电流速断保护的起动电流

Idz1)＞I(d3?max

1)或 Idz=KkI(d3?max （6-1）

) 在式（6-1）中，Kk为可靠系数，考虑到计算I(d3?max采用的是次暂态电流而没有计

及短路电流中的非周期性分量的影响、电流继电器误差和计算误差等因素，因此它的数值取1.2～1.3。

无时限电流速断保护的灵敏度是用保护范围的大小来衡量。对于保护相间短路的无时限电流速断保护来说，在最大运行方式下发生三相短路时，它的保护范围Lb·max·3

- 22 -22

22

最大；在最小运行方式下发生两相短路时，它的保护范围Lb·max·2最小。从图6-1可见，

1根据动作电流Idz和在不同地点发生短路时的短路电流变化曲线，可以求得Lb·max·3和

Lb·max·2的大小。一般要求Lb·max·3不小于被保护线路全长的50%，Lb·min·2不小15%～20%。 无时限电流速断保护的保护范围也可以用解析法进行计算。在最大运行方式下保

)1护范围Lb·max·3末端发生三相短路时，短路电流I(d3?max与动作电流Idz相等。即

Id?max(3)1=Idz

或 从上式可以求得

??E?XX?min?x1lb?max?3?Kk??E?XX?min?x1l

Lb·max·3=

?Kk?1?X1?l??KK?x1x?min?? (6-2) ?(2) 在最小运行方式下保护范围末端Lb·max·2末端发生两相短路时，短路电流Id?min与动作电流Idz相等，即

Id?min(2)1=Idz

1或 从上式可以求得

?KKX1?3?l?Lb·max·2 =

KK?2????—系统的次暂态电势(相)； E?32???E?Xx?max?x1lb?min?2?Kk??E?Xx?min?x1l

x?max?x132?Xx?min??? (6-3) ???Xx?min —最大运行方式下的系统电抗；

Xx?max —最小运行方式下的系统电抗；

x1 —被保护线路每公里的电抗；

l —被保护线路的全长(Km)。

从式(6-2)可见：线路长度一定，系统容量愈大(即l一定，Xx?min愈小)，保护范围愈大；反之，系统容量一定，线路愈长(即Xx?min一定，l愈长)，保护范围愈大。从式(6-3)可见：最大、最小运行方式相差愈小(即Xx?min与Xx?max的差值愈小)，保护范围愈

- 23 -23

23

大。

因此，电流速断保护适用于系统容量较大，或被保护线路较长或系统运行方式变化较小的场合。 四﹑实验内容与步骤

1﹑根据整定原理和计算模型，计算A站和B站无时限电流速断保护的整定值。 2﹑校验电流速断保护的灵敏度。如果灵敏度不够，可将线路在最大运行方式下80％处短路时的二次电流作为整定值。

3﹑起动实验装置，将计算值存入保护装置，装置其它保护功能退出。

4﹑运行方式设置为最大，系统电势调至105V，分别在AB和BC段末端进行三相短路。观察保护装置是否动作。

5﹑最大运行方式下，在BC段末端进行三相短路，将短路点缓慢向首端移动，装置动作时止，注意此时短路点的位置。

6﹑最小运行方式下，在BC段进行两相短路，将短路点丛大于80％处缓慢向减小方向调整，装置动作时停止。观察此时的短路点位置。

7﹑在AB段线路进行试验，方法同步骤4和5，注意记录数据。 五 ﹑实验报告

1﹑写出整定值计算和灵敏度校验过程。 2﹑将实验数据填入下表 保 护 电 流 整 定 值（A） 理论灵敏度（最大方式三相） 理论灵敏度（最小方式两相） 实测灵敏度（最大方式三相） 实测灵敏度（最小方式两相） 能 否 保 护 线 路 全 长 能 否 作 为 后 备 保 护 A 保 护 B 保 护 3﹑运行方式和短路方式对无时限电流速断保护距离有何影响？

实验七 微机带时限电流速断保护

一﹑实验目的

- 24 -24

24

1﹑掌握带时限电流速断保护的原理和整定计算方法。 2﹑了解带时限电流速断保护的特点。 二﹑基本原理

由于无时限电流速断保护的保护范围只是线路的一部分，因此为了保护线路的其余部分，往往需要再增设一套延时电流速断保护(又称带时限电流速断保护)。

为了保证时限的选择性，延时电流速断保护的动作时限和动作电流都必须与相邻元件无时限的保护相配合。在图7-1所示的电网中，如果线路L2和变压器B1都装有无时限电流速断保护，那么线路L1上的延时电流速断保护的动作时限tⅡ，应该选择得比无A时限电流速断保护的动作时限tⅠ（约0.1S）大 △t，即 BtA?tB?△t （7-1）

ⅡⅠ它的保护范围允许延伸到L2和B1的无时限电流速断保护的保护范围内。因为在这段范围内若发生短路，L2和B1的无时限电流速断保护会立即动作于跳闸。在跳闸前，L1的延时电流速断保护虽然会起动，但由于它的动作时限比无时限电流速断保护大△t，所以它不会无选择性动作使L1的断路器跳闸。

如果延时电流速断保护的保护范围末端与相邻元件的无时限电流速断保护的范围末端在同一地点，那么两者的动作电流（Idz?A，Idz?B）是相等的。但考虑到电流互感器和电流继电器误差等因素的影响，延时电流速断保护的保护范围应缩小一些，也就是Idz?A应大于Idz?A，或

Idz?A=KkIdz?B （7-2）

ⅡⅡIⅡⅠⅠ在图7-1所示的例子中，L1的延时电流速断保护既要与L2的无时限电流速断保护相配合，又要与B1的无时限电流速断保护相配合。因此，在按式（7-2）计算时，Idz?B应为L2和B1无时限电流速断保护中动作电流较大的一个数值。否则，延时电流速断保护的保护范围会超过动作电流较大的那一个元件的无时限电流速断保护的保护范围，而造成无选择性动作。

在上例中，如果变压器装有差动保护，那么整个变压器都处在无时限保护的保护范围内。这时，L1的延时电流速断保护的保护范围就允许延伸到整个变压器。它的动作电流就是根据在最大运行方式下低压侧三相短路时的短路电流Id?max来选择，即

?Id?max （7-3） Idz?A=Kk?—可靠系数。式中 Kk考虑到电流互感器和电流继电器的误差以及由于变压器分接头改

ⅡⅠ?3??3?变而影响短路电流的大小等因素，它的数值取1.3～1.4。

- 25 -25

25

延时电流速断保护装置的灵敏度用起动元件（即电流继电器）的灵敏系数K1m的数值大小来衡量。它是指在系统最小运行方式下，被保护线路末端发生两相短路时，通过

I电流继电器的电流IJ?d与动作电流IJ?dz的比值，即K1m=J?d （7-4）

IJ?dz规程要求K1m≥1.25。 四﹑实验内容与步骤

1﹑根据整定原理和计算模型，计算A站带时限电流速断保护的电流整定值。时限设为0.5S。

2﹑起动实验控制屏，将计算值存入保护装置A，保护装置B按电流速断保护设置，装置其他功能闭锁。

3﹑运行方式设置为最小，在AB段末端进行两相短路，注意保护装置是否动作。若动作，断开微机保护装置A的跳闸压板，再进行一次两相短路，记录短路电流。

4﹑连接保护装置A和B的跳闸压板，首先在BC段首端进行三相短路，记录哪个保护装置动作。断开微机保护装置B的跳闸压板，再进行一次三相短路，观察保护装置A是否动作。

5﹑连接保护装置B的跳闸压板，在BC段末端进行三相短路，向减小方向移动短路点，找到保护装置B的无时限电流速断保护范围；断开保护装置B的跳闸压板，同样方法，找到带时限电流速断保护的保护范围。比较保护装置A的第二断保护范围是否延伸至保护装置B的第一段保护范围以外。 五﹑实验报告

1﹑写出整定值计算和灵敏度校验的过程。 2﹑将实验数据填入下表 保 护 电流整定值（A） 时限整定值（S） 理论灵敏度 实测灵敏度 保 护 区 间 能否保护线路全长 能否作为远后备保护 3﹑ 有了定时限过电流保护和电流速断保护，为什么会产生带时限电流速断保护这种保护形式？无时限电流速断保护时限值一般整定为0S，完全以电流的大小为装置的判跳依据，带时限电流速断保护呢？

4﹑为什么带时限电流速断保护的保护区间不能延伸到下一回线电流速断保护之后？如何保证？

A 保 护 B 保 护

- 26 -26

26

实验八 阶段式电流保护

一﹑实验目的

1﹑掌握阶段式电流保护的原理和整定计算方法。 2﹑熟悉阶段式电流保护的特点。 3﹑理解各段保护间的配合关系。

4、理解输电线路阶段式电流保护的原理图、展开图及保护装置中各继电器的功用。 二﹑基本原理

1、阶段式电流保护的构成

无时限电流速断只能保护线路的一部分，带时限电流速断只能保护本线路全长，不能作为下一线路的后备保护，为此必须采用过电流保护作为本线路和下一线路的后备保护。由无时限电流速断、带时限电流速断与定时限过电流保护相配合构成的一整套输电线路阶段式电流保护，叫做三段式电流保护。

～AIItXL-11BI2I0.5ItXL-23C I0.5 t 0 tIII1I1II1I2II2III2I图8-1 三段式电流保护各段的保护范围及时限配合

输电线路并不一定都要装三段式电流保护，有时只装其中的两段就可以了。例如线路－变压器组接线，无时限电流速断保护按保护全线路考虑后，可不装设带时限电流速断保护，只装设无时限电流速断和过电流保护装置。又如在很短的线路上，若装设无时限电流速断保护，往往其保护区很短，甚至没有保护区，这时就只需装设无时限电流速断和过电流保护装置，这种保护叫做二段式电流保护。

单侧电源供电线路上，三段式电流保护装置各段的保护范围和时限特性见图8-1。XL-1线路保护的第Ⅰ段为无时限电流速断保护，它的保护范围为线路XL-1的前一部分即线路首端，动作时限为t1I，它由继电器的固有动作时间决定。第Ⅱ段为带时限电流速断保护，它的保护范围为线路XL-1的全部并延伸至线路XL-2的一部分，其动作时限为：

- 27 -27

27

TQQF-QF+

ALHa信号+BCJ-1XJ2XJ+t+-1SJt2SJ-3XJ+I1LJCLHc2LJI3LJI4LJI5LJI6LJI7LJI(a)1LJLHa2LJLHc3LJ5LJ+KM-KM控制电源小母板FU4LJ6LJ1LJ2LJ7LJ3LJ4LJ5LJ1XJFU熔 断 器无时限电流速断2SJ带时限电流速断3SJ交流电流回路+KM6LJ7LJ1SJ至信号2XJBCJ定时限过电流保护1LJ2LJ3LJ3XJ出口中间继电器TQBCJ信号回路QF跳闸回路直流回路(b)图8－2 三段式电流保护接线图 （a）原理图 （b）展开图

t1II = t2I +△t。无时限电流速断和带时限电流速断是线路XL-1的主保护。第Ⅲ段为定时限过电流保护，保护范围包括XL-1及XL-2全部，其动作时限为t1III，它是按照阶梯原则来选择的，即t1III = t2III+△t ，t2III 为线路XL-2的过电流保护的动作时限。当线路XL-2短路而XL-2的保护拒动或断路器拒动时，线路XL-1的过电流保护可起后备作用使断路器1跳闸而切除故障，这种后备作用称为远后备。线路XL-1本身故障，其主保护速断与带时限速断拒动时，XL-1的过电流保护也可起后备作用，这种后备作用称近后备。

- 28 -28

28

综上所述，电流保护是根据网络发生短路时，电源与故障点之间电流增大的特点而构成的。

无时限电流速断保护是以躲过被保护线路外部最大短路电流为整定原则的，即靠动作电流的整定值获得选择性。带时限电流速断保护则同时依靠动作电流和动作时间获得选择性，并要与下一线路的无时限电流速断保护相配合。过电流保护是以躲开线路最大负荷电流和外部短路切除后电流继电器能可靠返回为整定原则。即依靠动作电流及时间元件的配合获得选择性。 2、阶段式电流保护的电气接线

图8-2为三段式电流保护接线图，其中1LJ、2LJ、1XJ、BCJ构成第Ⅰ段无时限电流速断保护；3LJ、4LJ、1SJ、2XJ、BCJ构成第Ⅱ段带时限电流速断保护；5LJ、6LJ、7LJ（两相三继电器式接线）、2SJ、3XJ、BCJ构成第Ⅲ段定时限过电流保护。BCJ为保护出口中间继电器，任何一段保护动作时，均有相应的信号继电器动作指示，从指示可知道哪段保护曾动作过，从而可分析发生故障的大概范围。

各段整定原理和整定值的计算，在前面实验中已作过阐述，这里不再赘述。 三﹑实验内容与步骤

1﹑对实验模型进行保护设计,AB段设三段式保护,BC段只设无时限电流速断和过电流保护。可整理实验五﹑实验六﹑实验七中相关数据得到整定值，也可重新计算。在实验装置起动后把它们分别存入A﹑B站的微机保护装置中。

2﹑运行方式设为最大，将系统电势升至105V，合上A站和B站断路器。 3﹑先令BC段末端进行三相短路，注意保护的哪一段动作。

4﹑在BC段首端进行三相短路，注意是哪一段动作，是否发生越级跳闸。 5﹑断开保护装置B的跳闸压板，重复3﹑4两步，注意出现什么情况。 6﹑在AB段末端和首端进行三相短路，注意哪一段保护动作。

7﹑闭锁A站带时限电流速断保护，重复动作6。注意会出现什么情况。 四﹑实验报告

1﹑按照实验模型，计算各段保护的整定值。要求阐明整定的依据和方法。 2﹑将实验结果填入下表： 站 段 整定电流 时 限 保护范围 - 29 -29

A站保护 电流1段 电流2段 29

B站保护 电流3段 电流1段 电流3段 3﹑在BC段首端和末端发生三相短路时，如果微机保护装置B失灵或断路器QF2拒动，A站保护装置能进行后备保护吗？如果能，应是保护装置A的哪一段动作？估算一下从发生故障到断路器跳闸至少需多少时间？

- 30 -30 30

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/j6t3.html