电力系统继电保护实验指导书.doc

电力系统继电保护原理实验指导书 电力系统继电保护原理 实验指导书 王洪坤 石河子大学机械电气工程学院 目 录 一、前 言 1 （一）发电厂变电所二次系统的基本概念 1 1．一次系统与二次系统的概念 1 2．断路器的控制回路和信号回路 1 （二）继电保护的任务与作用原理及组成 2 1．作用原理 2 2. 继电保护的组成 3 （三）试验台的特点及其应用 4 1．试验台的主要特点 4 2．试验台面板布置 7 3．试验台的应用 9 （四）试验台使用注意事项 11 二、常规继电器特性实验 12 （一）电磁型电压、电流继电器的特性实验 12 1．实验目的 12 2．继电器的类型与原理 12 3．实验内容 17 4．思考题 25 （二）LG-11型功率方向继电器特性实验 26 1．实验目的 26 2．LG-11型功率方向继电器简介 26 3．实验内容 32 4．思考题 35 （三）方向阻抗继电器特性实验 36 1．实验目的 36 2．LZ-21型方向阻抗继电器简介 36 3．LZ-21型方向阻抗继电器的接线方式 44 4．LZ-21方向阻抗继电器的特性 47 5．实验内容 50 4．思考题 54 （四）LCD-4差动继电器特性实验 55 1．实验目的 55 2．LCD-4型差动继电器简介 55 3．实验内容 58 4．思考题 62 三、输电线路电流电压常规保护实验 64 （一）实验目的 64 （二）基本原理 64 1．试验台一次系统原理图 64 2．电流电压保护实验基本原理 65 3．保护的整定值计算 76 4．常规电流保护的接线方式 77 （三）实验内容 79 1．正常运行方式实验 79 2．短路故障方式实验 79 3．三相短路时Ⅰ段保护动作情况及灵敏度测试实验 80 4．两相短路时Ⅰ段保护动作情况及灵敏度测试实验 81 5．电流电压联锁保护实验 83 6．复合电压启动的过电流保护实验 83 7．保护动作配合实验 84 （四）思考题 85 四、电磁型三相一次重合闸实验 86 （一）实验目的 86 （二）基本原理 86 1．DCH-1重合闸继电器构成部件及作用 86 2．重合闸的动作原理 88 3．自动重合闸之前加速保护动作 90 4．自动重合闸后加速保护动作 91 5．断路器防止“跳跃”的基本概念 91 （三）实验内容 93 1．重合闸继电器实验 93 2．三段式电流保护与自动重合闸装置综合实验 94 3．电流电压联锁保护与自动重合闸装置综合实验 95 4．复合电压启动的过电流保护与自动重合闸装置综合实验 96 5．断路器防止“跳跃”动作实验 96 （四）思考题 98 五、输电线路的电流、电压微机保护实验 99 （一）实验目的 99 （二）基本原理 99 1．微机保护的硬件 99 2．数据采集系统 100 3．输入输出回路 101 4．CPU系统 101 5．微机保护的软件 102 （三）实验内容 104 1．三段式电流微机保护实验 104 2．电流电压联锁微机保护实验 109 3．微机重合闸实验 110 4．微机保护与重合闸继电器配合实验 111 （四）思考题 113 六、输电线路距离保护实验 114 （一）实验目的 114 （二）基本原理 114 1．阻抗保护的基本原理 114 2．距离保护的时限特性 116 3．阻抗继电器的基本构成原理 117 4．阻抗继电器的动作特性 117 （三）实验内容 122 1．多边形阻抗保护动作特性实验 123 2．同站间微机距离保护动作配合实验 125 3．运行方式变化对阻抗保护动作影响的实验 127 4．微机重合闸实验 129 5．微机保护与重合闸继电器DCH-1配合实验 130 6．LZ-21型阻抗继电器特性测试实验 131 （四）思考题 133 七、变压器差动保护实验 134 （一）实验目的 134 （二）变压器纵联差动保护的基本原理 134 1．变压器保护的配置 134 2．变压器纵联差动保护基本原理 134 （三）实验内容 139 1．微机变压器差动保护实验 139 2．用LCD-4差动继电器实现变压器差动保护实验 145 （四）思考题 147 八、二次系统及光字牌说明 148 （一）二次系统的基本概念 148 （二）试验台二次系统的构成 148 1．转换开关K2 148 2．模拟断路器跳、合闸信号指示灯 148 3．各种光字牌指示 148 4．故障闪光灯 149 5．各种中央音像信号 149 6．连接片 149 附录一：ZNB-Ⅱ智能式多功能表使用说明 150 （一）用途及特点 150 （二）主要技术数据 151 （三）使用方法 151 （四）注意事项 154 附录二：微机保护装置的使用方法 155 （一）微机保护单元箱的面板布置 155 （二）装置面板各部分的作用 155 （三）装置整定值设置 160 （四）装置整定值修改示例及注意事项 164 一、前 言 （一）发电厂变电所二次系统的基本概念 1．一次系统与二次系统的概念 发电厂和变电所的电气设备分为一次设备和二次设备。一次设备有发电机、变压器、断路器、隔离开关、电抗器、电力电缆以及母线、输电线路等。由这些设备按一定规律相互连接构成的电路称为一次接线或一次回路，它是发电、变电和输配电的主体。二次设备包括监察测量仪表、控制及信号器具、继电保护装置、自动装置、远动装置等。这些设备通常是由电流互感器、电压互感器、蓄电池组成或厂（所）用低压电源供电，表明它们互相连接关系的电路称为二次接线又称二次回路。二次回路的设备通常为低压设备。在发电厂和变电所中，虽然一次接线是主体，但是，要实现安全、可靠、优质、经济地发、变、输配电，二次接线同样是不可缺少的重要组成部分。特别是对于运行控制而言，二次接线显得更加重要。 2．断路器的控制回路和信号回路 在发电厂和变电所内对断路器的控制，按控制地点可分集中控制和就地控制两种。对主要设备，如发电机、主变压器、母线分段或母联、旁路断路器、35KV及以上电压的线路以及高、低压厂用工作与备用变压器等采用集中控制，对6～10kV线路以及厂用电动机等采用就地控制。所谓集中控制就是集中在主控制室内进行控制，被控的断路器与主控制室之间一般都有几十米到几百米的距离。所谓就地控制是指在断路器安装地点进行控制，可以大大地减少主控制室的建筑面积和节省控制电缆。 断路器的控制通常是通过电气回路来实现的，为此必须有相应的二次设备，在主控制室的控制屏上应当有能发出跳、合闸命令的控制开关，在断路器上应当有执行命令的操动机构（跳、合闸线圈）。 （二）继电保护的任务与作用原理及组成 1．作用原理 电力系统中发生故障和出现不正常运行情况时，系统正常运行遭到破坏，以致造成对用户的停止供电或少供电，有时甚至破坏设备。 为了预防事故或缩小事故范围，提高电力系统运行的可靠性，最大限度地保证向用户安全连续供电，在电力系统中，必须有专门的继电保护装置。 继电保护装置必须能正确区分被保护元件是处于正常运行还是发生故障，必须能正确区分被保护元件是处于区内故障还是区外故障，保护装置要实现这些功能，需要根据电力系统发生故障前后电气物理量发生变化的特征为基础来构成。例如： （1）根据短路故障时电流的增大，可构成过电流保护。 （2）根据短路故障时电压的降低，可构成低电压保护。 （3）根据短路故障时电流与电压之间相角的变化，可构成功率方向保护。 （4）根据短路故障时电压与电流比值（）的变化，可构成距离保护。 （5）根据故障时，被保护元件两端电流相位和大小的变化，可构成差动保护。 （6）根据不对称短路时，出现的电流、电压的相序分量，可构成零序电流保护，负序电流保护及零序和负序功率方向保护等等。 2. 继电保护的组成 继电保护实质上是一种自动控制装置，根据控制过程信号性质的不同，可以分为模拟型和数字型两大类。多年来应用的常规继电保护装置都属于模拟型，而上世纪70年代发展的计算机保护则属于数字型，虽然这两类保护的实现方法和构成各不相同，但其基本原理是相同的。继电保护根据被保护的对象不同，又分为元件保护和线路保护两类。元件保护指发电机、变压器、母线和电动机等元件的保护；线路保护指电力网及电力系统中输电线路的保护。 继电保护的构成方式虽然很多，但一般均由测量回路、逻辑回路和执行回路三部分组成，其方框图如图1-1所示，测量回路1的作用是测量被保护设备物理量（如电流、电压、功率方向）的变化，以确定电力系统是否发生故障和不正常工作情况，然后输出相应的信号至逻辑回路。逻辑回路2的作用是根据测量回路的输出信号进行逻辑判断，以确定是否向执行回路发出相应的信号。执行回路3的作用是根据逻辑回路的判断执行保护的任务，跳闸或发出信号。 1 2 3 跳闸或信号 被测物理量 图1-1 继电保护的方框图 现以电磁型过电流保护为例来说明继电保护装置的组成和作用原理。 图1-2示出其单相原理图。电力系统正常运行时，测量回路（电流继电器KA的线圈回路）流过的是负荷电流，继电器KA的触点不闭合，没有输出信号至逻辑回路（时间继电器KT的线圈回路），断路器不会跳闸。当电力系统发生故障时，测量回路电流增大，电流继电器KA的触点闭合，接通逻辑回路，经逻辑判断（此电路为延时判断）后，时间继电器的触点闭合，接通执行回路（信号继电器KS的线圈），经过中间继电器KM使断路器跳闸。 KA KT KS KM TQ 发信号 图1-2 电磁型线路过电流保护的单相原理图 由图1-2可以看到： （1）电磁型继电保护是由若干个不同功能的继电器组合而成的。例如，用电流继电器、时间继电器、中间继电器、信号继电器可以组合成电流保护，用电流、低压、时间、中间、信号等继电器可以组合成低压闭锁过流保护。同样，用阻抗继电器、差动继电器和时间、中间、信号等继电器的组合，可构成距离保护、差动保护等。 （2）所有电磁型继电器都具有可动的触点，继电器是否动作，容易看到，对于继电保护的初学者，易于理解接受，因此，机电型继电器常常被作为继电保护的基础教学内容进行讲授。 （三）试验台的特点及其应用 1．试验台的主要特点 DJZ-Ⅲ型电气控制与继电保护试验台是专为熟悉各种继电器特性实验，变压器常规和微机差动保护实验，模拟线路电流电压常规保护和微机保护实验以及常规距离保护和微机距离保护实验设计的装置，试验台上设有各种常规电磁式继电器和线路模型、变压器和微机型继电保护装置等组成。试验台的主要特点有： （1）试验台上装有漏电保护，确保实验进程安全。 （2）试验台配置齐全，既有常规的各种电磁式继电器、常规和微机的电流电压保护和距离保护又有线路模型,还可以完成常规和微机的变压器差动保护。学生可以自行设置短路点，真实模拟线路故障情况，学生还可以自行设计保护接线，提高动手能力和分析能力。 （3）试验台的微机保护含有电流、电压保护、阻抗保护、变压器差动保护三种功能，可以分别做三种保护实验。 （4）试验台的微机保护，具有良好的自诊断功能、事故记录和事件顺序记录功能。能显示各种信息，调试方便，有利于教学活动。 （5）试验台的微机保护可以进行现场手动跳、合闸操作，当配置上位机和我们研究所的有关软件包时，可实现遥测、遥信和遥控功能，可远程监测和修改下位机的整定值设置。（此功能作为附加功能，要求实现此功能必须在产品订货合同里加以注明。） 装置外形图见图1-3。 一次系统图见图1-4。 面板布置图见1-5。 图1-3 DJZ-Ⅲ电气控制及继电保护试验台外形图 1 2,4,5W 继电保护 测量