继电保护实验指导书(修)

矿大出版

电力系统继电保护

实验指导书

陈 奎 李素英 编写

中国矿业大学信息与电气工程学院

二零一零年三月

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实验须知

实验是教学的重要环节之一。通过实验可以巩固和反复已学到的理论知识，发现和讨论新的问题，掌握实验方法，培养操作技能。为保证实验的正常进行，提高实验质量，实验应按以下程序和要求进行。

1、实验前应对实验内容进行预习，写好预习报告，弄清所需仪器设备规范、性能、使用方法及实验步骤。否则，不允许做实验。进入实验室后，仪器设备不得随意进行调整、拆开。

2、按实验接线图接线，接线要整齐清晰，线路接好后必须经指导教师检查，才可接通电源进行实验。

3、按实验步骤逐项进行实验，每项实验完毕，应将实验数据交指导教师检查正确后，再进行下一项实验。

4、在实验过程中改变接线，必须先拉开电源然后接线，如遇异常事故，先切断电源，并报告指导教师处理。

5、实验完毕，应将全部数据填入原始实验数据记录表交指导教师审阅、签字后，切断电源，再拆除接线，将仪器设备放回原处，实验用线整理好后方可离去。

6、实验报告在实验结束后一周内交指导教师批阅。

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目 录

JTC-IIIA型继电器特性测试台简介 1 实验一 电流、电压、时间继电器特性实验 4

电压电流线路保护屏系统简介 8

实验二 电流电压保护线路系统实验 17

实验三 电流电压保护线路微机系统实验 20

实验四 功率方向继电器特性实验 23

实验五 方向阻抗继电器特性实验 26

实验六 DCD—5型差动继电器特性实验 28 WBB-II变压器保护屏简介 34 实验七 变压器系统保护屏常规保护实验 46

实验八 变压器系统保护屏常规保护实验 48

实验九 设计组合性实验 50

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继电器特性测试台简介

本测试台使用的电源是三相四线、电压为380V；是由电源部分、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、方向阻抗继电器等常规继电器的特性测试，也可以根据需要设计多种继电器组合保护实验。

桌台

柜2

图1 型继电器特性测试台外观立体图

继电器特性测试台外观立体图如图1所示，台正面由实验面板、桌台和两个柜子组成；台后面全封闭；电源线从台下方通过，再进入内部端子排。

图2 型继电器特性测试台实验面板布置图

测试台实验面板布置如图2所示，面板上各符号名称如下：

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XD1 —— 继电器动作信号灯

ZJ —— 中间继电器

XD2 —— 交流220V电源指示灯

LGJ—— 功率方向继电器

XD3 —— 三相电源指示灯

LZJ—— 方向阻抗继电器

XD4 —— 直流220V电源指示灯

V1、V2——交流电压表

XD5 —— 功率方向继电器动作指示灯

A1、A2、A3——交流电流表

BK —— 备用刀闸

DB —— 电秒表

ZK —— 直流220V电源刀闸

XB —— 相位表

SK —— 测试台三相电源刀闸

YJ —— 电压继电器

DK —— 交流220V电源刀闸

LJ —— 电流继电器

XJ —— 信号继电器

DCDJ——差动继电器

SJ —— 时间继电器

CG1 —— 交流220V电源（单相调压器TY1）输出接线柱（a，0）

CG2 —— 三相交流电源输出接线柱（a，b，c，o）

CG3 —— 直流220V电源输出接线柱（+，-）

CG4—— 交流220V电源（单相调压器TY2）输出接线柱

CG5—— 整流桥

CG6 —— 电秒表接线柱

CG7 —— 相位表接线柱

电源操作说明如下：

（1）图3中，当刀闸全部拉开时，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。

（2）当合上测试台三相电源刀闸（SK）时，测试台电源指示灯（XD3）亮，移相器、调

压器带电；三相交流电源输出接线柱（CG2）带电，其电压值和相位由调压器和移相

器控制，同时交流220V电源刀闸（DK）和直流电源刀闸（ZK）原方带电。

（3）当合上交流220V电源刀闸（DK）时，交流电源指示灯（XD2）亮，交流220V（单

相调压器TY1）输出接线柱（CG1）上有a、0相交流0~220V电压，交流220V（单相

调压器TY2）输出接线柱（CG4）上有交流0~48V电压（单相调压器TY2经隔离变压

器输出到CG4上）。

（4）当合上直流电源刀闸（ZK）时，直流电源指示灯（XD4）亮，直流220V输出接线柱

（CG3）上有直流220V电压。

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打开电秒表（DB）和相位表电源开关，电秒表和相位表的电源指示灯亮。

继电器特性测试台电源系统如图3所示。

4

图3 电源系统图

注意事项

1、继电器特性测试台，工作电流和工作电压不得超过允许值。实验电流较大(大于3A)时，

不得长期工作。

2、实验前检查所有刀闸应在断开位置，电源信号灯均熄灭，此时才能接线。

3、接线过程中密切注视刀闸位置，以防误操作引起事故。

4、接线完毕，要由教师检查线路。

5、实验中不允许带电改变操作。

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实验一 电流、电压、时间继电器特性实验

（一）实验目的

1．熟悉几种常见继电器（如电流继电器、电压继电器、时间继电器等）结构与特点。

2．掌握电流、电压、时间继电器基本参数的测量与调整方法

3．了解电磁型继电器的时间特性。

（二）电流继电器原理及特性实验

1. 电流继电器原理

DL-30系列电流继电器，用于电机、变压器和输电线的过负荷和短路保护线路中，作为起动元件。

结构和原理

继电器系电磁式，瞬时动作，磁系统有两个线圈，线圈出头接在底座端子上，用户可以根据需要串并联，因而可使继电器整定变化一倍。

继电器名牌的刻度值及额定值对于电流继电器是线圈串联的(以安培为单位)转动刻度盘上的指针、以改变游丝的反作用力矩，从而可以改变继电器的动作值。

继电器的动作：电流升至整定值或大于整定值时，继电器就动作，动合触点闭合，动断触点断开。当电流降低到0.8倍整定值时，继电器就返回，动合触点断开，动断触点闭合。 内部接线

2．实验内容：（1）观察电流继电器的内部结构，熟悉动作原理。

（2）测定电流继电器动作、返回电流值及计算其返回系数。

3．实验方法与步骤

（1）实验线路接线图如图1-1所示：

－

图1-1 电流继电器动作电流值测试实验接线图

（2）所用设备 三相电源开关、单相电源开关、直流电源开关、220V可调变压器、30欧姆/5安可调电阻、电流表0～2A（ZSPX-1型智能多功能表）、直流电源、电流继电器、指示灯、导线若干。

（3）实验步骤

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A 按图接线，将继电器线圈串联，调整把手置于刻度盘的某一刻度（整定值），TY1置最小位置。

b合上Sk、DK、ZK空气开关，缓慢调节TY1使电流均匀上升到接近把手值时，用可调电阻进行微调直到继电器刚好动作时(动合触点闭合，指示灯亮)的电流，即为动作电流Idz ，记下读数；然后缓慢减少电阻使电流均匀下降，使继电器刚好返回时(动合触点断开，指示灯熄)的电流，即为返回电流I fh ，记下读数，填入下表。

c改变刻度位置，重复上述步骤，并记下读数。每个刻度重复三次，取其平均值以求返回系数K fh 。

d继电器线圈改为并联接法，重复上述步骤。

e要求：K fh 在0．85～0．9之间，误差不大于±3％为合格。

电流继电器特性实验数据表

（三）电压继电器原理及特性实验

1.电压继电器原理

DY-30系列电压继电器，用于继电保护线路中，作为过电压保护或低电压闭锁的动作元件。 结构和原理，继电器为插拔式结构，嵌入式安装，并有透明的塑料外罩，可以观察继电器的整定值和规格等。

继电器系电磁式，瞬时动作，磁系统有两个线圈，线圈出头接在底座端子上，用户可以根据需要串并联，因而可使继电器整定范围变化一倍。

继电器铭牌的刻度值及额定值对于电流继电器是线圈串联时的(以A为单位)，对于电压继电器是线圈并联时的(以V为单位)。转动刻度盘上的指针，以改变游丝的反作用力矩从而可以改变继电器的动作值。

继电器的动作：对于过电流(压)继电器，电流(压)升至整定值或大于整定值时，继电器就

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动作，动合触点闭合，动断触点断开。当电流(压)降低到0.8倍整定值时，继电器就返回，动合触点断开，动断触点闭合，对于低电压继电器，当电压降低到整定电压时，继电器就动作，动合触点断开，动断触点闭合。

2．实验内容（1）观察电压继电器的内部结构，熟悉动作原理。

（2）测定电压继电器动作、返回电压值及计算其返回系数。

3．实验方法与步骤

(1) 实验接线图如下图1—2所示：

图1-2 电压继电器动作值测试图

（2）所用设备

三相电源开关、单相电源开关、直流电源开关、220V可调变压器、电压表0～150V（ZSPX-1型智能多功能表）、直流电源、电压继电器、指示灯、导线若干。

（3） 实验步骤

a按图接线，将继电器线圈串联，调整把手置于刻度盘的某一刻度（整定值），TY1置最小位置。

b合上Sk、DK、ZK空气开关，缓慢调节TY1使电压均匀上升，直到继电器刚好动作时(动合触点闭合，指示灯亮)的电压，即为动作电压Udz ，记下读数；然后缓慢减少TY1使电压均匀下降，使继电器刚好返回时(动合触点断开，指示灯熄)的电压，即为返回电压U fh ，记下读数，填入下表。

c改变刻度位置，重复上述步骤，并记下读数。每个刻度重复三次，取其平均值以求返回系数K fh 。

d继电器线圈改为并联接法，重复上述步骤。

e要求：K fh 在0．85～0．9之间，误差不大于±3％为合格。

电压继电器动作值、返回值测试

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1. 实验原理

DS-30系列时间继电器，作为辅助元件用于各种保护及自动装置线路中，使被控元件达到所需要的延时，在保护装置中用以实现主保护与后备保护的选择性配合。继电器起动部分系按电磁原理构成

继电器是带有延时机构的螺管线圈式继电器，具有交流和直流规格。继电器的交流规格继电器内部装有桥式整流器，将交流电源整流后供给电磁机构，每台继电器具有两副瞬时转换触点，一副滑动延时触点，一副延时主触点。当加电压于线圈两端时，铁心克服塔形弹簧的反作用力被吸入，瞬时转换触点进行瞬时转换，同时延时机构启动，经过一定的延时，然后闭合滑动延时触点和延时主触点。主触点接触后由于上挡限制机构的转动，机构停止，从而得到所需延时。当线圈断电时，在塔形弹簧的作用下，使唧子和延时机构返回原位,延时一致性不大于0.125s

2.实验内容

（1）观察时间继电器的内部结构及其动作原理。

（2）测量时间继电器的动作时间。

3．实验方法与步骤

(1) 实验接线图如下图1—4所示

（2）所用设备

200V直流电源、BK操作开关、ZSPX-1型智能多功能表、时间继电器、导线若干。

（3）实验步骤为：

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（1）按图1-4接好线路，调整时间整定值，将静触点时间整定指针对准一刻度中心位置；

（2）合上BK，记录电秒表显示的读数，然后复位；

（3）测量三次，取平均值，结果填入表1-4中。

（4）计算动作时间误差。

表1-4 时间继电器特性实验数据

（六）思考题

1．电磁型电流继电器、电压继电器和时间继电器在结构上有什么异同点？

答：电磁型电流继电器、电压继电器是瞬时动作电磁式继电器，当电磁铁线圈中有电流

（电压）通过时，产生电磁力矩，使舌片克服反作用力矩而动作。而时间继电器带有

延时机构的螺管线圈式继电器，它的的线圈可由直流或交流电源供电。在交流时间继

电器内，装有桥式整流器，将交流电源整流后供给电磁机构，每台继电器具有两副瞬

时转换触点，一副滑动延时触点，一副延时主触点。

2．如何调整电流继电器、电压继电器的返回系数？

答：影响返回系数的有下列两因素，其调整也循此进行

（1）机械因素：轴承的质量和清洁度；轴尖的光洁度和研磨的准确性；静触点的位置

等。可检查轴承轴尖，调整静触点片弹力，改变触点位置等。

（2）电磁因素：舌片端部与磁极间的间隙；舌片开始转动好终止时舌片与磁极间的相

对位置等。舌片动作终止时，其端部与磁极间隙愈大，返回系数愈大，反之愈小。

调整安装在磁极左下方的限制螺杆，改变舌片终止位置，舌片起始位置离开磁极

的距离愈大，返回系数愈小，这是因为舌片与磁通轴所夹的角增加时，继电器动

作电流（电压）大为增加，而返回电流（电压）并不发生变化，若将舌片起始位

置移近磁极下面，则返回系数最大，并可能引起刻度值改变及触点压力减小，此

时可调整舌片起始位置的止档螺丝。必要时，还可将可动部分卸下，用平口钳将

舌片端部稍向内弯曲。放回原位后，重复检验。

注意：返回系数高，表明剩余转矩小，触点压力弱，在提高返回系数时，应保证触

点接触可靠。

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电压电流线路保护屏系统简介

线路保护屏是由电磁型电流电压保护和微机保护组成用于教学的线路保护实验屏。

一、系统结构

线路保护屏一次系统如图2-1所示，其原理图如图2－2所示。A站装有无时限电流速断保护及定时限过电流保护和微机线路保护。B站装有电流电压联锁速断保护和定时限过电流保护。

电源 图2-1 线路保护一次系统图 保护元件动作值的整定

图2-1中若取电源线电压为100V，系统阻抗分别为Xs.min=2Ω，XS.N=4Ω，Xsmax=5Ω），线路AB段和BC段的阻抗均为10Ω。设AB段最大负荷电流为1.2A，BC段最大负荷电流为1.0A。无时限电流速断保护可靠系数K1=1.25，过电流保护可靠系数Km=1.15，继电器返回系数Kh=0.85，自启动系数Kzq=1.0，tBC 0.5"。

根据给定条件，理论计算A、B站保护各元件的整定值，根据计算结果，对A、B站保护各元件进行整定。

由于本实验装置采用三相两继电器不完全星星接线（完全星星接线）接线系数为1。

首先计算在线路BC

末端发生短路由于B站装有电流电压联锁速断保护及定时限过电流保护，所以按正常运行方式进行整定，但不能保护线路的全长，只能保护线路全长的75%。

继电器的动作电流

变电站 变电站

UIdzBCI U相X ABxN 2.69A BCUdzBCI dzBCIXBC 75% 2.69 10 75% 34.9V

所以5LJ、6LJ电流整定为2.7A；1YJ、2YJ、3YJ电压整定为35V.

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线路BC末端的过流保护的动作电流（按躲开本线路最大负荷电流整定）

因为负载为电阻，所以Kzq=1

IIII

dzBC KIII KzqKfh IBCfhmax 1.15 10.85 1 1.35A

按本线路末端发生最小短路电流来校验

I(2)

dBCmin U相 2A 2Z 25 10 10

2

1.35 1.48 1.25~1.5故继电器整定满足要求。 Klm I(2)dBCminIIII

dzBC

所以7LJ、8LJ电流整定为1.4A

AB末端发生短路由于A站装有无时限电流速断保护及定时限过电流保护，所以按最大运行方式进行整定，首先计算三相短路电流

UId 3U相Z XAB 4.8A Xs.min10 2

继电器的动作电流

IdzABI KIkI3d 1.25 4.8 6A

灵敏度校验（按最小运行方式校验）

II

dz

Klm:210 x 3.33 5 x3.33 100% 33.3% 20%

故继电器整定满足要求。

所以1LJ、2LJ动作电流整定为6A

线路AB末端的过流保护的动作电流（按躲开本线路最大负荷电流整定）

因为负载为电阻，所以Kzq=1

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IIII

dzAB KIII KzqKfh IABfhmax 1.15 10.85 1.2 1.62A

0.5" 0.5" 1动作时间 tAB tBC t （对定时限）

tAB tBC t 0.5" 0.7" 1.2" （对反时限）

校验：（1）近后备，按本线路末端发生最小短路电流来校验

I(2)

dABmin U相 3.33A 2Z 2 3.33

1.62 2.06 1.25~1.5故继电器整定满足要求。 Klm I(2)dABminIIII

dzAB

（2）远后备，按相邻线路末端发生最小短路电流来校验

I(2)

dABminU相 2A 2Z 2 2

1.62 1.24 1.2故继电器整定满足要求。 Klm I(2)dABminIIII

dzAB

所以3LJ、4LJ动作电流整定为1.6A，1SJ整定为1秒。

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图2－2 线路保护屏屏面原理图