常規(guī)繼電器特性實驗

1、.二、常規(guī)繼電器特性實驗（一）電磁型電壓、電流繼電器的特性實驗1實驗?zāi)康?）了解繼電器基本分類方法及其結(jié)構(gòu)。2）熟悉幾種常用繼電器，如電流繼電器、電壓繼電器、時間繼電器、中間繼電器、信號繼電器等的構(gòu)成原理。3）學(xué)會調(diào)整、測量電磁型繼電器的動作值、返回值和計算返回系數(shù)。4）測量繼電器的基本特性。5）學(xué)習(xí)和設(shè)計多種繼電器配合實驗。2繼電器的類型與原理繼電器是電力系統(tǒng)常規(guī)繼電保護的主要元件，它的種類繁多，原理與作用各異。1）繼電器的分類繼電器按所反應(yīng)的物理量的不同可分為電量與非電量的兩種。屬于非電量的有瓦斯繼電器、速度繼電器等；反應(yīng)電量的種類比較多，一般分類如下：（1）按結(jié)構(gòu)原理分為：電磁型、感應(yīng)型

2、、整流型、晶體管型、微機型等。（2）按繼電器所反應(yīng)的電量性質(zhì)可分為：電流繼電器、電壓繼電器、功率繼電器、阻抗繼電器、頻率繼電器等。（3）按繼電器的作用分為：起動動作繼電器、中間繼電器、時間繼電器、信號繼電器等。近年來電力系統(tǒng)中已大量使用微機保護，整流型和晶體管型繼電器以及感應(yīng)型、電磁型繼電器使用量已有減少。2）電磁型繼電器的構(gòu)成原理IKA34Fa56127圖2-1 DL系列電流繼電器繼電保護中常用的有電流繼電器、電壓繼電器、中間繼電器、信號繼電器、阻抗繼電器、功率方向繼電器、差動繼電器等。下面僅就常用的電磁型繼電器的構(gòu)成及原理作簡要介紹。（1）電磁型電流繼電器電磁型繼電器的典型代表是電磁型電流

3、繼電器，它既是實現(xiàn)電流保護的基本元件，也是反應(yīng)故障電流增大而自動動作的一種電器。下面通過對電磁型電流繼電器的分析，來說明一般電磁型繼電器的工作原理和特性。圖2-1為DL系列電流繼電器的結(jié)構(gòu)圖，它由固定觸點1、可動觸點2、線圈3、鐵心4、彈簧5、轉(zhuǎn)動舌片6、止擋7所組成。當(dāng)線圈中通過電流IKA 時，鐵心中產(chǎn)生磁通 ，它 通過由鐵心、空氣隙和轉(zhuǎn)動舌片組成的磁路，將舌片磁化，產(chǎn)生電磁力Fe，形成一對力偶。由這對力偶所形成的電磁轉(zhuǎn)矩，將使轉(zhuǎn)動舌片按磁阻減小的方向（即順時針方向）轉(zhuǎn)動，從而使繼電器觸點閉合。電磁力Fe與磁通 的 平方成正比，即 Fe2 其中 F =所以 式中， 繼電器線圈匝數(shù)； 磁通 所

4、經(jīng)過的磁路的磁阻。分析表明，電磁轉(zhuǎn)矩Me 等于電磁力Fe與轉(zhuǎn)動舌片力臂的乘積，即 （2-1）式中， K2 為與磁阻、線圈匝數(shù)和轉(zhuǎn)動舌片力臂有關(guān)的一個系數(shù)，。從式（2-1）可知，作用于轉(zhuǎn)動舌片上的電磁力矩與繼電器線圈中的電流IKA的平方成正比，因此，Me不隨電流的方向而變化，所以，電磁型結(jié)構(gòu)可以制造成交流或直流繼電器。除電流繼電器之外，應(yīng)用電磁型結(jié)構(gòu)的還有電壓繼電器、時間繼電器、中間繼電器和信號繼電器。為了使繼電器動作（銜鐵吸持，觸點閉合），它的平均電磁力矩Me必須大于彈簧及摩擦的反抗力矩之和(Ms+M)。所以由式（2-1）得到繼電器的動作條件是： （2-2）當(dāng)IKA達到一定值后，上式即能成立，

5、繼電器動作。能使繼電器動作的最小電流稱為繼電器的動作電流，用IOP表示，在式（2-2）中用IOP代替IKA并取等號，移項后得： （2-3）從式（2-3）可見，IOP可用下列方法來調(diào)整：（1）改變繼電器線圈的匝數(shù)NKA；（2）改變彈簧的反作用力矩Ms；（3）改變能引起磁阻RC變化的氣隙d。當(dāng) IKA減小時，已經(jīng)動作的繼電器在彈簧力的作用下會返回到起始位置。為使繼電器返回，彈簧的作用力矩M¢s必須大于電磁力矩M¢e及摩擦的作用力矩M¢。繼電器的返回條件是： （2-4）當(dāng) IKA減小到一定數(shù)值時，上式即能成立，繼電器返回。能使繼電器返回的最大電流稱為繼電器的返回電流，并

6、以Ire表之。在式（2-4）中，用Ire代替IKA并取等號且移項后得： （2-5）返回電流Ire與動作電流IOP的比值稱為返回系數(shù)Kre，即Kre=Ire/IOP。反應(yīng)電流增大而動作的繼電器IOP>Ire，因而Kre<1。對于不同結(jié)構(gòu)的繼電器，Kre不相同，且在0.10.98這個相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化。（2）電磁型電壓繼電器電壓繼電器的線圈是經(jīng)過電壓互感器接入系統(tǒng)電壓Us的，其線圈中的電流為式中：Ur加于繼電器線圈上的電壓，等于Us/npT（npT為電壓互感器的變比）；Zr繼電器線圈的阻抗。繼電器的平均電磁力，因而它的動作情況取決于系統(tǒng)電壓Us。我國工廠生產(chǎn)的DY系列電壓繼電器的結(jié)構(gòu)和

7、DL系列電流繼電器相同。它的線圈是用溫度系數(shù)很小的導(dǎo)線（例如康銅線）制成，且線圈的電阻很大。DY系列電壓繼電器分過電壓繼電器和低電壓繼電器兩種。過電壓繼電器動作時，銜鐵被吸持，返回時，銜鐵釋放；而低電壓繼電器則相反，動作時銜鐵釋放，返回時，銜鐵吸持。亦即過電壓繼電器的動作電壓相當(dāng)于低電壓繼電器的返回電壓；過電壓繼電器的返回電壓相當(dāng)于低電壓繼電器的動作電壓。因而過電壓繼電器的Kre<1；而低電壓繼電器的Kre>1。DY系列電壓繼電器的優(yōu)缺點和DL系列電流繼電器相同。它們都是觸點系統(tǒng)不夠完善，在電流較大時，可能發(fā)生振動現(xiàn)象。觸點容量小不能直接跳閘。（3）時間繼電器特性時間繼電器是用來在

8、繼電保護和自動裝置中建立所需要的延時。對時間繼電器的要求是時間的準(zhǔn)確性，而且動作時間不應(yīng)隨操作電壓在運行中可能的波動而改變。電磁型時間繼電器由電磁機構(gòu)帶動一鐘表延時機構(gòu)組成。電磁起動機構(gòu)采用螺管線圈式結(jié)構(gòu)，線圈可由直流或交流電源供電，但大多由直流電源供電。其電磁機構(gòu)與電壓繼電器相同，區(qū)別在于：當(dāng)它的線圈通電后，其觸點須經(jīng)一定延時才動作，而且加在其線圈上的電壓總是時間繼電器的額定動作電壓。時間繼電器的電磁系統(tǒng)不要求很高的返回系數(shù)。因為繼電器的返回是由保護裝置起動機構(gòu)將其線圈上的電壓全部撤除來完成的。（4）中間繼電器特性中間繼電器的作用是：在繼電保護接線中，用以增加觸點數(shù)量和觸點容量，實現(xiàn)必要的延

9、時，以適應(yīng)保護裝置的需要。它實質(zhì)上是一種電壓繼電器，但它的觸點數(shù)量多且容量大。為保證在操作電源電壓降低時中間繼電器仍能可靠地動作，因此中間繼電器的可靠動作電壓只要達到額定電壓的70%即可，瞬動式中間繼電器的固有動作時間不應(yīng)大于0.05秒。5）信號繼電器特性信號繼電器在保護裝置中，作為整組裝置或個別元件的動作指示器。按電磁原理構(gòu)成的信號繼電器，當(dāng)線圈通電時，銜鐵被吸引，信號掉牌（指示燈亮）且觸點閉合。失去電源時，有的需手動復(fù)歸，有的電動復(fù)歸。信號繼電器有電壓起動和電流起動兩種。3實驗內(nèi)容1）電流繼電器特性實驗電流繼電器動作、返回電流值測試實驗。實驗電路原理圖如圖2-2所示：A220VKA+-RT

10、Y130W 5A 2A圖2-2 電流繼電器動作電流值測試實驗原理圖實驗步驟如下：（1）按圖接線，將電流繼電器的動作值整定為1A，使調(diào)壓器輸出指示為0V，滑線電阻的滑動觸頭放在中間位置。（2）查線路無誤后，先合上三相電源開關(guān)（對應(yīng)指示燈亮），再合上單相電源開關(guān)和直流電源開關(guān)。（3）慢慢調(diào)節(jié)調(diào)壓器使電流表讀數(shù)緩慢升高，記下繼電器剛動作（動作信號燈XD1亮）時的最小電流值，即為動作值。（4）繼電器動作后，再調(diào)節(jié)調(diào)壓器使電流值平滑下降，記下繼電器返回時（指示燈XD1滅）的最大電流值，即為返回值。（5）重復(fù)步驟（2）至（4），測三組數(shù)據(jù)。 （6）實驗完成后，使調(diào)壓器輸出為0V，斷開所有電源開關(guān)。（7）分

11、別計算動作值和返回值的平均值即為電流繼電器的動作電流值和返回電流值。（8）計算整定值的誤差、變差及返回系數(shù)。誤差 動作最小值整定值 整定值變差 動作最大值動作最小值 動作平均值 ´ 100%返回系數(shù)返回平均值動作平均值表2-1 電流繼電器動作值、返回值測試實驗數(shù)據(jù)記錄表動作值/A返回值/A123平均值誤差整定值Izd變差返回系數(shù)2）電流繼電器動作時間測試實驗電流繼電器動作時間測試實驗原理圖如圖2-3所示：220VKABK停止A多功能表啟動TY1圖2-3 電流繼電器動作時間測試實驗電路原理圖實驗步驟如下：（1）按圖接線，將電流繼電器的常開觸點接在多功能表的“輸出2”和“公共線”，將開關(guān)

12、BK的一條支路接在多功能表的“輸入1”和“公共線”，使調(diào)壓器輸出為0V，將電流繼電器動作值整定為1.2A，滑線電阻的滑動觸頭置于其中間位置。（2）檢查線路無誤后，先合上三相電源開關(guān)，再合上單相電源開關(guān)。（3）打開多功能表電源開關(guān)，使用其時間測量功能（對應(yīng)“時間”指示燈亮），工作方式選擇開關(guān)置“連續(xù)”位置，按“清零”按鈕使多功能表顯示清零。（4）慢慢調(diào)節(jié)調(diào)壓器使其輸出電壓勻速升高，使加入繼電器的電流為1.2A。（5）先拉開刀閘（BK），復(fù)位多功能表，使其顯示為零，然后再迅速合上BK，多功能表顯示的時間即為動作時間，將時間測量值記錄于表2-2中。（6）重復(fù)步驟（5）的過程，測三組數(shù)據(jù)，計算平均值，

13、結(jié)果填入表2-2中。表2-2 電流繼電器動作時間測試實驗數(shù)據(jù)記錄表I1.2A1.5A1.8A2.4A123平均123平均123平均123平均T/ms（7）先重復(fù)步驟（4），使加入繼電器的電流分別為1.5A、1.8A、2.4A，再重復(fù)步驟（5）和（6），測量此種情況下的繼電器動作時間，將實驗結(jié)果記錄于表2-2。（8）實驗完成后，使調(diào)壓器輸出電壓為0V，斷開所有電源開關(guān)。（9）分析四種電流情況時讀數(shù)是否相同，為什么？3）電壓繼電器特性實驗電壓繼電器動作、返回電壓值測試實驗（以低電壓繼電器為例）。 低電壓繼電器動作值測試實驗電路原理圖如下圖2-4所示：220VKV+-TY1150VV圖2-4 低電壓

14、繼電器動作值測試實驗電路原理圖實驗步驟如下：（1）按圖接線，檢查線路無誤后，將低電壓繼電器的動作值整定為60V，使調(diào)壓器的輸出電壓為0V，合上三相電源開關(guān)和單相電源開關(guān)及直流電源開關(guān)（對應(yīng)指示燈亮），這時動作信號燈XD1亮。（2）調(diào)節(jié)調(diào)壓器輸出，使其電壓從0V慢慢升高，直至低電壓繼電器常閉觸點打開（XD1熄滅）。（3）調(diào)節(jié)調(diào)壓器使其電壓緩慢降低，記下繼電器剛動作（動作信號燈XD1剛亮）時的最大電壓值，即為動作值，將數(shù)據(jù)記錄于表2-3中。表2-3 低電壓繼電器動作值、返回值測試實驗數(shù)據(jù)記錄表動作值/V返回值/V123平均值誤差整定值Uset變差返回系數(shù)（4）繼電器動作后，再慢慢調(diào)節(jié)調(diào)壓器使其輸出

15、電壓平滑地升高，記下繼電器常閉觸點剛打開，XD1剛熄滅時的最小電壓值，即為繼電器的返回值。（5）重復(fù)步驟（3）和（4），測三組數(shù)據(jù)。分別計算動作值和返回值的平均值，即為低電壓繼電器的動作值和返回值。（6）實驗完成后，將調(diào)壓器輸出調(diào)為0V，斷開所有電源開關(guān)。（7）計算整定值的誤差、變差及返回系數(shù)。4）時間繼電器特性測試實驗220VKTBK停止多功能表啟動+時間繼電器特性測試實驗電路原理接線圖如圖2-5所示：圖2-5 時間繼電器動作時間測試實驗電路原理圖實驗步驟如下：（1）按圖接好線路，將時間繼電器的常開觸點接在多功能表的“輸入2”和“公共線”，將開關(guān)BK的一條支路接在多功能表的“輸入1”和“公共

16、線”，調(diào)整時間整定值，將靜觸點時間整定指針對準(zhǔn)一刻度中心位置，例如可對準(zhǔn)2秒位置。（2）合上三相電源開關(guān)，打開多功能表電源開關(guān)，使用其時間測量功能（對應(yīng)“時間”指示燈亮），使多功能表時間測量工作方式選擇開關(guān)置“連續(xù)”位置，按“清零”按鈕使多功能表顯示清零。（3）斷開BK開關(guān)，合上直流電源開關(guān)，再迅速合上BK，采用迅速加壓的方法測量動作時間。（4）重復(fù)步驟（2）和（3），測量三次，將測量時間值記錄于表2-4中，且第一次動作時間測 量不計入測量結(jié)果中。表2-4 時間繼電器動作時間測試整定值123平均誤差變差T/ms（5）實驗完成后，斷開所有電源開關(guān)。（6）計算動作時間誤差。5）多種繼電器配合實驗（

17、1）過電流保護實驗該實驗內(nèi)容為將電流繼電器、時間繼電器、信號繼電器、中間繼電器、調(diào)壓器、滑線變阻器等組合構(gòu)成一個過電流保護。要求當(dāng)電流繼電器動作后，啟動時間繼電器延時，經(jīng)過一定時間后，啟動信號繼電器發(fā)信號和中間繼電器動作跳閘（指示燈亮）。AKA+ao220VKT+-KS-KM+-AB圖2-6 過電流保護實驗原理接線圖實驗步驟如下：圖2-6為多個繼電器配合的過電流保護實驗原理接線圖。按圖接線，將滑線變阻器的滑動觸頭放置在中間位置，實驗開始后可以通過改變滑線變阻器的阻值來改變流入繼電器電流的大小。將電流繼電器動作值整定為2A，時間繼電器動作值整定為2.5秒。經(jīng)檢查無誤后，依次合上三相電源開關(guān)、單相

18、電源開關(guān)和直流電源開關(guān)。（各電源對應(yīng)指示燈均亮。）調(diào)節(jié)單相調(diào)壓器輸出電壓，逐步增加電流，當(dāng)電流表電流約為1.8A時，停止調(diào)節(jié)單相調(diào)壓器，改為慢慢調(diào)節(jié)滑線電阻的滑動觸頭位置，使電流表數(shù)值增大直至信號指示燈變亮。仔細(xì)觀察各種繼電器的動作關(guān)系。調(diào)節(jié)滑線變壓器的滑動觸頭，逐步減小電流，直至信號指示燈熄滅。仔細(xì)觀察各種繼電器的返回關(guān)系。實驗結(jié)束后，將調(diào)壓器調(diào)回零，斷開直流電源開關(guān)，最后斷開單相電源開關(guān)和三相電源開關(guān)。（2）低電壓閉鎖的過電流保護實驗過電流保護按躲開可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流整定，啟動值比較大，往往不能滿足靈敏度的要求。為此，可以采用低電壓啟動的過電流保護，以提高保護的靈敏度。AKA+KV1a

19、o220VKT+-KS-KM+-ABKV2圖2-7 低電壓閉鎖過流保護實驗原理接線圖實驗步驟如下：圖2-7為多個繼電器配合的低電壓閉鎖過流保護實驗原理接線圖。按圖接線；試驗臺上單相調(diào)壓器TY2輸出端的接法與上個實驗電流回路接法相同；單相調(diào)壓器TY1的輸出端a、0接到電壓繼電器的線圈端子A、B上，同時并上一塊交流電壓表。整定電流繼電器為1A，電壓繼電器為20V(也可以在量程0-60任意選擇)。經(jīng)檢查無誤后，依次合上三相電源開關(guān)、單相電源開關(guān)和直流電源開關(guān)。（各電源對應(yīng)指示燈均亮）先調(diào)TY1使電壓表讀數(shù)為50伏；再調(diào)TY2，逐步增加電流，使電流表讀數(shù)為表2-5中的給定值，然后調(diào)TY1減小調(diào)壓器的輸

20、出電壓至表2-5中的給定值。觀察各種繼電器的動作關(guān)系，對信號指示燈在給出的電壓、電流值下亮、滅情況進行分析。也可自行設(shè)定電壓、電流值進行實驗。實驗完畢后，注意將調(diào)壓器調(diào)回零，斷開直流電源開關(guān)，最后斷開單相電源開關(guān)和三相電源開關(guān)。表2-5 低電壓閉鎖過流保護實驗數(shù)據(jù)記錄表I/AU/V動作信號燈亮熄情況0.5401.5301.510三、輸電線路電流電壓常規(guī)保護實驗（一）實驗?zāi)康?了解電磁式電流、電壓保護的組成。2學(xué)習(xí)電力系統(tǒng)電流、電壓保護中電流、電壓、時間整定值的調(diào)整方法。3研究電力系統(tǒng)中運行方式變化對保護靈敏度的影響。4分析三段式電流、電壓保護動作配合的正確性。（二）基本原理1試驗臺一次系統(tǒng)原理

21、圖試驗臺一次系統(tǒng)原理圖如圖3-1所示。12,4,5W測量孔1KO1CTTB220/127VRS最小最大區(qū)內(nèi)區(qū)外PT測量2KO2CTK11R2W3KORd10W2R45WDXK3移相器圖3-1 電流、電壓保護實驗一次系統(tǒng)圖電流、電壓保護2電流電壓保護實驗基本原理1）三段式電流保護當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生短路時，電源與故障點之間的電流會增大。根據(jù)這個特點可以構(gòu)成電流保護。電流保護分無時限電流速斷保護（簡稱I段）、帶時限速斷保護（簡稱II段）和過電流保護（簡稱III段）。下面分別討論它們的作用原理和整定計算方法。（1） 無時限電流速斷保護（I段）單側(cè)電源線路上無時限電流速斷保護的作用原理可用圖3-2來說明。短路電

22、流的大小Ik和短路點至電源間的總電阻RS及短路類型有關(guān)。三相短路和兩相短路時，短路電流Ik與RS的關(guān)系可分別表示如下：式中，Es電源的等值計算相電勢；Rs 歸算到保護安裝處網(wǎng)絡(luò)電壓的系統(tǒng)等值電阻；R0 線路單位長度的正序電阻；l 短路點至保護安裝處的距離。由上兩式可以看到，短路點距電源愈遠(yuǎn)（l愈長）短路電流Lk愈小；系統(tǒng)運行方式?。≧s愈大的運行方式）Ik亦小。Ik與l的關(guān)系曲線如圖3-2曲線1和2所示。曲線1為最大運行方式(Rs最小的運行方式)下的IK = f(l)曲線，曲線2為最小運行方式(Rs最大的運行方式)下的IK = f(l)曲線。線路AB和BC上均裝有僅反應(yīng)電流增大而瞬時動作的電流

23、速斷保護，則當(dāng)線路AB上發(fā)生故障時，希望保護KA2能瞬時動作，而當(dāng)線路BC上故障時，希望保護KA1能瞬時動作，它們的保護范圍最好能達到本路線全長的100%。但是這種愿望是否能實現(xiàn)，需要作具體分析。以保護KA2為例，當(dāng)本線路末端k1點短路時，希望速斷保護KA2能夠瞬時動作切除故障，而當(dāng)相鄰線路BC的始端（習(xí)慣上又稱為出口處）k2點短路時，按照選擇性的要求，速斷保護KA2就不應(yīng)該動作，因為該處的故障應(yīng)由速斷保護KA1動作切除。但是實際上，k1和k2點短點時，從保護KA2安裝處所流過短路電流的數(shù)值幾乎是一樣的，因此，希望k1點短路時速斷保護KA2能動作，而k2點短點時又不動作的要求就不可能同時得到滿

24、足。 I >KA2KA1ABCk1k2 I >IIk B maxl maxl minIop213lO圖3-2 單側(cè)電源線路上無時限電流速斷保護的計算圖為了獲得選擇性，保護裝置KA2的動作電流Iop2必須大于被保護線路AB外部（k2點）短路時的最大短路電流Ik max。實際上k2點與母線B之間的阻抗非常小，因此，可以認(rèn)為母線B上短路時的最大短路電流Ik B max=Ik max。根據(jù)這個條件得到：式中，可靠系數(shù)，考慮到整定誤差、短路電流計算誤差和非周期分量的影響等，可取為1.21.3。由于無時限電流速斷保護不反應(yīng)外部短路，因此，可以構(gòu)成無時限的速動保護（沒有時間元件，保護僅以本身固有

25、動作時間動作）。它完全依靠提高整定值來獲得選擇性。由于動作電流整定后是不變的，在圖3-2上可用直線3來表示。直線3與曲線1和2分別有一個交點。在曲線交點至保護裝置安裝處的一段線路上短路時，Ik>Iop2保護動作。在交點以后的線路上短路時，Ik<Iop2保護不會動作。因此，無時限電流速斷保護不能保護線路全長的范圍。如圖3-2所示，它的最大保護范圍是lmax，最小保護范圍是lmin。保護范圍也可以用解析法求得。無時限電流速斷保護的靈敏度用保護范圍來表示，規(guī)程規(guī)定，其最小保護范圍一般不應(yīng)小于被保護線路全長的15%20%。實驗時可調(diào)節(jié)滑線電阻，找尋保護范圍。電流速斷保護的主要優(yōu)點是簡單可靠

26、，動作迅速，因而獲得了廣泛應(yīng)用。它的缺點是不可能保護線路AB的全長，并且保護范圍直接受系統(tǒng)運行方式變化影響很大，當(dāng)被保護線路的長度較短時，速斷保護就可能沒有保護范圍，因而不能采用。ABCkIABIBCII3Il12lO4t(a)(b)(c)圖3-3 帶時電流速斷保護計算圖 (a)網(wǎng)絡(luò)圖 （b）Ik=f（l）關(guān)系及保護范圍 （c）延時特性 圖中：1Ik=f（l）關(guān)系；2線；3線；4線由于無時限電流速斷不能保護全長線路，即有相當(dāng)長的非保護區(qū)，在非保護區(qū)短路時，如不采取措施，故障便不能切除，這是不允許的。為此必須加裝帶時限電流速斷保護，以便在這種情況下用它切除故障。（2）帶時限電流速斷保護（段）對這

27、個新設(shè)保護的要求，首先應(yīng)在任何故障情況下都能保護本線路的全長范圍，并具有足夠的靈敏性。其次是在滿足上述要求的前提下，力求具有最小的動作時限。正是由于它能以較小的時限切除全線路范圍以內(nèi)的故障，因此，稱之為帶時限速斷保護。帶時限電流速斷保護的原理可用圖3-3來說明。由于要求帶時限電流速斷保護必須保護本線路AB的全長，因此，它的保護范圍必須伸到下一線路中去。例如，為了使線路AB上的帶時限電流速斷保護A獲得選擇性，它必須和下一線路BC上的無時限電流速斷保護B配合。為此，帶時限電流速斷保護A的動作電流必須大于無時限電流速斷保護B的動作電流。若帶時限電流速斷保護A的動作電流用表示，無時限電流速斷保護B的動

28、作電流用表示，則 （3-1）式中，可靠系數(shù)，因不需考慮非周期分量的影響，可取為1.11.2。保護的動作時限應(yīng)比下一條線路的速斷保護高出一個時間階段，此時間階段以Dt表示。即保護的動作時間（Dt一般取為0.5s）。帶時限電流速斷保護A的保護范圍為（見圖3-3）。它的靈敏度按最不利情況（即最小短路電流情況）進行檢驗。即 （3-2）式中，Ik min在最小運行方式下，在被保護線路末端兩相金屬短路的最小短路電流。規(guī)程規(guī)定應(yīng)不小于1.31.5。必須大于1.3的原因是考慮到短路電流的計算值可能小于實際值、電流互感器的誤差等。由此可見，當(dāng)線路上裝設(shè)了電流速斷和限時電流速斷保護以后，它們的聯(lián)系工作就可以保證全

29、線路范圍內(nèi)的故障都能夠在0.5s的時間內(nèi)予以切除，在一般情況下都能夠滿足速動性的要求。具有這種性能的保護稱為該線路的“主保護”。帶時限電流速斷保護能作為無時限電流速斷保護的后備保護（簡稱近后備），即故障時，若無時限電流速斷保護拒動，它可動作切除故障。但當(dāng)下一段線路故障而該段線路保護或斷路器拒動時，帶時限電流速斷保護不一定會動作，故障不一定能消除。所以，它不起遠(yuǎn)后備保護的作用。為解決遠(yuǎn)后備的問題，還必須加裝過電流保護。（3）定時限過電流保護（段）過電保護通常是指其啟動電流按照躲開最大負(fù)荷電流來整定的一種保護裝置。它在正常運行時不應(yīng)該啟動，而在電網(wǎng)發(fā)生故障時，則能反應(yīng)電流的增大而動作。在一般情況下

30、，它不僅能夠保護本線路的全長范圍，而且也能保護相鄰線路的全長范圍，以起到遠(yuǎn)后備保護的作用。為保證在正常運行情況下過電流保護不動作，它的動作電流應(yīng)躲過線路上可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流IL max，因而確定動作電流時，必須考慮兩種情況：其一，必須考慮在外部故障切除后，保護裝置能夠返回。例如在圖3-4所示的接線網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)k1點短路時，短路電流將通過保護裝置5、4、3，這些保護裝置都要啟動，但是按照選擇性的要求，保護裝置3動作切除故障后，保護裝置4和5由于電流已經(jīng)減小應(yīng)立即返回原位。其二，必須考慮當(dāng)外部故障切除后，電動機自啟動電流大于它的正常工作電流時，保護裝置不應(yīng)動作。例如在圖3-4中，k1點短路時，變

31、電所B母線電壓降低，其所接負(fù)荷的電動機被制動，在故障由3QF保護切除后，B母線電壓迅速恢復(fù)，電動機自啟動，這時電動機自啟動電流大于它的正常工作電流，在這種情況下，也不應(yīng)使保護裝置動作。AC325 4B1Mk13QF圖3-4 選擇過電流保護啟動值及動作時間的說明考慮第二種情況時，定時限過電流保護的整定值應(yīng)滿足：式中，Kss電動機的自啟動系數(shù)，它表示自啟動時的最大負(fù)荷電流與正常運行的最大負(fù)荷電流之比。當(dāng)無電動機時Kss=1，有電動機時Kss1?？紤]第一種情況，保護裝置在最大負(fù)荷時能返回，則定時限過電流保護的返回值應(yīng)滿足 （3-3）考慮到，將式（3-3）它改寫為 （3-4）式中，可靠系數(shù)，考慮繼電器

32、整定誤差和負(fù)荷電流計算不準(zhǔn)確等因素，取為 1.11.2?？紤]到Kre=Ire/Iop，所以 （3-5）為了保證選擇性，過電流保護的動作時間必須按階梯原則選擇（如圖3-5）。兩個相鄰保護裝置的動作時間應(yīng)相差一個時限階段Dt。過電流保護靈敏系數(shù)仍采用式（3-2）進行檢驗，但應(yīng)采用代入，當(dāng)過電流保護作為本線路的后備保護時，應(yīng)采用最小運行方式下本線路末端兩相短路時的電流進行校驗，要求Ksen³1.31.5；當(dāng)作為相鄰線路的后備保護時，則應(yīng)采用最小運行方式下相鄰線路末端兩相短路時的電流進行校驗，此時要求Ksen³1.2。定時限過電流保護的原理圖與帶時限過電流保護的原理圖相同，只是整定

33、的時間不同而已。tAAtBt¢BBCtCtCDtDtltotAtB圖3-5 過電流保護動作時間選擇的示意圖2） 電流、電壓聯(lián)鎖保護的作用原理當(dāng)系統(tǒng)運行方式變化很大時，電流保護（尤其電流速斷保護）的保護區(qū)可能很小，往往不能滿足靈敏度要求，為了提高靈敏度可以采用電流、電壓聯(lián)鎖保護。電流、電壓聯(lián)鎖保護可以分為電流、電壓聯(lián)鎖速斷保護，帶時限電流、電壓聯(lián)鎖速斷保護和低電壓起動的過電流保護三種。由于這種保護裝置較為復(fù)雜，所以只有當(dāng)電流保護靈敏度不能滿足要求時才采用。下面主要介紹電流、電壓聯(lián)鎖速斷保護和低電壓起動的過電流保護，帶時限電流、電壓聯(lián)鎖速斷保護，由于實際上很少采用，故不討論。（1）電流電

34、壓聯(lián)鎖速斷保護的工作原理IV<跳閘l1LXsIU123945687UpuI1puIpul²l1l¢電流、電壓聯(lián)鎖速斷保護工作原理可以用圖3-6來說明。保護的電流元件和電壓元件接成“與”回路，因此，只有當(dāng)電流、電壓元件都同時動作時保護才能動作跳閘。圖3-6 無時限電流電壓聯(lián)鎖速斷保護的計算圖1、2、3分別為在最大、正常和最小運行方式下的IK=f(l)關(guān)系曲線；4、5、6分別為在最大、正常和最小運行方式下的UK=f(l)關(guān)系曲線；保護的整定原則和無時限電流速斷保護一樣，躲開被保護線路外部故障。由于它采用了電流和電壓測量元件，因此，在外部短路時，只要有一個測量元件不動作，保

35、護就能保證選擇性。保護的具體整定方法有幾種。常用的是保證在正常運行方式下有較大的保護范圍作為整定計算的出發(fā)點。整定方法：在圖3-6中設(shè)被保護線路的長度為L。為保證選擇性，在正常運行方式時的保護區(qū)為 »0.75 L式中，Krel可靠系數(shù)，取為1.31.4。因此，電流繼電器的動作電流為Ipu=Es/(Rs + R0l1)式中Es系統(tǒng)的等效相電勢；Rs正常運行方式下，系統(tǒng)的等值電阻；R0線路單位長度的電阻。Ipu就是在正常運行方式下，保護范圍末端（K點）三相短路時的短路電流。由于在K點三相短路時，低電壓繼電器也應(yīng)動作，所以它的動作電壓為Upu就是在正常運行方式下，保護范圍末端三相短路時，母

36、線A上的殘余電壓。在此情況，兩個繼電器的保護范圍是相等的。動作電流Ipu和動作電壓Upu分別用直線7和8表示在圖3-6上。該圖上的曲線1、2和3分別表示在最大、正常和最小運行方式下，短路電流IK和l的關(guān)系曲線。曲線4、5和6則分別表示在最大、正常和最小運行方式下，母線A的殘余電壓UK和l的關(guān)系曲線。直線9表示無時限電流速斷保護的動作電流，從圖上可以看到，如果線路上采用無時限電流速斷保護，則它的最小保護范圍為l¢。如果采用無時限電流電壓聯(lián)鎖速斷保護，則其最小保護范圍為l²（由電流元件決定）。顯然l²>l¢。由此可見，采用電流電壓聯(lián)鎖速斷保護大大提高了

37、靈敏度。由圖可見，在被保護線路以外短路時，保護不會誤動作。在較正常運行方式更大的運行方式下，保護的選擇性由低電壓繼電器來保證，因為在此情況，母線A上的殘余電壓UK大于Upu，低電壓元件不會動作。在較正常運行方式更小的運行方式下，保護的選擇性由電流繼電器來保證，因為在此情況下短路電流IK小于Ipu，電流元件不會動作.（2）低電壓起動的過電流保護這種保護只有當(dāng)電流元件和電壓元件同時動作后，才能啟動時間繼電器，經(jīng)預(yù)定的延時后，啟動出口中間繼電器動作于跳閘。低電壓元件的作用是保證在電動機自啟動時不動作，因而電流元件的整定值就可以不再考慮可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流，而是按大于額定電流整定，即低電壓元件的動作

38、值小于在正常運行情況下母線上可能出現(xiàn)的最低工作電壓，同時，外部故障切除后，電動機啟動的過程中，它必須返回。根據(jù)運行經(jīng)驗通常采用Uop=0.7UN式中，UN額定電壓。低電壓元件靈敏系數(shù)的校驗，按下式進行式中，Uk max在最大運行方式下，相鄰元件末端三相金屬性短路時，保護安裝處的最大線電壓。注意：當(dāng)電壓互感器回路發(fā)生斷線時，低電壓繼電器會誤動作。因此，在低電壓保護中一般應(yīng)裝設(shè)電壓回路斷線的信號裝置，以便及時發(fā)出信號，由運行人員加以處理。保護的延時特性以及各段保護的保護范圍示于圖3-7。必須指出，在有些情況下，例如：當(dāng)主保護(段)能保護線路全長時，可以只采用兩段保護（如、段或、段）.ABCltol

39、IAABClIIAlIIIAtIAtIIAtIIIAtIBtIIBtIIIB圖3-7 三段式電流保護的延時特性和保護范圍 3） 復(fù)合電壓啟動的過電流保護復(fù)合電壓起動的過電流保護原理圖參閱圖2-3所示，復(fù)合電壓起動的過電流保護，在不對稱短路時，靠負(fù)序電壓起動低電壓繼電器，而在對稱性故障時，也是靠短時的負(fù)序電壓起動低電壓繼電器，靠繼電器的返回電壓較高來保持動作狀態(tài)的。因此，其靈敏度是比較高的。復(fù)合電壓起動的過電流保護的整定辦法除負(fù)序電壓繼電器的整定外，其余都與前述相同。負(fù)序電壓繼電器的動作電壓可按躲開正常運行時的最大不平衡電壓來整定，通常取 保護裝置的靈敏度的校驗應(yīng)按相同的原始條件，分別求出保護裝

40、置的電流元件和電壓元件的靈敏系數(shù)。通常要求，在遠(yuǎn)后備保護范圍末端短路校驗的靈敏度應(yīng)不小于1.2。這種保護方式，不但靈敏度比較高，而且接線比較簡單，因此，應(yīng)用比較廣泛。3保護的整定值計算 電流電壓保護整定值計算 圖3-1中若取電源線電壓為100V（實際為變壓器副方輸出線電壓為100V），系統(tǒng)阻抗分別為Xs.max=2、XS.N=4、Xsmin=5，線路段的阻抗為10。線路中串有一個2的限流電阻，設(shè)線路段最大負(fù)荷電流為1.2A。無時限電流速斷保護可靠系數(shù)K=1.25，帶時限電流速斷保護可靠系數(shù)為K=1.1，過電流保護可靠系數(shù)K=1.15，繼電器返回系數(shù)Kre=0.85，自啟動系數(shù)Kzq=1.0。根

41、據(jù)上述給定條件：（1）理論計算線路段電流保護各段的整定值計算：（A）（A）（A）=（2）理論計算線路段低壓閉鎖的電流速斷保護的整定值計算為保證速斷保護的選擇性，在正常運行方式下的保護區(qū)設(shè)定為：式中Krel=1.31.4。各元件的整定值為（V）（A）（3）復(fù)合電壓啟動的過電流保護整定值計算根據(jù)上述給定條件，理論計算線路段保護各元件的整定值為：（V）（A）（V）4常規(guī)電流保護的接線方式電流保護常用的接線方式有完全星形接線、不完全星形接線和在中性線上接入電流繼電器的不完全星形接線三種，如圖3-8所示。電流保護一般采用三段式結(jié)構(gòu)，即電流速斷（段），限時電流速斷（段），定時限過電流（段）。但有些情況下，

42、也可以只采用兩段式結(jié)構(gòu)，即段（或段）做主保護，段作后備保護。下圖示出幾種接線方法，供接線時參考。KA1KTKAM2KSKA2KA3KA4KA5KA6KSABCabco（a）完全星形兩段式接線圖KAKTKAMKSKAABCabco （b）不完全星形接線KAKAKAABCabcoKAMKS（c）在中性線上接入電流繼電器的不完全星形接線圖3-8 電流保護常用的幾種接線（三）實驗內(nèi)容DJZ-試驗臺的常規(guī)繼電器都沒有接入電流互感器和電壓互感器，在實驗之前應(yīng)參閱圖3-1的一次系統(tǒng)圖，設(shè)計好保護接線圖，并接好線后才能進行實驗。1正常運行方式實驗（1）三相調(diào)壓器輸出為0V。（2）系統(tǒng)運行方式置于“正?！蔽恢?。

43、（3）按前面介紹的常規(guī)電流保護接線方式進行接線，根據(jù)理論計算值確定各繼電器的整定值大小。（4）合上三相電源開關(guān)，調(diào)節(jié)調(diào)壓器輸出，使屏上電壓表指示從0V慢慢升到100V為止。（5）合上直流電源開關(guān)。（6）合上變壓器二側(cè)的模擬斷路器。此時，負(fù)荷燈泡亮，模擬系統(tǒng)即處于正常運行狀態(tài)。（7）實驗結(jié)束后，使調(diào)壓器輸出回零，最后斷開實驗電源。2短路故障方式實驗（1）三相調(diào)壓器輸出為0V。（2）選擇系統(tǒng)運行方式為最小運行方式。（3）將模擬線路電阻可移動頭放置在中間（50%）位置。（4）按前面介紹的常規(guī)電流保護接線方式進行接線，根據(jù)理論計算值確定各繼電器的整定值大小。（5）退出所有出口連接片。（6）合上三相電源

44、開關(guān)，調(diào)節(jié)調(diào)壓器的輸出，使屏上電壓表指示從0V慢慢升到100V為止。 （7）合上直流電源開關(guān)，合上變壓器二側(cè)的模擬斷路器，此時負(fù)荷燈泡亮(與正常運行方式相同)。（8）合上短路模擬開關(guān)（二相或三相均可）。（9）合上故障模擬斷路器，模擬系統(tǒng)發(fā)生短路故障。此時，根據(jù)短路類型，負(fù)荷燈泡全部熄滅或部分熄滅。電流表指示數(shù)值較大。模擬系統(tǒng)即處于短路故障方式。短路故障發(fā)生后，應(yīng)立即斷開短路操作開關(guān)，以免短路電流過大燒壞設(shè)備。斷開短路操作開關(guān)。即可切除短路故障。（10）實驗結(jié)束后，將故障模擬斷路器斷開，調(diào)壓器輸出調(diào)回零，最后斷開實驗電源。3三相短路時段保護動作情況及靈敏度測試實驗在不同的系統(tǒng)運行方式下，做三段式

45、常規(guī)電流保護實驗，找出段電流保護的最大和最小保護范圍，具體實驗步驟如下：（1）按前述完全星形實驗接線，將變壓器原方CT的二次側(cè)短接，調(diào)段三個電流繼電器的整定值為5.16A，段三個電流繼電器的整定值為2.78A，或者III段整定值為1.62A。（2）系統(tǒng)運行方式選擇置于“最大”，將重合閘開關(guān)切換至“OFF”位置。（3）把“區(qū)內(nèi)”、“線路”和“區(qū)外”轉(zhuǎn)換開關(guān)選擇在“線路”檔(“區(qū)內(nèi)”、“區(qū)外”是對變壓器保護而言的，在線路保護中不使用)。（4）合三相電源開關(guān)，三相電源指示燈亮(如果不亮，則停止下面的實驗)。（5）緩慢調(diào)節(jié)調(diào)壓器輸出，使并入線路中的電壓表顯示讀數(shù)從0V上升到100V為止。（6） 合上直

46、流電源開關(guān)，直流電源指示燈亮(如果不亮，則停止下面的實驗)。（7）合上模擬斷路器，負(fù)載燈全亮。（8）將常規(guī)出口連接片LP2投入，微機出口連接片LP1退出。（9）合上短路選擇開關(guān)SA、SB、SC。（10）模擬線路段不同處做短路實驗。先將短路點置于100%的位置（順時針調(diào)節(jié)短路電阻至最大位置），合上故障模擬斷路器，檢查保護段是否動作，如果沒有動作，斷開故障模擬斷路器，再將短路電阻調(diào)至90%處，再合上故障模擬斷路器，檢查保護段是否動作，沒有動作再繼續(xù)本步驟前述方法改變短路電阻大小的位置，直至保護段動作，然后再慢慢調(diào)大一點短路電阻值，直至段不動作，記錄最后能夠使段保護動作的短路電阻值于表3-1中。（1

47、1）分別將系統(tǒng)運行方式置于“最小”和“正?！狈绞?，重復(fù)步驟（4）至（10）的過程，將段保護動作時的短路電阻值記錄在表3-1中。（12）實驗完成后，將調(diào)壓輸出調(diào)為0V，斷開所有電源開關(guān)。（13）根據(jù)實驗數(shù)據(jù)分析出無時限電流速斷保護最大保護范圍。表3-1 三相短路實驗數(shù)據(jù)記錄表 短路電阻/W運行方式最大最小正常4兩相短路時段保護動作情況及靈敏度測試實驗在系統(tǒng)運行方式為最小時，做三段式常規(guī)電流保護實驗，找出段電流保護的最小保護范圍，具體實驗步驟如下：（1）按前述完全星型實驗接線，將變壓器原方CT的二次側(cè)短接。調(diào)整I段三個電流繼電器的整定值為5.16A，段三個電流繼電器的整定值為2.78A或者段整定值為1.62A。（2）系統(tǒng)運行方式選擇置于“最小”。（3）把“區(qū)內(nèi)”、“線路”和“區(qū)外”轉(zhuǎn)換開關(guān)選擇在“線路”檔。（4）合三相電源開關(guān)，三