自動化-工廠供電-實驗指導書

1、工廠供電實 驗 指 導 書沈陽大學信息工程學院目錄實驗一：10Kv變電站主結(jié)線及其電氣設備的認識 2實驗二：高壓斷路器的結(jié)構(gòu)動作原理及特性分析 7實驗三：單電源610kV線路過電流及電流速斷繼電保護 13實驗四：GL型感應式反時限電流繼電器的結(jié)構(gòu)動作原理及特性分析20實驗五：備用電源自動投入裝置 27實驗六：變電站10kV側(cè)配電系統(tǒng)微機監(jiān)控裝置 33課程編號：11231201 課程類別：專業(yè)必修課適用層次：本科 適用專業(yè)：06自動化課程總學時：48 適用學期：（0809）（2）實驗學時：10 開設實驗項目數(shù)：6撰寫人：陳勃紅 審核人： 教學院長：實驗一：10KV變電站主結(jié)線及其 電氣設備的認識

2、一、實驗目的與要求了解10KV變電站有哪些主要電氣設備及其功能、操作規(guī)程，能按負荷級別擬定變電站主結(jié)線圖，并與實際高壓開關(guān)設備的安裝接線建立對應關(guān)系二、實驗類型演示型三、實驗原理及說明1. 一次系統(tǒng)主結(jié)線：10KV變電站主結(jié)線有線路變壓器組、單母線、單母線分段3種形式，主結(jié)線示意圖如下：在變配電所中，當只有一路電源進線和一臺變壓器時，采用線路變壓器組結(jié)線，圖1所示。供電可靠性不高，它適用于小容量三級負荷、小型工廠或非生產(chǎn)性用戶。圖1圖2 單母線接線 母線又稱匯流排，是用來匯集、分配電能的硬導線，文字符號為W或WB設置母線可方便地把多路電源進線和出線通過電氣開關(guān)連接在一起，提高供電的可靠性和靈活

3、性。 單母線接線又可分為單母線不分段接線、單母線分段接線。 單母線不分段接線。當只有一路電源進線時，常用這種接線方式，如圖2（a）所示。其每路進線和出線中都配有一組開關(guān)電器。斷路器用于通斷正常的負荷電流，并能切斷短路電流。隔離開關(guān)有兩種作用：靠近母線側(cè)的稱母線隔離開關(guān)，用于隔離母線電源和檢修斷路器；靠近線路側(cè)的稱線路側(cè)隔離開關(guān)，用于防止在檢修斷路器時從用戶側(cè)反向送電和防止雷電過電壓沿線路侵人，保證維修人員安全。這種接線當母線或母線側(cè)隔離開關(guān)發(fā)生故障或進行檢修時，必須斷開所有回路及供電電源，從而造成全部用戶供電中斷。適用于對供電可靠性和連續(xù)性要求不高的中、小型三級負荷用戶，或有備用電源的二級負荷

4、用戶。 單母線分段接線。當有雙電源供電時，常采用高壓側(cè)單母線分段接線，如圖2b,c所示。分段開關(guān)可采用隔離開關(guān)或斷路器；母線可分段運行，也可不分段運行。當采用隔離開關(guān)分段時（圖2b），如需對母線或母線隔離開關(guān)檢修，可將分段隔離開關(guān)斷開后分段進行檢修。當母線發(fā)生故障時，經(jīng)短時間倒閘操作將故障段切除，非故障段仍可繼續(xù)運行，只有故障段所接用戶停電。該接線方式的供電可靠性和靈活性較高，可給二、三級負荷供電。 若用斷路器分段（圖2c），除仍可分段檢修母線或母線隔離開關(guān)外，還可在母線或母線隔離開關(guān)發(fā)生故障時，母線分段斷路器和進線斷路器能同時自動斷開，以保證非故障部分連續(xù)供電。這種接線方式的供電可靠性高，運

5、行方式靈活。除母線故障或檢修外，可對用戶連續(xù)供電，但接線復雜，使用設備多，投資大。它適用于有兩路電源進線、裝設了備用電源自動投人裝置，分段斷路器可自動投人及出線回路數(shù)較多的變配電所，可供電給一、二級負荷。本站采用單母線分段主結(jié)線方式，圖2（C）所示。選用9臺GG-1A高壓開關(guān)柜（2臺進線柜、4臺引出線柜、2臺PT柜、1臺分段柜）。2高壓開關(guān)柜：高壓開關(guān)柜是按一定的線路方案將有關(guān)一、二次設備組裝而成的一種高壓成套配電裝置，安裝在高壓配電室內(nèi)，在發(fā)電廠和變配電所中作為控制和保護發(fā)電機、變壓器和高壓線路之用，也可作為大型高壓交流電動機的起動和保護之用，其中安裝有高壓開關(guān)設備、保護電器、監(jiān)測儀表以及母

6、線和絕緣子等。1一母線；2一母線隔離開關(guān)（QS1，GN8-10型）；3一少油 斷路器（QF, SN10-10型）；4電流互感器（TA LQJ-10型）；5一線路隔離開關(guān)（QS2，GN6-10型）；6一電纜頭；7一下檢修門；8一端子箱門；9一操作板；10-斷路器的手動操作機構(gòu)（CS2型）；11一隔離開關(guān)的操動機構(gòu)手柄；12一儀表繼電器屏；13-仁檢修門；14，15一觀察窗日圖3 GG1A（F）07S型高壓開關(guān)柜 高壓開關(guān)柜有手車式（移開式）和固定式兩大類，這些開關(guān)柜均裝設功能完善的“五防”措施：防止誤跳、誤合斷路器；防止帶負荷分、合隔離開關(guān)；防止帶電掛接地線；防止帶接地線合隔離開關(guān)；防止人員誤人

7、帶電間隔。 手車式（又稱移開式）高壓開關(guān)柜 手車式高壓開關(guān)柜有GBC, GFC, KYN、AN等型，這種開關(guān)柜的主要電氣設備如斷路器等是裝在手車上的。斷路器等設備需檢修時，可將故障手車拉出，然后推人同類備用手車，即可恢復供電，因此采用手式開關(guān)柜，較之采用固定式開關(guān)柜，具有檢修安全、供電可靠性高等優(yōu)點，但價格較貴。 固定式高壓開關(guān)柜 固定式高壓開關(guān)柜有GG-1 A（F）、GG-10、GG-15、GSG-1 A、KGN等型，由于比較經(jīng)濟，在一般中小型工廠中被廣泛使用，但故障時需停電檢修，且檢修人員要進人帶電間隔，檢修好后方可供電，延長了恢復供電的時間。GG-IA (F) -07S型固定式高壓開關(guān)柜

8、的結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。3二次系統(tǒng)：本站有控制屏、保護屏、中央信號屏、直流屏、智能儀表柜等設備。安裝在主控室內(nèi)。四、實驗儀器序 號名 稱主要用途1高壓開關(guān)柜一次設備2控制保護屏二次設備3中央信號屏二次設備4直流屏二次設備五、實驗內(nèi)容和步驟1由實驗指導教師介紹10KV變電站的主要電氣設備及其功用。2由實驗指導教師對10KV少油斷路器進行合、分閘操作，了解斷路器的操作機構(gòu)。3操作LWZ六、實驗數(shù)據(jù)處理與分析七、注意事項未經(jīng)老師同意不得擅自操作設備。八、預習與思考題1. 什么叫主結(jié)線？畫出模擬變電站主結(jié)線圖2. 識別母線顏色與相序的對應關(guān)系3掌握隔離開關(guān)與高壓斷路器的作用及其操作次序。實驗二：高壓斷路器

9、的結(jié)構(gòu)動作原理及特性分析一、實驗目的與要求了解10千伏少油斷路器的主要結(jié)構(gòu)及其組成和動作特性。二、實驗類型驗證型三、實驗原理及說明1主要結(jié)構(gòu)SN10-10型少油斷路器是我國統(tǒng)一設計、推廣應用的一種新型少油斷路器。按其斷流容量分，有I、II、III型：I型的斷流容量為Soc=300MVA；II型的斷流容量為Soc500MVA;III型的斷流容量為Soc=750MVA。圖1是SN 1O-10I型高壓少油斷路器的外形圖，其油箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)的剖面圖如圖2所示。SNLO-10型少油斷路器由框架、傳動機構(gòu)和油箱等三個主要部分組成。油箱下部是鑄鐵制成的基座，其中裝有操作斷路器動觸頭（導電桿）的轉(zhuǎn)軸和拐臂等傳動機

10、構(gòu)。油箱中部是采用環(huán)氧樹脂玻璃鋼制成的絕緣桶，內(nèi)部有滅弧室。滅弧室由六塊三聚氰氨滅弧片構(gòu)成三個橫吹口及兩個縱吹油道。油箱上部是鋁帽，內(nèi)有油氣分離室。與上接線端相連的是插座式靜觸頭，靜觸頭由工作觸頭與耐弧觸頭組成。合閘時，導電桿首先接觸的是耐弧觸頭，跳閘時，導電桿最后離開的也是耐弧觸頭，因此，無論斷路器合閘或跳閘，電弧總是在耐弧觸頭與導電桿端部弧觸頭之間產(chǎn)生。為了使電弧能偏向耐弧觸頭，在滅弧室上部靠耐弧觸頭一側(cè)嵌有吸弧鐵片，利用電弧的磁效應把電弧引向耐弧觸頭，以減少工作觸頭的損壞。 斷路器的導電路徑為：上接線端子靜觸頭動觸頭（導電桿）中間滾動觸頭下接線端子。 斷路器的滅弧，主要依賴于如圖3所示的

11、滅弧室。圖4是滅弧室的工作示意圖。 斷路器跳閘時，觸頭分斷產(chǎn)生電弧，油被氣化分解形成氣泡，導致靜觸頭周圍的油壓驟增，迫使逆止閥（鋼珠）上升堵住中心孔。這時電弧在近乎封閉的空間內(nèi)燃燒，從而使滅弧室內(nèi)的油壓迅速增大。當動觸頭繼續(xù)向下運動，相繼打開一、二、三道滅弧溝及下面的油囊時，油氣流強烈地橫吹和縱吹電弧，加之動觸頭向下運動，在滅弧室形成附加油流射向電弧，同時，動觸頭端部的弧根部分總是與下面的新鮮冷油有接觸，進一步改善了滅弧條件。在油氣流的橫吹和縱吹以及機械運動引起的油吹等的綜合作用下，電弧迅速熄滅。 滅弧過程中產(chǎn)生的油氣混合物在油箱上部的油氣分離室旋轉(zhuǎn)分離，氣體從油箱頂部的排氣孔排出，油滴則順著

12、內(nèi)壁流回滅弧室。 SN10-10等型少油斷路器可配用CS2等型手動操作機構(gòu)、CD 10等型電磁操作機構(gòu)或CT7、CT8等型彈簧儲能操作機構(gòu)。操作機構(gòu)的選用應視負荷大小及操作電源情況而定。CD和CT型操作機構(gòu)內(nèi)部都有跳閘和合閘線圈，通過斷路器的傳動機構(gòu)使斷路器動作。電磁操作機構(gòu)需要直流電源操作，彈簧操作機構(gòu)可交、直流操作電源兩用，它們都可以手動，也可以遠距離跳、合閘。1- 鋁帽； 2一上接線端子；3一油標；4一絕緣簡；5下線端子；6基座；7一主軸； 8一框架；9一斷路彈簧圖1 SN10-10型高壓少油斷路器1一鋁帽；2一油氣分離器；3-上接線端子；4一油標；5一插座式靜觸頭；6一滅弧室；7一動觸

13、頭（導電桿）；8一中間滾動觸頭；9一下接線端子；10一轉(zhuǎn)軸；11一拐臂；12一基座；13一下支柱絕緣子；14一上支柱絕緣子；15一斷路彈簧；16一絕緣筒；17一逆止閥；18一絕緣油圖2 SN10-10型高壓少油斷路器的一相油箱內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖4 SN 10-10型高壓少油斷 路器的滅弧室工作意圖l一靜觸頭；2一吸弧鐵片：3一橫吹滅弧溝； 4一縱吹油囊；5一電??；6-動觸頭圖3 SN10-10型高壓少油斷路器的滅弧室 1一第一道滅弧溝；2一第二道滅弧溝； 3一第只道滅弧溝；4一吸弧鐵片1 斷路器動作特性試驗：測量分合閘時間。 斷路器的合閘時間，是指合閘接觸器接通合閘電源起至斷路器動、靜觸頭剛則接觸時

14、止的這段時間，實際上是包括合閘接觸器動作時間在內(nèi)的一段時間。斷路器的分閘時間，是在分閘線圈接通分閘電源起至動、靜觸頭剛剛分離時止所需的這一段時間。它是斷電器本身固有的，不包括其它的動作時間，但在實際運行山還要延長一段滅弧的時間。 動作時間的試驗方法，對低、中速動作的斷路器，一般采用電秒表法測量；對高速的斷路器則用電磁錄波器如SC-10, SC-16型等進行測量。下面僅介紹使用電秒表的試驗方法。四、實驗儀器序 號名 稱主要用途1少油斷路器了解結(jié)構(gòu)2401電秒表斷路器動作特性試驗3單相刀閘斷路器動作特性試驗五、實驗內(nèi)容和步驟合閘時間的測定方法1試驗接線采用401型電秒表時的試驗接線，如圖5所示。2

15、試驗步驟（1）合上交、直流電源，給電秒表和斷路器操作機構(gòu)送電。（2）閉合單相刀閘DK，電秒表開始轉(zhuǎn)動，同時合閘接觸器動作，斷路器合閘。（3）斷路器主觸頭接通后，電秒表停走，它所指示的時間就是本次斷路器的合閘時間。（4）拉開刀閘，記錄時間值。（5）復位電秒表，然后重復試驗三次。固有分閘時間的測定方法1試驗接線試驗接線如圖6所示。 圖5 斷路器合閘時間測定接線圖 圖6斷路器分閘時間測定接線圖 DK單相刀閘； t401型電秒表； GD被試斷路器；GD1斷路器輔助觸點；HC合閘接觸器線圈；TQ斷路器分閘線圈。2試驗步驟（1）合上交、直流電源，給電秒表和斷路器操作機構(gòu)送電。（2）合上刀閘，電秒表開始轉(zhuǎn)動

16、，同時使分閘線圈接通電源，斷路器分閘。（3）斷路器主觸頭分離后，電秒表停走，秒表指示值即為本次試驗的分閘時間。（4）拉開刀閘，記錄時間值。（5）復位電秒表，重復試驗三次。六、實驗數(shù)據(jù)處理與分析計算三次試驗的平均值，即為該斷路器的合閘時間和分閘時間。七、注意事項（1）應選擇質(zhì)量較好的單相刀閘，要求操作靈活、接觸良好。（2）刀閘合閘時，操作速度要快，以保證閉合時兩力同時接通，否則會產(chǎn)生較大的誤差。（3）電秒表的型式較多，試驗前要弄清楚它的試驗接線，避免接錯。（4）斷路器的合閘、分閘線圈及合閘接觸器線圈，均只允許短時通電，試驗時要保證斷路器動作后能立即切斷電源，以防這些線圈通電時間過長而燒環(huán)。八、預

17、習與思考題1. 高壓斷路器的全型號表示和含義是什么？2. 高壓少油斷路器的滅弧介質(zhì)是什么？簡述其滅弧原理。3.為什么少油斷路器在運行時，要注意觀察油標？4.寫出SN1010斷路器的導電回路。實驗三 單電源610kV線路過電流及電流速斷繼電保護一、實驗目的與要求了解供電系統(tǒng)中常用的各種電磁型過電流繼電器的構(gòu)造原理和基本特性。學習調(diào)試各種簡單繼電器的基本技能。了解和掌握定時限過電流及電流速斷保護的實際接線及構(gòu)成原理，并對各段線路動作電流和時間配合的整定情況與動作情況進行觀察、分析二、實驗類型綜合型三、實驗原理及說明1.繼電保護裝置的組成繼電保護裝置是由若干個繼電器組成的，如圖1所示，當線路上發(fā)生短

18、路時，起動用的圖1 繼電保護裝置框圖電流繼電器KA瞬時動作，使時間繼電器KT起動，KT經(jīng)整定的一定時限后，接通信號繼電器KS和中間繼電器KM, KM觸頭接通斷路器QF的跳閘回路，使斷路器QF跳閘。 1. DL-10系列電磁式電流繼電器的結(jié)構(gòu)原理和基本特征KA為電磁式電流繼電器。電磁式電流繼電器在繼電保護裝置中，通常用作起動元件，因此，又稱起動繼電器。常用的D1.-10系列電磁式繼電器的基本結(jié)構(gòu)如圖2所示，其內(nèi)部接線和圖形符號如圖3所示。當線圈3通過電流時，電磁鐵1中產(chǎn)生磁通，力圖使Z型鋼舌簧片2向凸出磁極偏轉(zhuǎn)。與此同時軸4上的彈簧5又力圖阻止鋼舌簧片偏轉(zhuǎn)。當繼電器線圈中的電流增大到使鋼舌簧片所

19、受到的轉(zhuǎn)矩大于彈簧的反作用力矩時，鋼舌簧片便被吸近磁極，使常開觸點閉合，常閉觸點斷開，這就叫繼電器的動作或起動。 能使過電流繼電器動作（觸點閉合）的最小電流稱繼電器的“動作電流”，用Iop表示。 過電流繼電器動作后，減小通人繼電器線圈的電流到一定值時，鋼舌簧片在彈簧作用下返回起始位置（觸點斷開）。使繼電器由動作狀態(tài)返回到起始位置的最大電流，稱為繼電器的“返回電流”，用Ire表示。 繼電器“返回電流”與“動作電流”的比值，稱為繼電器的返回系數(shù)，用Kre表示，即 (1)DL-10系列繼電器的返回系數(shù)一般不小于0.8。 電磁式電流繼電器的動作極為迅速，可認為是瞬時動作，因此，這種繼電器也稱為瞬時繼電

20、器。 電磁式電流繼電器的動作電流調(diào)節(jié)有兩種方法：一種是平滑調(diào)節(jié)，即撥動轉(zhuǎn)桿8（圖2)來改變彈簧5的反作用力矩；另一種是級進調(diào)節(jié)，即改變線圈連接方式，當線圈并聯(lián)時，動作電流將比線圈串聯(lián)時增大一倍。 DL-10系列電磁式繼電器的電流時間特性如圖4所示。 只要通人繼電器的電流超過某一預先整定的數(shù)值時，它就能動作，動作時限是固定的，與外加電流無關(guān)，這種特性稱作定時限特性。1一電磁鐵2-鋼舌簧片3一線圈4一轉(zhuǎn)軸5一反作用彈簧6一軸承7一標度盤仁銘牌）8一起動電流調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)桿9一動觸點10一靜觸點 圖2 DL-10系列電磁式電流繼電器的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖4 電磁式電流繼電器的定時限特性圖3 DL-10系列電磁式電流

21、繼電器的內(nèi)部接線和圖形符號a）DL-11型b) DL-12型c）DL-13型d)集中表示的圖形符號e）分開表示的圖形符號3.KT為電磁式時間繼電器。在繼電保護裝置中，用作時限元件，使保護裝置的動作獲得一定的延時。 供電系統(tǒng)中常用的有DS-110, 120系列電磁式時間繼電器。KS為電磁式信號繼電器。在繼電保護裝置中，用來發(fā)出指示信號，指示保護裝置已經(jīng)動作，提醒運行值班人員注意。供電系統(tǒng)中常用的DX-11型電磁式信號繼電器，有電流型和電壓型兩種，兩者線圈阻抗和反應參量不同。電流型可串聯(lián)在二次回路中而不影響其他二次元件的動作。電壓型因線圈阻抗大，必須并聯(lián)在二次回路內(nèi)。KM為電磁式中間繼電器主要用于

22、各種保護和自動裝置中，以增加保護和控制回路的觸點數(shù)量和觸點容量。它通常用在保護裝置的出口回路中，用來接通斷路器的跳閘回路，故又稱為出口繼電器。4.定時限過電流保護的工作原理 當一次電路發(fā)生相間短路時，當電流增大到整定值，電流繼電器KA、KA2中至少一個瞬時動作，閉合其動合觸點，使時間繼電器KT起動。KT經(jīng)過整定限時后（保證動作的選擇性），其延時觸點閉合，使串聯(lián)的信號繼電器（電流型）KS和中間繼電器KM動作。KM動作后，其觸點接通斷路器的跳閘線圈YR的回路，使斷路器QF跳閘，切除短路故障。與此同時，KS動作，其信號指示牌掉下，接通燈光和音響信號。在斷路器跳閘時，QF的輔助觸點隨之斷開跳閘回路，以

23、切斷其回路中的電流，在短路故障被切除后，繼電保護裝置中除KS外的其他所有繼電器均自動返回起始狀態(tài)，而KS可手動復位。見圖5所示圖5定時限過電流保護的原理展開圖 QF一高壓斷路器 TAI、TA2一電流互感器 KA1、KA2-DI型電流繼電器KT-DS型時間繼電器KS-DX型信號繼電器 KM-D7型中間繼電器同 YR一跳閘線圈動作電流的整定值為： （2）5.電流速斷保護的工作原理 電流速斷保護實際上就是一種瞬時動作的過電流保護。其動作時限僅僅為繼電器本身的固有動作時間，它的選擇性不是依靠時限，而是依靠選擇適當?shù)膭幼麟娏鱽斫鉀Q。 圖6是同時具有電流速斷和定時限電流保護的展開接線圖，圖中KAl、KA2

24、、KT、KS1與KM構(gòu)成定時限過電流保護，KA3、KA4、KS2與KM構(gòu)成電流速斷保護。電流速斷保護裝置比定時限過電流保護裝置少了時間繼電器。 為了保證保護裝置動作的選擇性，電流速斷保護繼電器的動作電流（即速斷電流）Iqb應按躲過它所保護線路末端的最大短路電流（即三相短路電流IK.MAX）來整定。這樣能避免在后一級速斷保護所保護線路的首端發(fā)生三相短路時，可能發(fā)生的誤跳閘。圖6 6-10KV線路定時限過電流和電流速斷保護展開接線原理圖電流速斷保護動作電流的整定值如下： （3）電流速斷保護實際上不能保護線路的全長，稱裝置未保護的區(qū)域為“死區(qū)”。因此，電流速斷保護必須和帶時限的過電流保護配合，在速斷

25、區(qū)內(nèi)，速斷保護作為主保護，過電流保護作為后備保護，而在速斷保護的“死區(qū)”內(nèi)過電流保護為基本保護，按“階梯時間”動作保證選擇性。四、實驗儀器序 號名 稱主要用途1高壓開關(guān)柜觀察繼電保護的動作五、實驗內(nèi)容和步驟1. 按保護原理圖查看保護裝置的元件配置及其接線。2. 學習調(diào)整DL型電磁式過電流繼電器的動作電流，將其兩組線圈分別串聯(lián)和并聯(lián)，并通過調(diào)節(jié)舌片反拉力整定動作電流。3. 調(diào)整時間繼電器的延時時間，各級時限階梯0.5S。4. 利用刀閘模擬短路，觀察各段線路過電流保護裝置的動作及選擇性配合的情況。六、實驗數(shù)據(jù)處理與分析七、注意事項八、預習與思考題1.闡述電流速斷保護為什么存在死區(qū)？如何解決？2.D

26、L-10型電流繼電器的兩個線圈由串聯(lián)改為并聯(lián)時，其動作電流如何變化？3.什么是繼電保護裝置的動作電流、返回電流、返回系數(shù)？4.畫出定時限過電流和電流速斷保護的展開原理接線圖，并簡述其工作原理。5.定時限過電流是怎樣實現(xiàn)動作選擇性的？實驗四 GL型感應式反時限電流繼電器的結(jié)構(gòu)動作原理及特性分析一、 實驗目的與要求了解供電系統(tǒng)中常用的感應型過電流繼電器的構(gòu)造原理和基本特性。學習調(diào)試其動作電流和動作時限的基本技能。了解和掌握反時限過電流及電流速斷保護的實際接線及構(gòu)成原理，并對各段線路動作電流和時間配合的整定情況與動作情況進行觀察、分析。二、 實驗類型綜合型三、實驗原理及說明1. GL感應式電流繼電器

27、。供電系統(tǒng)中常用的GL-10、GL-20感應式電流繼電器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。它由感應系統(tǒng)和電磁系統(tǒng)兩大部分組成。感應系統(tǒng)主要包括線圈七帶短路環(huán)3的鐵心2及裝在可偏轉(zhuǎn)的框架6上的轉(zhuǎn)動鋁盤4等元件。電磁系統(tǒng)主要包括線圈1、鐵心2和銜鐵15。線圈1和鐵心2是兩組系統(tǒng)共用的。1一線圈2一鐵心3一短路環(huán)4一鋁盤5一鋼片6一鋁框架7一調(diào)節(jié)彈簧8一制動永久磁鐵9一扇形齒輪10一蝸桿11一扁桿12一觸點13一時限調(diào)節(jié)螺釘14一速斷電流調(diào)節(jié)螺桿15一銜鐵16一動作電流調(diào)節(jié)插銷圖1感應式電流繼電器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)感應系統(tǒng)的工作原理可參看圖2。當線圈1有電流IKA流過時，鐵心2在短路環(huán)3的作用下，產(chǎn)生在時間和空間位置上

28、不相同的兩個磁通1和2，且1超前于2。這兩個磁通均穿過鋁盤4，根據(jù)電磁感應原理，這兩個磁通在磁盤上產(chǎn)生一個始終由超前磁通1向落后磁通2方向的轉(zhuǎn)動力矩M1。根據(jù)電能表的工作原理可知，此時作用于鋁盤上的轉(zhuǎn)動力矩為 M112siny -（1）式中，y為1與2之間的相位差，此值為一常數(shù)。 由于1IkA ， 2 IKA，且y為常數(shù)，因此M1 I2KA - （2） 在M1的作用下，鋁盤開始轉(zhuǎn)動。鋁盤轉(zhuǎn)動后，切割永久磁鐵8，產(chǎn)生反向的制動力矩M：。由電能表工作原理知，M2 與鋁盤的轉(zhuǎn)速n成正比，即 M2n -（3） 這個制動力矩在某一轉(zhuǎn)速下，與電磁鐵產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動力矩相平衡，因而在一定的電流下保持鋁盤勻速旋轉(zhuǎn)。

29、圖2感應式電流繼電器的轉(zhuǎn)動力矩M1、制動力矩M2 1一線圈2一鐵心3一短路環(huán)4一鋁盤5一鋼片 6一鋁框架7一調(diào)節(jié)彈簧8一制動永久磁鐵 在上述M1和M2的作用下，鋁盤受力雖有使框架6和鋁盤4向外推出的趨勢，但由于受到彈簧7的拉力，仍保持在初始位置，見圖1。 當繼電器線圈的電流增大到繼電器的動作電流時，由電磁鐵產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動力矩亦增大，并使鋁盤轉(zhuǎn)速隨之增大，永久磁鐵產(chǎn)生的制動力矩也隨之增大。這兩個力克服彈簧的反作用力矩，從而使鋁盤帶動框架前偏（圖2），使鍋桿10與扇形齒輪9嚙合，這叫做“繼電器動作”。由于鋁盤繼續(xù)轉(zhuǎn)動，使扇形齒輪沿著蝸桿上升，最后使觸點12切換，同時使信號牌（圖2上未表示）掉下，從觀察

30、孔內(nèi)看到其紅色或白色的信號指示，表示繼電器已經(jīng)動作。通人線圈的電流越大，鋁盤轉(zhuǎn)得越快，扇形齒輪沿蝸桿上升的速度也越快，則動作時間越短，這就是感應式電流繼電器的“反時限特性”，如圖3中曲線的abc部分。隨著電流增大，繼電器鐵心磁路飽和，特性曲線逐漸過渡到“定時限特性”，如圖3中曲線的cd部分。 圖3感應式電流繼電器的反時限特性 這種繼電器還裝有瞬動元件，當流人繼電器線圈的電流繼續(xù)增加到某一預先整定的倍數(shù)（例如為8倍）時，則瞬動元件起動，繼電器的電流時間特性如圖7-13中曲線的cd，這就是“瞬時速斷特性”。因此這種電磁元件又稱為電流速斷元件。動作曲線上對應于開始速斷時間的動作電流倍數(shù)，稱速斷電流倍

31、數(shù)。即 （4）式中I op為感應式電流繼電器的動作電流；Iqb為感應式電流繼電器的速斷電流，即繼電器線圈中使速斷元件動作的最小電流。 實際的GL-10、20系列電流繼電器的速斷電流整定為動作電流28倍，在速斷電流調(diào)節(jié)螺釘上面標度。 感應式電流繼電器的這種有一定限度的反時限動作特性，稱為“有限反時限特性。 繼電器的動作電流則是利用插銷16來選擇插孔位置來進行調(diào)節(jié)，實際上是改變線圈1的匝數(shù)來進行動作電流的級進調(diào)節(jié)，也可利用調(diào)節(jié)彈簧7的拉力來進行平滑的微調(diào)。 繼電器的速斷電流倍數(shù)nqb可利用螺釘14改變銜鐵15與鐵心2之間的氣隙大小來調(diào)節(jié)。氣隙越大，nqb越大。 繼電器感應元件的動作時間（動作時限）

32、，是利用螺桿13來改變扇形齒輪頂桿行程的起點，以使動作特性曲線上下移動。不過要注意，繼電器動作時限調(diào)節(jié)螺桿的標度尺，是以10倍動作電流的動作時限來標度的，也就是標度尺上所標示的動作時間，是繼電器線圈通過的電流為其整定的動作電流的10倍時的動作時間。因此，繼電器實際的動作時間，與實際通過繼電器線圈的電流大小無關(guān)，須從相應的動作特性曲線上去查得。如圖4表示，GL-11、15、21、25系列感應式電流繼電器的電流時間特性曲線族，橫坐標是動作電流倍數(shù)，曲線族上的每根曲線都標明有動作時限，0.5s、0.7s、10s.等，是表示繼電器通過10倍的整定動作電流所對應的動作時限。某繼電器被調(diào)整至10倍整定動作

33、電流時動作時限為2.0s的曲線上時，若其線圈通入3倍的整定動作電流值，可從該曲線上查得此時繼電器的動作時限t op=3.5s。圖4 GL-11、15、21、25系列感應式電流的電流時間特性曲線圖感應式電流繼電器機械結(jié)構(gòu)復雜，精度不高，瞬動時限誤差大，但它的觸點容量大，它同時兼有電磁式電流繼電器、時間繼電器、信號繼電器和中間繼電器的功能，即它在繼電保護裝置中，既能作為起動元件，又能實現(xiàn)延時、給出信號和直接接通跳閘回路；既能實現(xiàn)帶時限的過電流保護，又能同時實現(xiàn)電流速斷保護，從而使保護裝置的元件減少，接線簡單。此外，感應式電流繼電器采用交流操作電源，可減少投資。因而在6 lOkV供電系統(tǒng)中應用廣泛。

34、2. 反時限過電流保護。 反時限，就是保護裝置的動作時間與反應到繼電器中的短路電流的大小成反比關(guān)系，短路電流越大，動作時間越短，所以反時限特性也稱為反比延時特性或反延時特性。其電流時間特性如圖3所示。（1）電路組成及原理。圖5是一個交流操作的反時限過電流保護裝置圖，KAl、KA2為GL型感應式帶有瞬時動作元件的反時限過電流繼電器，繼電器本身動作帶有時限，并有動作及指示信號牌，所以回路不需要時間繼電器和信號繼電器。當一次電路發(fā)生相間短路時，電流繼電器KA、KA2至少有一個動作，經(jīng)過一定時延時后（延時長短與短路電流大小成反比關(guān)系），其常開觸點閉合，緊接著其常閉觸點斷開，這時斷路器跳閘線圈YR因“去

35、分流”而通電，從而使斷路器跳閘，切除短路故障部分。在繼電器去分流跳閘的同時，其信號牌自動掉下，圖5反時限過電流保護的原理電路圖 TAI、TA2一電流互感器KAl、KA2一感應型電流繼電器 YR1、YR2一斷路器跳閘線圈指示保護裝置已經(jīng)動作。在短路故障被切除后，繼電器自動返回，信號牌則需手動復位。一般繼電器轉(zhuǎn)換觸點的動作順序都是常閉觸點先斷開后，常開觸點再閉合。而這種繼電器的常開、常閉觸點，動作時間的先后順序必須是：常開觸點先閉合，常閉觸點后斷開。這里采用具有特殊結(jié)構(gòu)的先合后斷的轉(zhuǎn)換觸點，不僅保證了繼電器的可靠動作，而且還保證了在繼電器觸點轉(zhuǎn)換時電流互感器二次側(cè)不會帶負荷開路。(2）動作電流的整

36、定。動作電流的整定方式與定時限過電流保護相同，只是Krel取1.30。四、實驗儀器序 號名 稱主要用途1高壓開關(guān)柜觀察繼電保護的動作2GL感應式電流繼電器實驗柜觀察繼電保護的動作3自藕變壓器觀察繼電保護的動作五、實驗內(nèi)容和步驟1. 按保護原理圖查看保護裝置的元件配置及其接線。2. 學習調(diào)整GL型感應式過電流繼電器的動作電流（調(diào)節(jié)插銷16和彈簧7）；3調(diào)節(jié)速斷電流調(diào)節(jié)螺桿14整定動作電流倍數(shù)； 4查銘牌上的電流時間特性曲線，確定10倍動作電流時的動作時限，利用螺桿13標度尺整定。利用刀閘和自藕變壓器模擬短路，觀察各段線路過電流保護裝置的動作及選擇性配合的情況。六、實驗數(shù)據(jù)處理與分析七、注意事項八

37、、預習與思考題1.說明GL型感應式電流繼電器的優(yōu)缺點及其適用場所。2.簡述反時限過電流保護的工作原理。3.反時限過電流是怎樣實現(xiàn)動作選擇性的？如何整定各級的動作時間保證階梯時限原則？實驗五 備用電源自動投入裝置一、 實驗目的與要求加深對備用電源自動投入裝置基本要求的理解，了解和掌握備用電源自動投入裝置的實際接線及構(gòu)成原理，并對兩段母線互為備用APD裝置及分段斷路器過電流保護裝置動作電流的整定情況與動作情況進行觀察、分析。二、 實驗類型綜合型三、 實驗原理及說明在工業(yè)企業(yè)供電系統(tǒng)中，為了保證不間斷供電，常采用備用電源的自動投入裝置(APD)，當工作電源不論由于何種原因而失去電壓時，備用電源自動投

38、人裝置能夠?qū)⑹ル妷旱碾娫辞袛?，隨即將另一備用電源自動投人以恢復供電，因而能保證一類負荷或重要的二類負荷不間斷供電，提高供電的可靠性。 APD裝置應用的場所很多，如用于備用線路、備用變壓器、備用母線及重要機組等。使用較廣泛的有下述兩種備用電源自動投入裝置： 圖1(a）是有一條工作線路和一條備用線路的明備用情況，APD裝在備用進線斷路器上。正常運行時，備用電源斷開，當工作線路一旦失去電壓后便被APD切除，隨即將備用線路自動投人。 圖1(b)為兩條獨立的工作線路分別供電的暗備用情況，APD裝在母線分段斷路器上，正常運行時分段斷路器斷開，當其中一條線路失去電壓后，APD能自動將失壓線路的斷路器斷開，

39、隨即將分段斷路器自動投人，讓非故障線路供應全部負荷。 圖1備用電源自動投人示意圖（a)明備用；(b)暗備用 對APD裝置的基本要求如下：1)當工作電源上的電壓不論因何種原因消失時，APD均應動作，而且應保證在工作電源斷開后再投人備用電源；2)常用電源因負荷側(cè)故障被繼電保護切斷或備用電源無電時，APD均不應動作；3）應保證APD裝置只動作一次，這是為了避免將備用電源多次投人到具有永久性故障的線路上。 4）電壓互感器的熔絲熔斷或其刀閘拉開時，APD裝置不應誤動作； 5)常用電源正常停電操作時，APD裝置不準動作，以防備用電源投人。 圖2為10kV電源互為明備用的互投裝置原理接線圖。圖中QF1 、Q

40、F2為兩路電源進線的斷路器，其操作機構(gòu)可用交流亦可用直流，操作電源由兩組電壓互感器ITV、2TV提供。這種接線能夠作到兩路電源互為備用、互投。其動作情況簡述如下： 假定電源1為常用電源，QF1處于合閘狀態(tài)，Q F2處于分閘狀態(tài)，電源2為備用電源。正常運行時，ITV和2TV均帶電，則1KV一4KV動作，其常閉觸點打開，切斷了APD裝置啟動回路的時間繼電器1KT。采用2只電壓繼電器使其觸點串聯(lián)，是預防電壓互感器一相熔絲熔斷而使APD誤動作。 當一路電源因事故停電后，則電壓繼電器1KV及2KV的常閉觸點接通，啟動時間繼電器1 K T,經(jīng)過預先整定的時間t后，1KT動作，通過信號繼電器1KS使斷路器Q

41、Fl跳閘。QF1跳閘后，其常閉輔助觸點閉合，再通過防跳躍中間繼電器2KM的常閉觸點，使斷路器Q F2合閘，備用電源2開始供電。QF2合閘后，其常開輔助觸點將2KM啟動并使其自保持，因而保證了QF2只動合一次，此即為“防跳躍閉鎖”。 該電路由于采用交流操作電源，因此在常用電源消失、而備用電源又無電時，也就無操作電源，可保證APD裝置不應動作的要求。當QF1因電流保護跳閘時，為防止QF2會自動投人，致使第二路電源再投人故障點，QF1上裝設的過電流繼電器觸點串入QF2的合閘回路，這樣QF1因保護動作跳閘時，能閉鎖Q F2的合閘回路。QF2便不會投人到故障點去。儲能回路圖2 明備用兩路電源互投展開圖和

42、操作電源切換裝置原理圖 圖3為10kV電源互為暗備用的APD裝置原理接線圖。其工作原理去如下：圖3 10kV兩路電源互為暗備用的APD裝置原理接線圖當其中一條線路G1（或G2）失去電壓后，低電壓繼電器1KV、2KV（3KV、4KV）失電，其常閉觸點閉合，同時另一路線路完好，4KV（2KV）有點，其常開觸點閉合，經(jīng)斷路器輔助觸點1QF（2QF）接通時間繼電器線圈，其常開延時閉合觸點閉合，使跳閘線圈1YA（2YA）得電，跳開故障進線斷路器1QF（2QF），1QF、2QF常閉輔助觸點并聯(lián)串入分段斷路器3QF合閘回路，3QF合閘。 若在母線下級發(fā)生故障，使I、（II）段母線失壓， 3QF備自投后，則在

43、繼電保護裝置的作用下跳閘。即1KA、2KA動作，其常開觸點閉合，經(jīng)中間繼電器KM、KB（表示兩路進線都有電）、KS信號繼電器、3QF常開輔助觸點，使分段斷路器跳閘線圈3YA得電跳閘。四、實驗儀器序 號名 稱主要用途1高壓開關(guān)柜（分段柜）2高壓開關(guān)柜（進線柜）四、 實驗內(nèi)容和步驟一回路合閘，即601合閘二回路合閘，即602合閘兩路電源線路同時帶電，分段斷路器即603斷開。操作模擬臺601失壓按鈕，601失壓跳閘，同時603合閘，紅燈閃亮，光字牌顯示，警鈴響。復位，操作完畢。六、實驗數(shù)據(jù)處理與分析七、注意事項八、預習與思考題1.什么是備用電源自動投入裝置？作用是什么？應滿足那些基本要求？2.當兩路

44、電源為明備用或暗備用時，APD裝置如何設置實驗六 變電站10kV側(cè)配電系統(tǒng)微機監(jiān)控裝置一、 實驗目的與要求了解變電站綜合自動化的網(wǎng)絡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及微機監(jiān)控的主要功能。了解3720ACM高級電力智能監(jiān)測儀的主要技術(shù)性能和其基本操作方法。二、 實驗類型綜合型三、 實驗原理及說明1.變電所綜合自動化。變電所綜合自動化是將變電所二次回路設備包括控制、信號、測量、保護、自動及遠動裝置等，利用計算機技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù)，經(jīng)過功能組合和優(yōu)化設計，對變電所執(zhí)行自動監(jiān)視、測量、控制和調(diào)節(jié)的一種綜合性自動化系統(tǒng)。它是變電所的一種現(xiàn)代化技術(shù)裝備，是自動化和計算機、通信技術(shù)在變電所中的綜合應用。它可以收集比較齊全的數(shù)據(jù)和

45、信息，有計算機的高速運算能力和判斷功能，可以方便地監(jiān)視和控制變電所內(nèi)各種設備的運行和操作。它具有不同程度的功能綜合化，設備及操作、監(jiān)視微機化，結(jié)構(gòu)分布分層化，通信網(wǎng)絡光纜化及運行管理智能化等特征。變電所綜合自動化為變電所的小型化、智能化、擴大監(jiān)控范圍及變電所安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟地運行，提供了現(xiàn)代化手段和基礎(chǔ)保證。它的應用將為變電所無人值班，提供強有力的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控支持，在此基礎(chǔ)上可實現(xiàn)高水平的無人值班變電所的運行管理。綜合自動化系統(tǒng)分集中式、分布式和分散（層）分布式等組態(tài)模式。圖1 分散（層）分布式組態(tài)模式的變電所綜合自動化系統(tǒng)示意圖分散（層）分布式。分散（層）分布式系統(tǒng)，從邏輯上將變

46、電所綜合自動化系統(tǒng)分為兩層，即變電所層（所級測控主單元）和間隔層間隔單元。間隔層中各數(shù)據(jù)采集、控制單元( I/O)單元）和保護單元就地分散安裝在開關(guān)柜上或其他一次設備附近，各個單元的設備相互獨立，僅通過通信網(wǎng)互聯(lián)，并與所級測控主單元通信聯(lián)系。這種組態(tài)模式集中了分布式的全部優(yōu)點，并大大精簡了二次設備和二次電纜，節(jié)約了土建投資。系統(tǒng)本身配置靈活，可以一部分集中在控制室內(nèi)，另一部分集中在高、低壓配電室內(nèi)分別組屏。系統(tǒng)具有很好的可擴展性和維護性，是目前國內(nèi)外變電所綜合自動化結(jié)構(gòu)中最受歡迎的比較先進的模式之一。 分散（層）分布式組態(tài)模式的變電所綜合自動化系統(tǒng)示意圖如圖1所示。2.3720ACM電力智能監(jiān)

47、控儀。 3720 ACM是一種微機型數(shù)字式三相“高級電力監(jiān)測儀”，可用于工業(yè)、商業(yè)、民用電力輸送系統(tǒng)的配電裝置和各變電站中。它將電源測試、保護、控制等功能集中到一個簡便經(jīng)濟的裝置中，它可完全取代常規(guī)電磁設備，代替了大量單個的變送器和儀表。 該裝置采用12M，16位單片機作為微處理器，有非常高的處理速度，所以能實現(xiàn)復雜的實時處理工作。其內(nèi)部的16位CPU使其既能單獨完成電力測量與控制任務，又能作為一個多功能的RTU工作于一個大型網(wǎng)絡。多種輸入輸出量 3720 ACM能應用于各種配電系統(tǒng)、包括4線星形接線、3線三角形接線和單相系統(tǒng)。除輸入三相電壓和電流外，還可接入第4路電流輸入。當系統(tǒng)接有非線性負

48、載時，奇次諧波無法消除，中性線電抗器上將產(chǎn)生明顯的電流，3720 ACM允許接入第四路電流可以被選作測量此中性線電感上的電流，或者用來測接地電流。利用它的高速定值越限控制可提供可靠的接地保護。接入電壓、電流量時無需中間變送器，電壓低于347/600V的系統(tǒng)無需接PT，對更高電壓等級的系統(tǒng)，PT二次側(cè)額定電壓為120VAC。電流輸入可采用副方額定輸出為5安的CT接入線路（還有一種1安電流的配置）。超范圍測量可在125%到1000%之間選擇。圖2所示為4線星形系統(tǒng)的接線示意圖（接3個PT）。一路附助電壓輸入可用來測量一個外部變化量，例如變壓器溫度或電池水平。輸入范圍為0-1伏。一路附助電流輸出可輸出正比于與測量量的。0-20 mA（或4一20 mA）的電流。 四路開關(guān)量輸入可用來測量斷路器的狀態(tài)、接地故障繼電器狀態(tài)、或其他外部干接點的開合。這幾路輸入還可用作脈沖計數(shù)，測量轉(zhuǎn)速和運行時間等等。其內(nèi)部有一個30伏直流電源提供自激，用于接點無壓的情況。有電壓的接點測量可選擇外部激勵配置。 圖2 用于4線星形系統(tǒng)的接線示意圖（接3個PT） 輸出量還包括面板上3組10安c型干觸點繼電器，可由用戶編制的定值越限系統(tǒng)控制，或者通過通訊方式手動控制。這些繼電器既可用于簡單的報警操作，也可用于完圖3 3720ACM后板接線端子視圖整的自動控制系統(tǒng)，功率因數(shù)或負載控制