功率方向繼電器實(shí)驗(yàn)講稿

1、實(shí)驗(yàn)2:功率方向繼電器實(shí)驗(yàn)講稿實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)會(huì)運(yùn)用相位測(cè)試儀測(cè)量電流電壓之間的相角方法。2、掌握功率方向繼電器的動(dòng)作特性，接線方式與動(dòng)作特性的實(shí)驗(yàn)方法。LG-11型功率方向繼電器簡(jiǎn)介1、LG-11型功率方向繼電器的工作原理LG-11型功率方向繼電器是目前廣泛應(yīng)用的整流型功率方向繼電器，其比較幅值的兩電氣量動(dòng)作方程:kk 1 mkyUmkk 1 mky繼電器的接線如圖2-1所示，其中圖A為繼電器的交流回路圖,也就是比較電氣量的電壓形成回路， 參加繼電器的的電流為I m，電壓為Um，電流Im通過(guò)電抗變壓器DKB的一次繞組 W1二次繞組 W2和W3端獲得電壓分量KkIm，它超前電流Im的相角就是轉(zhuǎn)移

2、阻抗Kk的阻 抗角k，繞組W4用來(lái)調(diào)整k的數(shù)值，以得到繼電器的最靈敏角。電 壓Um經(jīng)過(guò)電容C1接入中間變壓器YB的一次繞組 W1由兩個(gè)二次繞 組W2和W3獲得電壓分量KyUm。KyUm超前Um的相角90度。DKB和 YB標(biāo)有 W2的兩個(gè)二次繞組的聯(lián)接方式如下列圖，得到動(dòng)作電壓? ? ? ?Kk Im KyUm,加于整流BZ1輸入端；DKB和YB標(biāo)有W3的兩個(gè)二次繞? ? ? ?組的聯(lián)接方式如下列圖，得到制動(dòng)電壓 KK Im KyUm，加于整流橋BZ2 端。圖b為幅值比較回路，它按循環(huán)電流式接下，執(zhí)行元件采用 極化繼電器JJ。繼電器的最大靈敏角的調(diào)整是利用改變變壓器DKB第三個(gè)二次繞組W4所接的

3、電阻值來(lái)實(shí)現(xiàn)的，繼電器的角900 k，當(dāng)接入電阻R3時(shí)，阻抗角 k 60°,300；當(dāng)接入電阻R4時(shí)k 45°, 450；。因此，繼電器的最大靈敏角sen ，并可以調(diào)整為兩個(gè)數(shù)字，一個(gè)為 -30。，另一個(gè)為-45 °。當(dāng)在保護(hù)安裝處于正向出樓發(fā)生相間短路時(shí)， 相間電壓幾乎降為 0值，這時(shí)功率方向繼電器的輸入電壓 Um 0，由于功率方向繼電器 的動(dòng)作需克制執(zhí)行的機(jī)械反作用力矩，也就是說(shuō)必須消耗一定的功率盡管這一功率消耗不大。因此必須滿足條件 uA Ub|。所以在 Um=0的情況下，功率方向繼電器動(dòng)作不了。因而產(chǎn)生了電壓死區(qū)。 為了消除電壓死區(qū)，功率方向繼電器的電壓回

4、路需要加設(shè)記憶回路， 就是需要電容C1與中間變壓器YB的繞組電感構(gòu)成對(duì)50HZ串聯(lián)諧振 電路。這樣當(dāng)電壓突然降低為Um=0時(shí)，該回路中的電流并不立即消 失，而是按50HZ諧振電路的頻率，經(jīng)過(guò)幾個(gè)周波后，逐漸衰減為 0。 而這個(gè)電流與故障前的電壓同相，并且在諧振衰減過(guò)程中維持相位不 變化。因此，相當(dāng)于記住了短路前的電壓的相位，所以稱(chēng)為記憶回路。由于電壓回路有了記憶回路的存在，相當(dāng)于繼電器的電壓為Um=0時(shí)，在一定的時(shí)間YB的二次繞組端紐有電壓分量的存在， 就可 以繼續(xù)進(jìn)展幅值的比較，因而消除了在正方向的出口短路時(shí)繼電器的 電壓死區(qū)。在整流比較回路中電容 C2和C3主要是濾除二次諧波，C4用來(lái)濾除

5、咼次諧波圖2-1 LG-11功率方向繼電器原理接線圖2、功率方向繼電器的動(dòng)作特性繼電器的動(dòng)作特性如圖2-2所示。臨界動(dòng)作條件為垂直于最大靈 敏線通過(guò)原點(diǎn)的一條直線，動(dòng)作區(qū)為帶有陰影線的半平面圍。電流的相位可以改變，當(dāng)與最大靈敏線重合時(shí)，即處于靈敏角sen 的情況下，電壓分量KkIm與超前Um為90度相角的電壓分量KyUm相重合。通常功率方向繼電器的動(dòng)作特性還有下面 2種表示方法：1角度特性：表示Im固定不變，繼電器的動(dòng)作電壓Up.f ( m) 的關(guān)系曲線，理論上此特性可以用圖2-3所表示，理想情況下動(dòng)作圍 位于為sen中心的90度以。在此動(dòng)作圍，繼電器的最小起動(dòng)電壓 Upur.min根本上與r

6、無(wú)關(guān)，參加繼電器的電壓為U阿聞時(shí)，繼電器 不能起動(dòng)，這就是出現(xiàn)電壓死區(qū)的原因。T20-30勺 rf60°圖2-3功率方向繼電器的角度特性=30°2伏安特性：表示當(dāng) 皿sen固定不變時(shí)，繼電器的啟動(dòng)電壓Upu.r f(lm)的關(guān)系曲線。在理想情況下，該曲線平行與兩個(gè)坐標(biāo)軸， 如圖2-4所示，只要參加繼電器的電流和電壓分別大于最小啟動(dòng)電流 I和最小啟動(dòng)電壓U 繼電器就可以動(dòng)作。其中丨之值取決 于在電流回路中形成方波時(shí)所要參加的最小電流。Ipu. r.minIm圖2-4功率方向繼電器的伏安特性在分析功率方向繼電器的動(dòng)作特性時(shí)，還要考慮繼電器的“潛動(dòng)問(wèn)題。功率方向繼電器可能出現(xiàn)電流

7、潛動(dòng)和電壓潛動(dòng)兩種。所謂電壓潛動(dòng)，就是功率方向繼電器僅參加電壓時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)作。 產(chǎn)生電壓潛動(dòng)的原因是由于中間變壓器 YB的兩個(gè)二次繞組 W3 W4的 輸出電壓不等，當(dāng)動(dòng)作回路YB的W2端電壓分量kj；大于制動(dòng)回路YB 的W3電壓分量kkUm時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電壓潛動(dòng)現(xiàn)象。為了消除電壓潛動(dòng)， 可調(diào)整制動(dòng)回路中的電阻 R3,使Im=0時(shí)，加于兩個(gè)整流輸入端的電 壓相等，因而消除電壓潛動(dòng)。所謂電流潛動(dòng)，就是功率方向繼電器僅通過(guò)電流 產(chǎn)生的動(dòng)作， 產(chǎn)生電流潛動(dòng)的原因是由于電抗變壓器 DKB兩個(gè)二次繞組 W2 W3的 電壓分量不相等，當(dāng)W2電壓分量大于 W3電壓分量時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電流 潛動(dòng)。為了消除電流潛動(dòng)，可調(diào)

8、整動(dòng)作路中的電阻 R1,使Um=加于 兩個(gè)整流橋輸入端的電壓相等，因而消除了電流潛動(dòng)。發(fā)生潛動(dòng)的巨大危害是在反方向出口處三相短路時(shí)，此時(shí)U件0,Im很大，方向繼電器本應(yīng)該將保護(hù)裝置閉瑣，如果此時(shí)出現(xiàn)了潛動(dòng)， 就可能使保護(hù)裝置失去方向性而誤動(dòng)作。3、相間短路功率方向繼電器的接線方式由于功率方向繼電器的主要任務(wù)是判斷短路功率的方向，因此對(duì) 其接線方式應(yīng)該提出如下要求。1正方向任何形式的故障都能動(dòng)作， 而反方向故障不能動(dòng)作。2故障以后參加繼電器的電流Ir和電壓Ur應(yīng)盡可能的大一些， 并盡可能的使r接近最靈敏角sen，以便消除和減小方向繼電器的死 區(qū)。為了滿足以上要求功率方向繼電器廣泛采用90度接線的

9、方式，所謂90度接線的方式是指在三相對(duì)稱(chēng)的情況下，當(dāng) cos 1時(shí)，參加 繼電器的電流Ia和電壓Uab，相交差90度。如圖2-5所示，這個(gè)定義 僅僅為了稱(chēng)呼的方便，沒(méi)有什么物理意義。Uai圖2-5 cos 1時(shí)Ia、u bc的向量圖采用這種接線方式時(shí)，三個(gè)繼電器分別接于Ia、Ubc、Ib、Uca、lc、Uab而構(gòu)成三相式方向過(guò)電流保護(hù)接線圖，在此順便指出對(duì)功率方向繼電器的接線，必須十分注意電流線圈和電壓線圈的極性問(wèn)題，如果有一個(gè)線圈的極性接錯(cuò)就會(huì)出現(xiàn)正方向拒動(dòng)，反方向誤動(dòng)作的現(xiàn) 三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備序號(hào)設(shè)備名稱(chēng)使用儀器名稱(chēng)數(shù)量1控制屏12EPL-09繼電器+一功率方向繼電器13EPL-11交流電壓表1

10、4EPL-12交流電流表15EPL-15電秒表、相位儀16EPL-17三相電源17EPL-18直流電壓與母線18EPL-20變壓器與單向可調(diào)電源1四、實(shí)驗(yàn)容本實(shí)驗(yàn)采用的實(shí)驗(yàn)原理如圖2-6所示。圖中，380伏交流電源經(jīng) 調(diào)壓器和移相器的調(diào)整后，由 BC相分別輸入功率方向繼電器的電壓 線圈，A相電流輸入到繼電器的電流線圈，注意同名端方向。1、熟悉LG-11功率方向繼電器的原理接線和相位儀器的試驗(yàn)原 理。移相器的輸出信號(hào)從EPL-17面板的移相輸出端引出，送到相位 儀和功率方向繼電器的電流信號(hào)從 EPL-20面板下部的單相調(diào)壓器3, 4端引出，電壓信號(hào)那么根據(jù)電壓的大小或直接從相角引出，或經(jīng)過(guò) EP

11、L-20的Ti降壓變壓器引出。圖中用虛線特別說(shuō)明。特相B5Q圖2-6實(shí)驗(yàn)原理接線圖2、按實(shí)驗(yàn)線路接線，圖，分別和 Ti變壓器的1, 2端連，和 Ti變壓器的3, 4端斷開(kāi)，并檢查確認(rèn)兩個(gè)調(diào)壓器的按紐處于逆時(shí)針 到底的位置。1用相位儀檢查接線極性是否正確。將相位器調(diào)到0度，依次合上220伏電源和電秒表的開(kāi)關(guān)，按下 線路和電源控制“閉合開(kāi)關(guān)，同時(shí)順時(shí)針緩慢調(diào)節(jié)EPL-20的單相調(diào)壓器和桌面上的三相調(diào)壓器，觀察電壓表和電流表的讀數(shù)，當(dāng)電流 為1A,電壓為20伏時(shí)，觀察相位器讀數(shù)是否正確，假設(shè)不正確，那 么說(shuō)明輸入電流和電壓的相位不正確，分析原因，并改正。2檢查功率繼電器是否有潛動(dòng)現(xiàn)象電壓潛動(dòng)現(xiàn)象：將

12、電流回路開(kāi)路，可通過(guò)斷開(kāi)5電阻和變壓器T2的3端連接實(shí)現(xiàn)。調(diào)節(jié)桌面上的三相調(diào)壓器對(duì)電壓回路參加 110伏 電壓，用萬(wàn)用表測(cè)量極化繼電器 KP的兩端之間的電壓，假設(shè)小于0.1 伏，那么說(shuō)明無(wú)電壓潛動(dòng)。3、用實(shí)驗(yàn)法測(cè)LG-1板整流型功率方向繼電器角度特性， 并找出 繼電器的最大靈敏角和最小動(dòng)作電壓。按實(shí)驗(yàn)線路接線將，分別和 Ti變壓器的1, 2端連，和Ti變 壓器的3, 4端斷開(kāi)，并檢查確認(rèn)兩個(gè)調(diào)壓器的按紐處于逆時(shí)針到底 位置。1順時(shí)針調(diào)節(jié)EPL-20的單相調(diào)壓器，使得電流表的讀數(shù)為 1A，并在以后的實(shí)驗(yàn)中保持不變。2順時(shí)針調(diào)節(jié)桌面上的三相調(diào)壓器旋紐，使得交流調(diào)壓器的 讀數(shù)為100伏，觀察光示牌的

13、的動(dòng)作情況：a假設(shè)光示牌亮，那么順時(shí)針搖動(dòng)移相器手柄，同時(shí)觀察相 位儀的讀數(shù)，讀出當(dāng)光示牌從亮到滅時(shí)移相器的角度并填入表，再反向搖動(dòng)移相器手柄，直到光示牌重新亮，讀出當(dāng)光示牌再次滅時(shí)相位 儀的讀數(shù)。b假設(shè)光示牌滅，可參考上述方法分別讀出兩個(gè)臨界角度。3逆時(shí)針調(diào)節(jié)桌面上的三相調(diào)壓器旋紐，當(dāng)電壓分別為80V,50V, 30，20V,按上述方法搖動(dòng)移相器手柄，讀出兩個(gè)臨界角度。并 填入表2-1 o4改變接線方式，斷開(kāi)7, 8和T1變壓器的3, 4端，然后調(diào) 節(jié)三相調(diào)壓器當(dāng)電壓表讀書(shū)分別為 10V, 5V, 2.5V, 2V時(shí)，繼電器動(dòng) 作的臨界角度。注意：由于電壓低時(shí)，改變電壓對(duì)臨界角度的影響較大，

14、所以 要求盡可能在搖動(dòng)移相器手柄時(shí)，同時(shí)調(diào)節(jié)三相調(diào)壓器，使得輸出電 壓保持不變化。相位儀要求一定的輸入電壓。5保持電流為1A不變化，通過(guò)移相器改變相角，測(cè)量不同相 角情況下的繼電器動(dòng)作的最小動(dòng)作電壓并填入表2-2。注意：當(dāng)移相角調(diào)到一定角度后，調(diào)節(jié)三相調(diào)壓器改變輸出電壓 會(huì)對(duì)相角產(chǎn)生影響，所以要對(duì)移相器和調(diào)壓器進(jìn)展同時(shí)調(diào)節(jié)以確保數(shù) 據(jù)準(zhǔn)確。6繪出功率方向繼電器的角度特性。7計(jì)算繼電器的最大靈敏角度并繪制角度特性曲線，并標(biāo)明 動(dòng)作區(qū)。4、用實(shí)驗(yàn)作出功率方向繼電器的伏安特性 Upu f(Ir)和最小動(dòng)作 電壓。1搖動(dòng)移相器手柄使得角度為-45。，保持不變。2調(diào)節(jié)三相調(diào)壓器的電壓到100伏不變。3調(diào)

15、節(jié)EPL-20的單相調(diào)壓器，改變輸出電流，記下使得繼電 器動(dòng)作的值記入表2-3。4參考步驟三，分別調(diào)節(jié)三相調(diào)壓器的電壓到 80V, 50V, 30V, 20V, 10V, 5V, 2.5V，2V，改變輸入電流使得繼電器動(dòng)作，記下電流 的值。5注意找出使得繼電器動(dòng)作的最小電壓和電流6繪制出特 性曲線五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與處理表1角度特性Upu f()實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)U(V)100805030201052.521040.538.0 037.0 037.5 036.5 036.0 035024.5 021020-128.5-129.5 0-130 0-130.5 0-131 0-1250-125.5 0-117.5

16、 0-115 0表2角度特性 f (U min)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)-120 0-1000-80 0-600-40 0-20 0-00200300Umin (V)4.62.01.31.391.371.51.973.496.12表3伏安特性Up. f(i )實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)U Pu(V)100805030201052.52ir(A)0.1350.1290.1240.1240.1230.1270.1250.1220.129六、實(shí)驗(yàn)思考題1、功率方向繼電器為什么會(huì)有死區(qū)？應(yīng)該如何消除死區(qū)？ 答：當(dāng)正方向出口附近短路接地，故障相對(duì)地的電壓很低功率方向不 能動(dòng)作，所以存在死區(qū)。采用 90°接線就可以消除死區(qū)的存在。2、用相量圖分析功率方向繼電器的電壓，電流極性發(fā)生變化對(duì)動(dòng)作 特性的影響？答：分析接線時(shí)，當(dāng)某相間短路功率方向元件電流極性接反時(shí)，正方? ?向三相短路時(shí)，繼電器的輸入電壓U r與輸入電流I r的相位角?r 180 m，從圖中可以看出負(fù)Ir落在繼電器的動(dòng)作區(qū)外，所以繼 電器不能動(dòng)作。嚴(yán)大靈敏封渤作區(qū)仏3、LG-11整流型功率方向繼電器的動(dòng)作是否等于180度？為什么？答：不為180度，因?yàn)榇嬖?/p>