12《電力系統(tǒng)繼電保護試驗》試驗指導書

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《電力系統(tǒng)繼電保護》

實驗指導書

適用專業(yè)：電氣工程及其自動化

撰寫人：盧衛(wèi)青審核人：方敏

安徽三聯(lián)學院電子電氣工程學院

目錄

試驗本卷須知2試驗一電流互感器與電壓互感器的接線方式試驗3試驗二模擬系統(tǒng)正常、最大、最小運行方式試驗5試驗三限時電流速斷保護試驗7試驗四試驗五試驗六

變壓器電流速斷保護試驗9自動重合閘前加速保護試驗13電動機的速斷保護試驗18

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試驗本卷須知

試驗是教學的重要環(huán)節(jié)之一，通過試驗可以穩(wěn)定和豐富已學到的理論知識，發(fā)現(xiàn)和探討試驗中出現(xiàn)的新問題；培養(yǎng)實事求是、科學嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L；并能進一步培養(yǎng)試驗技能，為學生今后走上工作崗位打下良好基礎(chǔ)。

為保證明驗正常順利進行，保證明驗教學質(zhì)量，試驗者應(yīng)遵循以下規(guī)定：1、試驗前做好充分預習，明確試驗目的、要求、方法、和步驟。2、通電前，必需經(jīng)老師檢查電路接線，確認無誤后，方可通電試驗。3、愛護計算機及試驗設(shè)備，未搞清使用方法之前，不準隨便使用。

4、試驗中要隨時注意現(xiàn)象的觀測，假使發(fā)生故障或異常（保險熔斷，表計指示不正常，電路出現(xiàn)冒煙等），必需馬上斷開電源，并告知老師。

5、對違反操作規(guī)定以及損壞儀器、設(shè)備、工具和元器件者應(yīng)檢查原因，對情節(jié)

嚴重者，還要按學校有關(guān)規(guī)定進行賠償。

6、要始終保持試驗室恬靜和整齊，不得在室內(nèi)喧嘩、打鬧、隨意走動。7、試驗終止，應(yīng)先斷開各儀器電源開關(guān)，再斷開試驗臺上電源開關(guān)。把所有儀器設(shè)備、導線、座位等歸位，整理就緒，清掃后經(jīng)允許才能離開。

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試驗一電流互感器與電壓互感器的接線方式試驗

試驗學時數(shù)：2學時試驗類型：驗證性試驗要求：必做

一、試驗目的

1﹑了解并把握電流互感器的原理、用途及接線方式。2﹑了解并把握電壓互感器的原理、用途及接線方式。

二、試驗原理

1.電壓互感器

電壓互感器又稱為儀用變壓器（亦稱之為PT）。它是一種把高壓變?yōu)榈蛪翰⒃谙辔簧吓c原來保持一定關(guān)系的儀器。其工作原理、構(gòu)造和接線方式都與變壓器一致，只是容量較小，尋常只有幾十或幾百伏安。它的用途是把高壓按一定比例縮小，使低壓線圈能夠確鑿地反映高壓量值的變化，以解決高壓測量的困難。同時，由于它可靠的隔離了高電壓，從而保證了測量人員、儀表及保護裝置的安全。此外，電壓互感器的二次電壓均為100V，這樣可以使儀表及繼電器標準化。

電壓互感器的接線方式如下圖所示：

2.電流互感器

電流互感器是一種電流變換裝置（也稱CT）。它的主要作用是將高壓電流和低壓大電流變成電壓較低的小電流，供給儀表和保護裝置,并將儀表和保護裝置與高壓電路分開。電流互感器的二次側(cè)電流絕大多數(shù)為5A，只有極少數(shù)一部分為1A，這使得測量儀表和保護裝置使

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用起來安全、便利，也使其在制造上可以標準化，簡化了生產(chǎn)工藝，并降低了成本。因此，電流互感器在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。

三、試驗步驟1.電壓互感器

(1)電壓互感器在使用時，二次側(cè)不能短路。

(2)為了安全起見，電壓互感器二次側(cè)必需有一端接地。2.電流互感器

電流互感器采用一次側(cè)串入線路中的接線方式。

保護裝置的接線方式是指作為相間短路的過電流保護用的電流繼電器與電流互感器二次線圈之間的連接方式。分為三種：（1）三相完全星形接線方式（2）兩相不完全星形接線（3）兩相電流差接線

三相完全星形接線方式是用三臺電流互感器與三只繼電器對應(yīng)連接的。可以反映任何形式短路故障。

兩相不完全星形接線方式是在A、C兩相裝有電流互感器，分別與兩只電流繼電器相連接?？梢苑从吵鼴相單相接地短路以外的所有故障。

兩相電流差接線方式由兩臺電流互感器和一只電流繼電器組成。電流互感器的使用本卷須知：(1)電流互感器二次側(cè)不允許開路；(2)電流互感器二次側(cè)必需一點接地；(3)注意電流互感器二次繞組的極性

四、試驗報告

1．寫明試驗名稱，專業(yè)，班級，姓名，試驗日期等。2．扼要地寫出試驗目的、試驗內(nèi)容

3．簡述試驗過程，試驗中是否遇到問題，如何解決的。

4．試驗后要求每人獨立作一份試驗報告。試驗報告要簡明扼要，字跡明白，并按時送交教師批閱。

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試驗二模擬系統(tǒng)正常、最大、最小運行方式試驗

試驗學時數(shù)：2學時試驗類型：驗證性試驗要求：必做

一、試驗目的

1﹑理解電力系統(tǒng)的運行方式以及運行方式對繼電保護的影響。

二、試驗原理

在電力系統(tǒng)分析課程中，已學過電力系統(tǒng)等值網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)內(nèi)容。可知輸電線路長短﹑電壓級數(shù)﹑網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等，都會影響網(wǎng)絡(luò)等值參數(shù)。在實際中，由于不同時刻投入系統(tǒng)的發(fā)電機變壓器數(shù)有可能發(fā)生改變，高壓線路檢修等狀況，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)也在發(fā)生變化。在繼電保護課程中規(guī)定：通過保護安裝處的短路電流最大時的運行方式稱為系統(tǒng)最大運行方式，此時系統(tǒng)阻抗為最小。反之，當流過保護安裝處的短路電流為最小時的運行方式稱為系統(tǒng)最小運行方式，此時系統(tǒng)阻抗最大。由此可見，可將電力系統(tǒng)等效成一個電壓源，最大最小運行方式是它在兩個極端阻抗參數(shù)下的工況。

作為保護裝置，應(yīng)當保證被保護對象在任何工況下發(fā)生任何狀況的故障，保護裝置都能可靠動作。對于線路的電流電壓保護，可以認為保護設(shè)計與整定中考慮了兩種極端狀況后，其它狀況下都能可靠動作。

三、試驗步驟

1﹑將線路I段的電流互感器TA9﹑電壓互感器TV7的出口端與保護裝置相連。如下接線圖

2﹑開啟試驗設(shè)備，運行方式設(shè)置為最大。QS1、QS3、QS5、QS8、QS11撥到“ON〞,按下合閘按鈕QF1、QF3、QF5、QF8、QF9。

3﹑按下d2，在線路I段進行三相短路。記錄此時的短路電流。（觀測微機里的采樣數(shù)據(jù)）。4﹑解除短路故障，將運行方式切換至正常。重復步驟3，在線路I段進行其次次短路，記錄短路電流。

5﹑解除短路故障，將運行方式切換至最小，重復步驟3，記錄短路電流。6﹑將試驗數(shù)據(jù)填入表中。

四﹑試驗報告

1﹑計算三相短路時的短路電流。計算公式：

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(3)IK?E?XX?x1l

三相短路時：

Ucy?3Ik(3)x1lE?

——系統(tǒng)次暫態(tài)相電勢；

XX——系統(tǒng)電抗；

x1——被保護線路每公里電抗；

l——被保護線路的全長。

注：x1l在試驗計算中，直接用模擬線路電阻值代入。2﹑將計算數(shù)據(jù)和試驗中的記錄數(shù)據(jù)填如入下表。

項目實測值最大方式剩余電壓短路電流表中為線路I段末端三相短路電流電壓值.3﹑分析數(shù)據(jù)，說明運行方式將如何影響短路電流。4﹑思考運行方式對電流電壓保護的影響。

正常方式最小方式計算值最大方式正常方式最小方式6

試驗三限時電流速斷保護試驗

試驗學時數(shù)：2學時試驗類型：驗證性試驗要求：必做

一、試驗目的

1﹑把握帶時限電流速斷保護的原理和整定計算方法。2﹑熟悉帶時限電流速斷保護的特點。

二、試驗原理

由于無時限電流速斷保護的保護范圍只是線路的一部分，因此為了保護線路的其余部分，往往需要再增設(shè)一套延時電流速斷保護(又稱帶時限電流速斷保護)。

為了保證時限的選擇性，延時電流速斷保護的動作時限和動作電流都必需與相鄰元件無時限的保護相協(xié)同。在圖25-1所示的電網(wǎng)中，假使線路L2和變壓器B1都裝有無時限電流

Ⅱt速斷保護，那么線路L1上的延時電流速斷保護的動作時限A，應(yīng)選中擇得比無時限電流速

Ⅰt斷保護的動作時限B（約0.1S）大△t，即

ⅠtⅡA?tB?△t

而它的保護范圍允許延伸到L2和B1的無時限電流速斷保護的保護范圍內(nèi)。由于在這段范圍內(nèi)發(fā)生短路時，L2和B1的無時限電流速斷保護馬上動作于跳閘。在跳閘前，L1的延時電流速斷保護雖然會起動，但由于它的動作時限比無時限電流速斷保護大△t，所以它不會無選擇性動作于L1的斷路器跳閘。

假使延時電流速斷保護的保護范圍末端與相鄰元件的無時限電流速斷保護的范圍末端在同一地點，那么兩者的動作電流（

IIⅡdz?A，Idz?B）是相等的。但考慮到電流互感器和電流繼

電器誤差等因素的影響，延時電流速斷保護的保護范圍應(yīng)縮小一些，也就是

IⅡdz?A應(yīng)大于

IⅠdz?A，或

IⅡdz?A=Kk

IⅠdz?B

L1的延時電流速斷保護既要與L2的無時限電流速斷保護相協(xié)同，又要與B1的無時限電流速斷保護相協(xié)同。因此，在按式（25-2）計算時，

IⅠdz?B應(yīng)為L2和B1無時限電流速斷

保護中動作電流較大的一個數(shù)值。否則，延時電流速斷保護的保護范圍會超過動作電流較大的那一個元件的無時限電流速斷保護的保護范圍，而造成無選擇性動作。

三、試驗步驟

1．電流限時速斷投入，其它整定退出。限時速斷整定值Idz1設(shè)定為2A，限時速斷延

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時tzd1設(shè)定為1S。見下表：

保護投退菜單（SWITCHING）保護序號03定值序號040539RLP3Idz1Tzd1tqd保護名稱I﹥﹥定值名稱限時速斷定值限時速斷延時電動機啟動時間整定方式限時速斷ON整定菜單1.5A1SOS定值清單（SETTING）2．將電流互感器TA12與線路保護裝置的保護CT相連，線圈分別與裝置的線圈對應(yīng)相連。見圖4.5.1.

3．隔離開關(guān)QS1、QS3、QS5、QS9、QS15打到“ON〞的位置。分別按下QF1、QF3、QF5、QF7、QF11、QF12的“ON〞綠色按鈕，紅色指示燈亮。運行方式切換為最小。

4．按下故障確認按鈕d3，模擬A站短路。觀測斷路器QF11是否跳閘。5．解除短路故障,按下d4，模擬B站短路。觀測斷路器QF11是否跳閘。6．系統(tǒng)運行方式切換開關(guān)置于“最大〞，重復以上試驗。

將試驗數(shù)據(jù)填入下表工作方式最小系統(tǒng)保護電流整定值（A）時限整定值（S）電流整定值（A）時限整定值（S）A站保護是否動作B站保護是否動作最大系統(tǒng)注意：每次做試驗前，首先檢查微機保護投退菜單投入的設(shè)定全為“OFF〞。每次終止試驗時，把微機保護投退菜單投入的設(shè)定改為“OFF〞。

四、試驗報告

試驗前認真閱讀試驗指導書和相關(guān)教材，進行預習準備；試驗終止后要認真總結(jié)，將相關(guān)參數(shù)及數(shù)據(jù)記錄下來。針對I段的具體整定方法，按要求并及時寫出試驗報告，并解答預習思考題。

1、將試驗數(shù)據(jù)填入下表保護電流整定值（A）時限整定值（S）I段保護2﹑帶時限電流速斷保護是在什么樣的狀況下產(chǎn)生的？無時限電流速斷保護時限值一般整定為0S，完全以電流為裝置判跳依據(jù)，帶時限電流速斷保護呢？

3﹑為什么帶時限電流速斷保護的保護區(qū)間不能延伸到下一線路電流速斷保護之后？如何保證？

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試驗四變壓器電流速斷保護試驗

試驗學時數(shù)：4學時試驗類型：綜合性試驗要求：必做

一、試驗目的

1、加深對變壓器電流速斷保護原理的理解。

2、把握傳統(tǒng)變壓器電流速斷保護和微機保護的整定方法。

二、試驗原理

對變壓器繞組、套管及引出線上的故障，根據(jù)容量的不同，應(yīng)裝設(shè)差動保護或電流速斷保護。縱聯(lián)差動保護適用于并列運行的變壓器，容量為6300KVA以上；單獨運行的變壓器，容量為10000KVA以土；發(fā)電廠廠用工作變壓器和工業(yè)企業(yè)中的重要變壓器，窯量為6300KVA以上。電流速斷保護用于10000KVA以下的變壓器，且其過電流保護的時限大于0.5S。對2000KVA以上的變壓器，當電流速斷保護的靈敏度不能滿足要求時，也應(yīng)裝設(shè)縱聯(lián)差動保護。根據(jù)試驗四可知，瓦斯保護雖然是反應(yīng)變壓器油箱內(nèi)部故障最靈敏而快速的保護，但它不能反應(yīng)油箱外部的故障。對于容量較小的電力變壓器可以在電源側(cè)裝設(shè)電流速斷保護，它與瓦斯保護相互協(xié)同，就可以保護變壓器內(nèi)部和電源側(cè)套管及引出線上的全部故障。

電流速斷保護作為高壓母線保護的后備，并用于消除斷路器與電流互感器之間這一段差動保護的死區(qū)時，保護應(yīng)裝設(shè)在變壓器的電源側(cè)，由瞬動的電流繼電器構(gòu)成。當電源側(cè)為

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非直接接地系統(tǒng)時，電流速斷保護作成兩相式。電流速斷保護的動作電流，按避越變壓器外部故障的最大短路電流來整定

(3)Idz?KkID?max

式中

Kk——可靠系數(shù)，取1.2~1.

(3)KkID?max——降壓變壓器低壓側(cè)母線發(fā)生三相短路時，流過保護裝置的最大短路電流。

其次，電流速斷保護裝置的動作電流還應(yīng)避越空載投入變壓器時的勵磁涌流，一般動作電流應(yīng)大于變壓器額定電流的3~5。

ID?min電流速斷保護裝置的靈敏度KLm?Idz

式中

(2)ID?min(2)KLm按下式計算

——系統(tǒng)最小運行方式下，變壓器電源側(cè)引出端發(fā)生金屬性兩相短路時流

過保護裝置的最小短路電流。

根據(jù)規(guī)程的要求，靈敏度應(yīng)小于2。

電流速斷保護的優(yōu)點是接線簡單、動作瞬速。但作為變壓器內(nèi)部故障的保護時，存在以下缺點：

（1）當系統(tǒng)容量不大時，保護區(qū)延伸不到變壓器內(nèi)部，靈敏度可能不滿足要求。（2）在無電源的一側(cè)，從套管到斷路器之間的故障，由過電流保護作用于跳閘，因此，切除故障時限長，影響系統(tǒng)安全運行。

三、試驗步驟

按試驗接線圖接好線后，變壓器負載選擇開關(guān)置于正常側(cè)。將電流速斷投入，設(shè)定好動作電流值和時間定值。開啟電源開關(guān)。啟動電源，合上兩側(cè)斷路器，在確保試驗接線和微機保護裝置中的設(shè)置無誤后，按下變壓器短路按鈕d2，設(shè)置變壓器三相短路并投入運行，以下變壓器短路故障設(shè)置均按此方法設(shè)置，觀測保護動作狀況。特別注意：假使保護不動作，馬上按d2，退出短路運行，檢查接線和微機裝置中的參數(shù)設(shè)定。

1﹑根據(jù)預習準備，計算獲得的動作參數(shù)整定值，對各段保護進行整定。將電流速斷投入，其它整定退出。速斷整定值設(shè)定為1A。

2、按下“確認〞鍵，選擇“保護投退〞當光標（黑影部分）處于“保護投退〞上時，按“確定〞鍵即進入“保護投退〞菜單

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3、進入“保護投退〞菜單后按“▼〞鍵直至顯示以下界面

“速斷〞退操作說明如下：按“

〞，則退變成投，按“確認〞鍵，則顯示：

PASSWORD1：0000

按“▲〞鍵一次，則0000變成1000，

按“確定〞鍵，保護“速斷〞從“退〞保存成“投〞，則“速斷〞投入運行如下顯示：

4、設(shè)置完保護投退后按面板上“取消〞按鈕使界面顯示如下菜單，并按“▼〞

鍵把光標移動“保護定值〞

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5、當光標（黑影部分）處于“保護定值〞上時，按“確定〞鍵即進入“保護定值〞菜單按“▼〞鍵直至顯示并使光標出現(xiàn)在電流速斷定值下的數(shù)字03上：

通過右移鍵“

〞按三次，將光標移動到第三個“0〞上，即顯示為：03：000.00

按上移鍵“▲〞一次（或者按“▼〞鍵九次）后，則變成：03：001.00

按“確定〞鍵，則顯示：PASSWORD1：0000，按“▲〞鍵一次，則0000變成1000，按“確定〞鍵則參數(shù)“電流速斷定值〞設(shè)置為1A。

6、合上主電源和和控制電源并且合上QS1、QS3、QS5、QS8、QS11、QF1、QF3、QF5、QF8、QF9

7、按下d1（如下圖）短路按鈕觀測QF3和QF5的動作狀況。

四、試驗報告

1、根據(jù)試驗內(nèi)容要求，整理試驗數(shù)據(jù)，完成試驗報告。2、分析并畫出微機變壓器電流速斷保護的程序規(guī)律圖。

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試驗五自動重合閘前加速保護試驗

試驗學時數(shù)：4學時

試驗類型：驗證性試驗要求：必做

一、試驗目的

1．熟悉自動重合閘前加速保護的原理接線。

2．理解自動重合閘前加速的組成形式，技術(shù)特性，把握其試驗操作方法。

二、試驗原理

圖5-1自動重合閘前加速保護的網(wǎng)路接線圖

如圖5-1所示的網(wǎng)絡(luò)接線，假定在每條線路上均裝設(shè)過電流保護，其動作時限按階梯型原則來協(xié)同。因而，在靠近電源端保護3處的時限就很長。為了能加速故障的切除，可在保護3處采用前加速的方式，即當任何一條線路上發(fā)生故障時，第一次都由保護3瞬時動作予以切除。假使故障是在線路A-B以外（如d1點），則保護3的動作都是無選擇性的。但斷路器3跳閘后，即起動重合閘重新恢復供電，從而改正了上述無選擇性的動作。假使此時的故障是瞬時性的，則在重合閘以后就恢復了供電。假使故障是永久性的，則故障由保護1或2切除，當保護2拒動時，則保護3其次次就按有選擇性的時限t3動作與跳閘。為了使無選擇性的動作范圍不擴展的太長，一般規(guī)定當變壓器低壓側(cè)短路時保護3不應(yīng)動作。因此，其起動電流還應(yīng)依照躲開相鄰變壓器低壓側(cè)的短路（d2點）來整定。

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圖5-2示出了自動重合閘前加速保護的原理接線圖。其中KA是過流保護。從該圖可明白地看出，線路故障時，首選繼電器KA1動作，其觸點閉合，經(jīng)KM2的常閉觸點不帶時限地動作于斷路器使其跳閘，隨后斷路器輔助觸點起動重合閘繼電器，將斷路器重合。重合閘動作的同時，起動繼電器KM2，其常閉觸點開啟。若此時線路故障還存在，但因KM2的常閉接點已開啟，只能由過流保護繼電器KA2和時間繼電器KT帶時限有選擇性地動作于斷路器跳閘，再次切除故障。

三、試驗步驟

1﹑根據(jù)預習準備，計算獲得的動作參數(shù)整定值，對各段保護進行整定。將過電流、過電流前加速、重合閘投入，其它整定退出。過電流定值設(shè)定為1A、過電流延時設(shè)定為3S、重合閘延時2S，重合閘前加速延時0S。

2、按下“確認〞鍵，選擇“保護投退〞當光標（黑影部分）處于“保護投退〞上時，按“確定〞鍵即進入“保護投退〞菜單

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3、進入“保護投退〞菜單后按“▼〞鍵直至顯示以下界面

“過電流〞退操作說明如下：按“

〞，則退變成投，按“確認〞鍵，則顯示：

PASSWORD1：0000

按“▲〞鍵一次，則0000變成1000，

按“確定〞鍵，保護“過電流〞從“退〞保存成“投〞，則“過電流〞投入同理把“過電流前加速〞和“重合閘〞從“退〞改成“投〞。運行如下顯示：

4、設(shè)置完保護投退后按面板上“取消〞按鈕使界面顯示如下菜單，并按“▼〞鍵把光標移動“保護定值〞

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5、當光標（黑影部分）處于“保護定值〞上時，按“確定〞鍵即進入“保護定值〞菜單按“▼〞鍵直至顯示并使光標出現(xiàn)在過電流定值下的數(shù)字06上：

通過右移鍵“

〞按三次，將光標移動到第三個“0〞上，即顯示為：06：000.00

按上移鍵“▲〞一次（或者按“▼〞鍵九次）后，則變成：06：001.00

按“確定〞鍵，則顯示：PASSWORD1：0000，按“▲〞鍵一次，則0000變成1000，按“確定〞鍵則參數(shù)“限時速斷定值〞設(shè)置為1A。

6、按“▼〞鍵直至顯示并使光標出現(xiàn)在限時速斷定值下的數(shù)字07上：通過右移鍵“

〞按三次，將光標移動到第三個“0〞上，即顯示為：07：000.00

按上移鍵“▲〞三次（或者按“▼〞鍵七次）后，則變成：07：003.00

按“確定〞鍵，則顯示：PASSWORD1：0000，按“▲〞鍵一次，則0000變成1000，按“確定〞鍵則參數(shù)“限時速斷延時〞設(shè)置為3S。

7、同理把重合閘前加速延時設(shè)置為0S。

8﹑將電流互感器TA9與線路保護裝置的保護CT相連，線圈分別與裝置的線圈對應(yīng)相連。如下圖

9﹑合上主電源，開啟試驗設(shè)備，運行方式設(shè)置為最小。QS1、QS3、QS5、QS8、QS11撥到“ON〞,按下合閘按鈕QF1、QF3、QF5、QF8、QF9。

10﹑按下線路短路故障設(shè)置d2，模擬