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文本内容:
电力系统动模与自动化综合实验系统继电保护及微机保护部分实验指导书信息科学与工程学院中南大学目录第一章概述…………………………………………………………………1
一、系统简介…………………………………………………………………………1
二、系统特点…………………………………………………………………………1
三、系统构成…………………………………………………………………………1
四、实验台面板说明及内部接线……………………………………………………2
五、操作注意事项……………………………………………………………………4第二章数字式继电器特性实验……………………………………………6实验
一、数字式电流、过电压和低电压继电器特性实验…………………………7实验
二、数字式反时限电流继电器特性实验………………………………………12实验
三、数字式功率方向继电器特性实验…………………………………………15实验
四、数字式差动继电器特性实验………………………………………………17实验
五、数字式阻抗继电器特性实验………………………………………………19第三章成组微机保护实验…………………………………………………24实验六三段式电流保护实验………………………………………………………25实验七零序电流保护实验…………………………………………………………32实验八三段式距离保护实验………………………………………………………35实验九变压器保护实验……………………………………………………………38第一章概述
一、系统简介TQDB-III多功能微机保护与变电站综合自动化实验培训系统采用集成式、开放式的设计思路,覆盖了多个专业多门课程,适合电力系统、电气类、自动化类、电工类专业学生进行研究性、综合性、设计性、开放性实验、课程设计、毕业设计及创新设计本实验指导书着重介绍与《电力系统继电保护原理》、《电力系统微机保护》、《变电站综合自动化》课程相关的实验本实验台可完成常规继电器特性实验、数字式继电器特性实验及成组微机保护综合实验三大部分其中包含的常规继电器有DL-31型电流继电器、DY-36型电压继电器、LG-11型功率方向继电器、LCD-4型变压器差动继电器数字式继电器有数字式电流继电器、电压继电器,反时限电流继电器,功率方向继电器,差动继电器,阻抗继电器,零序电流、零序电压继电器,负序电流继电器、负序电压继电器,反时限零序继电器、反时限负序电流继电器微机保护部分包括单双电源10kv线路微机保护综合实验,单双电源35kv线路微机保护综合实验,单双电源110kv线路微机保护综合实验,变压器微机保护综合实验,电容器微机保护综合实验
二、系统特点
1.实验接线非常简单明确,减小实验准备工作的强度
2.实验系统采用自主研制的__发生装置提供高精度实验__,省去了传统实验系统中的调压器、移相器、滑线电阻和测量仪表实验接线非常简单,不需要进行实验准备工作
3.各种常规继电器和微机保护继电器特性实验可以设置为自动或手动测试,并在PC机屏幕上直观的显示坐标描点和绘制继电器特性曲线全过程
4.实验台面板上具有成组微机保护实验的接线图,学生在面板上进行微机保护装置与电流、电压及出口__的连接,在上位机界面上设置故障类型和故障点,可在接线图上或在上位机界面中执行短路操作,并观察动态的实验现象
5.系统附带详细的原理讲解和操作说明,可以帮助学生在加深理解实验原理的基础上熟悉实验过程,达到良好的实验效果
三、系统构成一套实验培训系统由一个实验操作台、多个常规保护继电器、一台TQDB-II型多功能微机保护实验装置、一台TQWX-II微机型继电保护试验测试仪和一台PC机构成系统原理构成如图1-1图1-1系统结构图1微机型继电保护试验测试仪分别与PC机、多功能微机保护实验装置和多个常规继电器连接用于受PC机控制对电力系统中任意线路或设备正常运行以及各种故障的情况进行模拟,产生相应的电流、电压__和开关量__,并将__送到多功能微机保护实验装置和常规继电器的输入端,同时向PC机传送电流、电压的录波数据、各开关量变位信息及各保护或重合闸的动作时间数据2常规继电器与微机型继电保护试验测试仪连接,用于利用微机型继电保护试验测试仪测试各种常规继电器的特性;3多功能微机保护实验装置分别与微机型继电保护试验测试仪、PC机连接,可通过PC机下载保护程序、整定各保护定值、设置参数、查询保护动作报告,接受微机型继电保护试验测试仪产生的模拟__和开关量__完成多种微机继电保护和测控功能,并将保护动作量通过开关量输出反馈回微机型继电保护试验测试仪,将保护和重合闸的动作信息、及各开入量状态上传给PC机4PC机分别与微机型继电保护试验测试仪、多功能微机保护实验装置连接,用于控制微机型继电保护试验测试仪产生各种模拟__和开关量__、向多功能微机保护实验装置下载程序、整定保护定值,并接收微机型继电保护试验测试仪和多功能微机保护实验装置上传的信息,显示实验界面和实验结果,便于进行各种微机保护实验和变电站综合自动化实验及培训
四、实验台面板说明及内部接线实验台面板布置分四部分成组微机保护接线图、多功能微机保护实验装置部分、常规保护继电器部分和微机型继电保护试验测试仪见图1-
21.多功能微机保护实验装置部分包括多功能微机保护实验装置及电压、电流、开关量输入及开关量接线区为方便实验接线,在实验台内部已将多功能微机保护实验装置背部的各端子分别引到实验台面上相应接线端
2.成组微机保护接线图为了在进行成组微机保护综合实验时,直观地反应微机保护装置在现场的运行情况,在实验台面板上设置了成组微机保护接线图接线图上的各接线端子已经在实验台内部和测试仪相应电流、电压及开关量端子一一连接因此实验时可将微机保护装置接线区各接线孔用测试线分别和接线图中的各接线孔连接见图1-
33.常规保护继电器部分为方便实验接线,在实验台内部已将各常规保护继电器背部的各接线端子分别引到实验台面上各继电器相应的电压、电流接线端各常规保护继电器的开出接点通过“转换开关”并接在“常规保护出口”上图1-2实验台面板布置图图1-3成组微机保护实验接线示意图
五、操作注意事项
1、实验前必须仔细阅读《TQWX-II微机型继电保护试验测试仪用户手册》(或继电保护__测试系统软件帮助文件)和《TQDB-II型多功能微机保护实验装置用户手册》,熟悉TQWX-II微机型继电保护试验测试仪和TQDB-II型多功能微机保护实验装置的操作使用后方可进行实验
2、实验电流较大时,不得__工作,尤其是系统的__源――测试仪
3、接线完毕后,要由另一人检查线路第二章常规继电器特性实验由PC机控制TQWX-II微机型继电保护试验测试仪发出各种电流和电压__,测试以下常规继电器的性能DL-31型电流继电器、DY-36型电压继电器、LG-11型功率方向继电器、LCD-4型变压器差动继电器常规继电器实验方式构成原理图见下图为方便实验接线,在实验台内部已将各常规保护继电器背部的各接线端子分别引到实验台面上各继电器相应的电压、电流接线端各常规保护继电器的开出接点通过“转换开关”并接在“常规保护出口”上常规继电器实验方式构成原理图第二章数字式继电器特性实验本章包含的实验项目的功能是由多功能微机保护实验装置实现的,实现不同的功能只需向装置硬件中下载相应的保护程序(实验原理构成如下图)某一个单独的实验项目表示用多功能微机保护实验装置实现某一种具体功能,例如“数字式功率方向继电器特性实验”指的就是用多功能微机保护实验装置实现功率方向继电器的功能为方便实验接线,在实验台内部已将多功能微机保护实验装置背部的各端子分别引到实验台面上相应接线端数字式继电器实验方式构成原理图实验
一、数字式电流、过电压和低电压继电器特性实验
一、实验目的
1、了解数字式电流、过电压和低电压继电器的常用算法
2、测试数字式电流继电器、过电压和低电压继电器的动作和返回值,并与模拟式电流继电器和电压继电器的动作和返回情况进行比较
二、实验原理简介
1.数字式电流继电器原理简介数字式电流继电器反应于电流增大而动作,其动作方程为IIZD其中,I表示加入继电器的电流,IZD表示电流继电器的整定电流值
2.数字式过电压继电器原理简介数字式过电压继电器反应于相电压升高而动作,其动作方程为UUZD其中,U表示加入继电器的相电压,UZD表示过电压继电器的整定电压值
3.数字式低电压继电器原理简介低电压继电器反应于相间电压降低而动作,其动作方程为UUZD其中,U表示加入继电器的相间电压,UZD表示低电压继电器的整定电压值注意1由于数字式继电器的计算和动作判断均由微机程序自行判断,无外部机械元件,因此其返回系数均在1左右,在动作值附近,继电器反复动作、返回属正常现象2另外,本实验中的数字式电流、电压继电器均为单相继电器,数字式电流继电器只反应Ia的升高而动作;数字式过电压继电器只反应Ua的升高而动作;数字式低电压继电器只反应Uab的降低而动作
三、实验接线
1.集控台内部已连接线说明为方便外部接线,本实验台内部已将微机保护实验装置的所有电流和电压输入端子引到实验台面上,将装置的跳闸出口接点连接到实验台面上“跳闸出口”接线端上,同时并接在测试仪第3组开入接点上
2.实验接线将测试仪产生的各相电压和电流__分别与实验台面上的微机保护实验装置各接线端一一对应按相连接
四、实验功能配置在进行数字式继电器特性实验前,首先需要对多功能微机保护实验装置的功能进行配置,即下载相应的程序功能模块到实验装置中例如要进行数字式电流继电器实验,则需要向装置中下载“电流继电器特性实验保护程序”和“电流继电器特性实验监控程序”下载程序步骤如下1关闭装置电源,按住装置面板上的“ESC”键,给装置上电3秒后再松开“ESC”键,此时装置液晶显示屏上显示“程序正在下载中……”的信息2在PC机上运行数字式继电器及微机保护软件,进入“在线下载继电保护程序”模块,见图2-6-1图2-6-1继电保护程序下载界面__“通讯口设置”对应的下拉框,选择与PC机相连的串行口,串行口正确打开后,才能进行程序下载__界面中的“下载新保护程序”按钮,选择下载程序的存放路径(路径为“c:\ProgramFiles\Tongqing\下载程序代码\数字继电器特性实验\微机继电器特性实验下载程序\”),选择“电流继电器保护侧程序.dat”文件后进行下载,下载需要1分钟左右时间,下载时请勿在PC机上做其他操作下载成功后,屏幕上将弹出“文件下载成功”的提示信息__“下载新监控程序”按钮,选择“电流继电器监控侧程序.dat”文件进行下载3下载成功后将装置重新上电,如果下载正确装置液晶屏上将显示电流继电器特性实验界面注将实验装置配置成其他数字式继电器只需要按同样方法下载相应的程序功能模块即可
五、整定值设定方法多功能微机保护实验装置保护整定值的设定方法有两种,任意选择一种均可1通过实验装置面板上的小按键输入定值具体操作详见《TQDB-II型多功能微机保护实验装置用户手册》,注意输入完毕后按提示保存2运行数字式继电器及微机保护软件,进入“继电保护特性实验”模块微机电流继电器定值下载界面见图2-6-2注意选择当前的有效继电器,例如做数字式电流继电器实验,则在下载电流继电器定值前,一定要同时选定“电流继电器”和“速动”2个选项,在文本框中输入定值后,__“下载定值”按钮即可数字式继电器及微机保护软件的使用方法详见《TQDB-II型多功能微机保护实验装置用户手册》图2-6-2微机电流继电器定值下载界面
六、实验内容本实验需使用TQWX-II微机型继电保护试验测试仪和TQDB-II多功能微机保护实验装置,请仔细阅读《TQWX-II微机型继电保护试验测试仪用户手册》(或继电保护__测试系统软件帮助文件)和《TQDB-II型多功能微机保护实验装置用户手册》中的有关内容
(一)测试数字式电流继电器的动作值和返回值方法由测试仪发出电流__测试数字式电流继电器的动作值和返回值步骤
1.按“
三、实验接线”中的方法接好连线
2.在PC机上运行数字式继电器及微机保护软件,进入“继电保护特性实验”模块__“电流继电器实验”页面注有关数字电流继电器的实现原理和算法在本页面中“继电器说明”详细介绍
3.对数字式电流继电器进行整定(方法详见“
五、整定值设定方法”)
4.打开测试仪电源,在PC机上运行继电保护__测试系统软件,进入“电压电流频率继电器动作特性测试”模块
5.按“DL-31型电流继电器特性实验”同样的方法(手控或程控方式均可)测试数字式电流继电器的动作值和返回值并将测试仪实验界面上显示的测试数据填入表2-6-1并与模拟式电流继电器的动作情况进行比较注意1控制变量应选择“Ia幅值”2如果不另外接线,开入量动作接点选择应选择“接点3”表2-6-1数字式电流继电器动作值、返回值和返回系数实验数据动作值A返回值A返回系数1234平均值A误差%变差%返回系数整定值A
(二)测试数字式过电压继电器的动作值和返回值方法由测试仪发出电压__测试数字式过电压继电器的动作值和返回值步骤
1.向多功能微机保护实验装置中下载过电压继电器特性实验程序
2.在“继电保护特性实验”模块“其他继电器实验”界面上查看“继电器说明”中数字过电压继电器的实现原理和算法
3.对数字式过电压继电器进行整定
4.按“DY-36型电压继电器特性实验”同样的方法(手控或程控方式均可)测试数字式过电压继电器的动作值和返回值并将测试仪实验界面上显示的测试数据填入表2-6-2并与模拟式电压继电器的动作情况进行比较注意1控制变量应选择“Ua幅值”2如果不另外接线,开入量动作接点选择应选择“接点3”表2-6-2数字式过电压继电器动作值、返回值和返回系数实验数据动作值V返回值V返回系数123平均值V误差%变差%返回系数整定值V
(三)测试数字式低电压继电器的动作值和返回值方法由测试仪发出电压__测试数字式低电压继电器的动作值和返回值步骤
1.向多功能微机保护实验装置中下载低电压继电器特性实验程序
2.在“继电保护特性实验”模块“其他继电器实验”界面上查看“继电器说明”中数字低电压继电器的实现原理和算法
3.对数字式低电压继电器进行整定
4.按“DY-36型电压继电器特性实验”同样的方法(手控或程控方式均可)测试数字式低电压继电器的动作值和返回值并将测试仪实验界面上显示的测试数据填入表2-6-3注意1因数字式低电压继电器只反应Uab的降低而动作,因此应将B相电压设置为0V,控制变量选择“Ua幅值”与数字式过电压继电器不同,控制变量的变化初值应大于整定值,终值应小于整定值2如果不另外接线,开入量动作接点选择应选择“接点3”表2-6-3数字式低电压继电器动作值、返回值和返回系数实验数据动作值V返回值V返回系数123平均值V误差%变差%返回系数整定值V
六、思考题
1、采用傅氏算法实现电流继电器时,所需的动作时间为多长?
2、电流和电压有效值的常用算法有哪些?各有什么优缺点?
3、比较数字式和模拟式电流、电压继电器的特性实验
二、数字式反时限电流继电器特性实验
一、实验目的
1、了解数字式反时限电流继电器的原理和算法
2、测试反时限电流继电器的三种特性曲线
二、实验原理简介反时限电流继电器的动作时限与加入继电器的电流大小相关,当电流大时,继电器的动作时限短,电流小时动作时限长常见的反时限特性曲线方程有三种1标准反时限特性方程t=
0.14TP∕[I∕IP
0.02-1]2非常反时限特性方程t=
13.5TP∕I∕IP-13极端反时限特性方程t=80TP∕[I∕IP2-1]式中t为继电器的动作时间,TP继电器延时整定时间,I为加入继电器的实际电流值,IP为继电器的整定电流值用离散形式表示的反时限电流继电器的动作方程分别为1∑[In∕IP
0.02-1]≥
0.14TP∕△t2∑[In∕IP-1]≥
13.5TP∕△t3∑[In∕IP2-1]≥80TP∕△t,作∑求和运算时k=1~M式中In为第n个计算点的电流有效值,n=0,1,…,M,△t为相邻计算点的时间间隔,M为求和的累积次数,TP为继电器的延时整定时间,IP为继电器的整定电流值注意本实验中的数字式继电器为单相继电器,仅反应Ia的变化而动作
二、实验接线与数字式电流继电器特性实验完全相同
三、实验内容
(一)测试反时限电流继电器的标准反时限特性曲线实验方法控制测试仪动态地改变加入到实验装置Ia通道中的电流__,测试不同的反时限电流特性下的动作曲线步骤
1.向多功能微机保护实验装置中下载反时限电流继电器特性实验程序
2.按要求接好连线
3.在“继电保护特性实验”模块“电流继电器实验”界面上查看“继电器说明”中数字反时限电流继电器的实现原理和算法
4.对数字式反时限电流继电器进行整定,选择标准反时限特性曲线注意动作曲线
1、曲线
2、曲线3分别代表标准反时限特性曲线、非常反时限特性曲线和极端反时限特性曲线
5.打开测试仪电源,在PC机上运行继电保护__测试系统软件,进入“反时限电流继电器电流时间特性测试”模块,见图2-2-1图2-2-1i/t特性测试界面
6.设置“控制参数”1根据反时限电流继电器的特性,加入的电流越小,其动作时间越长因此“电流设置”中的“每步保持时间”应略大于或等于电流变化范围的起始值对应的理论动作时间避免出现加入的电流比较小时,电流保持时间未达到其动作时间注“每步保持时间”选择示例设动作电流整定值Ip=1A,动作时间整定值tp=
0.1S,则设置的电流动作范围起始值应大于1A,否则继电器不会动作假设电流动作范围起始值设为
1.5A,则如果是测试标准反时限特性曲线,则其对应的理论动作时间为tI=
1.5=
0.14TP[I/IP
0.02-1]=
0.14×
0.1/[
1.5/
10.02-1]=
1.719(S),则“每步保持时间”可设为2S2如果不另外接线,开入量动作接点选择应选择“接点3”
7.__“开始试验”按钮使测试仪按所做设置发出电流,测试不同电流下继电器的动作时间并将测试结果显示在界面上,记录相关动作数据
8.测试完成后,可按“曲线观察”按钮显示特性曲线,直观了解被测试装置的制动特性
(二)测试反时限电流继电器的非常反时限特性曲线重新整定反时限电流继电器,动作定值和动作时限保持不变,仅将动作特性改为非常反时限特性曲线重复步骤6-8,记录非常反时限特性曲线下继电器的动作数据
(三)测试反时限电流继电器的极端反时限特性曲线重新整定反时限电流继电器,动作定值和动作时限保持不变,仅将动作特性改为极端反时限特性曲线重复步骤6-8,记录极端反时限特性曲线下继电器的动作数据把测得的三种特性曲线的动作数据按t=fI画在同一个坐标图中进行比较
四、思考题反时限电流继电器相比电流继电器具有哪些优点?一般用在哪些场合?实验
三、数字式功率方向继电器特性实验
一、实验目的
1、了解数字式功率方向继电器的算法
2、测试数字式功率方向继电器的最大灵敏角和动作范围
3、测试功率方向继电器的角度特性
二、实验原理简介功率方向继电器反应于加入继电器中的电流和电压之间的相位而动作这里介绍的是正方向动作的功率方向继电器为了保证在各种相间短路故障时,功率方向元件能可靠、灵敏地动作,采用90°接线方式加入方向元件的电流量Ij′取Ia′,电压量Uj′取Ubc′当方向元件内角取α时,引入转移矢量K′=e-jα设矢量A′=Ij′×e-jα,矢量B′取Uj′,则相位比较方式方向元件的正方向动作方程式为-90°≤argB′∕A′≤90°注意本实验中的数字式功率方向继电器为单相继电器,仅反应Ia和Ubc之间的相位关系而动作
三、实验接线将测试仪的电压、电流__分别与多功能微机保护实验装置引到实验台面上的各接线端子按相连接即可接线完毕后,注意检查接线极性是否正确
四、实验内容实验前,首先向多功能微机保护实验装置中下载功率方向继电器特性实验程序并按要求接好连线
(一)测试数字式功率方向继电器的最大灵敏角步骤
1.设置功率方式继电器内角为30°,内角与最大灵敏角之间的关系为
2.按“LG-11型功率方向继电器特性实验”同样的方法(手控或程控方式均可)测试数字式功率方向继电器的最大灵敏角,唯一不同的是多功能微机保护实验装置的额定电流为5A,则设置电流值时应输入5A将得到的数据填入表2-3-1并与模拟式继电器的测试值进行比较表2-3-1数字式功率方向继电器最大灵敏角测试实验数据(保持电流为5A)内角最大灵敏角30°60°
(二)测试数字式功率方向继电器的角度特性按“LG-11型功率方向继电器特性实验”同样的方法测试数字式功率方向继电器的角度特性,将数据记入表2-3-2,并绘出角度特性曲线表2-3-2数字式方向继电器角度特性测试数据-180°-150°-120°-110°-100°-90°-80°-70°-60°-50°-40°-30°-20°-10°0°10°20°30°40°50°60°70°80°90°120°140°160°180°
(三)测试数字式功率方向继电器的伏安特性保持=30°,按“LG-11型功率方向继电器特性实验”同样的方法测试数字式功率方向继电器的伏安特性,将数据记入表2-3-3,并绘出伏安特性曲线表2-3-3数字式功率方向继电器伏安特性实验数据保持=30°不变A
0.
10.
20.
30.
40.
50.
60.
70.
80.
91.0V
(四)测试数字式功率方向继电器有无电流潜动和电压潜动现象保持=30°,按“LG-11型功率方向继电器特性实验”同样的方法进行测试
五、思考题比较微机功率方向继电器和常规功率继电器的动作范围和死区电压说明微机功率方向继电器有什么优点实验
四、数字式差动继电器特性实验
一、实验目的
1、了解数字式差动继电器的算法
2、测试数字式比率制动差动继电器的比率制动曲线特性
二、实验原理简介比率制动式差动继电器的动作电流是随外部短路电流按比率增大,既能保证外部短路不误动,又能保证内部短路有较高的灵敏度同时考虑躲开正常运行时差动回路中的不平衡电流,其动作方程可表示为IdId.min∩IdKIr其中,Id表示计算所得的差动电流,Id.min表示差动继电器的起动差流整定值,Ir表示计算所得的制动电流,K表示比率制动系数整定值比率制动式差动保护制动特性曲线如图2-4-1图2-4-1比率制动式差动保护制动特性曲线本实验装置差动电流Id表示为Id=∣I1′+I2′∣式中I1′表示1侧的电流向量和经电流平衡系数调整后的2侧的电流向量I2′=Kph·I
2.Re′,I
2.Re′为2侧电流的实际电流,其中Kph表示电流平衡的调整系数,用来消除两侧额定电流不等及两侧TA变比不等引起的电流不平衡,其中Kph固定取1本实验装置制动电流Ir表示为Ir=∣I1′-I2′∣/2本实验装置构成的数字式比率制动差动继电器将I11作为1侧电流I1,将I31作为2侧电流I2
三、实验接线将测试仪的三相电流__分别与多功能微机保护实验装置引到实验台面上的各接线端子按相连接即可注意将Ian、Ibn和Icn用导线短接后连接到测试仪的In接线端上接线完毕后,注意检查接线极性是否正确
四、实验内容本实验主要是测试数字式差动继电器的比率制动曲线特性步骤
1.向多功能微机保护实验装置中下载差动继电器特性实验程序
2.按要求接好连线
3.整定数字式差动继电器的定值,门槛值设为2A,比率制动系数设为
0.5注意“比率制动系数”定值为差动电流Id相对于制动电流Ir的比值,此值应设置为小于
14.按“LCD-4型差动继电器特性实验”同样的方法测试数字式差动继电器的比率制动特性曲线,记录测得的数据Id和Ir
5.保持设置的动作门槛值不变,另外设置2组新的比率制动系数,重复步骤4,将3组测试数据得到的曲线Id=fIr画在同一个坐标图中进行比较
五、思考题比较数字式差动继电器和常规差动继电器的动作曲线实验
五、数字式阻抗继电器特性实验
一、实验目的
1、了解数字式阻抗继电器的算法和几种动作特性
2、测试数字式阻抗继电器在不同动作特性下的动作曲线,并加以比较
二、继电器原理简介常见的阻抗继电器特性有全阻抗继电器、方向阻抗继电器、偏移特性阻抗继电器、多边形阻抗继电器和直线型阻抗继电器
1.全阻抗继电器全阻抗继电器的特性是以继电器__点为圆心,以整定阻抗ZZD为半径所作的一个圆,如图3-10-1所示当测量阻抗ZJ在圆内时继电器动作,即圆内为动作区,圆外为不动作区在本实验中,设置的整定值为∣ZZD∣,即动作阻抗值全阻抗继电器的动作方程可表示为RJ2+XJ2≤∣ZZD∣2式中RJ和XJ分别表示测量电阻和测量电抗图2-5-1全阻抗继电器动作特性
2.方向阻抗继电器方向阻抗继电器的特性是以整定阻抗ZZD为直径而通过坐标原点的一个圆,如图2-5-2,圆内为动作区,圆外为不动作区图2-5-2方向阻抗继电器动作特性图在本实验中,设置的整定值为动作阻抗值∣ZZD∣和动作阻抗角φd圆心的坐标为(∣ZZD∣·cosφd/2,∣ZZD∣·sinφd/2),则方向阻抗继电器的动作方程可表示为RJ-∣ZZD∣·cosφd/22+XJ-∣ZZD∣·sinφd/22≤∣ZZD∣2式中RJ和XJ分别表示测量电阻和测量电抗
3.偏移阻抗继电器偏移特性的阻抗继电器的特性是当正方向的整定阻抗为ZZD时,同时向反方向偏移一个αZZD0<α<1,动作特性如图2-5-3所示,圆内为动作区,圆外为不动作区圆的直径为∣ZZD+αZZD∣,圆心的坐标为Z0=ZZD-αZZD/2,圆的半径为∣ZZD+αZZD∣/2图2-5-3偏移特性的阻抗继电器动作特性图在本实验中,设置的整定值为动作阻抗值∣ZZD∣,动作阻抗角φd和偏移系数α圆心的坐标为((1-α)∣ZZD∣·cosφd/2,(1-α)∣ZZD∣·sinφd/2),则方向阻抗继电器的动作方程可表示为RJ-1-α∣ZZD∣·cosφd/22+XJ-1-α∣ZZD∣·sinφd/22≤1+α2·∣ZZD∣2/4式中RJ和XJ分别表示测量电阻和测量电抗
4.多边形阻抗继电器动作特性为图2-5-4所示的多边形,多边形以内为继电器的动作区,多边形以外为不动作区图2-5-4多边形特性阻抗继电器的动作特性图在本实验中,设置的整定值为动作电阻R1和动作电抗X1,则多边形特性阻抗继电器的动作方程为1)RJ≤0时,-RJ≤XJ·tg15°∩0≤XJ≤X12)RJ≥0,XJ≥0时,XJ≥RJ-R1·tg60°∩X1-XJ≥RJ·tgα3)RJ≥0,XJ≤0时,-XJ≤RJ·tg15°∩RJ≤R1其中tgα=1/8,RJ和XJ分别表示测量电阻和测量电抗
5.直线形阻抗继电器直线特性电抗继电器反应于测量阻抗的电抗部分而动作,其动作特性图见图2-5-5图2-5-5直线特性电抗继电器动作特性图动作方程为XJ≤XZD其中,XJ表示测量电抗,XZD表示继电器的动作电抗整定值
三、实验接线将测试仪的三相电压、电流__分别与多功能微机保护实验装置引到实验台面上的各接线端子按相连接即可注意将Ian、Ibn和Icn用导线短接后连接到测试仪的In接线端上接线完毕后,注意检查接线极性是否正确
四、数字式阻抗继电器整定说明和其他数字式继电器实验项目相同,将多功能微机保护实验装置保护配置成数字式阻抗继电器时,其整定值的设定方法有两种直接通过实验装置面板上的小按键输入定值以及在上位机数字式继电器及微机保护软件界面上整定并下载阻抗继电器配置为多边形或直线型特性时,上下位机的整定值定义完全相同而当继电器配置为各种圆特性(含全阻抗圆、方向阻抗圆、偏心阻抗圆)时,上位机输入的定值和下位机定值定义不完全一致上位机定值输入界面见图2-5-6,设各种圆特性下“动作阻抗”值表示为ZDZC,“阻抗角”表示为φZ,“偏移系数”表示为α下位机圆特性整定值包括半径定值ZC、圆心电阻定值RCC和圆形电抗定值XCC各种圆特性下上下位机整定值之间的关系为
1.全阻抗特性阻抗继电器在上位机软件界面只需要输入“动作阻抗”值ZDZC而“阻抗角”φZ和“偏移系数”α数值无意义有ZC=ZDZC,RCC=0,XCC=
02.方向阻抗继电器在上位机软件界面需要输入“动作阻抗”值ZDZC和“阻抗角”φZ而“偏移系数”α数值无意义有,,图2-5-6数字阻抗继电器下载定值界面
3.偏移特性阻抗继电器在上位机软件界面需要输入“动作阻抗”值ZDZC、“阻抗角”φZ和“偏移系数”α有,,
五、实验内容本实验主要测试数字阻抗继电器的各种动作特性方法首先设置数字阻抗继电器的动作特性,然后用测试仪按设定的扫描特性和控制参数发出设置故障情况下的电压、电流,扫描阻抗继电器的动作边界,并自动记录步骤
1.接好连线
2.设置阻抗继电器的特性为全阻抗圆特性,并对阻抗继电器进行整定(比如整定动作阻抗为3Ω)
3.打开测试仪电源在PC机上运行继电保护__测试系统软件,进入“阻抗继电器特性测试”试验
4.设置“控制参数”可参照“LZ-21阻抗继电器特性实验”中的说明注意设置“中心点阻抗”参数时,最好先根据设置的继电器定值估算一下,使扫描中心点和继电器动作圆心重合而“扫描半径”的设置应保证扫描线的起始点和终点完全覆盖继电器的动作边界对于全阻抗圆,可设置中心点阻抗为0Ω,任意角度
5.__“开始试验”按钮起动测试,观察测试得到的动作特性曲线,并记录扫描到的边界点动作电阻和电抗值
6.改变阻抗继电器的特性为方向阻抗特性,重复步骤4-5注意设置合适的扫描参数,尤其是“中心点阻抗”和“扫描半径”记录扫描到的边界点动作电阻和电抗值(设置举例如果设置方向阻抗继电器的动作阻抗为3Ω,阻抗角为60°,即可算出继电器的理想动作圆心为
1.5Ω,60°因此最好设置“中心点阻抗”为
1.5Ω,60°扫描半径应设置为大于
1.5Ω)
7.改变阻抗继电器的特性为偏移阻抗特性,重复步骤4-5注意设置合适的扫描参数,尤其是“中心点阻抗”和“扫描半径”记录扫描到的边界点动作电阻和电抗值(设置举例如果设置方向阻抗继电器的动作阻抗为3Ω,阻抗角为60°,偏移系数为
0.3,即可算出继电器的理想动作圆心为1-
0.3*3/2=
1.05Ω,60°,偏心圆半径为1+
0.3*3/2=
1.95因此最好设置“中心点阻抗”为
1.05Ω,60°扫描半径应设置为大于
1.95Ω)
8.改变阻抗继电器的特性为多边形阻抗特性,重复步骤4-5注意设置合适的扫描参数,记录扫描到的边界点动作电阻和电抗值*
9.改变阻抗继电器的特性为直线形阻抗特性,重复步骤4-5注意设置合适的扫描参数,记录扫描到的边界点动作电阻和电抗值
10.将记录到的各种特性下的边界点动作电阻和动作电抗在一个坐标图中分别描点,并进行比较
六、思考题
1、计算测量阻抗的常见方法有哪些,各有什么优缺点?
2、分析本实验中列出的各种动作特性的阻抗继电器的优缺点及其适用的范围第三章成组微机保护实验本章包含的实验项目的功能是由多功能微机保护实验装置实现的,实现不同的功能只需向装置硬件中下载相应的保护程序为了在进行成组微机保护综合实验时,直观地反应微机保护装置在现场的运行情况,在实验台面板上设置了成组微机保护接线图接线图上的各接线端子已经在实验台内部和测试仪相应电流、电压及开关量端子一一连接因此实验时可将微机保护装置接线区各接线孔用测试线分别和接线图中的各接线孔连接实验接线见图3-6-0图3-6-0成组微机保护实验接线图实验六三段式电流保护实验
一、实验目的
1.掌握三段式保护的基本原理
2.熟悉三段式保护的接线方式
3.掌握三段式电流保护的整定方法
4.了解运行方式对灵敏度的影响
5.了解三段电流保护的动作过程
二、实验说明
1.实验系统图TQDB-III多功能微机保护和变电站综合自动化培训实验系统的成组微机保护实验接线原理如图3-6-1所示图3-6-1实验接线原理图在图3-6-1中,G模拟系统电源,1T模拟升压变压器,AB、BC模拟输电线路,2T模拟降压变压器→模拟负载1QF模拟线路AB的断路器,2QF模拟线路BC的断路器3QF为降压变压器的断路器1TV模拟联接母线A的电压互感器,在母线电压是额定电压的情况下,其输出线电压为100V2TV模拟联接母线B的电压互感器,在母线电压是额定电压的情况下,其输出线电压为100V3TA模拟输电线路AB上的电流互感器,4TA模拟输电线路BC上的电流互感器,5TA模拟降压变压器2T低压侧的电流互感器手动合闸按钮模拟断路器的合闸按钮;手动跳闸按钮模拟断路器的跳闸按钮;短路接钮短路操作点开关备注AB线长18Km,BC线长18Km电抗为
0.4AB段最大负荷电流为70A,3TA的变比为60发电机组功率6MVA1T变压器1次侧电压
6.3KV,容量为6MVAA母线电压
10.5KV
2.实验接线实验接线见图3-6-0在图3-6-0母线上的电压经过电压互感器1TV变换后,输入多功能微机保护装置的电压输入端子,线路AB流过的电流经过电流互感器3TA变流后输入保护装置的电流输入端,注意将三相电流公共端短接保护装置的跳、合闸出口联接在断路器1QF上,控制断路器的跳、合闸注若只做电流保护实验,可不接电压部分
3.多功能微机保护实验装置设置本系统中的多功能微机保护实验装置可在线灵活配置其功能,在进行本实验前,首先需要将其配置为10KV线路保护装置,即分别下载“10KV线路保护装置保护侧程序”和“10KV线路保护装置监控侧程序”模块到实验装置中下载程序步骤如下1关闭装置电源,按住装置面板上的“ESC”键,给装置上电3秒后再松开“ESC”键,此时装置液晶显示屏上显示“程序正在下载中……”的信息2在PC机上运行“数字式继电器及微机保护”软件,并进入“在线下载继电保护程序”模块,见图3-6-2图3-6-2继电保护程序下载界面__“通讯口设置”对应的下拉框,微机保护装置与电脑的哪个串口连接就选择哪个串口,串行口正确打开后,才能进行程序下载__界面中的“下载新保护程序”按钮,选择下载程序的存放路径(路径为“c:\ProgramFiles\Tongqing\下载程序代码\”),选择“10KV线路保护装置保护侧程序.dat”文件后进行下载,下载需要1分钟左右时间,下载时请勿在PC机上做其他操作下载成功后,屏幕上将弹出“文件下载成功”的提示信息__“下载新监控程序”按钮,选择“10KV线路保护装置监控侧程序.dat”文件进行下载3下载成功后将装置重新上电,如果下载正确装置,液晶屏上将显示10KV线路保护实验界面
4.实验模型系统一次参数查看1在PC机上运行“成组保护__控制系统”软件;2在菜单中选择项目“10KV线路模型*.ddb”打开*表示本台实验系统对应的线路模型编号3双击“文件管理”中的“10KV线路模型*.ddb”,__“测试”4在“选项”中__“显示文件名称”和“显示文件参数”,各元件名称和参数将显示在系统模型一次图中
5.定值整定1根据系统参数对三段电流保护进行整定计算注意合理设定可靠系数KⅠ,KⅡ,KⅢ2将定值换算为TA二次侧数值,并输入多功能微机保护装置中方法1通过实验装置面板上的小按键输入定值具体操作详见《TQDB-II型多功能微机保护实验装置用户手册》,注意输入完毕后按提示保存方法2运行“数字式继电器及微机保护”软件,进入“微机继电保护综合实验”模块输入定值后微机保护装置与电脑通讯的串口,__“下载定值”
三、实验内容
(一)设置不同地点发生短路,测试保护动作情况设置线路AB及BC上各点发生瞬时性三相,两相短路故障,观察保护及动作情况步骤
1.设置故障在“继电保护__源综合控制系统”界面上进行操作方法在线路模型上__右键,选择“设置故障”__图4-11-3中AB线路指示处,设置故障故障设置为手控方式建议“故障限时”不小于2000毫秒或设置为0(0表示最长的故障限时)故障设置界面如图3-6-4图3-6-3设置故障示意图
2.__“设备管理”,进行“设备初始化”
3.__“运行”,等待数据下载结束后,按下集控台左下角的“手动合闸”按钮,控制测试仪发出系统正常运行时的电流电压__
4.按下集控台上的“短路按钮”,控制测试仪发出设置的故障状态下的电流电压__,观察保护装置动作情况,并记录动作值
5.断路器断开后,上位机程序将显示断路器断开,要再次做实验要将断路器合上,方法是在非“设置故障”的状态下(右键__线路,将“故障设置”前的对号取消)双击断路器合上断路器如图3-6-
56.设置不同的短路点,重复步骤1-5,测试不同地点发生短路时保护动作情况,并作相应记录填入表3-6-1中测多组数据后找出各段保护在三相短路和两相短路时的保护范围,填入表3-6-2注意根据继电保护规程,要求两相短路时,1段保护范围大于AB线路全长的15%;3段作近后备和远后备时的灵敏系数大于
1.3图3-6-4图3-6-5如果设置的整定值不满足以上要求,则表示整定值计算错误重新整定计算后重复上述步骤将最终符合要求的最小灵敏度填入表3-6-
16.每次实验后,通过内置录波器观察发生故障时的波形,查看故障发生后多久保护开始动作,动作继电器保持时间、故障电流消失多久后,跳闸继电器返回,合闸继电器动作时间等并将结果填入表3-6-3查看录波方法__“设备管理”→“设备录波”表3-6-1不同地点发生短路三段保护动作记录表选用DDB名称Ⅰ段保护的最小灵敏度整定值动作值故障点Ⅰ段Ⅱ段Ⅲ段三相两相三相两相三相两相表3-6-2各段保护保护范围记录表保护范围电流速断限时电流速断过电流表3-6-3保护和重合闸动作时间记录表实验次数故障后保护动作时间ms动作继电器保持时间ms重合闸启动时间ms重合闸继电器保持时间ms是否后加速保护动作后加速保护动作时间ms
(二)设置瞬时性故障,观察保护及重合闸动作情况设置线路AB首端、1/2端、末端三相短路瞬时性故障(设置首末端短路故障时必须在线路的两端的母线上设置故障而不能将故障设置在线路的0%和100%处,如图3-6-7和3-6-8都是错误设置),观察保护及重合闸动作情况通过录波器观察发生故障时的波形,故障发生后多久保护开始动作,动作继电器保持时间、故障电流消失多久后,跳闸继电器返回,合闸继电器动作时间等并将结果填入表3-6-3图3-6-7图3-6-8
六、思考题
1.三段式电流保护的保护范围是如何确定的,在输电线路上是否一定要用三段式保护,用两段行吗?
2.三段式电流保护,哪段最灵敏?哪段最不灵敏?采用什么措施来保证选择性?
3.发生单相接地短路时,系统出现什么现象,___?
4.降压变压器低电压母__生相间故障时,高压侧电流、电压的变化情况,试分析产生的原因
5.I段电流保护(电流速断)的动作时间是否固定,若不固定,和什么因素相关
6.II段电流保护(限时电流速断)的动作时间是否固定,若不固定,和什么因素相关
7.故障电流消失后,继电器___没有立即返回
七、实验报告内容
1.写明实验目的
2.实验系统主接线图,保护装置的接线
3.根据系统图计算三段式电流保护的整定值
4.完成实验表3-6-1中的内容
5.完成思考题实验七零序电流保护实验
一、实验目的1.掌握三段式零序电流保护的基本原理2.熟悉三段式零序电流保护的接线方式3.掌握三段式零序电流保护的整定方法
4.了解运行方式对零序电流保护灵敏度的影响二实验原理1.实验系统图同实验六2.实验接线同实验六
3.测试仪设置和实验六相似,只是打开的项目文件是“零序电流保护**.ddb”4.多功能微机保护实验装置设置在实验前,为保护实验装置下载110KV线路保护模块程序
四、实验内容1.根据“SimPower”软件打开“零序电流保护**.DDB”,在软件状态菜单选择显示系统参数,通过软件中显示的系统参数,计算保护__处的零序电流保护动作的整定值填入表3-7-1中,可靠系数KⅠ=
1.25,KⅡ=
1.15,KⅢ=
1.15(整定原则见附录二)
2.对照实验接线图2,将保护装置和实验台的线路接线,将三段零序电流定值输入多功能微机保护装置中
3.在“SimPower”软件中设置线路AB首端、1/2端、末端,A相接地短路故障,观察保护动作,并记下动作电流值填入表3-7-1中
4.在“SimPower”软件中设置线路BC首端、1/2端、末端,A相接地短路故障,观察保护动作,并记下动作电流值填入表3-7-1中
5.在“SimPower”软件中设置母线AA相接地短路故障,观察保护动作,并记下动作电流值填入表3-7-1中
6.在“SimPower”软件中设置母线DA相接地短路故障,观察保护动作,并记下动作电流值填入表3-7-1中
7.将T2变压器的中性点不接地,重做实验步骤
3、4,56并记下动作电流值填入表3-7-3中
8.再将T1变压器的中性点不接地,重做实验步骤
3、4,观察保护动作情况,并并记下动作电流值填入表3-7-1中
9.每次实验后,通过内置录波器(在设备菜单的录波器观察选项中)观察发生故障时的波形,故障发生后多久保护开始动作,动作继电器保持时间、故障电流消失多久后,跳闸继电器返回并将结果填入表3-7-2表3-7-1不同地点发生短路零序三段保护动作记录表选用DDB名称Ⅰ段最小灵敏度整定值动作值故障点I段II段III段T1T2接地线路AB首端线路AB中间线路AB末端线路BC首端线路BC中间线路BC末端T1高压侧母线AT2低压侧母线DT1接地T2不接地线路AB首端线路AB中间线路AB末端线路BC首端线路BC中间线路BC末端T1高压侧母线AT2低压侧母线DT1不接地T2不接地线路AB首端线路AB中间线路AB末端线路BC首端线路BC中间线路BC末端T1高压侧母线AT2低压侧母线D表3-7-2零序保护动作时间记录表实验次数故障后保护动作时间ms动作继电器保持时间ms故障电流消失后到保护继电器返回时间(ms)
六、思考题1.三段式零序电流保护的保护范围是如何确定,在输电线路上是否一定要用三段式保护,用两段行吗?2.当T2接地和不接地时,在相同地点发生故障时,零序电流大小一致吗说明理由3.当一个变电站有两台变压器并联运行时一般只要求一台变压器接地,___实验八三段式距离保护实验
一、实验目的
1.掌握三段式距离保护的基本原理
2.熟悉三段式距离保护的接线方式
3.掌握三段式距离保护的整定方法
4.了解过渡电阻对距离保护的影响二实验原理
1.实验系统图见实验六
2.实验接线见实验六
3.测试仪设置和实验六相似,只是打开的项目文件是“距离保护**.ddb”
4.多功能微机保护实验装置设置在实验前,为保护实验装置下载110KV线路保护模块程序3段距离保护的动作逻辑框图见图3-8-1图3-8-13段距离保护逻辑框图
四、实验内容1.根据“SimPower”软件打开“距离保护**.DDB”,在软件状态菜单选择显示系统参数,通过软件中显示的系统参数,计算保护__处的距离保护动作的整定值填入表3-8-1中,可靠系数KⅠ=
0.85,KⅡ=
0.8,KⅢ=
0.8(整定原则见附录叁)2.照实验接线图2,将保护装置和实验台的线路接线,将距离保护定值输入多功能微机保护装置中选择园特性3.在“SimPower”软件中设置线路AB首端、1/2端、末端,单相接地、相间短路、三相短路等故障,观察保护动作,并记下动作阻抗值填入表3-8-1中4.在“SimPower”软件中设置过渡电阻分别为20,50,100欧,线路AB首端、1/2端、末端,单相接地、相间短路等故障,观察保护动作,并记下动作阻抗值填入表3-8-1中5.当过渡电阻50欧时,做实验寻找保护II段的最大保护范围将结果填入表3-8-1中6.将距离保护选择多边形特性,重做实验
3、4,记下动作阻抗值填入表3-8-1中7.“SimPower”软件中设置线路BC首端、1/2端、末端,单相接地、相间短路、三相短路等故障,观察保护动作,并记下动作阻抗值填入表3-8-1中8每次实验后,通过内置录波器(在设备菜单的录波器观察选项中)观察发生故障时的波形,故障发生后多久保护开始动作,动作继电器保持时间、故障电流消失多久后,跳闸继电器返回并将结果填入表3-8-1表3-8-1三段距离保护动作记录表选用DDB名称Ⅰ段保护的最小灵敏度整定值动作值故障点Ⅰ段Ⅱ段Ⅲ段三相两相三相两相三相两相AB首端AB中间AB末端T2低压侧母线短路T1分接头至最高点T1分接头至最低点
四、思考题1.三段式距离保护的保护范围是如何确定?2.分析过渡电阻对圆特性动作的保护和多边形特性动作的保护的动作范围影响
五、实验报告内容1.写明实验目的2.实验系统主接线图,保护装置的接线3.根据系统图计算三段式距离保护的整定值4.完成实验表格中的内容5.完成思考题实验九变压器保护实验
一、实验目的1.掌握差动保护的基本原理2.熟悉变压器保护的接线方式3.掌握变压器保护的整定方法,分析其误差来源4.了解比率制动差动保护原理,分析保护动作情况
二、实验原理1.实验一次系统图见降压变压器部分介绍2.本实验中变压器保护装置保护的变压器说明本实验假定变压器保护装置__在图3-6-1的降压变压器2T处系统电压等级和电气参数根据所打开的项目来确定3.实验接线因测试仪只有四个电流输出端,而变压器至少有六个电流量,因此,测试仪无法模拟全部六个电流量,只能模拟四个电流量(一般Yo/d11接线时测试仪IaIbIc模拟变压器的Yo侧的ABC三相电流,Iz模拟变压器的d11侧的A相电流,UaUbUc模拟变压器的Yo侧的ABC三相电压),因此,变压器差动保护就不能实现三相同时差动保护,只能实行分相差动(A相差动保护),即在保护装置接线时保护装置的IAIBIC,接在变压器T2Yo侧的IaIbIc的电流互感器输出端,IxIa接在变压器T2d11侧的Ia的电流互感器输出端,本实验的实际接线如图3-9-1所示图3-9-1变压器保护实验接线图4.测试仪的设置(见实验六)测试仪的设置方式和实验六相似,只是打开的项目文件是“变压器保护**.ddb”5.多功能微机保护实验装置的设置在实验前,为保护实验装置下载变压器保护模块程序完成变压器保护功能
三、实验内容1.根据接线图联接变压器保护的二次接线2.计算各种保护的整定值,输入保护装置中,并填入表3-9-1中1.设置区内故障(三相、两相)观察差动速断保护动作情况,将结果并填入表3-9-1中2.设置区内故障(三相、两相)观察比率差动保护动作情况,将结果并填入表3-9-1中5.调整比率制动差动保护的整定值,观察保护的动作情况,将结果并填入表3-9-1中6.调整整定值,使差动保护不动,观察后备保护的动作情况,将结果并填入表3-9-1中7.停用后备保护,模拟区外故障,观察差流情况8.调节变压器分接头到最大、最小值,模拟区外故障,观察差动差流情况表3-9-1变压器保护动作记录表选用DDB名称整定值动作值故障点差动速断比率差动复合电压闭锁电流保护三相两相三相两相三相两相差动速断首端中间末端比率差动首端中间末端调整后比率差动首端中间末端电流保护首端中间末端T2低压母线
四、思考题分析差流计算值与实验值之间的误差来源
五、实验报告内容1.写明实验目的2.实验系统主接线图,保护装置的接线3.完成实验表3-9-1中的内容4.完成思考题。