電力系統(tǒng)繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、三、功率方向繼電器特性實(shí)驗(yàn)（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 學(xué)會運(yùn)用相位測試儀器測量電流與電壓之間相角得方法。2. 掌握功率方向繼電器得動作特性、 接線方式及動作特性得試驗(yàn)方法。3. 研究接入功率方向繼電器得電流、電壓得極性對功率方向繼電器得動作特性得影響。（二）L -1型功率方向繼電器簡介。電流保護(hù)中引入方向判別得必要性在單側(cè)電源得電網(wǎng)中 ,電流保護(hù)能滿足線路保護(hù)得需要。但就是 ,在兩側(cè)電 源得電網(wǎng) （包括單電源環(huán)形電網(wǎng) ）中,只靠電流定值與動作時限得整定不能完全 取得動作得選擇性?，F(xiàn)以圖 3所示得兩端供電電網(wǎng)為例 ,分析電流速斷保護(hù)與過電流保護(hù) 得行為。先觀察兩側(cè)電源得電網(wǎng)上發(fā)生短路時 ,電流速斷保護(hù)得

2、動作行為。 因?yàn)殡?流速斷保護(hù)沒有方向性 ,所以只要短路電流大于它得整定值就可以動作。 從圖 1中可以瞧出 ,當(dāng)1點(diǎn)發(fā)生短路時 ,4Q得電流速斷保護(hù)可以動作 ,5QF 也 可以動作。如果 QF 先于 5QF 動作,就擴(kuò)大了停電范圍。同樣 ,在 k2 點(diǎn)發(fā)生 短路時,2QF與5QF可能在電流速斷保護(hù)作用下 ,非選擇性地動作。 所以,在兩 側(cè)電源供電得電網(wǎng)中 ,斷路器流過反向電源提供得短路電流時 ,電流速斷保護(hù) 有可能失去選擇性而誤動、再從圖 31（c）分析過電流保護(hù)得動作行為。 k點(diǎn)短路時 ,要求QF、4QF 先于 2F、5Q動作,即要求2>t3,t5>4;而在1、K3 點(diǎn)短路時 ,

3、要求 5QF 先于4QF動作,2QF先于3Q動作,即要求 t4t5,t3>t2。這就是矛盾得,顯然就 是不可能實(shí)現(xiàn)得。因?yàn)檫^電流保護(hù)得動作時間就是不可能隨意更改得 ,所以,在 兩側(cè)電源供電得電網(wǎng)中 ,過電流保護(hù)也可能失去選擇性、(a)(b)()圖 3- 雙側(cè)電源電網(wǎng)電流保護(hù)動作行為分析(a) 系統(tǒng)圖 (b) 兩側(cè)電流與保護(hù)配合關(guān)系 (c) 時間配合圖為了保證選擇性 ,應(yīng)該在保護(hù)回路中加方向閉鎖 , 構(gòu)成方向性電流保護(hù)。 要求只有在流過斷路器得電流得方向從母線側(cè)流向線路側(cè)時,才允許保護(hù)動作。由于規(guī)定了電流從母線流向線路時為保護(hù)動作得方向,因此 ,可以利用功率方向繼電器來做到這一點(diǎn)。采用功率

4、方向繼電器以后 ,圖 3 (a)雙電源系統(tǒng)就可以分為兩個單端電 源得保護(hù)系統(tǒng)。 即雙號斷路器得保護(hù)就是一個保護(hù)系統(tǒng) ,它負(fù)責(zé)切除由電源 N 供給得短路功率 ;單號斷路器得保護(hù)又就是一個保護(hù)系統(tǒng) ,它負(fù)責(zé)切除電源 M 供給得短路功率。保護(hù)得動作時間得選擇就可按階梯原則來進(jìn)行、即t5<t<1 與 t6> t4>2。由此可見 ,方向過電流保護(hù)就就是由過電流保護(hù)加裝功率方向繼電器構(gòu) 成。在方向過電流保護(hù)得單相原理圖中 ,當(dāng)正方向區(qū)內(nèi)故障時 ,只有功率方向元 件與電流元件都動作 ,保護(hù)才能動作跳閘。由此可知 ,功率方向繼電器就是多電 源網(wǎng)絡(luò)保證保護(hù)動作有選擇性得重要元件。2。LG

5、-1 整流型 功率方向繼電器得工作原理-1型功率方向繼電器就是目前廣泛應(yīng)用得整流型功率方向繼電器 其比較幅值得兩電氣量動作方程為 :繼電器得接線如圖 3-所示,其中圖 (a)為繼電器得交流回路圖 ,也就就是比較 電氣量得電壓形成回路 ,加入繼電器得電流為 ,電壓為。電流通過電抗變壓器DK 得一次繞組 1,二次繞組 W與3 端鈕獲得電壓分量 ,它超前電流得相 角就就是轉(zhuǎn)移阻抗得阻抗角 k,繞組 W4用來調(diào)整 k得數(shù)值 ,以得到繼電器得最靈敏角、電壓經(jīng)電容 接入中間變壓器 B 得一次繞組 W,由兩個二次繞組 W與 W3獲得電壓分量 ,超前得相角為 9 、DB與 YB標(biāo)有 W2得兩個二次 繞組得聯(lián)接

6、方式如圖所示 ,得到動作電壓 +,加于整流橋 B1輸入端;DKB 與 B標(biāo)有3得二次繞組得聯(lián)接方式如圖所示 ,得到制動電壓 ,加于整流橋 BZ2輸入 端、圖(b)為幅值比較回路 ,它按循環(huán)電流式接線 ,執(zhí)行元件采用極化繼電器 J、 繼電器最大靈敏角得調(diào)整就是利用改變電抗變壓器 DKB 第三個二次繞 組 W所接得電阻值來實(shí)現(xiàn)得。繼電器得內(nèi)角=90° k,當(dāng)接入電阻 R3 時,阻抗角 k=6 , =° ;當(dāng)接入電阻 4 時, =45 , =45°、因此 ,繼電器得最 大靈敏角 lsn ,并可以調(diào)整為兩個數(shù)值 ,一個為 30 ,另一個為 。當(dāng)在保護(hù)安裝處正向出口發(fā)生相間

7、短路時 ,相間電壓幾乎將降為零值 ,這 時功率方向繼電器得輸入電壓 ,動作方程為 ,即。由于整流型功率方向繼電 器得動作需克服執(zhí)行繼電器得機(jī)械反作用力矩,也就就是說必須消耗一定得功率 (盡管這一功率得數(shù)值不大 ),因此 ,要使繼電器動作 ,必須滿足得條件。所以 在 0 得情況下 , 功率方向繼電器動作不了 , 因而產(chǎn)生了電壓死區(qū)。R1DKB5Im6C2BZ1 30 R511BZBZ1(a)JJ9( b) 功Y率 ()交流回路圖10(b)直流回路圖YB C112UmBZ287W1圖R6方向繼電器原理接線C4為了消除電壓死區(qū) ,功率方向繼電器得電壓回路需加設(shè)“記憶回路 ",就就 是需電容

8、 C1與中間變壓器 B得繞組電感構(gòu)成對 50Hz串聯(lián)諧振回路、這樣 當(dāng)電壓突然降低為零時 ,該回路中電流并不立即消失 ,而就是按 0Hz 諧振頻 率,經(jīng)過幾個周波后 ,逐漸衰減為零。而這個電流與故障前電壓同相 ,并且在諧 振衰減過程中維持相位不變。因此 ,相當(dāng)于“記住了”短路前得電壓得相位 故稱為“記憶回路”。由于電壓回路有了“記憶回路 "得存在 ,當(dāng)加于繼電器得電壓 0 時,在一定得時間內(nèi) YB 得二次繞組端鈕有電壓分量存在 ,就可以繼續(xù)進(jìn)行幅值得比較 因而消除了在正方向出口短路時繼電器得電壓死區(qū)。在整流比較回路中 ,電容 C2 與3 主要就是濾除二次諧波 ,C4 用來濾除高 次諧

9、波。動作區(qū)最大靈敏線非動作區(qū)圖 3-3 LG-11 型功率方向繼電器得 動作特性 ( 為 30 或 45 )、功率方向繼電器得動作特性 繼電器得動作特性如圖 33 所 示,臨界動作條件為垂直于最大靈敏 線通過原點(diǎn)得一條直線 , 動作區(qū)為帶 有陰影線得半平面范圍。最大靈敏線 就是超前為 角得一條直線。電流得 相位可以改變 ,當(dāng)與最大靈敏線重合時,即處于靈敏角 s = 情況下 ,電 壓分量與超前為 90 相角得電壓分量 相重合。通常功率方向繼電器得動作特性還有下面兩種表示方法 :( )角度特性 :表示 Im 固定不變時 ,繼電器起動電壓 Up t =f( m)得關(guān)系曲-120 -30 0 60圖

10、3-4 功率方向繼電器( =30 ) 得角度特性大理動 m器這變線。理論上此特性可用圖表示 ,其最 靈敏角為 sen= 。當(dāng) k 60 時 , sen= 0 , 想情況下動作范圍位于以 e為中心得(2) 伏安特性 : 表示當(dāng) m= e固定不0 以內(nèi)。 在此動作范圍內(nèi) ,繼電器得最小起 電壓 Uprin基本上與 r 無關(guān),當(dāng)加入繼電 得電壓 UrUpur min時,繼電器將不能起動 , 就就是出現(xiàn)“電壓死區(qū) " 得原因、 時,繼電器起動 Upur =(Im)得關(guān)系曲線。在理想情況下 ,該曲線平行于兩個坐 標(biāo)軸,如圖 5 所示,只要加入繼電器得電流與電壓分別大于最小起動電流Upu 、Up

11、u、Ipu、 r 、圖 3-5 功率方向繼電器得伏 安特性Imp r mi與最小起動電壓 Uur min,繼電器就 可以動作。其中 Ipur min之值主要取決于在電 流回路中形成方波時所需加入得最小電流。在分析功率方向繼電器得動作特性時 還要考慮繼電器得“潛動”問題。功率方向繼電器可能出現(xiàn)電流潛動或電壓潛動兩種、所謂電壓潛動 ,就就是功率方向繼電器僅加入電壓時產(chǎn)生得動作。產(chǎn)生 電壓潛動得原因就是由于中間變壓器 YB 得兩個二次繞組 W、W2 得輸出電 壓不等,當(dāng)動作回路 YB得W2端電壓分量大于制動回路 B得 W3端電壓分量 時,就會產(chǎn)生電壓潛動現(xiàn)象。為了消除電壓潛動 ,可調(diào)整制動回路中得電

12、阻 3, 使 I =時 ,加于兩個整流橋輸入端得電壓相等 ,因而消除了電壓潛動。所謂電流潛動 ,就就是功率方向繼電器僅通入電流時產(chǎn)生得動作。產(chǎn)生 電流潛動得原因就是由于電抗變壓器 B 兩個二次繞組 W、W3 得電壓分 量不等,當(dāng)電壓分量大于 W3 端電壓分量 （也就就是動作電壓大于制動電壓 ） 時,就會產(chǎn)生電流潛動現(xiàn)象。為了消除電流潛動 ,可調(diào)整動作回路中得電阻 R1, 使 Um0 時,加于兩個整流橋輸入端得電壓相等 ,因而消除了電流潛動。發(fā)生潛動得最大危害就是在反方向出口處三相短路時 ,此時 Um 0,而m 很大 ,方向繼電器本應(yīng)將保護(hù)裝置閉鎖 ,如果此時出現(xiàn)了潛動 ,就可能使保護(hù)裝 置失去

13、方向性而誤動作。4。相間短路功率方向繼電器得接線方式由于功率方向繼電器得主要任務(wù)就是判斷短路功率得方向 ,因此 ,對其接線方式應(yīng)提出如下要求。圖 3-6 cos =1 時 I A 、UBC 得向量圖（ ）正方向任何形式得故障都能動作 ,而當(dāng) 反方向故障時則不動作。（2）故障以后加入繼電器得電流與電壓應(yīng)盡 可能地大一些 ,并盡可能使 r 接近于最靈敏角 ls n,以便消除與減小方向繼電器得死區(qū)、為了滿足以上要求 ,功率方向繼電器廣泛采 用得就是 90 接線方式 ,所謂 90 接線方式就是指 在三相對稱得情況下 ,當(dāng) os =1 時,加入繼電器得電流如與電壓相位相差0 。如圖 36 所示 ,這個定

14、義僅僅就是為了稱呼得方便 ,沒有什么物理意義。 采用這種接線方式時 ,三個繼電器分別接于、 ,、與、而構(gòu)成三相式方向 過電流保護(hù)接線圖。 在此順便指出 ,對功率方向繼電器得接線 ,必須十分注意繼 電器電流線圈與電壓線圈得極性問題 ,如果有一個線圈得極性接錯就會出現(xiàn)正方向拒動 ,反方向誤動得現(xiàn)象。（三）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)所采用得實(shí)驗(yàn)原理接線如圖 3-所示。圖中 ,30V 交流電源經(jīng)移 相器與調(diào)壓器調(diào)整后 ,由 b相分別輸入功率方向繼電器得電壓線圈 ,相電 流輸入至繼電器得電流線圈 ,注意同名端方向。1、熟悉 G-11 功率方向繼電器得原理接線與相位儀得操作接線及試驗(yàn)原 理、認(rèn)真閱讀 LG-11功率方

15、向繼電器原理圖 （圖 3-）與實(shí)驗(yàn)原理接線圖 （圖3 8）,在圖上畫出 LGJ 中得接線端子號與所需測量儀表接法。2、按實(shí)驗(yàn)線路接線 ,用相位儀檢查接線極性就是否正確、將移相器調(diào)至 0 ,合上電源開關(guān)加 1A 電流,20V 電壓觀察分析相位儀讀數(shù)圖 3-7 LG-II 功率方向繼電器原理接線就是否正確、若不正確 ,則說明輸入電流與電壓相位不正確 ,分析原因 ,并加以 改正。3。功率方向繼電器電壓潛動現(xiàn)象檢查實(shí)驗(yàn)LG-11 功率方向繼電器實(shí)驗(yàn)原理接線如圖 3-8 所示、圖中 ,80交流電 源經(jīng)移相器與調(diào)壓器調(diào)整后 ,由 bc 相分別輸入功率方向繼電器得電壓線圈 ,相電流輸入至繼電器得電流線圈 ,

16、注意同名端方向220 圖 3-8 G1 功率方向繼電器實(shí)驗(yàn)原理接線圖 實(shí)驗(yàn)步驟如下 :()熟悉 LG 11 功率方向繼電器得原理接線與 驗(yàn)原理。AB認(rèn)真C 閱讀 LG 1相功調(diào)率b方向繼電器器原c 理電秒表得操作方法及試8),在圖 8上畫出功率器方向繼電器 LGJ 中得接線端子理接線圖 (圖 3所需測量儀表接法。30 /5A 2A(2)按實(shí)驗(yàn)原0理 線路圖接線。TY 1相位儀( )調(diào)節(jié)三相調(diào)壓器與單相調(diào)壓器 ,使其輸出電壓為 V,將移相器調(diào)至 0 度,將滑線電阻滑動觸頭移到其中間位置。(4) 合上三相電源開關(guān)、單相電源開關(guān)。(5) 打開電秒表電源開關(guān) ,將其功能選擇開關(guān)置于相位測量位置 (“相

17、位” 指示燈亮 ),相位頻率測量單元得開關(guān)拔到“外接頻率 " 位置。(6) 調(diào)節(jié)三相調(diào)壓器使移相器輸出電壓為 20V,調(diào)節(jié)單相調(diào)壓器使電流表 讀數(shù)為 1A, 觀察分析電秒表讀數(shù)就是否正確。若不正確 ,則說明輸入電流與電壓相位不正確 ,分析原因 ,并加以改正(7) 在電秒表讀數(shù)正確時 ,使三相調(diào)壓器與單相調(diào)壓器輸出均為 0V,斷開單相電源開關(guān)、檢查功率繼電器就是否有潛動現(xiàn)象。電壓潛動測量 :將電流回路開路 ,對 電壓回路加入 1V 電壓 ;測量極化繼電器 JJ 兩端之間電壓 ,若小于 0、1V, 則說明無電壓潛動。4. 用實(shí)驗(yàn)法測 LG-1 整流型功率方向繼電器角度特性 Upu f(

18、),并找 出繼電器得最大靈敏角與最小動作電壓、實(shí)驗(yàn)步驟如下 :(1) 按圖 8 所示原理接線圖接線。()檢查接線無誤后 ,合上三相電源開關(guān)、 單相電源開關(guān)與直流電源開關(guān)、(3) 調(diào)節(jié)單相調(diào)壓器得輸出電壓使電流表得讀數(shù)為 1A, 并保護(hù)此電流值不（） 在操作開關(guān)斷開狀態(tài)下 ,調(diào)節(jié)三相調(diào)壓器得輸出電壓 ,使電壓表讀數(shù) 為 50 。（5） 調(diào)節(jié)移相器 ,在電壓表為給定值得條件下找到使繼電器動作 （動作信號燈 由不亮變亮）得兩個臨界角度 1、 2 ,將測量數(shù)據(jù)記錄于表 1 中。（ ）保持電流為不變 ,調(diào)節(jié)三相調(diào)壓器 ,依次降低電壓值 ,重復(fù)步驟 （5） 得過程,給定電壓為 0V、0V 情況下 ,使繼電

19、器動作得 1、 2,并記錄在表 3 1 中。表 3-1 角度特性 Uu= f（ ）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表/V8。518、37.007.506。36 。3524.5021度00000-19、-1300-112 度050、50131025005。50117。550（7）保持電流為 1A 不變 ,將兩個滑線電阻得滑動觸點(diǎn)移到靠近移相器輸出bc 接線端 ,調(diào)節(jié)三相調(diào)壓器使其輸出電壓為 0V 、（8）合上操作開關(guān) BK, 調(diào)節(jié)兩個滑線電阻得滑動觸點(diǎn)使電壓表讀數(shù)為 0V、（）斷開操作開關(guān) BK 。 （1）改變移相器得位置、（1 ）迅速合上開關(guān) BK,檢查繼電器動作情況。（12）重復(fù)步驟 （9）至（11）,找到使繼

20、電器動作得兩個臨界角度 1、 2 ,在斷開 開關(guān) BK 得情況下 ,將電秒表得讀數(shù)記錄于表 3 1 中。（13）重復(fù)步驟 （）得過程 ,使電壓表得讀數(shù)分別為 5、2、5、2、1 與。 V,再重復(fù)步驟 （）至（ ）得過程 ,找出使繼電器動作得最小動作電壓值。（14）實(shí)驗(yàn)完成后 ,使調(diào)壓器輸出為 0,斷開所有電源開關(guān)。（ ）計算繼電器得最大靈敏角 ,繪制角度特性曲線 ,并標(biāo)明動作區(qū)、 .用實(shí)驗(yàn)法作出功率方向繼電器得伏安特性 Upu （r）與最小動作電 壓實(shí)驗(yàn)步驟如下 :(1)調(diào)整功率方向繼電器得內(nèi)角 = ,調(diào)節(jié)移相器使 s ,并保持 不變。(2) 實(shí)驗(yàn)接線與圖 -8 相同 ,檢查接線無誤后 ,合上三相電源開關(guān)、單相電 源開關(guān)與直流電源開關(guān)、(3) 按照實(shí)驗(yàn) 4)中步驟(7)與(8)介紹得方法將電壓表讀數(shù)調(diào)至表 32 中得 某一給定值、(4) 調(diào)節(jié)單相調(diào)壓器得輸出 ,改變繼電器輸入電流得大小 ,當(dāng)繼電器動作時 , 記錄此時電流表得讀數(shù)。(5) 重復(fù)步驟 (3) 與(4),在依次給出不同得電壓時 ,找出使繼電器動作 (指示 燈由不亮到亮 )得相應(yīng)得電流值 ,記入表 3-2 中。注意找出使繼電器動作得最小 電壓與電流。表 3- 伏安特性 Uu = (I r)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表Upu/06532、510。Ir/A(V)052、5(A)、13