继电保护的 实验手册

实验一 距离保护实验
一、实验目的
1. 了解距离保护的原理；
2. 熟悉接地距离保护的多边形特性和相间距离保护的圆特性；
3. 掌握距离保护的逻辑组态方法。

二、实验原理及逻辑框图
相间距离保护采用圆特性的阻抗元件。

相间阻抗元件由ZAB 、ZBC 、ZCA 三个阻抗元件和偏移阻抗元件、电抗线、负荷特性曲线组成。

a. 阻抗元件
在故障发生150 ms 之内采用带记忆的正序电压作极化量的欧姆继电器，记忆电压采用故障前八周电压。

动作方程：1ΦΦ
Y ΦΦ|
0|1m 1θ270I Z U U Arg
θ90
-<-<-︒︒
式中：|0|1m U 为故障前的正序电压；
AB、BC、CA ΦΦ=； 1θ为方向特性向一象限偏移角；
Zy 为各段定值。

150ms 之后取消记忆，采用正序电压作极化量，动作方程为：
1
ΦΦ
Y ΦΦ1m
1θ270I Z U U Arg
θ90-<-<-︒︒
若正序电压较低（15% Un ），为三相短路，为保证正方向故障能动作，反方向故障不动作，设置了偏移特性。

在I 、II 段距离继电器暂态动作后，改用反偏阻抗继电器，保证继电器动作后能保持到故障切除。

在I 、II 段距离继电器暂态不动作时，改用上抛阻抗继电器，保证母线及背后故障时不误动。

对后加速则一直使用反偏阻抗继电器。

反偏或上抛的阻抗值为：
)ZY Ω,0.5 min(0.3Z 1q =
1ZY 为相间距离I 段定值
Ⅰ、Ⅱ段阻抗继电器暂态及稳态动作特性如图5-1，5-2所示：
图1-1 Ⅰ、Ⅱ段阻抗继电器暂态特性 图1-2 Ⅰ、Ⅱ段阻抗继电器稳态特性
Ⅲ段阻抗继电器的动作特性：
1
ΦΦ
Y ΦΦ1m
1θ270I Z U U Arg
θ90-<-<-︒︒
b.电抗线
为防止相间阻抗元件偏移后的超越，距离Ⅰ、Ⅱ增加电抗线特性，其动作特性为：
︒︒<⨯φφ<90Zy/Uop)Arg(-I 90-
c.负荷特性曲线
在重负荷时，测量阻抗可能落入阻抗元件内，因此增加负荷特性曲线。

如图5-3所示：
图1-3 负荷特性曲线
其中：RD 为接地距离电阻定值，当测量阻抗在上图阴影时认为是负荷阻抗。

d.手合故障及重合闸后加速
在手合故障时设置了按阻抗Ⅲ段加速切除故障的功能，手合加速阻抗带偏移特性。

重合后加速设置了可由控制字投退的加速Ⅱ段或Ⅲ段。

在未投入加速时，考虑系统发生振荡时，如开放元件动作，Ⅰ段延时不小于0.03 s ，其他段按正常延时出口；如开放元件未动作，Ⅰ段按0.5 s 、Ⅱ段按1 s 延时出口。

为保证线路上挂的变压器内部故障时，其差动保护来的及动作，Ⅰ段还可通过控制字整定带固定150 ms 延时出口。

e. 距离保护Ⅰ段可通过控制字整定带固定150ms 延时出口，以保证线路上挂的变压器内部故障时，其差动保护来得及动作。

不需要时可通过改变相应控制字而退出此项功能，这样距离保护Ⅰ段就瞬时出口。

f. 不对称故障相继速动:带负荷的线路发生不对称故障，对侧跳闸后导致本侧非故障相负荷消失，距离保护利用该特征加速距离Ⅱ段。

g. 距离保护在装置检测到TV断线时自动退出，在TV断线恢复后自动投入。

距离保护逻辑框图如5-4所示：
距离动作
距离动作
闭锁重合闸
图1-4 距离保护逻辑框图
三、实验内容
1．首先将线路保护实验台控制回路接好，用导线将端子“合闸回路”两个接线孔短接，将端子“跳闸回路”两个接线孔短接。

合上“控制开关”和“电源开关”，使实验装置上电，保护装置得电启动同时实验装置停止按钮亮。

2. 合上监控实验台总漏电断路器，按下启动按钮，此时面板上的转换开关处于单机状态，，然后合上输电线路保护实验台的控制电源开关和Ⅰ、Ⅳ母电源开关，合上线路保护实验台面板上的QF4、QF5、QF9。

2．按下启动按钮，旋转“Ⅳ母电压切换”转换开关检查系统进线电压是否正常，根据实验需要合断路器连接线路，此时线路实验装置为双端供电，两侧的线路保护装置都已启动，可选择其中一个进行实验，左边的保护装置跳左边的断路器QF9，右边的保护装置跳右侧的断路器QF5。

3.通过实验装置面板上的“故障点选择”旋转开关，可选择d1或者d2保护实验，。

并把两侧转换开关都打到就地位置。

4.以相间距离Ⅰ段为例，修改保护定值：进入微机线路保护装置菜单“定值”→“定值”，输入密码后，进入→“相间距离保护Ⅰ段”→按“确认”按钮，进入定值修改界面，修改输电线路相间距离保护I段的保护定值，相间距离保护I段定值清单如下：
正序阻抗角 PS1 80.00D
相间阻抗偏移角 DG1 0.00D
每欧姆公里数 DBL 1.00
躲负荷电阻 RD 0.010hm
相间距离I段阻抗 ZZI 50.000hm
突变量启动定值 Iqd 1.00A
静稳启动 IA 0.50A
I段出口延时 YSCK 0
震荡闭锁功能投 ZDBS 0
5.将相间距离保护的硬压板,相间距离保护Ⅰ段，Ⅱ段，Ⅲ段保护都是一个硬压板（用导线将线路保护实验台的端子“开入＋”接到端子“距离保护压板”短接）和软压板投入（“定值”→“压板”，输入默认密码后，进入→“相间距离保护Ⅰ段”，将其保护软压板投入后→按“确认”后显示“压板固化成功”），其他所有保护的硬压板和软压板均退出。

6.将”故障点选择”旋转到位置“Ⅰ”，在输电线路实验系统的故障模拟区中按下相间（AB，BC或CA）短路故障实验按钮进行输电线路的相间距离I段保护实验。

7.实验完成后，在WXH-825微机线路保护测控装置的“报告”中记下相间距离Ⅰ段保护动作时保护动作信息，并制作相应的表格。

8. 记录保护动作信息后，可改变实验定值进行多次实验。

9.在做相间距离保护Ⅱ段，Ⅲ段保护实验时将”故障点选择”旋转到位置Ⅱ，其他步骤同Ⅰ
实验二 三段式电流电压方向保护实验
一、实验目的
1.熟悉三段电流保护的原理；
2.掌握三段电流保护逻辑组态的方法。

二、实验原理及逻辑框图
三段式电流电压保护一般用于单电源出线上，对于双电源辐射线可以加入方向元件组成带方向的各段保护。

反时限对于任何相间故障，包括接近电源的线路发生故障都可以在较短时间内切除，但保护的配合整定比较复杂，主要用于单电源供电的终端线路。

WXH-825装置设三段电流电压方向保护。

每一段保护的电压闭锁元件及方向元件均可单独投退，通过分别设置保护软压板控制这三段保护的投退。

其中电流电压方向Ⅰ段可以通过控制字选择是否闭锁重合闸。

过流Ⅲ段可通过控制字YSFS 选择采用定时限还是反时限，（若为0，则过流Ⅲ段为定时限段，若为1～3，则过流Ⅲ段分别对应三种不同的反时限段），根据国际电工委员会(IEC255-4)和英国标准规范(BS142.1996)的规定，本装置采用下列三个标准反时限特性方程，分别对应延时方式的1～3。

反时限特性方程如下： 一般反时限： t I I t 1
)(0.14
0.02-=
(1)
非常反时限： t I I t 1
)(13.5
-=
(2)
极端反时限： p p t I I t 1
)(80
2
-=
(3) 上式中，I p 为电流基准值，取过流Ⅲ段定值Idz3；T p 为时间常数，取过流Ⅲ段时间定值T3，
范围为0.05～1S 。

其中反时限特性可由控制字YSFS 选择（1为一般反时限，2为非常反时限，3为极端反时限）。

方向元件采用90︒接线，按相起动。

为消除死区，方向元件带有记忆功能。

动作的最大灵敏角可以通过控制字选择为-45︒或者-30︒，动作范围120︒~－30︒或者105︒~－45︒。

方向元件动作区域如图5-6所示：
方向元件动作区域
图2-1 方向元件动作区示意图
逻辑原理框图如图2-2所示:
图2-2 三段电流电压方向保护原理框图
三、实验内容
1．首先将线路保护实验台控制回路接好，用导线将端子“合闸回路”两个接线孔短接，将端子“跳闸回路”两个接线孔短接。

合上“控制开关”和“电源开关”，使实验装置上电，保护装置得电启动同时实验装置停止按钮亮。

2. 合上监控实验台总漏电断路器，按下启动按钮，此时面板上的转换开关处于单机状态，，然后合上输电线路保护实验台的控制电源开关和Ⅰ、Ⅳ母电源开关，合上线路保护实验台面板上的QF4、QF5、QF9。

3．按下启动按钮，旋转“Ⅳ母电压切换”转换开关检查系统进线电压是否正常，根据实验需要合断路器连接线路，此时线路实验装置为双端供电，两侧的线路保护装置都已启动，可选择其中一个进行实验，左边的保护装置跳左边的断路器QF9，右边的保护装置跳右侧的断路器QF5。

4.通过实验装置面板上的“故障点选择”旋转开关，可选择d1或者d2保护实验，并把两侧转换开关都打到就地位置。

5.修改保护定值：进入装置菜单“定值”→“定值”，输入密码后，进入→“电流Ⅰ段保护”→按“确认”按钮，进入定值修改界面，如：
电流I段定值 Idz1 1.50 A
电流I段时限 T1 0.50S
电流I段电压定值 Udz 100.00V
-30°灵敏角投退 ALM 1
电流Ⅰ段电压投退 UBS 1
电流Ⅰ段方向投退 DBS 1
闭锁重合闸 BScHz 1
6.将电流Ⅰ段保护的软压板投入（“定值”→“压板”，输入密码后，进入→“电流Ⅰ段保护”，将其保护软压板投入后→按“确认”后显示“压板固化成功”），其他所有保护的硬压板和软压板均退出。

7.将”故障点选择”旋转到位置Ⅰ（或者Ⅱ），在输电线路实验系统的故障模拟区中按下“A 相”、“B相”、“C相”、“N相”带自锁的试验按钮中的任意两相，来模拟相间短路或者单相接地实验，如果模拟相间短路，则保护动作与跳三相；如果模拟单相接地实验，则保护动作与跳单相，跳开一相后线路仍允许两相运行一段时间，若一段时间（本实验装置为11s）后仍没有重合闸（重合闸最长时限10s）或者故障仍未排除，则跳开三相彻底断电。

8.实验完成后，在WXH-825微机线路保护测控装置的“报告”中记下两段电流保护动作时的保护动作信息，并制作相应的表格。

三段保护的实验同上。

9.记录保护动作信息后，可改变实验定值进行多次实验。

表2-1 三段式电流保护实验数据表。