功率方向继电器实验讲稿

实验2：功率方向继电器实验讲稿

一、 实验目的

1、学会运用相位测试仪测量电流电压之间的相角方法。

2、掌握功率方向继电器的动作特性，接线方式及动作特性的实验方法。

二、 LG-11型功率方向继电器简介

1、 LG-11型功率方向继电器的工作原理

LG-11型功率方向继电器是目前广泛应用的整流型功率方向继电器，其比较幅值的两电气量动作方程：

k m y m k m y m k I k U k I k U ⨯+⨯≥⨯-⨯

继电器的接线如图2-1所示，其中图A 为继电器的交流回路图，也就是比较电气量的电压形成回路，加入继电器的的电流为m I ，电压为m U ，电流m

I 通过电抗变压器DKB 的一次绕组W1，二次绕组W2和W3端获得电压分量m k I K ，它超前电流m I 的相角就是转移阻抗k K 的阻

抗角k ϕ，绕组W4用来调整k ϕ的数值，以得到继电器的最灵敏角。电

压m

U 经过电容C1接入中间变压器YB 的一次绕组W1，由两个二次绕组W2和W3获得电压分量m y U K 。m

y U K 超前m U 的相角90度。DKB 和YB 标有W2的两个二次绕组的联接方式如图所示，得到动作电压•

•••+m y m K U K I K ,加于整流BZ1输入端；DKB 和YB 标有W3的两个二次绕组的联接方式如图所示，得到制动电压•

•••-m y m K U K I K ，加于整流桥BZ2

端。图（b ）为幅值比较回路，它按循环电流式接下，执行元件采用极化继电器JJ 。

继电器的最大灵敏角的调整是利用改变变压器DKB 第三个二次绕组W4所接的电阻值来实现的，继电器的内角k ϕα-=090，当接入电

阻R3时，阻抗角 ;0030,60==αϕk 当接入电阻R4时 ;0045,45==αϕk 。因此，继电器的最大灵敏角sen φα=-，并可以调整为两个数字，一个为-30°，另一个为-45°。

当在保护安装处于正向出楼发生相间短路时，相间电压几乎降为

0值，这时功率方向继电器的输入电压0≈m

U ，由于功率方向继电器的动作需克服执行的机械反作用力矩，也就是说必须消耗一定的功率

（尽管这一功率消耗不大）。因此必须满足条件B

A U U >。所以在m

U =0的情况下，功率方向继电器动作不了。因而产生了电压死区。为了消除电压死区，功率方向继电器的电压回路需要加设记忆回路，就是需要电容C1与中间变压器YB 的绕组电感构成对50Hz 串联谐振

电路。这样当电压突然降低为m

U =0时，该回路中的电流并不立即消失，而是按50HZ 谐振电路的频率，经过几个周波后，逐渐衰减为0。而这个电流与故障前的电压同相，并且在谐振衰减过程中维持相位不变化。因此，相当于记住了短路前的电压的相位，所以称为记忆回路。

由于电压回路有了记忆回路的存在，相当于继电器的电压为m

U =0时，在一定的时间内YB 的二次绕组端纽有电压分量的存在，就可以继续进行幅值的比较，因而消除了在正方向的出口短路时继电器的电压死区。

在整流比较回路中电容C2和C3主要是滤除二次谐波，C4用来滤除高次谐波。

图2-1 LG-11功率方向继电器原理接线图

2、功率方向继电器的动作特性

继电器的动作特性如图2-2所示。临界动作条件为垂直于最大灵敏线通过原点的一条直线，动作区为带有阴影线的半平面范围。电流的相位可以改变，当与最大灵敏线重合时，即处于灵敏角sen ϕα=-的

情况下，电压分量m k I K 与超前m U 为90度相角的电压分量m y U K 相重

合。

图2-2 功率方向继电器动作特性

通常功率方向继电器的动作特性还有下面2种表示方法：

（1）角度特性：表示m I 固定不变，继电器的动作电压)(.m r pu f U ϕ=的关系曲线，理论上此特性可以用图2-3所表示，理想情况下动作范围位于为sen ϕ中心的±90度以内。在此动作范围内，继电器的最小起动电压.min pur U 基本上与r ϕ无关，加入继电器的电压为min .pur r U U <时，继电器不能起动，这就是出现电压死区的原因。

图2-3 功率方向继电器的角度特性（ϕ=30。）

（2）伏安特性：表示当m sen ϕϕ=固定不变时，继电器的启动电压

)(.m r pu I f U =的关系曲线。在理想情况下，该曲线平行与两个坐标轴，如图2-4所示，只要加入继电器的电流和电压分别大于最小启动电流..min pu r I 和最小启动电压..min pu r U 继电器就可以动作。其中..min pu r I 之值取决于在电流回路中形成方波时所要加入的最小电流。

图2-4 功率方向继电器的伏安特性

在分析功率方向继电器的动作特性时，还要考虑继电器的“潜动”问题。功率方向继电器可能出现电流潜动和电压潜动两种。

所谓电压潜动，就是功率方向继电器仅加入电压时产生的动作。产生电压潜动的原因是由于中间变压器YB的两个二次绕组W3，W4的输出电压不等，当动作回路YB的W2端电压分量

k U大于制动回路YB

k m

的W3电压分量

k U时，就会产生电压潜动现象。为了消除电压潜动，

k m

可调整制动回路中的电阻R3，使Im=0时，加于两个整流输入端的电压相等，因而消除电压潜动。

I产生的动作，所谓电流潜动，就是功率方向继电器仅通过电流

m

产生电流潜动的原因是由于电抗变压器DKB两个二次绕组W2、W3的电压分量不相等，当W2电压分量大于W3电压分量时，就会产生电流潜动。为了消除电流潜动，可调整动作路中的电阻R1，使Um=0加于两个整流桥输入端的电压相等，因而消除了电流潜动。

发生潜动的巨大危害是在反方向出口处三相短路时，此时Um≈0，Im很大，方向继电器本应该将保护装置闭琐，如果此时出现了潜动，就可能使保护装置失去方向性而误动作。

3、相间短路功率方向继电器的接线方式