继电保护-实验报告

继电保护原理实验报告
学生姓名
课程继电保护原理
学号
专业电气工程及其自动化
指导教师陈皓
二Ο一四年五月三十日
摘要：继电器（relay）是一种电控制器件，是当输入量（激励量）的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。

它具有控制系统和被控制系统之间的互动关系。

通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。

故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

研究电力系统故障和危及安全运行的异常工况，以探讨其对策的反事故自动化措施。

因在其发展过程中曾主要用有触点的继电器来保护电力系统及其元件（发电机、变压器、输电线路、母线等）使之免遭损害，所以简称继电保护。

本次实验我们通过继电保护最基本的元件——电流继电器、功率方向继电器进行测试，通过实验了解继电器的結构及工作原理、掌握继电器的调试方法。

了解继电器的原理及构造（采用整流式原理，嵌入式结构），继电器的检验方法（主要部分）了解移相器和相位表的使用方法。

关键词：电流继电器功率方向继电器返回系数最大灵敏角
实验一电流继电器特性实验
一、实验目的
1、了解继电器的結构及工作原理。

2、掌握继电器的调试方法。

二、构造原理及用途
继电器由电磁铁、线圈、Z型舌片、弹簧、动触点、静触点、整定把手、刻度盘、轴承、限制螺杆等组成。

继电器动作的原理：当继电器线圈中的电流增加到一定值时，该电流产生的电磁力矩能够克服弹簧反作用力矩和摩擦力矩，使Z型舌片沿顺时针方向转动，动静接点接通，继电器动作。

当线圈的电流中断或减小到一定值时，弹簧的反作用力矩使继电器返回。

利用连接片可将继电器的线圈串联或并联，再加上改变调整把手的位置可使其动作值的调整范围变更四倍。

继电器的内部接线图如下：图一为动合触点，图二为动断触点，图三为一动合一动断触点。

电流继电器用于发电机、变压器、线路及电动机等的过负荷和短路保护装置。

三、实验内容
1. 外部检查
2. 内部及机械部分的检查
3. 绝缘检查
4. 刻度值检查
5. 接点工作可靠性检查
四、实验步骤
1、外部检查
检查外壳与底座间的接合应牢固、紧密；外罩应完好，继电器端子接线应牢固可靠。

1. 内部和机械部分的检查
a. 检查转轴纵向和横向的活动范围，该范围不得大于0.15~0.2mm，检查舌片与极间的间隙，舌片动作时不应与磁极相碰，且上下间隙应尽量相同，舌片上下端部弯曲的程度亦相同，舌片的起始和终止位置应合适，舌片活动范围约为7度左右。

b. 检查刻度盘把手固定可靠性，当把手放在某一刻度值时，应不能自由活动。

c. 检查继电器的螺旋弹簧：弹簧的平面应与转轴严格垂直，弹簧由起始位置转至刻度最大位置时，其层间不应彼此接触且应保持相同的间隙。

d. 检查接点：动接点桥与静接点桥接触时所交的角度应为55~65度，且应在距静接点首端约1/3处开始接触，并在其中心线上以不大的摩擦阻力滑行，其终点距接点末端应小于1/3。

接点间的距离不得小于2mm,两静接点片的倾斜应一致，并与动接点同时接触，动接点容许在其本身的转轴上旋转10~15度，并沿轴向移动0.2~0.3mm，继电器的静接点片装有一限制振动的防振片，防振片与静接点片刚能接触或两者之间有一不大于0.1~0.2mm的间隙。

2、电气特性的检验及调整
（1）实验接线图如下：
（2）动作电流和返回电流的检查
a. 将继电器线圈串联，并将整定把手放在某一整定值上，调压器的手柄放在输出电压的最小位置（或将串入电路的滑线可变电阻放在电阻最大位置）。

b. 合上电源开关，调节调压器的输出电压（调节可变电阻），慢慢地增加继电器电流，直至继电器动作，停止调节，记下此时的电流数值，即为继电器的动作电流Idj,再重复二次，将其值填入表1-1，求其平均值。

c. 继电器动作后，均匀地减小调压器的输出电压（增加可变电阻阻值使流入继电器电流减小）直至继电器的常开接点刚刚打开，记下这时的电流，即为返回电流Ihj，重复二次将其值填入表1-1，求其平均值。

根据动作电流和返回电流算出返回系数Kf：Kf=Ihj/Idj 动作值于返回值的测量应重复三次，每次测量值与整定值误差不超过±3%，否则应检查轴承和轴尖。

过电流继电器的返回系数应不小于0.85，当大于0.9时，应注意接点压力。

a. 将整定把手放在其它刻度时，重复上述试验。

b. 将继电器线圈改为并联接法，按上述步骤重新进行检验。

在运行中如需改变定值，除检验整定点外，还应进行刻度检验或检验所需改变的定值。

用保护安装处最大故障电流进行冲击试验后，复试定值与整定值的误差不应超过±3%，否则，应检查可动部分的固定和调整是否有问题，或线圈内部有无层间短路等。

（3）返回系数的调整
返回系数不满足要求时应予调整，影响返回系数的因素较多，如轴尖的光洁度、轴承清洁情况、静触点位置等，但影响较显著的是舌片端部与磁极间的间隙和舌片的位置。

a. 改变舌片的起始角与终止角，填整继电器左上方的舌片起始位置限制螺杆，以改变舌片起始位置角，此时只能改变动作电流，而对返回电流几乎没有影响，故用改变舌片的起始角来调整动作电流和返回系数。

舌片起始位置离开磁极的距离愈大，返回系数愈小；反之，返回系数愈大。

调整继电器右上方的舌片终止位置限制螺杆，以改变舌片终止位置角，此时只能改变返回电流而对动作电流则无影响，故用改变舌片的终止角来调整返回电流和返回系数。

舌片终止位置与磁极的间隙愈大，返回系数愈大；反之，返回系数愈小。

a. 变更舌片两端的弯曲程度以改变舌片与磁极间的距离，也能达到调整返回系数的目的。

该距离越大返回系数也越大；反之，返回系数越小。

b. 适当调整触点压力也能改变返回系数，但应注意触点压力不宜过小。

（4）动作值的调整
a. 继电器的调整把手在最大刻度值附近时，主要调整舌片的起始位置，以改变动作值。

为此，可调整左上方的舌片起始位置限制螺杆，当动作值偏小时，使舌片的起始位置远离磁极；反之，则靠近磁极。

b. 继电器的调整把手在最小刻度值附近时，主要调整弹簧，以改变动作值。

c. 适当调整触点压力也能改变动作值，但应注意触点压力不宜过小。

五、实验数据记录及分析
继电器刻
度(A)
线圈连
接方式
动作电流(A) 返回电流(A)
返回
系数
一
次
二
次
三
次
平
均
一
次
二
次
三
次
平
均4
串联
4.2 4.1 3.9 4.1 3.6 3.7 3.7 3.7 0.90
2.5 2.6 2.6 2.6 2.6 2.4 2.5 2.4 2.4 0.92
5 5.2 5.1 5.1 5.1 4.
6 4.6 4.5 4.6 0.90
4 并联8.0 8.1 8.1 8.1 7.4 7.
5 7.5 7.5 0.92
由实验数据以及计算结果可以得出，该电流继电器的返回系数小于0.85满足要求，继电器铭牌上的刻度值为继电器线圈串联时的刻度值。

继电器线圈并联时，名牌上的刻度值乘2为线圈实际通过的电流值。

转动刻度数上的指针，改变游丝的作用力矩，从而可以改变继电器的动作值。

返回系数是确保保护选择性的重要指标，让不该动作的继电器及时返回,使正常运行的部分系统不被切除。

返回系数不满足要求时应予以调整。

影响返回系数的因素较多，如轴间的光洁度、轴承清洁情况、静触点位置等。

但影响较显著的是舌片端部与磁极间的间隙和舌片的位置。

附：实验仪器实图
电磁型电流继电器
实验二 LG_10系列功率方向继电器特性实验
一、实验目的
1. 了解继电器的原理及构造（采用整流式原理，嵌入式结构）
2. 掌握继电器的检验方法（主要部分）
3. 掌握移相器和相位表的使用方法
二、结构原理
继电器的原理接线图如下：
LG-11型继电器可作为相间故障保护中的方向元件。

继电器采用嵌入式结构，全部元件安装在一个带透明盖子的金属外壳内。

继电器采用整流式原理比较电流电压综合量的绝对值，当继电器加入电流Ij 与电压Uj以后，首先经过电压形成回路，该回路分成电流及电压回路两部分。

1. 电流回路：电流Ij通过DKB的一次绕组W1，在其两个二次绕组W2、W3上得到相等同的电压Ud=KiIj，KiIj超前Ij的相位角为γ，此γ可以用DKB 的W4绕组回路电阻RΦ1和RΦ2来调节，γ的余角为α，称之为继电器的内角，LG-11型继电器的内角有两个数值，一个是30°、另一个是45°。

2. 电压回路：LG-11型继电器的电压Uj加到中间变压器YB，YB的一次绕组设有抽头，另外还有一附加绕组，改变YB的6、7、8三个抽头位置，加入或减去9、10小绕组可以对谐振回路进行调整。

YB的一次侧有一电容C1，C1与YB一次绕组构成对50Hz的串联谐振回路主要作用有二个：其一是经谐振回路在电感上取得电压，使电压移相90°，其二是在保护安装处正方向三相短路时，依靠谐振回路的记忆作用使继电器能可靠动作，从而消除了死区。

谐振回路谐振时，该回路的电抗与容性电抗相等（ωL=1/ωC1），电路呈现纯电阻性，Uc和Ul分别为电容器C1和绕组电感上的电压，故在YB一次绕组上的电压Ul比Uj超前90°，通过YB后把Ul转化为二次电压U2=Kul，K是一实数，故U2=KuUj，Ku是综合考虑了Uj与Ul大小的比例关系、考虑了Ul 超前Uj为90°的相移关系，又考虑了YB一次、二次绕组间的变比。

所以Ku 是一个复数的比例常数。

3. 比较电压综合量的绝对值原理
根据下图所标的正方向，加到整流桥V1的电压为KiIj+KuUj，经整流后为
|KiIj+KuUj|，此量能驱使执行元件动作称为动作量。

加到整流桥V2上的电压为KiIj-KuUj，经整流后为|KiIj-KuUj|，此量能制动执行元件称为制动量。

这两个量送入回路比较，如果：
|KiIj+KuUj|>|KiIj-KuUj|，则继电器动作；
|KiIj+KuUj|<|KiIj-KuUj|，则继电器不动作；
|KiIj+KuUj|=|KiIj-KuUj|，则继电器处于动作边界。

对于LG-11继电器，DKB的二次绕组W4接Rφ1(可改变整定位置)时，α=45º，接RΦ2时，α=30º。

在上图中，Uj与Ij间的夹角Φj分别为(90º-α)、-(90º+α)、-α时继电器动作行为的相量图。

从图中可知直线AB就是LG-11型继电器的动作边界线。

当Φj=–α，继电器动作量
|KiIj+KuUj|达到最大值，制动量|KiIj-KuUj|达到最小值，此时继电器处于最灵敏状。

当
φj=90º-α和-(90º-α)时，继电器处于临界动作状态，AB线右边为继电器动作区(阴影部分)，左边为非动作区。

如继电器内角为30º，则-120º≤Φj≤60º为动作。

比较回路采用环流式比较回路，执行元件采用JH_1Y极化继电器，由整流桥V1和V2的直流侧引到执行元件，该回路中的电阻R5、R6和C2、C3、C4均做滤波用，C3与执行元件JJ并联，以进一步滤掉JJ线圈中的交流分量，防止继电器动作时出现抖动现象，极化继电器触点上并联有电容与电阻串联的消弧回路以增加触点的断弧能力。

LG-11功率方向继电器与感应型功率方向继电器一样也存在电流潜动和电
压潜动，这是由于比较回路里各元件参数不对称。

致使在继电器上只加电流或只加电压时，执行元件JJ线圈上的电压出现，为了消除电压潜动可调整电阻Rp2，用Rp1作电流潜动调整，经反复调整可完全消除电流及电压潜动。

三、步骤及调试方法
1、按以下实验接线图接好线路：
2、电流潜动和电压潜动的检查，要求电流和电压均无潜动
a、电流潜动：电压回路⑦、⑧端经20Ω电阻端接，电流回路⑤、⑥端子通
入额定电流5A，测量极化继电器线圈上的电压（即⑨、⑩端子上的电压），测得的电压应接近于0V（或不大于0.1v），如电压不为零，可调整电位器Rp1使电压为零。

b、电压潜动：电流回路⑤、⑥端开路，在电压回路⑦、⑧端子加电压100v，
测量极化继电器线圈上的电压，测得的电压应接近于0v（或不大于0.1v），如电压不为0，可调整电位器Rp2，使电压为0。

反复调整电压及电流潜动，使极化继电器线圈上的电压均接近于0，然后突然加入及切除额定电流5A及额定电压100v，继电器接点不应有短时动作现象。

在电流回路开路情况下突然加入或切除(电压回路)100v，继电器触点同样要求不应有瞬时闭合现象。

若发现触点有瞬时接通现象，可更换比较回路的电阻核电容，使制动回路电容放电时间常数不小于工作回路电容放电
时间常数。

更换后应重新进行潜动调整。

潜动调整结束后，将电位器锁紧。

3、动作区和最大灵敏角检查
在额定电流及额定电压下，用移相器改变电流和电压之间的相角，读出动作边界
的两个角度θ1和θ2(即继电器接点闭合和断开的两个边界交度)如图一或
图二所示，按下式求最大灵敏角：
φm=(θ1+θ)/2
式中：θ1、θ2——加在继电器端子上的电流和电压之间的相角，电流
滞后电压时，
角度为正值，电流超前电压时，角度为负值。

对于LG-11型继电器，当连接片HP接到-45°位置时，要求Φm=-45°±5°,当HP改接到-30°位置时，要求Φm=－30°±5°。

如上述要求达不到，可以改变谐振绕组的抽头及加减一小绕组来达到。

如改变匝数仍达不到要求时，则应检查谐振回路。

测量电容上电压和电感上电压，要求Uc-UL=10v~15v,如电压差过大则允许在电容C1上并联0.1uf ～0.47uf耐压为400v的电容。

4、动作电压检查
在灵敏角及额定电流下，测量继电器的动作电压，要求动作电压不大于2v，返回系数不小于0.45，如发现动作电压过大，则应检查谐振回路电感线圈，有无短路匝存在，在正常情况下，在电压回路加100v电压时，电感线圈上电压UL应达到80v~90v，如发现返回系数过小，则应检查潜动是否调好，以及极化继电器的动作电流及返回电流。

5、记忆特性检查
在灵敏角下突然加0.5倍额定电流和10倍额定电流，电压自100v突然降到零，继电器应可靠动作。

做此项检验，模拟突然短路，因电流大，故需折除相位表，为能做到10倍的额定电流，可采用升流器来调节电流，可以减轻调压器负担。

四、实验结果及分析
1.动作区和最大灵敏角检查
图2-1
图2-2
2.动作电压检查
图2-3
分析：从图2-1、2-2中可以看出当连接片HP接到-30°时，最大灵敏角为-30.18°连接片HP接到-45°，最大灵敏角为-42.3°在最大灵敏角-42.3°额定电流下，继电器的动作电压V=1V，满足动作电压不大于2V的要求。

五、实验讨论与心得体会
在在最大灵敏角-42.3°下，继电器在正方向出口短路时，继电器会动作。

因为出现短路时电流会达到动作电流，而电压本来数值不大，影响就很小了，使得|KiIj+KuUj|>|KiIj-KuUj|，那么继电器会动作。

为了检验继电器在反方向出口短路时，是否能可靠不动作，在灵敏角反向处，所加电流、电压同于1，继电器应可靠不动作。

这次继电保护实验使我使我了解了电力系统继电保护最基本的原理及元件：电磁型电流继电器、功率方向继电器，了解了它们的工作原理及特性。

电力系统继电保护的发展经历了机电型、整流型、晶体管型和集成电路型几个阶段后，现在发展到了微机保护阶段。

微机继电保护的发展史微机继电保护指的是以数字式计算机（包括微型机）为基础而构成的继电保护。

我对继电保护思想基本要求，即可靠性，选择性，快速性，灵敏性有了新的认识，实验过程中，电流继电器的动静触头在快要接触的时候由于机械特性会产生振动，对实验结果有一定的误差，如果能够减小触头的振动，对实验结果的精确度有一定的提高。

本次实验由于采用的是计算机软件的测试，操作简单，数据的读取很方便。

通过实验，对我们未来从事工作奠定了一定的基础。

提高了理论结合实际的能力，巩固了书本知识，提高了动手能力，发现问题和解决问题的能力。

但是这次实验还是暴露了自己理论知识的不足，以后还要加强这方面的学习。