继电保护实验指导书
南华大学电气工程学院
第一章 实验须知
1.1 实验目的
实验是教学过程的一个重要环节，必须认真搞好。实验的目的是：
1) 配合理论教学，验证继电保护方面的理论知识，提高课程教学质量。
2) 培养学生实践能力，并培养其分析处理实验数据和编写实验报告的能力。
3) 培养学生创新、设计能力。
1.2 实验要求
1) 每次实验前，必须认真预习有关实验指导书，明确实验任务、要求和步骤，结合复习有关理论
知识，分析实验系统，并要牢记实验中应注意的问题，以免在实验中出现差错或发生事故。
2) 实验中，要做好对现象、数据的观测和记录，要注意仪表指示不宜太大和太小。由于实验中要
操作、读数和记录，所以同组同学要适当分工，互相配合，以保证实验顺利进行。
3) 在实验过程中，要注意有无异常现象发生。如发现异常现象，应立即切断电源，分析原因，待
故障消除后再继续进行实验。实验中，特别要注意人身安全，防止触电事故。
实验内容全部完成后，要认真检查实验数据是否合理和有无遗漏。实验数据经指导教师检查认可后，方可拆除实验线路。实验结束后，应将设备、仪表复归原位，并清理好导线和实验桌面，做好周围环境的清洁卫生。
1.3 实验报告
每次实验后，都要进行总结，编写实验报告，以巩固实验成果。实验报告应包括下列内容：
1) 实验名称，实验日期、班级，实验者姓名，同组者姓名。
2) 实验任务和要求。
3) 实验系统接线图。
4) 实验数据、图表。实验数据均取3位有效数字。绘制曲线必须用坐标纸，坐标轴必须标明
物理量和单位，绘制的曲线必须连接平滑。
对实验结果进行分析讨论，并回答实验指导教师提出的问题。
1.4 TQXDB-III多功能继电保护实验培训系统简介
1.4.1 系统构成
TQXDB-III多功能继电保护实验培训系统采用实验台结构，实验台由TQWX-III微机型继电保护试验测试仪、TQWB-III多功能微机保护实验装置、常规保护继电器、成组保护接线图、控制回路模块、按钮开关、万转开关、保护模式切换开关及直流电源、信号灯、蜂鸣器等附件构成。实验台面板示意图如图1-1所示。
1.4.2 TQWX-III微机型继电保护试验测试仪简介
TQWX-III微机型继电保护试验测试仪（以下简称：“测试仪”）是同庆公司生产的高性能数字式信号源设备，它既可作为本实验系统的数字式信号源，也可单独拿出作为科研、实验使用。
测试仪可产生4路电流输出、4路电压输出，可输出8路开关量信号，具有8路开入量输入。 测试仪需要和PC机配合使用，测试仪的RS232串口必须与PC机正确连接。
测试仪详细使用说明详见《TQWX-III微机型继电保护试验测试仪用户手册》。
在本实验台中，测试仪为各种常规继电器及多功能微机保护装置提供信号进行相关实验。为方便实验接线，测试仪的所有接线插孔已连接到实验台上。为了完成成组继电保护实验，在实验台内部已经把测试仪的部分信号连接到成组保护接线图上。
图1-1 TQXDB-III多功能继电保护实验培训系统面板图1.4.3 TQWB-III多功能微机保护实验装置及其接线区
TQWB-III多功能微机保护实验装置是采用模块化硬件平台、功能可灵活配置的多功能保护测控实验装置。通过向装置硬件中下载相应的功能模块程序，可以实现各种数字式继电器、多种电压等级的线路保护、变压器保护、电容器保护、发电机保护、电动机保护、母线保护等微机保护装置等功能。装置硬件平台开放，可作为二次研究、开发平台，用户可自己开发程序下载到装置硬件中运行，构成具有任意定制功能的新装置。
TQWB-III多功能微机保护实验装置具有4组电流输入通道，4组电压输入通道，可采集8个开关量状态，可产生7组开关量输出，并具有RS485通信接口。
装置详细使用说明详见《TQWB-III多功能微机保护实验装置用户手册》。
为了方便实验接线，在实验台内部已经将实验装置的电压、电流输入端子、保护跳闸和合闸信号以及断路器跳、合位开入状态信号引到实验台面板上。装置电源可单独控制，见接线区左侧开关。
TQWB-III多功能微机保护实验装置既可与测试仪进行信号连接完成实验，也可从成组保护接线图上获取信号。
1.4.4 常规保护继电器及其接线区
实验台提供了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、LZ-21型阻抗继电器、LCD-4型变压器差动继电器、DS-32时间继电器、DZY-202中间继电器等多个常规
保护继电器。
为了方便实验接线，每个继电器的模拟量输入端子（电流或电压）、动作触点（常开或常闭）已引到实验台面板上。各继电器可单独使用，也可根据需要通过接线将多个继电器配合使用，如构成成组常规保护。
1.4.5 成组保护接线图
为直观反应保护在电力系统实际的接线和运行情况，在实验台面板上给出了一个典型的一次系统接线图，用来完成成组保护实验。
成组保护接线图包含一次系统模型图、断路器跳闸、合闸信号插孔、断路器辅助触点信号插孔及保护安装处的电流电压互感器二次侧信号插孔及短路按钮等。
常规继电器和TQWB-III多功能微机保护实验装置可直接从成组保护接线图上取信号进行成组保护实验。
1.4.6 控制回路元件
断路器控制回路中可用到的元件包括TQKZM-II型断路器控制回路模块、JX-3/1闪光继电器、JC-2型冲击继电器、万能转换开关（简称万转开关）。
1.4.7 实验台其他元件
实验台提供了24V直流电源，并在实验台面上引出插孔。
为了方便指示信号，实验台中安装有红、绿两个指示灯及一个蜂鸣器，需要时可连接到实验线路中。注意连线时应注意极性。
实验台左下方按钮为实验台总电源，直接连接220V即可。
实验台左下方拨码开关用来选择实验模式，当选择“独立模式”时，可进行单独继电保护实验，即只能对一套保护装置进行单独实验，且保护只能从成组保护接线图上3TA上获取电流信号，其他TA无电流信号输出；当选择“配合模式”时，可进行继电保护配合实验，当1QF、2QF均合上时，3TA和4TA上均有电流输出，因此可分别将微机保护（微机保护用TQWB-III多功能微机保护装置实现）和常规电流保护安装于1QF和2QF处，分别保护AB和BC线路，从而进行保护配合动作实验。
1.4.8 实验系统配套软件
本实验系统提供3套配套软件：《继电保护特性测试系统软件》、《电力网信号源控制系统软件》和《多功能微机保护实验装置管理程序软件》。
1) 继电保护特性测试系统软件
用于控制测试仪发出信号，测试继电器的动作特性。包含“通用继电器特性测试”、“阻抗继电器特性测试”、“差动特性测试”,“反时限电流继电器电流时间特性测试”、“阻抗继电器精工电流测试”等几大模块。
2) 电力网信号源控制系统软件
可灵活组态各种结构的电网系统，实现可视化电力系统潮流分析、短路计算。既可单独作为潮流分析、短路分析软件使用，还可通过接口程序，将网络中各节点电压、各线路电流信号下载到TQWX-III微机型继电保护试验测试仪中，实时输出电网的潮流或故障信号。
3) 多功能微机保护实验装置管理程序软件
是TQWB-III多功能微机保护实验装置的上位机管理程序软件，提供了程序下载、定值下载及动作、告警报告查看等功能。
1.4.9 操作注意事项
1) 实验前必须仔细阅读《TQWX-III微机型继电保护试验测试仪用户手册》和《TQWB-III多功
能微机保护实验装置用户手册》，熟悉测试仪和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，不得长期工作，尤其是系统的信号源――测试仪。
3) 在实验台上电的情况下，严禁打开实验台后门！
4) 接线完毕后，要由另一人检查线路。
第二章 电流继电器特性实验
2.1 实验目的
(1) 了解常规电流继电器的构造及工作原理。
(2) 掌握设置电流继电器动作定值的方法。
(3) 学习TQWX-III微机型继电保护试验测试仪的测试方法，并测试DL-31型电流继电器的动
作值、返回值和返回系数。
2.2 实验原理及实验说明
2.2.1 实验原理
DL-31型电流继电器用于电机、变压器及输电线的过负荷和短路保护中，作为启动元件。DL-31型电流继电器是电磁式继电器，当加入继电器的电流升至整定值或大于整定值时，继电器就动作，动合触点闭合，动断触点断开；当电流降低到0.8倍整定值左右时，继电器返回，动合触点断开，动断触点闭合。
继电器有两组电流线圈，可以分别接成并联和串联方式，接成并联时，继电器动作电流可以扩大一倍。继电器接线端子见图2-3，串联接线方式为：将④、⑥短接，在②、⑧之间加入电流；并联接线方式为：将②、④短接，⑥、⑧短接，在②、⑧之间加入电流。做实验时可任意选择一种接线方式（出厂时电流继电器线圈默认为串联方式）。
图2-1 DL-31继电器接线端子
2.2.2 实验说明
测试方法：控制测试仪的输出，从小到大动态地改变加入电流继电器中的电流，直至其动作；再减小电流直至其返回，测试电流继电器的动作值、返回值和返回系数。可采用自动测试方法，也可采用手动测试方法。
(1) 自动测试继电器动作值及返回值
方法：将测试仪设置为程控方式对继电器进行测试：开始实验后测试仪自动按设定步长增大发出的电流，直至电流继电器动作；再自动按所设定的步长减小电流，直至电流继电器返回。
(2) 手动测试继电器动作值及返回值
方法：将测试仪设置为手控方式对继电器进行测试：手动操作不断增加测试仪发出的电流，直至电流继电器动作；再不断减小电流，直至电流继电器返回。
2.3 实验内容
2.3.1 实验接线
如图2-2所示，将测试仪产生的任意一相电流信号（如Ia）与电流继电器的电流输入端子I，In连接，继电器的动作接点连接到测试仪的任意一对开入接点上（注意接线柱的颜色要相同，图2-2中将继电器动作接点连接到开关量输入1上），同时连接到信号灯的控制回路中。图中“24V+”“、24V-”为实验台上提供的直流电源，“A”、“K”为信号灯接线端子。信号灯可任选红色指示灯或绿色指示灯。
注意事项：
由于测试仪的上面一排开入端子在实验台内部与24V+电源固定连接，因此电流继电器动作接点即测试仪开入端子应连接在指示灯“A”接线端侧，否则可能短路！ AK24V-
24V+
电流
继电器
IIn测试仪电流输出开关量输入IaIn1
图2-2 电流继电器特性测试实验接线图
2.3.2 整定值设置
打开电流继电器面板前盖，拨动定值设定指针，可设定电流继电器的整定值，首先设置电流继电器整定值为3.5A。
2.3.3 实验步骤
(1) 手动测试继电器的动作值及返回值
a. 打开测试仪电源，在PC机上运行“继电保护特性测试系统”软件，进入“通用继电器动作特性测试”模块，如图2-3。
b. 设置测试仪的控制参数：分别设置测试仪的控制变量，开关量连接，见图2-4和图2-5。 其中“当前变量“即：实验过程中按设置规律动态变化的量，测试仪产生的其余电气量在实验过程中均保持不变。本实验中需要动态改变加入到继电器中的电流，因此把当前变量设为“Ia幅值”（图2-2中示例接入电流继电器的量为A相电流，如果接入继电器的电流为其他相电流，当前变量设为相应的电流幅值）；变量的变化步长直接影响测试精度，为提高精度，可设为0.05A。
开关量的设置：继电器出口接到测试仪的“开入量输入接口”序号，如果实际接线按图2-2连接，则应选择“接点”1。
图2-3 继电器特性通用测试界面 c. 在“输出参数”区输入测试仪的固定量输出值和当前变量起始值。
注意：因当前变量变化步长为正数，当前变量Ia的起始值应小于设置的电流继电器动作定值，终值应大于定值。建议未连线的信号有效值设为0。
d. 按“开始试验”按钮，控制测试仪输出设定的电流。
e. 按“增加”按钮，测试仪按设定的步长增加电流的输出，直至电流继电器动作，测试仪采集到动作信号，并在实验结果的动作值栏中显示动作值。 注意：如果整定值和动作值不符，则需要对电流继电器进行校验，方法：将针摆上的小螺钉左右移动，以使动作值和整定值相符合。
如果整定值和动作值相差较大
，则需要确认测试仪产生的信号是否正确，方法：断开电流继电器电流输入回路，用万用表测量测试仪产生的电流大小，如果数值不正确，重新调整通道系数即可（详细操作方法参见《TQWX-III微机型继电保护试验测试仪用户手册》）。
图2-4 变量设置界面 图2-5 开关量设置界面
f. 按“减少”按钮，测试仪按设定的步长减少电流的输出，直至电流继电器返回，测试仪采集到返回信号，并在实验结果的返回值栏中显示返回值，同时自动计算出电流继电器的返回系数。
g. 不改变继电器整定值，重复实验，测四组数据，分别计算动作值和返回值的平均值即为电流继电器的动作电流值和返回电流值，并计算整定值的误差、变差及返回系数。
误差＝[最小动作值－整定值] / 整定值×100%
变差＝[最大动作值－最小动作值] / 四次动作平均值×100%
返回系数＝返回平均值 / 动作平均值
将测试和计算结果填入表2-1。
h. 改变电流继电器的整定值为4.5A，再次测继电器的动作值、返回值和返回系数，与表2-1结果比较后填入表2-2。
表2-1 模拟式电流继电器动作值、返回值和返回系数实验数据（整定值设为3.5A）
表2-2 模拟式电流继电器返回系数测试数据
(2) 自动测试继电器的动作值及返回值
将测试仪设置为程控方式对继电器进行测试。设置测试仪的测试方式、变量范围，使测试仪自动按控制模式动态的改变发出的电流，自动测试电流继电器的动作值、返回值和返回系数。
步骤：
a. 在图2-5界面的“控制操作”区选择“程控”方式。
b. 设置程控方式下的控制参数变量。“变量设置”和“开关量设置”同手控方式，另外，还需要进行“程控设置”。参见图2-6。
“变化范围”：可界定当前设定变量变化的起点和终点，注意变化范围应能覆盖继电器的动作值和返回值。
“变化方式”：变量的变化方式，“始”为变化范围的起点，“终”为终点，“始，终”为单程变化，只能测量动作值；“始，终，始”为双程变化，可以同时测量动作值、返回值。
图2-6 程控设置界面
“步长时间”：变量按其步长变化时，每一步大小的保持时间。一般地，每步时间的设置应大于继电器的动作（或返回）时间。建议不要低于0.5s。
“返回方式”：变量的返回方式，有动作返回和全程返回两种方式。设置为“动作返回”时，当前变量在从起点到终点的变化过程中，一旦程序确认继电器动作，则根据变化方式确定是否继续试验：当变化方式为“始，终”，则结束试验；变化方式为“始，终，始”，则改变变量的变化方向，向起点返回。设置为“全程返回”时，无论继电器动作与否，变量仅仅根据变化范围的设置进行变化，直至到达终点或返回到起点。测继电器的动作值和返回值必须设置为“动作返回”方式。
本实验中因需要测试电流继电器的动作值和返回值，应设置为“动作返回”并选择“始，终，始”的变化方式，确保测试仪测得电流继电器动作获取动作值后，减小产生的电流从而使继电器返
回，再得到返回值。
c. 按“开始试验”按钮，控制测试仪按设置的方式输出电流。并将实验数据与手动方式进行比较。
2.4 思考题
(1) 电磁型电流继电器的动作电流与哪些因素有关？
(2) 什么是电流继电器的返回系数？返回系数的高低对电流保护的整定有何影响？
(3) 自动测试继电器的动作值及返回值实验中“步长时间”不低于0.5s的原因？
(4) 本实验中的电流继电器属过量继电器，思考欠量继电器的是否有返回系数，其返回系数与动作值、返回值之间的关系？
第三章 电压继电器特性实验
3.1. 实验目的
(1) 了解常规电压继电器的构造及工作原理。 (2) 掌握设置电压继电器动作定值的方法。
(3) 测试DY-36型电压继电器的动作值、返回值和返回系数。
3.2 实验原理及实验说明
3.2.1 实验原理
DY-36型电压继电器用于继电保护线路中，作为低电压闭锁的动作元件。DY-36型电压继电器是电磁式电压继电器，当加入继电器的电压降低到整定电压时，继电器动作，动断触点（又称常闭触点，即：5、7端子）闭合，动合触点（又称常开触点，即：1、3端子）断开；当加入继电器的电压超过整定电压时，继电器动合触点闭合，动断触点断开。如果利用电压继电器的动断触点控制断路器，则继电器工作在低电压方式；如果利用电压继电器的动合触点控制断路器，则继电器工作在过电压方式。继电器接线端子见图2-9。
图2-9 DY-36电压继电器接线端子
继电器有两组电压线圈，可以分别接成并联和串联方式，接成串联时，继电器动作电压可以扩大一倍，并联和串联接法可查看继电器表面接线说明（出厂时电压继电器线圈默认为并联方式）。 3.2.1 实验说明
本实验测试电压继电器在两种工作方式（低电压及过电压）下的动作特性。
测试方法：控制测试仪的输出，动态地改变加入电压继电器中的电压，测试电压继电器的动作值、返回值和返回系数。可采用自动测试方法，也可采用手动测试方法。
3.3 实验内容
3.3.1 实验接线
如图2-10所示，将测试仪产生的任意一相电压信号（如Ua）、Un与电压继电器的电压输入端子U，Un连接，继电器的动作接点连接到测试仪的任意一对开入接点上（注意接线柱的颜色要相同），同时连接到信号灯的控制回路中，测试低电压继电器动作特性时，连接常闭触点，测试过电压
继电器特性实验时，连接常开触点。
注意：
图2-10 电压继电器特性实验接线
3.3.2 整定值设置
打开电压继电器面板前盖，拨动定值设定指针，可设定电压继电器整定值，首先设置电压继电器整定值为50V。 3.3.3 特性测试
(1) 过电压工作方式下动作特性实验
手动或自动测试过电压继电器的动作值及返回值。
a. 按照图2-10的方法进行实验接线，注意应连接继电器的常开触点。
b. 打开测试仪电源，在PC机上运行“继电保护特性测试系统”软件，进入“通用继电器动作特性测试”模块。
c. 测试方法可参见实验2.2，注意“当前变量”应设置为“Ua幅值”。 测试3组数据，将结果填入表2-3。
表2-3 模拟式过电压继电器动作值、返回值和返回系数实验数据（整定值设为50V）
(2) 低电压工作方式下动作特性实验 手动测试低电压继电器的动作值及返回值。
a. 按照图2-10进行实验接线，注意应连接继电器的常闭触点。 b. 测试方法：
测试仪未发出信号前，电压继电器输入电压为0，继电器常闭接点合上，指示灯亮。 测试仪的A相电压初值设置为55V，步长设为–0.5V，点“开始输出”，继电器常闭接点打开（即指示灯灭），并按“增加”按钮逐渐减小Ua的大小（步长为负值），直至继电器动作，信号灯亮。记录此时的电压，即继电器的动作电压。
再按“减少”按钮至继电器返回，信号灯灭。记录此时的电压，即继电器的返回电压。 测试3组数据，将结果填入表2-4。
表2-4 模拟式低电压继电器动作值、返回值和返回系数实验数据
3.4 思考题
(1) 电磁型电压继电器的动作电压与哪些因素有关？
(2) 什么是电压继电器的返回系数？返回系数的高低对电压元件的整定有何影响？ (3) 低电压与过电压返回系数有什么差别？并说明原因？
第四章 功率方向继电器特性实验
4.1 实验目的
(1) 了解常规功率方向继电器的工作原理。 (2) 掌握功率方向继电器的动作特性试验方法。
(3) 测试LG-11型功率方向继电器的最大灵敏角和动作范围。
(4) 测试LG-11功率方向继电器的角度特性和伏安特性，考虑出现“电压死区”的原因。 (5) 研究接入功率方向继电器的电流、电压的极性对功率方向继电器的动作特性的影响。
4.2 实验原理及实验说明
4.2.1 实验原理
LG-11型功率方向继电器是一种反映所接入的电流和电压之间的相位关系的继电器。当电流和电压之间的相位差为锐角时，继电器的动作转矩为正，使继电器动作，控制接点闭合，继电器跳闸；当电流和电压之间的相位差为钝角时，继电器的动作转矩为负，继电器不动作，从而达到判别相位的要求。
功率方向继电器根据其原理可分为感应型、整流型、晶体管型。本实验采用LG-11整流型功率方向继电器，它一般用于相间短路保护。这种继电器是根据绝对值比较原理构成的，由电压形成回路、比较回路和执行元件三部分组成，如图2-13。
图2-13 LG-11型功率方向继电器原理接线图
图中整流桥BZ1所加的交流电压为KuUr+KiIr，称为工作电压；整流桥BZ2所加的交流电压为KuUr-KiIr，称为制动电压。其中Ur、Ir分别为加入功率方向继电器的电压和电流；Ku为电压变换器YB的匝比；Ki为电抗变压器DKB的模拟电抗。JJ为极化继电器。当电流从JJ的“*”端流入时，JJ动作；反之JJ不动作。因此LG-11整流型功率方向继电器的动作条件是工作电压大于制动电压，其动作方程为：
∙
∙
∙
∙
∙∙∙∙
KuUr+KiIr≥KuUr-KiIr (2-1)
∙∙∙∙∙∙∙∙
功率方向继电器灵敏角的调整可通过更换面板上连接片的位置来实现。 4.2.2 实验说明
利用测试仪产生信号对LG-11型功率方向继电器进行测试。功率方向继电器的接线采用90度接线方式，接入继电器的电压采用B、C相间电压，接入继电器的电流采用A相电流。
4.3 实验内容
4.3.1 实验接线
如图2-14所示，将测试仪产生的B相电压和C相电压分别与功率方向继电器对应的U，Un端子连接，A相电流信号与功率方向继电器I，In端子连接。继电器的动作接点连接到测试仪的任意一对开入接点上（注意接线柱的颜色要相同），同时连接到信号灯的控制回路中。
24V+
A
K
24V-
功率方向
继电器I
In
电压输出
测试仪
电流输出
开关量输入
U
Un
UcIaIn
图2-14 功率方向继电器特性测试接线图
注意：因功率方向继电器反映所接入的电流和电压之间的相位关系而动作，因此接线完毕后，一定要检查接线极性是否正确。
4.3.2 整定值设置
打开功率方向继电器面板前盖，改变灵敏角连接片，可设定功率方向继电器的整定值，首先设置灵敏角为-30°。 4.3.3 特性测试
(1) 测试LG-11功率方向继电器的最大灵敏角 方法：
功率方向继电器的ϕJ=ϕU-ϕI。以加入到继电器中的电流为参考向量，设置IA=5A∠0 ，这
样ϕI＝0°。固定加入到继电器中的电压UBC的大小，改变电压相角ϕU即相当于改变ϕJ，通过测试测量功率方向继电器的动作区从而得到继电器的最大灵敏角。
为了得到正确的最大灵敏角，一定要测得功率方向继电器完整的动作区域，因此设置的电压相角改变的方向最好使继电器的动作过程为：
动作区外－>动作边界1－>进入动作区->动作边界2－>动作区外，如图2-15。
I
A
∙
Aϕlm
图2-15 功率方向继电器动作范围示意图
步骤如下：
a. 打开测试仪电源，在PC机上运行“继电保护特性测试系统”软件，进入“通用继电器动作特性测试”模块。
b. 输出参数设置：手动输入测试仪的输出参数：Ia=5A∠0 ，为方便观测Ubc相角，设置Uc=0∠0 V，即Ubc=Ub。Ub大小固定为57.735V。其他未连线的信号有效值设为0。
c. 采用程控方式测试功率方向继电器的动作范围。
变量设置为“Ub相角”，步长设置为2度。从图2-13可知，当以Ia为参考向量时，Ubc相角即
Ub相角的理论动作范围为：[ϕlm-90°，ϕlm+90°]。
为了同时测出动作边界1和动作边界2，返回方式应选择“全程返回”（如果设置为动作返回只能测得动作边界1）。
测试完成后记录实验结果中显示的“始角度”和“终角度”，即为ϕJ1和ϕJ2，填入表2-5。 d. 计算最大灵敏角ϕm。
功率方向继电器的最大灵敏角ϕm为：ϕm=
ϕJ1+ϕJ2
2
，填入表2-5。
e. 改变功率方向继电器的灵敏角为-45°，重复实验，并将测量和计算结果填入表2-7。
表2-7 最大灵敏角测试实验数据（保持电流为5A，0度）
(2) 测LG-11功率方向继电器角度特性Udz.J=f(ϕJ)
方法：整定功率方向继电器的灵敏角为-45°。设置Ia固定为5A∠0 ，Uc固定为0V∠0°，则Ub的
角度即为ϕJ。
在功率方向继电器的动作区内设置不同的ϕJ，测出每一个ϕJ下使继电器动作的最小起动电压
Udz.J，填入表2-8。并根据测得的数据绘制功率方向继电器的角度特性Udz.J=f(ϕJ)。
提示：
测试过程中，当前变量应选择Ub幅值。
表2-8 功率方向继电器角度特性测试数据
4.4 思考题
(1) LG-11型功率方向继电器的动作区是否等于180度？为什么？ (2) 功率方向继电器采用90度接线方式具有什么优点？
第五章 三段式电流保护实验
5.1 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。 (6)了解反时限过电流保护的时限特性。
5.2 实验原理及实验说明
5.2.1 三段式电流保护基本原理
三段式电流保护一般作为中低压线路的主保护，分电流速断（简称Ⅰ段），限时电流速断（简称Ⅱ段）和定时限过电流保护（简称Ⅲ段）。目前电力网大多由多电源系统构成，但可以发现，当输电线路由双测电源供电时，只要在单侧电源上加装方向元件，就可以把双测电源拆开成两个单侧电源看待。因此本节所述保护原理都用单侧电源说明。
(1) 电流速断保护
对于仅反映于电流增大而瞬间动作的电流保护，称为电流速断保护，作用原理如图3-14所示：当AB段末端d1发生短路时，希望保护1能够瞬时动作切除故障，当相邻线路BC末端d2发生故障时，希望保护2瞬时动作切除故障，但是实际上，d1和d2点短路时流经保护1的短路电流之几乎一样，则可知希望d1点短路时速断保护1能动作，而保护2不动作，这就是动作的选择性问题，为保证选择性，则保护装置的起动参数的整定上保证下一出口处短路时不起动。则可知保护装置1的动
''
作电流必须大于d2短路时的最大短路电流。对于保护1来说，应有Idz.1>Id.B.max。
可选取：
'''
Idz.1=KkId.B.max………………………………………………………………………………(7-1) '其中可靠系数Kk取1.2～1.3。如图7-1所示，当系统最大方式下运行时（图示线I），电流速断
的保护范围为最大，当出现其它运行方式或两相短路时，速断的保护范围都要减小，而当出现系统最小运行方式下的两相短路时（图示线II），电流速断的保护范围为最小，但总的来说，电流速断保护不能保护线路全长，并且保护范围直接受运行方式的影响。
动作时间：电流保护I段无时限动作，动作时间为断路器固有的动作时间。
灵敏度校验方法：求出I段的最小保护范围，即在最小运行方式下发生两相短路时的保护范围，用LMIN表示。
LMIN
1E'=(*'-Xs.max)………………………………………………………………(7-2) X12Idz.1
要求最小保护范围不得低于15%～20%线路全长。
式中：X1—线路的单位阻抗，一般0.4Ω/km；Xs⋅max—系统最大短路阻抗。
注意：
Id
图7-1 电流速断保护动作特性分析
(2) 限时电流速断保护
能以较小的时限快速切除全线路范围以内的故障称为带时限电流速断，对这个新设保护的要求，首先是在任何情况下都能保护本线路全长，并且具有足够的灵敏性，其次是在满足上述要求的前提下力求具有最小动作时限。如图7-2 ，由于要求带时限电流速断保护必须保护本线路AB的全长，因此，它的保护范围延伸到下一线路中去，为了使AB上的带时限电流速断保护1获得选择性，它必须和下一线路BC的保护2 的电流速断保护配合，且保护1的限时电流速断动作电流必须大于保
''''
护2的电流速断动作电流，如图7-2所示，引入可靠系数Kk，Kk取1.1～1.2。
'''''
Idz.1=KkIdz.2………………………………………………………………………………(7-3) '动作时限整定方法： 保护1的限时速断的动作时限t1''应该比下一线路的速断保护动作时限t2高'出一个时间阶段，此时间阶段用∆t表示t1''=t2+∆t，如图7-2所示，在保护2 电流速断范围以内的故''障，将以t2的时间被切除，此时保护1的限时速断虽然可能起动，但是由于t1''较t2大一个∆t，因而
时间上保证了选择性。
灵敏度校验方法：为了能够保护本线路的全长，限时电流速断保护必须在系统最小运行方式下，线路末端发生两相短路时具有足够的反应能力，这个能力通常用Klm来衡量，对保护1的限时电流
第七章 三段式电流保护实验
速断而言，即应采用系统最小运行方式下线路AB发生两相短路时的短路电流作为故障参数的计算值来校验：
Klm＝
Id.B.min
''Idz.1
，且要求Klm≥1.3~1.5。
图7-2 限时电流速断动作特性及时间配合
(3) 定时限过电流保护
过电流保护是指其起动电流按照躲开最大负荷电流来整定的一种保护装置，它在正常运行时不应该起动，而在电网发生故障时，则能反应于电流的增大而动作，在一般情况下它不仅能保护本线路的全长，而且能保护相邻线路的全长，以起到后备保护的作用。当d1点短路时，短路电流将通过保护5，4，3，这些保护都要起动，但是按照选择性要求由保护3动作切除故障，然后保护4和5由于电流减小而返回。保护3的动作电流为：
Id=
KkKzqKh
If.max………………………………………………………………………… (7-4)
其中，Kk为可靠系数，一般取1.15~1.25；Kzq为自启动系数，如果有电动机负荷，大于1，如果无电动机负荷，可取1，应由网络具体接线和负荷性质确定；Kh为电流继电器的返回系数，如果采用微机保护装置，可取0.95~1，如果采用常规电流继电器，可取0.85。
动作时限的整定方法：为了保证选择性则可知过电流保护的动作时间必须按阶梯原则。相邻保护装置之间相差一个∆t。如图7-4所示。
灵敏度的校验方法：当过电流保护作为本段线路的主保护时，即采用在最小运行方式下本线路末端两相短路时的电流进行校验Klm=
Id.B.min
'''Idz.1
，且要求Klm≥1.3~1.5；当作为相邻线路的后备保护时，
Id.C.min
'''
Idz.1
则应采用最小运行方式相邻线路末端两相短路时的电流进行校验Klm=
，且要求Klm≥1.2。
图7-4 定时限过电流保护时间配合
(4）反时限过电流保护
反时限过电流保护是动作时限与被保护线路中的电流大小有关的一种保护，当电流大时，保护的动作时限短，当电流小时，保护的动作时限长。反时限过电流继电器的时限特性如图3-17所示：若电流III段采用反时限过电流保护，对于保护1来说，其起动电流按照定时限过电流保护的整定方法进行计算，即按照躲开最大负荷电流来整定。
IEC 255-4标准中常用的反时限特性曲线包括：标准反时限特性、非常反时限特性和极端反时限
特性。
标准反时限特性方程为：t=
0.14Tp(I/Ip)
0.02
-1
非常反时限特性方程为：
t=
13.5TpI/Ip-1
极端反时限特性方程为：t=
80Tp(I/Ip)-1
2
各式中：t为继电器的动作时间，Tp为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。
t
dz.JJ
图7-5 反时限过电流继电器时限特性
5.2.2 实验说明
在本实验中，10kV线路保护的基本配置是：三段电流保护、反时限电流保护，保护可选择带方向。
三段式电流保护的逻辑框图如图7-6到7-9，其中Iφ.max表示A、B、C三相电流的最大值，IZD.1、
IZD.2和IZD.3分别表示三段电流定值，tI.2和tI.3表示2段和3段时间定值。
图7-6 10kV线路保护电流I段动作逻辑框图
图7-7 10kV线路保护电流II段动作逻辑框图
反时限电流保护逻辑框图如图7-9。提供了三种反时限特性，通过控制字可以进行选择。“曲线1”表示标准反时限特性，“曲线2”表示非常反时限特性，“曲线3”表示极端反时限特性。
图7-8 10kV线路保护电流III段动作逻辑框图
图7-9 反时限电流保护动作逻辑框图
5.2.3 实验说明
本实验以实验台上的成组保护接线图为一次系统模型，如图7-10。各元件基本参数已标示在模型上。相应的测试仪实验模型为“10kV线路模型”。
10kV线路保护安装于A变电站1QF处，从3TA二次侧获取电流，控制1QF动作。通过向TQWB-III多功能微机保护实验装置下载10kV线路保护程序构成10kV线路保护。
线路最大负荷电流：84A
r1=0 x1=0.52r2=0 x2=0.52r0=0 x0=∞
p0=0kwud=10.5%
LGJ-125/18r1=0 x1=0.4r0=0 x0=1.4
LGJ-125/50r1=0 x1=0.4r0=0 x0=1.4
C
p0=0kwud=10.5%
图 7-10 10kV微机线路保护实验一次系统图
注意：
其它实验模型的基本参数可在“电力网信号源控制系统”软件上查看。具体方法如下： (1) 在“文件”菜单中选择“打开项目”，选择“10kV线路模型.ddb”打开。
(2) 双击左侧树形菜单中的“文件管理”中的“10kV线路模型.ddb”，并双击“测试”打开实验模型。 (3) 在“选项”中点击“显示元件名称”和“显示元件参数”，各元件名称和参数将显示在系统模型一次图中。
5.3 实验内容
5.3.1 实验接线
将TQWB-III多功能微机保护实验装置的三相电流接线端分别与成组保护接线图的1QF处的电流互感器的三相电流插孔相连，装置的跳闸、合闸接线端分别与1QF处的跳闸、合闸插孔相连，装置的跳、合位端子分别与1QF的两个辅助触点：常开触点、常闭触点相连，装置的跳合位公共端与两个辅助触点的另外一端相连。注意电流公共端也应相连。如图7-11所示。
注意：
实验台上的保护实验模式切换开关应拨到“独立模式”，否则保护无法获取电流信号！
辅助触点
1QF
A
IaIb
In
合闸跳闸
Ic
B
微机保护实验装置
电流
输入
ac
跳合闸
合跳
跳合位
合
跳
公共端
图7-11 10kV微机线路保护实验接线图
5.3.2 保护装置功能配置
如果TQWB-III多功能微机保护实验装置当前程序不是10kV成组保护程序，运行“多功能微机保护实验装置管理程序”软件，进入“在线下载继电保护程序”模块，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。（详细操作可参见“数字式电流继电器特性实验”或《TQWB-III多功能微机保护实验装置用户手册》）
5.3.3 整定值计算及其下载
(1) 整定计算
按照模型参数进行整定值计算，注意模型参数为一次侧参数，在进行整定计算后，注意将电流一次整定值转换成二次整定值。
二次整定值=（一次整定值）/nTA，其中nTA为保护安装处电流互感器的变比。‘ 注意：线路最大负荷电流在“电力网信号源控制系统”软件相应线路模型图上查看。
计算完毕后应进行灵敏度校验，如果灵敏度不满足要求，则可能整定值计算错误或可靠系数选择不合适，重新整定计算。
将选定的实验模型序号及各段电流整定计算结果填入表7-1。（整定计算详细过程参见附录）
注意：
由于测试仪录波时间最大为900ms，为了方便观察保护动作情况，II段和III段动作时限不宜超过800ms。
表7-1 10kV三段电流保护整定值（保护安装处电流互感器变比
nTA
= ）
(2) 整定值下载
运行软件“多功能微机保护实验装置管理程序”，进入“微机继电保护综合实验”模块进行整定值下载。或者直接按装置面板上的“ESC”键进入菜单进行整定。
注意三段电流保护控制字均应投入，其他控制字均不投入！
5.3.4 模拟系统不同地点发生各种类型的短路实验
设置线路AB及BC上各点发生瞬时性三相短路和两相短路故障。 步骤：
(1) 打开测试仪电源，运行“电力网信号源控制系统”软件，打开相应的实验模型。在线路上设置三相短路故障（或两相短路故障）。方法为：在线路模型上点击右键，选择“设置故障”。用鼠标左键点击图7-12中AB线路指示处，设置故障。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）。
本实验中过渡电阻Rf、Rg均设为0。
图7-12 设置故障方法示意图
(2) 点击菜单中的“设备管理”，选择“设备初始化”。
(3) 点击“运行”，等待软件界面左下角状态栏出现“下载数据结束”的提示后，按下实验台面板上1QF处的红色合闸按钮，控制测试仪发出系统正常运行时的电流电压信号。
(4) 按下实验台面板上成组微机保护接线图上AB线路下方的“短路按钮”，控制测试仪发出设置的故障状态下的电流电压信号，观察保护装置动作情况，并记录动作值。
(5) 设置不同的短路点，重复步骤(1)-(4)，测试不同地点发生短路时保护的动作值，并将相应数据填入表7-2中。如果测试的数据较多，可自己增加表格长度。
动作值可在保护动作报告中读取，保护动作报告同时显示在装置面板上和“多功能微机保护实
验装置管理程序”界面上。
注意：
(1) 每次实验后，保护断开后，软件界面一次图上断路器1QF将呈现断开状态（绿色），再次做实验前要先将断路器合上，方法是：右键点击断路器所在的线路，点击“故障设置”将“故障设置”前的选中项取消。然后双击断路器，选择“合闸”并确定，再次进行“设备初始化”后即可对断路器合闸。
(2) 模型上只能设置一处故障点，在BC线路上设置故障前，应首先清除AB线路上的故障（方法：在AB线路符号上点击鼠标右键在选项中选择“清除故障”）。
(3) 动作报告解析举例：以下为电流速断保护出口的动作报告： “05-08-26 23:15:08:310.8 电流速断出口 026.7ms 07.00A”
其中，“2005-08-26 23:15:08:310.8”表示发生故障的绝对时间，“310.8”表示ms值，“电流速断出口”表示动作元件，“026.7ms”表示从故障发生开始到保护发出跳闸命令的相对时间，“07.00A”表示保护动作电流。
表7-2 不同地点发生故障时保护动作记录表
5.3.5 三段式电流保护动作范围测试实验
设置不同的短路点，测试电流保护在不同短路类型的情况下的保护范围，并将结果填入表格7-3。
表7-3 三段式电流保护保护范围记录表
由于限时电流段和过电流段的保护范围要延伸到下一条线路，因此当测试到本线路的99%时保护仍动作，即认为保护范围可以保护本线路全长（注意不能在线路的100%和0%处设置短路点），则首先清除本线路上的保护点（方法是在本线路元件符号上点击右键选择“清除故障”），再在下一条线路上从始端开始依次设置故障进行测试。
5.3.6 录波数据分析
分别在电流1段，电流2段和电流3段的保护范围内设置三相或两相短路故障，保护动作后通过内置录波器观察发生故障时的波形(方法是：在“设备管理”中打开“设备录波”，在“文件”中点击“新建”就可以打开当次故障发生时的录波情况)。观测正常运行时、三相短路和两相短路故障情况下以及保护动作后电流、电压信号的不同，并读取录波时间，填入表7-4。
表7-4 10kV线路保护录波数据记录表
(2) TQWB-III多功能微机保护实验装置的动作报告中的动作时间反应的是故障发生开始到保护装置发出跳闸命令的时间，相比而言，录波图中的“故障后保护动作时间”还增加了保护装置跳闸回路的出口时间。因此录波图中中的“故障后保护动作时间”更能准确反应保护的实际动作时间。
5.3.7 反时限过电流保护动作测试实验
不投入三段电流保护，仅投入反时限电流保护，整定反时限过电流保护的定值。
分别选择1、2、3种反时限曲线，按照前面所述的方法在不同短路点设置故障进行实验，将测试结果填于表3-18，比较同一地点发生故障时不同的反时限曲线动作时间的不同。
由于测试仪记录的录波时间最大为900ms，表中的动作时间可近似取保护动作报告中的相对时间。
表7-5 反时限电流保护动作记录表
5.4 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，用两段可以吗？
(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？
继电保护实验指导书
南华大学电气工程学院
第一章 实验须知
1.1 实验目的
实验是教学过程的一个重要环节，必须认真搞好。实验的目的是：
1) 配合理论教学，验证继电保护方面的理论知识，提高课程教学质量。
2) 培养学生实践能力，并培养其分析处理实验数据和编写实验报告的能力。
3) 培养学生创新、设计能力。
1.2 实验要求
1) 每次实验前，必须认真预习有关实验指导书，明确实验任务、要求和步骤，结合复习有关理论
知识，分析实验系统，并要牢记实验中应注意的问题，以免在实验中出现差错或发生事故。
2) 实验中，要做好对现象、数据的观测和记录，要注意仪表指示不宜太大和太小。由于实验中要
操作、读数和记录，所以同组同学要适当分工，互相配合，以保证实验顺利进行。
3) 在实验过程中，要注意有无异常现象发生。如发现异常现象，应立即切断电源，分析原因，待
故障消除后再继续进行实验。实验中，特别要注意人身安全，防止触电事故。
实验内容全部完成后，要认真检查实验数据是否合理和有无遗漏。实验数据经指导教师检查认可后，方可拆除实验线路。实验结束后，应将设备、仪表复归原位，并清理好导线和实验桌面，做好周围环境的清洁卫生。
1.3 实验报告
每次实验后，都要进行总结，编写实验报告，以巩固实验成果。实验报告应包括下列内容：
1) 实验名称，实验日期、班级，实验者姓名，同组者姓名。
2) 实验任务和要求。
3) 实验系统接线图。
4) 实验数据、图表。实验数据均取3位有效数字。绘制曲线必须用坐标纸，坐标轴必须标明
物理量和单位，绘制的曲线必须连接平滑。
对实验结果进行分析讨论，并回答实验指导教师提出的问题。
1.4 TQXDB-III多功能继电保护实验培训系统简介
1.4.1 系统构成
TQXDB-III多功能继电保护实验培训系统采用实验台结构，实验台由TQWX-III微机型继电保护试验测试仪、TQWB-III多功能微机保护实验装置、常规保护继电器、成组保护接线图、控制回路模块、按钮开关、万转开关、保护模式切换开关及直流电源、信号灯、蜂鸣器等附件构成。实验台面板示意图如图1-1所示。
1.4.2 TQWX-III微机型继电保护试验测试仪简介
TQWX-III微机型继电保护试验测试仪（以下简称：“测试仪”）是同庆公司生产的高性能数字式信号源设备，它既可作为本实验系统的数字式信号源，也可单独拿出作为科研、实验使用。
测试仪可产生4路电流输出、4路电压输出，可输出8路开关量信号，具有8路开入量输入。 测试仪需要和PC机配合使用，测试仪的RS232串口必须与PC机正确连接。
测试仪详细使用说明详见《TQWX-III微机型继电保护试验测试仪用户手册》。
在本实验台中，测试仪为各种常规继电器及多功能微机保护装置提供信号进行相关实验。为方便实验接线，测试仪的所有接线插孔已连接到实验台上。为了完成成组继电保护实验，在实验台内部已经把测试仪的部分信号连接到成组保护接线图上。
图1-1 TQXDB-III多功能继电保护实验培训系统面板图1.4.3 TQWB-III多功能微机保护实验装置及其接线区
TQWB-III多功能微机保护实验装置是采用模块化硬件平台、功能可灵活配置的多功能保护测控实验装置。通过向装置硬件中下载相应的功能模块程序，可以实现各种数字式继电器、多种电压等级的线路保护、变压器保护、电容器保护、发电机保护、电动机保护、母线保护等微机保护装置等功能。装置硬件平台开放，可作为二次研究、开发平台，用户可自己开发程序下载到装置硬件中运行，构成具有任意定制功能的新装置。
TQWB-III多功能微机保护实验装置具有4组电流输入通道，4组电压输入通道，可采集8个开关量状态，可产生7组开关量输出，并具有RS485通信接口。
装置详细使用说明详见《TQWB-III多功能微机保护实验装置用户手册》。
为了方便实验接线，在实验台内部已经将实验装置的电压、电流输入端子、保护跳闸和合闸信号以及断路器跳、合位开入状态信号引到实验台面板上。装置电源可单独控制，见接线区左侧开关。
TQWB-III多功能微机保护实验装置既可与测试仪进行信号连接完成实验，也可从成组保护接线图上获取信号。
1.4.4 常规保护继电器及其接线区
实验台提供了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、LZ-21型阻抗继电器、LCD-4型变压器差动继电器、DS-32时间继电器、DZY-202中间继电器等多个常规
保护继电器。
为了方便实验接线，每个继电器的模拟量输入端子（电流或电压）、动作触点（常开或常闭）已引到实验台面板上。各继电器可单独使用，也可根据需要通过接线将多个继电器配合使用，如构成成组常规保护。
1.4.5 成组保护接线图
为直观反应保护在电力系统实际的接线和运行情况，在实验台面板上给出了一个典型的一次系统接线图，用来完成成组保护实验。
成组保护接线图包含一次系统模型图、断路器跳闸、合闸信号插孔、断路器辅助触点信号插孔及保护安装处的电流电压互感器二次侧信号插孔及短路按钮等。
常规继电器和TQWB-III多功能微机保护实验装置可直接从成组保护接线图上取信号进行成组保护实验。
1.4.6 控制回路元件
断路器控制回路中可用到的元件包括TQKZM-II型断路器控制回路模块、JX-3/1闪光继电器、JC-2型冲击继电器、万能转换开关（简称万转开关）。
1.4.7 实验台其他元件
实验台提供了24V直流电源，并在实验台面上引出插孔。
为了方便指示信号，实验台中安装有红、绿两个指示灯及一个蜂鸣器，需要时可连接到实验线路中。注意连线时应注意极性。
实验台左下方按钮为实验台总电源，直接连接220V即可。
实验台左下方拨码开关用来选择实验模式，当选择“独立模式”时，可进行单独继电保护实验，即只能对一套保护装置进行单独实验，且保护只能从成组保护接线图上3TA上获取电流信号，其他TA无电流信号输出；当选择“配合模式”时，可进行继电保护配合实验，当1QF、2QF均合上时，3TA和4TA上均有电流输出，因此可分别将微机保护（微机保护用TQWB-III多功能微机保护装置实现）和常规电流保护安装于1QF和2QF处，分别保护AB和BC线路，从而进行保护配合动作实验。
1.4.8 实验系统配套软件
本实验系统提供3套配套软件：《继电保护特性测试系统软件》、《电力网信号源控制系统软件》和《多功能微机保护实验装置管理程序软件》。
1) 继电保护特性测试系统软件
用于控制测试仪发出信号，测试继电器的动作特性。包含“通用继电器特性测试”、“阻抗继电器特性测试”、“差动特性测试”,“反时限电流继电器电流时间特性测试”、“阻抗继电器精工电流测试”等几大模块。
2) 电力网信号源控制系统软件
可灵活组态各种结构的电网系统，实现可视化电力系统潮流分析、短路计算。既可单独作为潮流分析、短路分析软件使用，还可通过接口程序，将网络中各节点电压、各线路电流信号下载到TQWX-III微机型继电保护试验测试仪中，实时输出电网的潮流或故障信号。
3) 多功能微机保护实验装置管理程序软件
是TQWB-III多功能微机保护实验装置的上位机管理程序软件，提供了程序下载、定值下载及动作、告警报告查看等功能。
1.4.9 操作注意事项
1) 实验前必须仔细阅读《TQWX-III微机型继电保护试验测试仪用户手册》和《TQWB-III多功
能微机保护实验装置用户手册》，熟悉测试仪和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，不得长期工作，尤其是系统的信号源――测试仪。
3) 在实验台上电的情况下，严禁打开实验台后门！
4) 接线完毕后，要由另一人检查线路。
第二章 电流继电器特性实验
2.1 实验目的
(1) 了解常规电流继电器的构造及工作原理。
(2) 掌握设置电流继电器动作定值的方法。
(3) 学习TQWX-III微机型继电保护试验测试仪的测试方法，并测试DL-31型电流继电器的动
作值、返回值和返回系数。
2.2 实验原理及实验说明
2.2.1 实验原理
DL-31型电流继电器用于电机、变压器及输电线的过负荷和短路保护中，作为启动元件。DL-31型电流继电器是电磁式继电器，当加入继电器的电流升至整定值或大于整定值时，继电器就动作，动合触点闭合，动断触点断开；当电流降低到0.8倍整定值左右时，继电器返回，动合触点断开，动断触点闭合。
继电器有两组电流线圈，可以分别接成并联和串联方式，接成并联时，继电器动作电流可以扩大一倍。继电器接线端子见图2-3，串联接线方式为：将④、⑥短接，在②、⑧之间加入电流；并联接线方式为：将②、④短接，⑥、⑧短接，在②、⑧之间加入电流。做实验时可任意选择一种接线方式（出厂时电流继电器线圈默认为串联方式）。
图2-1 DL-31继电器接线端子
2.2.2 实验说明
测试方法：控制测试仪的输出，从小到大动态地改变加入电流继电器中的电流，直至其动作；再减小电流直至其返回，测试电流继电器的动作值、返回值和返回系数。可采用自动测试方法，也可采用手动测试方法。
(1) 自动测试继电器动作值及返回值
方法：将测试仪设置为程控方式对继电器进行测试：开始实验后测试仪自动按设定步长增大发出的电流，直至电流继电器动作；再自动按所设定的步长减小电流，直至电流继电器返回。
(2) 手动测试继电器动作值及返回值
方法：将测试仪设置为手控方式对继电器进行测试：手动操作不断增加测试仪发出的电流，直至电流继电器动作；再不断减小电流，直至电流继电器返回。
2.3 实验内容
2.3.1 实验接线
如图2-2所示，将测试仪产生的任意一相电流信号（如Ia）与电流继电器的电流输入端子I，In连接，继电器的动作接点连接到测试仪的任意一对开入接点上（注意接线柱的颜色要相同，图2-2中将继电器动作接点连接到开关量输入1上），同时连接到信号灯的控制回路中。图中“24V+”“、24V-”为实验台上提供的直流电源，“A”、“K”为信号灯接线端子。信号灯可任选红色指示灯或绿色指示灯。
注意事项：
由于测试仪的上面一排开入端子在实验台内部与24V+电源固定连接，因此电流继电器动作接点即测试仪开入端子应连接在指示灯“A”接线端侧，否则可能短路！ AK24V-
24V+
电流
继电器
IIn测试仪电流输出开关量输入IaIn1
图2-2 电流继电器特性测试实验接线图
2.3.2 整定值设置
打开电流继电器面板前盖，拨动定值设定指针，可设定电流继电器的整定值，首先设置电流继电器整定值为3.5A。
2.3.3 实验步骤
(1) 手动测试继电器的动作值及返回值
a. 打开测试仪电源，在PC机上运行“继电保护特性测试系统”软件，进入“通用继电器动作特性测试”模块，如图2-3。
b. 设置测试仪的控制参数：分别设置测试仪的控制变量，开关量连接，见图2-4和图2-5。 其中“当前变量“即：实验过程中按设置规律动态变化的量，测试仪产生的其余电气量在实验过程中均保持不变。本实验中需要动态改变加入到继电器中的电流，因此把当前变量设为“Ia幅值”（图2-2中示例接入电流继电器的量为A相电流，如果接入继电器的电流为其他相电流，当前变量设为相应的电流幅值）；变量的变化步长直接影响测试精度，为提高精度，可设为0.05A。
开关量的设置：继电器出口接到测试仪的“开入量输入接口”序号，如果实际接线按图2-2连接，则应选择“接点”1。
图2-3 继电器特性通用测试界面 c. 在“输出参数”区输入测试仪的固定量输出值和当前变量起始值。
注意：因当前变量变化步长为正数，当前变量Ia的起始值应小于设置的电流继电器动作定值，终值应大于定值。建议未连线的信号有效值设为0。
d. 按“开始试验”按钮，控制测试仪输出设定的电流。
e. 按“增加”按钮，测试仪按设定的步长增加电流的输出，直至电流继电器动作，测试仪采集到动作信号，并在实验结果的动作值栏中显示动作值。 注意：如果整定值和动作值不符，则需要对电流继电器进行校验，方法：将针摆上的小螺钉左右移动，以使动作值和整定值相符合。
如果整定值和动作值相差较大
，则需要确认测试仪产生的信号是否正确，方法：断开电流继电器电流输入回路，用万用表测量测试仪产生的电流大小，如果数值不正确，重新调整通道系数即可（详细操作方法参见《TQWX-III微机型继电保护试验测试仪用户手册》）。
图2-4 变量设置界面 图2-5 开关量设置界面
f. 按“减少”按钮，测试仪按设定的步长减少电流的输出，直至电流继电器返回，测试仪采集到返回信号，并在实验结果的返回值栏中显示返回值，同时自动计算出电流继电器的返回系数。
g. 不改变继电器整定值，重复实验，测四组数据，分别计算动作值和返回值的平均值即为电流继电器的动作电流值和返回电流值，并计算整定值的误差、变差及返回系数。
误差＝[最小动作值－整定值] / 整定值×100%
变差＝[最大动作值－最小动作值] / 四次动作平均值×100%
返回系数＝返回平均值 / 动作平均值
将测试和计算结果填入表2-1。
h. 改变电流继电器的整定值为4.5A，再次测继电器的动作值、返回值和返回系数，与表2-1结果比较后填入表2-2。
表2-1 模拟式电流继电器动作值、返回值和返回系数实验数据（整定值设为3.5A）
表2-2 模拟式电流继电器返回系数测试数据
(2) 自动测试继电器的动作值及返回值
将测试仪设置为程控方式对继电器进行测试。设置测试仪的测试方式、变量范围，使测试仪自动按控制模式动态的改变发出的电流，自动测试电流继电器的动作值、返回值和返回系数。
步骤：
a. 在图2-5界面的“控制操作”区选择“程控”方式。
b. 设置程控方式下的控制参数变量。“变量设置”和“开关量设置”同手控方式，另外，还需要进行“程控设置”。参见图2-6。
“变化范围”：可界定当前设定变量变化的起点和终点，注意变化范围应能覆盖继电器的动作值和返回值。
“变化方式”：变量的变化方式，“始”为变化范围的起点，“终”为终点，“始，终”为单程变化，只能测量动作值；“始，终，始”为双程变化，可以同时测量动作值、返回值。
图2-6 程控设置界面
“步长时间”：变量按其步长变化时，每一步大小的保持时间。一般地，每步时间的设置应大于继电器的动作（或返回）时间。建议不要低于0.5s。
“返回方式”：变量的返回方式，有动作返回和全程返回两种方式。设置为“动作返回”时，当前变量在从起点到终点的变化过程中，一旦程序确认继电器动作，则根据变化方式确定是否继续试验：当变化方式为“始，终”，则结束试验；变化方式为“始，终，始”，则改变变量的变化方向，向起点返回。设置为“全程返回”时，无论继电器动作与否，变量仅仅根据变化范围的设置进行变化，直至到达终点或返回到起点。测继电器的动作值和返回值必须设置为“动作返回”方式。
本实验中因需要测试电流继电器的动作值和返回值，应设置为“动作返回”并选择“始，终，始”的变化方式，确保测试仪测得电流继电器动作获取动作值后，减小产生的电流从而使继电器返
回，再得到返回值。
c. 按“开始试验”按钮，控制测试仪按设置的方式输出电流。并将实验数据与手动方式进行比较。
2.4 思考题
(1) 电磁型电流继电器的动作电流与哪些因素有关？
(2) 什么是电流继电器的返回系数？返回系数的高低对电流保护的整定有何影响？
(3) 自动测试继电器的动作值及返回值实验中“步长时间”不低于0.5s的原因？
(4) 本实验中的电流继电器属过量继电器，思考欠量继电器的是否有返回系数，其返回系数与动作值、返回值之间的关系？
第三章 电压继电器特性实验
3.1. 实验目的
(1) 了解常规电压继电器的构造及工作原理。 (2) 掌握设置电压继电器动作定值的方法。
(3) 测试DY-36型电压继电器的动作值、返回值和返回系数。
3.2 实验原理及实验说明
3.2.1 实验原理
DY-36型电压继电器用于继电保护线路中，作为低电压闭锁的动作元件。DY-36型电压继电器是电磁式电压继电器，当加入继电器的电压降低到整定电压时，继电器动作，动断触点（又称常闭触点，即：5、7端子）闭合，动合触点（又称常开触点，即：1、3端子）断开；当加入继电器的电压超过整定电压时，继电器动合触点闭合，动断触点断开。如果利用电压继电器的动断触点控制断路器，则继电器工作在低电压方式；如果利用电压继电器的动合触点控制断路器，则继电器工作在过电压方式。继电器接线端子见图2-9。
图2-9 DY-36电压继电器接线端子
继电器有两组电压线圈，可以分别接成并联和串联方式，接成串联时，继电器动作电压可以扩大一倍，并联和串联接法可查看继电器表面接线说明（出厂时电压继电器线圈默认为并联方式）。 3.2.1 实验说明
本实验测试电压继电器在两种工作方式（低电压及过电压）下的动作特性。
测试方法：控制测试仪的输出，动态地改变加入电压继电器中的电压，测试电压继电器的动作值、返回值和返回系数。可采用自动测试方法，也可采用手动测试方法。
3.3 实验内容
3.3.1 实验接线
如图2-10所示，将测试仪产生的任意一相电压信号（如Ua）、Un与电压继电器的电压输入端子U，Un连接，继电器的动作接点连接到测试仪的任意一对开入接点上（注意接线柱的颜色要相同），同时连接到信号灯的控制回路中，测试低电压继电器动作特性时，连接常闭触点，测试过电压
继电器特性实验时，连接常开触点。
注意：
图2-10 电压继电器特性实验接线
3.3.2 整定值设置
打开电压继电器面板前盖，拨动定值设定指针，可设定电压继电器整定值，首先设置电压继电器整定值为50V。 3.3.3 特性测试
(1) 过电压工作方式下动作特性实验
手动或自动测试过电压继电器的动作值及返回值。
a. 按照图2-10的方法进行实验接线，注意应连接继电器的常开触点。
b. 打开测试仪电源，在PC机上运行“继电保护特性测试系统”软件，进入“通用继电器动作特性测试”模块。
c. 测试方法可参见实验2.2，注意“当前变量”应设置为“Ua幅值”。 测试3组数据，将结果填入表2-3。
表2-3 模拟式过电压继电器动作值、返回值和返回系数实验数据（整定值设为50V）
(2) 低电压工作方式下动作特性实验 手动测试低电压继电器的动作值及返回值。
a. 按照图2-10进行实验接线，注意应连接继电器的常闭触点。 b. 测试方法：
测试仪未发出信号前，电压继电器输入电压为0，继电器常闭接点合上，指示灯亮。 测试仪的A相电压初值设置为55V，步长设为–0.5V，点“开始输出”，继电器常闭接点打开（即指示灯灭），并按“增加”按钮逐渐减小Ua的大小（步长为负值），直至继电器动作，信号灯亮。记录此时的电压，即继电器的动作电压。
再按“减少”按钮至继电器返回，信号灯灭。记录此时的电压，即继电器的返回电压。 测试3组数据，将结果填入表2-4。
表2-4 模拟式低电压继电器动作值、返回值和返回系数实验数据
3.4 思考题
(1) 电磁型电压继电器的动作电压与哪些因素有关？
(2) 什么是电压继电器的返回系数？返回系数的高低对电压元件的整定有何影响？ (3) 低电压与过电压返回系数有什么差别？并说明原因？
第四章 功率方向继电器特性实验
4.1 实验目的
(1) 了解常规功率方向继电器的工作原理。 (2) 掌握功率方向继电器的动作特性试验方法。
(3) 测试LG-11型功率方向继电器的最大灵敏角和动作范围。
(4) 测试LG-11功率方向继电器的角度特性和伏安特性，考虑出现“电压死区”的原因。 (5) 研究接入功率方向继电器的电流、电压的极性对功率方向继电器的动作特性的影响。
4.2 实验原理及实验说明
4.2.1 实验原理
LG-11型功率方向继电器是一种反映所接入的电流和电压之间的相位关系的继电器。当电流和电压之间的相位差为锐角时，继电器的动作转矩为正，使继电器动作，控制接点闭合，继电器跳闸；当电流和电压之间的相位差为钝角时，继电器的动作转矩为负，继电器不动作，从而达到判别相位的要求。
功率方向继电器根据其原理可分为感应型、整流型、晶体管型。本实验采用LG-11整流型功率方向继电器，它一般用于相间短路保护。这种继电器是根据绝对值比较原理构成的，由电压形成回路、比较回路和执行元件三部分组成，如图2-13。
图2-13 LG-11型功率方向继电器原理接线图
图中整流桥BZ1所加的交流电压为KuUr+KiIr，称为工作电压；整流桥BZ2所加的交流电压为KuUr-KiIr，称为制动电压。其中Ur、Ir分别为加入功率方向继电器的电压和电流；Ku为电压变换器YB的匝比；Ki为电抗变压器DKB的模拟电抗。JJ为极化继电器。当电流从JJ的“*”端流入时，JJ动作；反之JJ不动作。因此LG-11整流型功率方向继电器的动作条件是工作电压大于制动电压，其动作方程为：
∙
∙
∙
∙
∙∙∙∙
KuUr+KiIr≥KuUr-KiIr (2-1)
∙∙∙∙∙∙∙∙
功率方向继电器灵敏角的调整可通过更换面板上连接片的位置来实现。 4.2.2 实验说明
利用测试仪产生信号对LG-11型功率方向继电器进行测试。功率方向继电器的接线采用90度接线方式，接入继电器的电压采用B、C相间电压，接入继电器的电流采用A相电流。
4.3 实验内容
4.3.1 实验接线
如图2-14所示，将测试仪产生的B相电压和C相电压分别与功率方向继电器对应的U，Un端子连接，A相电流信号与功率方向继电器I，In端子连接。继电器的动作接点连接到测试仪的任意一对开入接点上（注意接线柱的颜色要相同），同时连接到信号灯的控制回路中。
24V+
A
K
24V-
功率方向
继电器I
In
电压输出
测试仪
电流输出
开关量输入
U
Un
UcIaIn
图2-14 功率方向继电器特性测试接线图
注意：因功率方向继电器反映所接入的电流和电压之间的相位关系而动作，因此接线完毕后，一定要检查接线极性是否正确。
4.3.2 整定值设置
打开功率方向继电器面板前盖，改变灵敏角连接片，可设定功率方向继电器的整定值，首先设置灵敏角为-30°。 4.3.3 特性测试
(1) 测试LG-11功率方向继电器的最大灵敏角 方法：
功率方向继电器的ϕJ=ϕU-ϕI。以加入到继电器中的电流为参考向量，设置IA=5A∠0 ，这
样ϕI＝0°。固定加入到继电器中的电压UBC的大小，改变电压相角ϕU即相当于改变ϕJ，通过测试测量功率方向继电器的动作区从而得到继电器的最大灵敏角。
为了得到正确的最大灵敏角，一定要测得功率方向继电器完整的动作区域，因此设置的电压相角改变的方向最好使继电器的动作过程为：
动作区外－>动作边界1－>进入动作区->动作边界2－>动作区外，如图2-15。
I
A
∙
Aϕlm
图2-15 功率方向继电器动作范围示意图
步骤如下：
a. 打开测试仪电源，在PC机上运行“继电保护特性测试系统”软件，进入“通用继电器动作特性测试”模块。
b. 输出参数设置：手动输入测试仪的输出参数：Ia=5A∠0 ，为方便观测Ubc相角，设置Uc=0∠0 V，即Ubc=Ub。Ub大小固定为57.735V。其他未连线的信号有效值设为0。
c. 采用程控方式测试功率方向继电器的动作范围。
变量设置为“Ub相角”，步长设置为2度。从图2-13可知，当以Ia为参考向量时，Ubc相角即
Ub相角的理论动作范围为：[ϕlm-90°，ϕlm+90°]。
为了同时测出动作边界1和动作边界2，返回方式应选择“全程返回”（如果设置为动作返回只能测得动作边界1）。
测试完成后记录实验结果中显示的“始角度”和“终角度”，即为ϕJ1和ϕJ2，填入表2-5。 d. 计算最大灵敏角ϕm。
功率方向继电器的最大灵敏角ϕm为：ϕm=
ϕJ1+ϕJ2
2
，填入表2-5。
e. 改变功率方向继电器的灵敏角为-45°，重复实验，并将测量和计算结果填入表2-7。
表2-7 最大灵敏角测试实验数据（保持电流为5A，0度）
(2) 测LG-11功率方向继电器角度特性Udz.J=f(ϕJ)
方法：整定功率方向继电器的灵敏角为-45°。设置Ia固定为5A∠0 ，Uc固定为0V∠0°，则Ub的
角度即为ϕJ。
在功率方向继电器的动作区内设置不同的ϕJ，测出每一个ϕJ下使继电器动作的最小起动电压
Udz.J，填入表2-8。并根据测得的数据绘制功率方向继电器的角度特性Udz.J=f(ϕJ)。
提示：
测试过程中，当前变量应选择Ub幅值。
表2-8 功率方向继电器角度特性测试数据
4.4 思考题
(1) LG-11型功率方向继电器的动作区是否等于180度？为什么？ (2) 功率方向继电器采用90度接线方式具有什么优点？
第五章 三段式电流保护实验
5.1 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。 (6)了解反时限过电流保护的时限特性。
5.2 实验原理及实验说明
5.2.1 三段式电流保护基本原理
三段式电流保护一般作为中低压线路的主保护，分电流速断（简称Ⅰ段），限时电流速断（简称Ⅱ段）和定时限过电流保护（简称Ⅲ段）。目前电力网大多由多电源系统构成，但可以发现，当输电线路由双测电源供电时，只要在单侧电源上加装方向元件，就可以把双测电源拆开成两个单侧电源看待。因此本节所述保护原理都用单侧电源说明。
(1) 电流速断保护
对于仅反映于电流增大而瞬间动作的电流保护，称为电流速断保护，作用原理如图3-14所示：当AB段末端d1发生短路时，希望保护1能够瞬时动作切除故障，当相邻线路BC末端d2发生故障时，希望保护2瞬时动作切除故障，但是实际上，d1和d2点短路时流经保护1的短路电流之几乎一样，则可知希望d1点短路时速断保护1能动作，而保护2不动作，这就是动作的选择性问题，为保证选择性，则保护装置的起动参数的整定上保证下一出口处短路时不起动。则可知保护装置1的动
''
作电流必须大于d2短路时的最大短路电流。对于保护1来说，应有Idz.1>Id.B.max。
可选取：
'''
Idz.1=KkId.B.max………………………………………………………………………………(7-1) '其中可靠系数Kk取1.2～1.3。如图7-1所示，当系统最大方式下运行时（图示线I），电流速断
的保护范围为最大，当出现其它运行方式或两相短路时，速断的保护范围都要减小，而当出现系统最小运行方式下的两相短路时（图示线II），电流速断的保护范围为最小，但总的来说，电流速断保护不能保护线路全长，并且保护范围直接受运行方式的影响。
动作时间：电流保护I段无时限动作，动作时间为断路器固有的动作时间。
灵敏度校验方法：求出I段的最小保护范围，即在最小运行方式下发生两相短路时的保护范围，用LMIN表示。
LMIN
1E'=(*'-Xs.max)………………………………………………………………(7-2) X12Idz.1
要求最小保护范围不得低于15%～20%线路全长。
式中：X1—线路的单位阻抗，一般0.4Ω/km；Xs⋅max—系统最大短路阻抗。
注意：
Id
图7-1 电流速断保护动作特性分析
(2) 限时电流速断保护
能以较小的时限快速切除全线路范围以内的故障称为带时限电流速断，对这个新设保护的要求，首先是在任何情况下都能保护本线路全长，并且具有足够的灵敏性，其次是在满足上述要求的前提下力求具有最小动作时限。如图7-2 ，由于要求带时限电流速断保护必须保护本线路AB的全长，因此，它的保护范围延伸到下一线路中去，为了使AB上的带时限电流速断保护1获得选择性，它必须和下一线路BC的保护2 的电流速断保护配合，且保护1的限时电流速断动作电流必须大于保
''''
护2的电流速断动作电流，如图7-2所示，引入可靠系数Kk，Kk取1.1～1.2。
'''''
Idz.1=KkIdz.2………………………………………………………………………………(7-3) '动作时限整定方法： 保护1的限时速断的动作时限t1''应该比下一线路的速断保护动作时限t2高'出一个时间阶段，此时间阶段用∆t表示t1''=t2+∆t，如图7-2所示，在保护2 电流速断范围以内的故''障，将以t2的时间被切除，此时保护1的限时速断虽然可能起动，但是由于t1''较t2大一个∆t，因而
时间上保证了选择性。
灵敏度校验方法：为了能够保护本线路的全长，限时电流速断保护必须在系统最小运行方式下，线路末端发生两相短路时具有足够的反应能力，这个能力通常用Klm来衡量，对保护1的限时电流
第七章 三段式电流保护实验
速断而言，即应采用系统最小运行方式下线路AB发生两相短路时的短路电流作为故障参数的计算值来校验：
Klm＝
Id.B.min
''Idz.1
，且要求Klm≥1.3~1.5。
图7-2 限时电流速断动作特性及时间配合
(3) 定时限过电流保护
过电流保护是指其起动电流按照躲开最大负荷电流来整定的一种保护装置，它在正常运行时不应该起动，而在电网发生故障时，则能反应于电流的增大而动作，在一般情况下它不仅能保护本线路的全长，而且能保护相邻线路的全长，以起到后备保护的作用。当d1点短路时，短路电流将通过保护5，4，3，这些保护都要起动，但是按照选择性要求由保护3动作切除故障，然后保护4和5由于电流减小而返回。保护3的动作电流为：
Id=
KkKzqKh
If.max………………………………………………………………………… (7-4)
其中，Kk为可靠系数，一般取1.15~1.25；Kzq为自启动系数，如果有电动机负荷，大于1，如果无电动机负荷，可取1，应由网络具体接线和负荷性质确定；Kh为电流继电器的返回系数，如果采用微机保护装置，可取0.95~1，如果采用常规电流继电器，可取0.85。
动作时限的整定方法：为了保证选择性则可知过电流保护的动作时间必须按阶梯原则。相邻保护装置之间相差一个∆t。如图7-4所示。
灵敏度的校验方法：当过电流保护作为本段线路的主保护时，即采用在最小运行方式下本线路末端两相短路时的电流进行校验Klm=
Id.B.min
'''Idz.1
，且要求Klm≥1.3~1.5；当作为相邻线路的后备保护时，
Id.C.min
'''
Idz.1
则应采用最小运行方式相邻线路末端两相短路时的电流进行校验Klm=
，且要求Klm≥1.2。
图7-4 定时限过电流保护时间配合
(4）反时限过电流保护
反时限过电流保护是动作时限与被保护线路中的电流大小有关的一种保护，当电流大时，保护的动作时限短，当电流小时，保护的动作时限长。反时限过电流继电器的时限特性如图3-17所示：若电流III段采用反时限过电流保护，对于保护1来说，其起动电流按照定时限过电流保护的整定方法进行计算，即按照躲开最大负荷电流来整定。
IEC 255-4标准中常用的反时限特性曲线包括：标准反时限特性、非常反时限特性和极端反时限
特性。
标准反时限特性方程为：t=
0.14Tp(I/Ip)
0.02
-1
非常反时限特性方程为：
t=
13.5TpI/Ip-1
极端反时限特性方程为：t=
80Tp(I/Ip)-1
2
各式中：t为继电器的动作时间，Tp为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。
t
dz.JJ
图7-5 反时限过电流继电器时限特性
5.2.2 实验说明
在本实验中，10kV线路保护的基本配置是：三段电流保护、反时限电流保护，保护可选择带方向。
三段式电流保护的逻辑框图如图7-6到7-9，其中Iφ.max表示A、B、C三相电流的最大值，IZD.1、
IZD.2和IZD.3分别表示三段电流定值，tI.2和tI.3表示2段和3段时间定值。
图7-6 10kV线路保护电流I段动作逻辑框图
图7-7 10kV线路保护电流II段动作逻辑框图
反时限电流保护逻辑框图如图7-9。提供了三种反时限特性，通过控制字可以进行选择。“曲线1”表示标准反时限特性，“曲线2”表示非常反时限特性，“曲线3”表示极端反时限特性。
图7-8 10kV线路保护电流III段动作逻辑框图
图7-9 反时限电流保护动作逻辑框图
5.2.3 实验说明
本实验以实验台上的成组保护接线图为一次系统模型，如图7-10。各元件基本参数已标示在模型上。相应的测试仪实验模型为“10kV线路模型”。
10kV线路保护安装于A变电站1QF处，从3TA二次侧获取电流，控制1QF动作。通过向TQWB-III多功能微机保护实验装置下载10kV线路保护程序构成10kV线路保护。
线路最大负荷电流：84A
r1=0 x1=0.52r2=0 x2=0.52r0=0 x0=∞
p0=0kwud=10.5%
LGJ-125/18r1=0 x1=0.4r0=0 x0=1.4
LGJ-125/50r1=0 x1=0.4r0=0 x0=1.4
C
p0=0kwud=10.5%
图 7-10 10kV微机线路保护实验一次系统图
注意：
其它实验模型的基本参数可在“电力网信号源控制系统”软件上查看。具体方法如下： (1) 在“文件”菜单中选择“打开项目”，选择“10kV线路模型.ddb”打开。
(2) 双击左侧树形菜单中的“文件管理”中的“10kV线路模型.ddb”，并双击“测试”打开实验模型。 (3) 在“选项”中点击“显示元件名称”和“显示元件参数”，各元件名称和参数将显示在系统模型一次图中。
5.3 实验内容
5.3.1 实验接线
将TQWB-III多功能微机保护实验装置的三相电流接线端分别与成组保护接线图的1QF处的电流互感器的三相电流插孔相连，装置的跳闸、合闸接线端分别与1QF处的跳闸、合闸插孔相连，装置的跳、合位端子分别与1QF的两个辅助触点：常开触点、常闭触点相连，装置的跳合位公共端与两个辅助触点的另外一端相连。注意电流公共端也应相连。如图7-11所示。
注意：
实验台上的保护实验模式切换开关应拨到“独立模式”，否则保护无法获取电流信号！
辅助触点
1QF
A
IaIb
In
合闸跳闸
Ic
B
微机保护实验装置
电流
输入
ac
跳合闸
合跳
跳合位
合
跳
公共端
图7-11 10kV微机线路保护实验接线图
5.3.2 保护装置功能配置
如果TQWB-III多功能微机保护实验装置当前程序不是10kV成组保护程序，运行“多功能微机保护实验装置管理程序”软件，进入“在线下载继电保护程序”模块，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。（详细操作可参见“数字式电流继电器特性实验”或《TQWB-III多功能微机保护实验装置用户手册》）
5.3.3 整定值计算及其下载
(1) 整定计算
按照模型参数进行整定值计算，注意模型参数为一次侧参数，在进行整定计算后，注意将电流一次整定值转换成二次整定值。
二次整定值=（一次整定值）/nTA，其中nTA为保护安装处电流互感器的变比。‘ 注意：线路最大负荷电流在“电力网信号源控制系统”软件相应线路模型图上查看。
计算完毕后应进行灵敏度校验，如果灵敏度不满足要求，则可能整定值计算错误或可靠系数选择不合适，重新整定计算。
将选定的实验模型序号及各段电流整定计算结果填入表7-1。（整定计算详细过程参见附录）
注意：
由于测试仪录波时间最大为900ms，为了方便观察保护动作情况，II段和III段动作时限不宜超过800ms。
表7-1 10kV三段电流保护整定值（保护安装处电流互感器变比
nTA
= ）
(2) 整定值下载
运行软件“多功能微机保护实验装置管理程序”，进入“微机继电保护综合实验”模块进行整定值下载。或者直接按装置面板上的“ESC”键进入菜单进行整定。
注意三段电流保护控制字均应投入，其他控制字均不投入！
5.3.4 模拟系统不同地点发生各种类型的短路实验
设置线路AB及BC上各点发生瞬时性三相短路和两相短路故障。 步骤：
(1) 打开测试仪电源，运行“电力网信号源控制系统”软件，打开相应的实验模型。在线路上设置三相短路故障（或两相短路故障）。方法为：在线路模型上点击右键，选择“设置故障”。用鼠标左键点击图7-12中AB线路指示处，设置故障。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）。
本实验中过渡电阻Rf、Rg均设为0。
图7-12 设置故障方法示意图
(2) 点击菜单中的“设备管理”，选择“设备初始化”。
(3) 点击“运行”，等待软件界面左下角状态栏出现“下载数据结束”的提示后，按下实验台面板上1QF处的红色合闸按钮，控制测试仪发出系统正常运行时的电流电压信号。
(4) 按下实验台面板上成组微机保护接线图上AB线路下方的“短路按钮”，控制测试仪发出设置的故障状态下的电流电压信号，观察保护装置动作情况，并记录动作值。
(5) 设置不同的短路点，重复步骤(1)-(4)，测试不同地点发生短路时保护的动作值，并将相应数据填入表7-2中。如果测试的数据较多，可自己增加表格长度。
动作值可在保护动作报告中读取，保护动作报告同时显示在装置面板上和“多功能微机保护实
验装置管理程序”界面上。
注意：
(1) 每次实验后，保护断开后，软件界面一次图上断路器1QF将呈现断开状态（绿色），再次做实验前要先将断路器合上，方法是：右键点击断路器所在的线路，点击“故障设置”将“故障设置”前的选中项取消。然后双击断路器，选择“合闸”并确定，再次进行“设备初始化”后即可对断路器合闸。
(2) 模型上只能设置一处故障点，在BC线路上设置故障前，应首先清除AB线路上的故障（方法：在AB线路符号上点击鼠标右键在选项中选择“清除故障”）。
(3) 动作报告解析举例：以下为电流速断保护出口的动作报告： “05-08-26 23:15:08:310.8 电流速断出口 026.7ms 07.00A”
其中，“2005-08-26 23:15:08:310.8”表示发生故障的绝对时间，“310.8”表示ms值，“电流速断出口”表示动作元件，“026.7ms”表示从故障发生开始到保护发出跳闸命令的相对时间，“07.00A”表示保护动作电流。
表7-2 不同地点发生故障时保护动作记录表
5.3.5 三段式电流保护动作范围测试实验
设置不同的短路点，测试电流保护在不同短路类型的情况下的保护范围，并将结果填入表格7-3。
表7-3 三段式电流保护保护范围记录表
由于限时电流段和过电流段的保护范围要延伸到下一条线路，因此当测试到本线路的99%时保护仍动作，即认为保护范围可以保护本线路全长（注意不能在线路的100%和0%处设置短路点），则首先清除本线路上的保护点（方法是在本线路元件符号上点击右键选择“清除故障”），再在下一条线路上从始端开始依次设置故障进行测试。
5.3.6 录波数据分析
分别在电流1段，电流2段和电流3段的保护范围内设置三相或两相短路故障，保护动作后通过内置录波器观察发生故障时的波形(方法是：在“设备管理”中打开“设备录波”，在“文件”中点击“新建”就可以打开当次故障发生时的录波情况)。观测正常运行时、三相短路和两相短路故障情况下以及保护动作后电流、电压信号的不同，并读取录波时间，填入表7-4。
表7-4 10kV线路保护录波数据记录表
(2) TQWB-III多功能微机保护实验装置的动作报告中的动作时间反应的是故障发生开始到保护装置发出跳闸命令的时间，相比而言，录波图中的“故障后保护动作时间”还增加了保护装置跳闸回路的出口时间。因此录波图中中的“故障后保护动作时间”更能准确反应保护的实际动作时间。
5.3.7 反时限过电流保护动作测试实验
不投入三段电流保护，仅投入反时限电流保护，整定反时限过电流保护的定值。
分别选择1、2、3种反时限曲线，按照前面所述的方法在不同短路点设置故障进行实验，将测试结果填于表3-18，比较同一地点发生故障时不同的反时限曲线动作时间的不同。
由于测试仪记录的录波时间最大为900ms，表中的动作时间可近似取保护动作报告中的相对时间。
表7-5 反时限电流保护动作记录表
5.4 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，用两段可以吗？
(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？