继电保护实验
实验一：微机型电网电流、电压保护实验
实验台工作原理及接线
实验台一次接线如图，它是单侧电源供电的输电线路，由系统电源，AB 、BC 线路和负载构成。系统实验电源由三相调压器TB 调节输出线电压100V 和可调电阻R s 组成；线路AB 和BC 距离长短分别改变可调电阻R AB 、R BC 阻值即可；负载由电阻和灯组成。Ａ变电站和Ｂ变电站分别安装有S300L 微机型电流电压保护监控装置。线路AB 、BC 三相分别配置有保护和测量用的电流互感器，变比15/5。
图 电流、电压实验台一次接线
线路正常运行时：线电压100V ，2,8,15,28s AB BC f R R R R =Ω=Ω=Ω=Ω 实验台对应设备名称分别是：
（1）1KM 、2KM ：分别为A 变电站和B 变电站模拟断路器； （2）R AB 、R BC ：分别是线路AB 和BC 模拟电阻；
（3）3KM 、4KM ：分别是线路AB 和BC 短路实验时模拟断路器； （4）3QF 、4QF ：分别是线路AB 和BC 模拟三相、两相短路开关；
实验内容：
1、正确连接保护装置A 站、B 站的电流保护回路和测量回路，注意电流互感器接线。
2、合上电源开关，调节调压器电压从0V 升到100V ，根据计算得到： A 站=set
A I
I
. 7 A ，=set
A II
I
. 3 A ，=set
A III
I
. 2 A ，t =I
A 0 s ， t =II
A s ，
t
=III
A
1 s ；
B 站=set B I I . 3 A ，=set B III I . 2 A ，t =I
B 0 s ，t =III B s ，将整定值分别在S300L
保护监控装置A 站、B 站保护中设定。注：A 站保护配置电流I 、II 、III 段保护，B 站只配置电流I 、III 段保护。
3、正常运行：调节Ω=Ω=Ω=15,8,2BC AB s R R R ，分别合上1KM 、2KM ，使A 站、B 站投入运行，此时指针式电流、电压表及S300L 保护监控装置显示正常运行状态的电气量。
表1正常运行A 、B 的电流、电压值
4、故障实验：
（1）线路BCIII 段动作实验：分别合上1KM 、2KM ，使A 站、B 站投入运行，合上4KM 模拟线路BC 末端三相短路，观察保护动作情况 B 站过电流三段动作 ，记录=a I 2 A ，=b I 2 A ， =c I 2 A 。
（2）线路BC 远后备实验：在S300L 保护监控装置中，将B 站III 段电流保护退出，分别合上1KM 、
2KM ，使A 站、B 站投入运行。合上4KM 模拟线模拟线路BC 末端三相短路，观察保护动作情况 A 站过电流三段动作 。
（3）线路BC Ⅰ段动作实验：调节4BC R =Ω，然后分别合上1KM 、2KM ，使A 站、B 站投入运行。合上4KM 模拟线路BC 首端三相短路，观察保护动作情况 B 站过电流一段动作 ，记录=a I 3 A ，=b I 3 A ， =c I 3 A 。
（4）线路AB Ⅱ段动作实验：A 站投入Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段电流保护，然后分别合上1KM 、2KM ，使A 站、B 站投入运行。合上3KM 模拟线路AB 末端三相短路，观察保护动作情况 A 站过电流二段动作 。
，记录=a I 7 A ，=b I 7 A ， =c I 0 A 。
（5）线路AB Ⅰ段动作实验：调节4AB R =Ω，然后分别合上1KM 、2KM ，使A 站、B 站投入运行。合上3KM 模拟线路AB 首端三相短路，观察保护动作情况 A 站过电流一段动作，记录=a I 10 A ，=b I 11 A ， =c I 0 A 。
（6）线路AB Ⅱ段近后备实验：在S300L 保护监控装置中，将A 站Ⅰ段电流保护不投入
（整定Ⅰ段大于上题Ⅰ段动作值），然后分别合上1KM、2KM ，使A站、B站投入运行。合上3KM模拟线路AB首端三相短路，观察保护动作情况A 站过电流二段动作。
保护在线路正常和故障下的工作情况。
工程上将电流速断，限时电流速断和定（反）时限过电流保护分别称为电流的一段，二段，三段保护。
一般必须装设一段，三段保护。在速断保护范围内，一段保护为主保护，三段保护为后备保护。在速断保护死区后，三段保护为主保护。当一段灵敏系数不满足要求时，加设二段保护。二段保护可作为一段保护的近后备，三段保护不仅可以作为一段保护的近后备，还可作为下级保护及断路器拒动的远后备。
在电网的末端—用户的电动机或其他受电设备上，一段保护采取瞬时动作的过电流即满足要求。其动作电流按躲开电流电动机的最大启动电流来整定。对二段保护来说，应首先考虑采用的过电流保护。对三段保护来说，其过电流保护由于要和二段保护配合。因此其动作时限要整定为1~。
越靠近电源端，则过电流保护的动作时限就越长，因此一般都需要装置三段式保护。当全线路任何地点发生短路时，如果不繁盛保护或断路拒动的情况，则故障都可以在以内的时间予以切除。
实验二：微机变压器差动保护实验
变压器实验台工作原理及接线
变压器差动保护一次接线如图,它是单侧电源供电的三绕组容量为2kVA的变压器，采用Y/Y/ —12—11接线，高、中、低侧线电压分别为380V、230V和115，高、中、低侧额定电流分别为3.05A、5A和6.75A，电流互感器变比为15/5，变压器设二次谐波制动比率差动保护。
差动保护实验台一次接线
实验台对应设备名称分别是： （1）1QF ：电源开关；
（2）1KM 、2KM 、3KM ：分别是高、中、低压侧模拟断路器；
（3）1R ：中压侧模拟三相可调电阻，每相电阻0~30Ω，电流5A ，功率750W ； （4）2R ：低压侧模拟三相可调电阻，每相电阻0~15Ω，电流7A ，功率750W ； （5）4KM 、5KM ：分别是中、低压侧短路实验时模拟断路器； （6）4QF 、5QF ：分别是中、低压侧模拟三相短路开关；
（7）1SA 、2SA ：分别是中、低压侧正常运行（外部故障）和内部故障切换开关；
实验内容：
1、微机差动保护定值设定
采用二次谐波制动以躲过变压器空投时励磁涌流造成保护的误动，装置按三段折线式比率制动特性要求，其动作特性如图。根据给定的有关参数，将计算结果填入TOP9720C1变压器差动微机保护。
I
d
I
r1
r2
r
O
差动速断电流定值I d = A ；比率差动电流定值I cd0= A
制动电流１ I r1= A ，折线斜率１K 1= ；制动电流２ I r2= A ；折线斜率２K 2= ； 中压侧平衡系数K PM=Ihe/Ime== ； 低压侧平衡系数K PL =Ihe/Ile== ； 二次谐波制动比K d2=；TA 断线检测：投入,TA 断线闭锁：退出。 2、正常运行方式实验
(1)切换开关1SA 、2SA 置于“外部正常”位置，将可调电阻1R 、2R 调到最大，合上实验电流总开关1QF ，调节调压器，使电压指示表从0V 慢慢上升至380V 。
(2)分别合上变压器高、中、低压侧模拟断路器1KM 、2KM 、3KM ，三侧指针式电流、电压表均有指示，此时变压器一次系统处于正常运行状态。记录数据：高压侧电流=a I A ，=b I A ， =c I A ；中压侧电流=a I A ，=b I A ， =c I A ；低压侧电流=a I A ，=b I A ， =c I A 。
(3)观察差动电流的大小，并作记录，分析差动电流产生的原因。 I A = A ；I B = A ；I C = A 。
3、模拟变压器中、低压侧外部短路实验
将可调电阻1R 、2R 调到最大，1SA 、2SA 置于“外部正常”位置，分别合上1KM 、2KM 和3KM ，使变压器在正常方式下运行。
（１）模拟中压侧外部故障：合上4QF 模拟外部三相短路，再通过按钮将4KM 模拟断路器合上，造成中压侧外部三相、两相短路，观察差动保护动作情况 不动作 。
（２）模拟低压侧外部故障：合上5QF 模拟外部三相短路，再通过按钮将5KM 模拟断路器合上，造成低压侧外部三相、两相短路，观察差动保护动作情况 不动作 。 4、模拟变压器中、低压侧内部故障保护动作实验
（1）中压侧内部故障：分别合上1KM 、2KM 、3KM 使变压器运行，将1SA 置于“内故”位置，2SA 置于“外故正常”位置，合上4QF 模拟内部三相或两相短路，观察差动保护是否动作。记录动作电流：三相=a I A ，=b I A ， =c I A ；两相=a I A ，=b I A ，=c I A 。
（2）低压侧内部故障：合上1KM 、2KM 、3KM 使变压器运行，将1SA 置于“外故正常”位置、2SA 置于“内故”位置，合上5QF 模拟内部三相或两相短路，记录动作电流：三相=a I A ，=b I A ， =c I A ；两相=a I A ，=b I A ，=c I A 。 5、输入电流换相，观察差动保护动作情况
（1）将中压侧接至保护装置的电流互感器A 相和B 相互换，1SA 、2SA 置于“外部正常”位置，分别合上1KM 、2KM 、3KM ，观察差动保护是否动作，完成后将线正确接回。
答：动作。=a I A ； =b I Ａ； =c I A 。
（2）将低压侧接至保护装置的电流互感器A 相和B 相互换，1SA 、2SA 置于“外部正常”位置，分别合上1KM 、2KM 、3KM ，观察差动保护是否动作，完成后将线正确接回。
答：动作。=a I A ； =b I A ； =c I A 。 6、改变互感器极性，观察差动保护动作情况
（1）将中压侧的电流互感器的A 相极性反接，1SA 、2SA 置于“外部正常”位置，分别合上1KM 、2KM 、3KM ，合上4QF 模拟内部三相短路观察差动保护是否动作，完成后将线正确接回。
答：动作。=a I A ； =b I A ； =c I A 。
（2）将低压侧的电流互感器的A 相极性反接，1SA 、2SA 置于“外部正常”位置，分别
合上1KM 、2KM 、3KM ，合上5QF 模拟内部三相短路观察差动保护是否动作，完成后将线正确接回。
答：动作。=a I A ； =b I A ； =c I A 。
实验一：微机型电网电流、电压保护实验计算题目
如图所示，系统参数为：min 2s R ×=W （最大运行方式），3s g R ×=W （正常运行方式），max 4s R ×=W （最小运行方式），8AB R =W ，15BC R =W ，负载28f R =W ，
r 1.2I el K =，r 1.1II el K =，r 1
.2III el K =，1.5ss K =，0.9re K =。
A 站保护配置电流I 、II 、III 段保护，
B 站配置电流I 、III 段保护，分别计算它们的整定值，确定动作时限，并校验其灵敏度。
计算过程：
1、电流速断（I 段）
（1）A 变电站
整定值：A I K I B K I
rel I
set A 93.6)
82(3100
2.1)
3(max =+==???
灵敏度校验： 求max I 6.39W
max 211.58529.585l K =
=-=W g
max max 6.33%100%79.13%8l AB R l R g W
=
=?W
求min I
：
min
50
6.932
4l R g =+
min 50
4 3.226.39
l R g =
-=W min
min 3.22
%100%100%40.3%15%8
l AB
R l R g =
??>，作动时限：t 0I A S =
（2）B 变电站
整定值：(3)
.max 2.77I I B set rel K C I K I A g g ===
灵敏度校验：求max l
2.26=
max 1010.84l R g =
=W
max 10.84
%100%72.27%15
l =
?；求min l ：
2.77=
min min
50
2.7712l l R R g g =
=+；min 50/2.7712 6.05l R g =-=W
min 6.05
%100%40.3%15%15
l =
?>；动作时限：0s B t Ⅱ=
2限时电流速断（Ⅱ段）
（1）A 变电站
整定值： 1.1 2.77
3.05II II I
A sen rel
B set I K I A g g ==?
灵敏度校验：(2)min 50/12
1.37 1.33.05 3.05
II K B A sen
II
A set
I K
I g g g g ====>满足灵敏度要求
动作时限：0.5II II
A B t t t S =+D =
五、过电流保护（Ⅲ段）
整定值：55f R =W ，正常运行时流过线路AB 与BC 的负荷电流相同
max 1.08f I A g =
=
max 1.2 1.51.08
2.20.9
III III III kel ss A set
B set
fh re K K I
I
I A K g g g ′===?
灵敏度校验：保护A 近后备：III
A set I
g 近
min 50/2.21.89 1.548
III K B III Aset I I g g ===>+
保护A 远后备：III
A set I
g 远
min .50/2.20.84 1.24815
III K C III A set I I g g ===<++不满足要求
保护B 近后备：50
/2.20.84 1.34815
III
set B I g =
=<++不满足要求采用复合电压启动的
过电流保护，这里不作要求。
动作时限：0.5III
B t S =；
1III III A B t t t S =+D =
实验二：变压器差动保护计算题目
已知变压器参数如下：
2000VA ，380/230/115V ，YO/Y/Δ-12-11，U k =%，电流互感器变比为15/5，计算该变压器的差动速断保护、三段折线的比率制动差动保护的整定值，及平衡系数。
一、计算各侧一、二次额定电流，选择CT 变比
二、差动速断保护
I SD 为差动速断电流定值，应按躲过主变空载投入时可能出现的最大励磁涌流整定，一
般为2~3Ie(Ie为变压器高压侧的二次额定电流)。
I SD=2Ie=2*=
三、比率差动保护
按三段折线实现比率制动差动保护。
Icd为差动电流，一般选取~，并应实测最大负载时差动回路中的不平衡电流。可通过装置菜单查看三相差电流，Icd应大于此电流。
Icd==*=
Ir1、Ir2为两拐点对应的制动电流。对于Ir1一般选取等于Ie，或实际整定范围取~；对于Ir2应大于Ir1，实际整定范围取以上。
Ir1==*=
Ir2==*=
K1、K2对应折线斜率1和折线斜率2。K1一般取~,但应满足K1≤Icd/Ir1；K2一般大于K1，实际取以上。
K1=；
K2=
Kd2为涌流时二次谐波制动比，一般实际整定为~。
Kd2=
四、平衡系数计算
各侧电流互感器二次电流平衡补偿由软件完成,中、低压侧平衡补偿均以高压侧二次电流不变为基准，平衡系数计算如下：
K PM=Ihe/Ime
K PL=Ihe/Ile
式中：K PM——中压侧平衡系数；
K PL——低压侧平衡系数；
Ihe、Ime、Ile——分别为变压器高、中、低压侧二次额定电流。
中压侧=
"
2
2"
1
1.01
0.60
1.67
ph
I
K
I
===
低压侧=
"
3
3"
1
1.01
0.45
2.25
ph
I
K
I
===
分析差动保护的构成、特点和保护范围，电流互感器相别、极性接错对保护的影响。
答：差动保护的构成主要由三绕组变压器，电流互感器，电流继电器等构成。
差动保护主要是用来保护变压器内部及出线端的短路。即发生短路时，变压器外部不动作。
特点：具有选择性好，灵敏系数高，动作迅速等优点。缺点是保护装置所用的设备较多，整定计算和调试复杂。
电流互感器的相别，极性接错都会导致变压器的比率差动动作。