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1、实验三 方向阻抗继电器特性实验1实验目的（1）熟悉整流型 LZ-21 型方向阻抗继电器的原理接线图，了解其动作特性。（2）测量方向阻抗继电器的静态 特性，求取最大灵敏角。fZpu（3）测量方向阻抗继电器的静态 特性，求取最小精工电流。rI2LZ-21 型方向阻抗 继电 器简介1）LZ-21 型方向阻抗继电器构成原理及整定方法距离保护能否正确动作，取决于保护能否正确地测量从短路点到保护安装处的阻抗，并使该阻抗与整定阻抗比较，这个任务由阻抗继电器来完成。阻抗继电器的构成原理可以用图 3-1 来说明。图中，若 K 点三相短路，短路电流为 IK，由 PT 回路和 CT 回路引至比较电路的电压分别为测量
2、电压 Um 和整定电压 ，那么setU(3-1)mYBPTKYBPTmZInZIn11式中：n PT、n YB电压互感器和电压变换器的变比；ZK母线至短路点的短路阻抗。当认为比较回路的阻抗无穷大时，则：（3-2）ImCTIKCTset ZnU1式中：Z I人为给定的模拟阻抗。比较式（3-1 ）和式（3-2 ）可见，若假设，则短路时，由于线路上流过同一CTYBPTn电流 ，因此在比较电路上比较 和 的大小，KI setUm就等于比较 和 的大小。如果 ，则IZmset表明 ，保护应不动作；如果 ，则Imstm表明 ，保护应动作。阻抗继电器就是根据I这一原理工作的。电抗变压器 DKB 的副方电势
3、与原方电流 成线性关系，即2E1I ,12IKE12ZKIK setUmYBUmZIK图 3-1 阻抗继电器的构成原理说明图1比较电路 2输出是一个具有阻抗量纲的量，当改变 DKB 原方绕组的匝数或其它参数时，可IK以改变 的大小。电抗变压器的 值即为模拟阻抗 。I IKIZ在图 3-1 中，若在保护范围的末端发生短路，即 ，那么比较电路setK将处于临界动作状态，即 这时由式（3-1）和式（3-2）可得,setmUIKCTstKYBPTZnIn11 （3-3）uIIuIsetZ式中 。YBPTCunK1式（3-3 ）表明，整定阻抗 Zset 是一个与 DKB 的模拟阻抗 ZI 和电压变换器Y
4、B 的变比有关的阻抗。当调节 DKB 原方绕组的匝数和调节 nYB 的大小时，可以得到不同的整定阻抗值。例如：当 nPT=1，n CT=1，Z I=2时，若要整定阻抗为Zset=20，则 YB 抽头可选 10 匝。2）LZ-21 型方向阻抗继电器原理图分析图 3-2 为其原理接线图。由 CT 引入的电流 接于电抗变压器 DKBCTmnI的原方端子 1、2、3、4。在它的副方，得到正比于原方电流的电压，图 3-2 LZ-21 型方向阻抗继电器原理接线图DKB 的原方有几个抽头，当改变抽头位置时，即可改变 值。由 PT 引入的电IZ压 接于电压变换器 YB 的原方端子 5、6 、7，用于引入电压P
5、TmnUDKB12I134I28072609 1110* * * *VD1R1mR2VD2VD3R3nR4VD41214II 段R6 7*I 段YB1356UB*UAXTKP KPUCKPJYB，YB 副方每一定匝数就有一个抽头，改变抽头的位置即可改变 ，CBA、U YBn也可改变 的大小。JJ 为具有方向性的直流继电器（又称极化继电器） 。端子setZ9、10、11 为极化继电器触点桥的输出。端子 12、13、14 为继电器 I、II 段切换的触点。当 12、13 连通时，I 段接通。当 12、14 连通时，II 段接通。LZ-21 型方向阻抗继电器面板上有压板 Y 用于调整最大灵敏角。3）
6、LZ-21 阻抗继电器比相电路分析LZ-21 阻抗继电器执行元件的环形整形比相电路，如图 3-3（a）所示，它实际是一相敏整流电流，其输入端分别接入比相的两电气量 UC、U D，输出电压 Umn 平均值的大小和极性与输入端电压 UC、U D 的相位有关。为了提高比相回路的输出电压，在二极管支路中串入相同的电阻 R1R4，适当选取它们的电阻值，有利于提高继电器的动作速度。滤波电容 C1C4，是为了滤去交流分量，以防止执行元件抖动，保证阻抗继电器动作特性圆的边界明确，同时提高了继电器的灵敏度，电容 C 的数值，也要适当选取。这一电路的等效电路如图 3-3所示，图中 ， 。21UE21图 3-3 用
7、极化继电器作执行元件的环形整流比相回路(a) 原理图 (b)等效电路正半周时， 和 分别产生电流 和 ，并分别通过电阻 RJJ1 和 RJJ2；负1E21I2半周时， 和 分别产生电流 和 ，并分别通过电阻 RJJ2 和 RJJ1；输出电压为：)()(2121iRiRuJJmn 相敏整流电路输出电压 平均值的大小和极性与输入端电压 、 的UCUD相位有关。图中 和 同相， 与 同相。 和 之间的相位 变化时，1CD2CUDD11KDUC11KC11KR11KJJ11KJJ21KR21KC21KC41Km1KD2211KYB21KYB11K CUJJ1KD21KR31KR41KD41Kn1K2
8、2I1I2I1IEE1K1K1K1KD11KR21KD21Km1KD21KR41KD41KR31Kn1KRJJ11KRJJ21KR11K输出电压 umn 平均值的大小和极性变化情况的分析，可参阅有关资料。由分析可知，环形整流比相回路 umn 与两比相电气量相位角 之间的关系如图 3-4 所示，由图可见，当 =0时，U mnpj 为正最大值；当 =90时，Umnpj=0；当 =180时， Umnpj 为负最大值。显然，输出电压平均值为正值的比相角 的范围是：90此式满足 LZ-21 型方向阻抗继电器对比相回路动作条件的要求。3实验内容1）整流型阻抗继电器的阻抗整定值的整定和调整前述可知，当方向阻
9、抗继电器处在临界动作状态时，推证的整定阻抗表达式如式（2-8 ）所示，显然，阻抗继电器的整定与 LZ-21 中的电抗变压器 DKB的模拟阻抗 ZI、电压变换器 YB 的变比 nYB、电压互感器变比 nPT 和电流互感器nCT 有关。例如，若要求整定阻抗为 Zset=15，当 nPT=100，n CT=20，Z I=2（即 DKB原方匝数为 20 匝时） ，则 ，即 =0.67。也就是说电压变换器 YB 副105ybnYB方线圈匝数是原方匝数的 67%，这时插头应插入 60、5、2 三个位置，如图 3-5所示。(a) YB 整定板示意图0 80 60 40 20 05 10 15 00.5 0
10、4 3 2 10 80 60 40 20 05 10 15 00.5 0 4 3 2 190 180-180 -90Umn.Pj /V /0图 3-4 环形整流比相电路输出电压平均值与比相角 的关系曲线pjmnU (b) YB 副方线圈内部接线图 3-5 LZ-21 型阻抗继电器整定面板说明图整定值整定和调整实验的步骤如下：（1）要求阻抗继电器阻抗整定值为 Zset=5，实验时设 nPT=1，n CT=1，检查电抗变压器 DKB 原方匝数应为 16 匝。 （Z I=1.6）（2）计算电压变换器 YB 的变比 ，YB 副方线圈对应的匝数为原6.15ybn方匝数的 32%。（3）在参考图 3-1
11、阻抗继电器面板上选择 20 匝、10 匝，2 匝插孔插入螺钉。表 3-1 DKB 最小整定阻抗范围与原方线圈对应接线最小整定阻抗范围（欧相） DKB 原方绕组匝数DKB 原方绕组接线示意图（一个绕组）0.2 20.4 40.6 60.8 81 101.2 121.4 141.6 161.8 182 20（4）改变 DKB 原方匝数为 20 匝（Z I=2）重复步骤（1） 、 （2） ，在阻抗继电器面板上选择 40 匝、0 匝，0 匝插孔插入螺钉。（5）上述步骤完成后，保持整定值不变，继续做下一个实验。2）方向阻抗继电器的静态特性 Zpu=f（ ）测试实验实验步骤如下：（1）熟悉 LZ-21 方
12、向阻抗继电器和 ZNB-智能多功能表的操作接线及实2 4142 4142 4142 4142 41424142414241422 414合 闸分 闸 电 流 测 量 B相电 流 测 量 A相电 流 测 量 C相 移相器 abK130 /5A V电 压 线 圈 1oTYA电 流 线 圈R30 /5+20V -20V动 作 信 号 灯LZ-电 流 线 圈 2I段 段 段 接 通 或 I段 接 通验原理。 认真阅读 LZ-21 方向阻抗继电器原理接线图（图 3-2）和实验原理接线图（图 3-6）图 3-6 LZ-21 方向阻抗继电器实验原理接线图（2）按实验原理图接线，具体接线方法可参阅 LG-11
13、 功率方向继电器实验中所介绍的内容。（3）逆时针方向将所有调压器调到 0V，按下移相器电源开关，将滑线电阻的滑动触头移至其中间位置，将继电器灵敏角度整定为 72，整定阻抗设置为 5。（4）合上三相电源开关、单相电源开关和直流电源开关。（5）调节移相器加入 20V 左右电压，按下移相器开机按钮 。（6）调节单相调压器的输出电压，保持方向阻抗继电器的电流回路通过的电流为 Im=2.0A。（7）调节三相调压器使电压表读数为表 3-2 中的值，调节移相器角度，找到使继电器动作（动作信号灯由不亮变亮）的两个灵敏角度 1， 和 2， ，将数据记录于表 3-2。表 3-2 方向阻抗继电器静态特性 Zpu =
14、 f（ ）测试（条件为： 内 =72，I m=2A，Z set=5）Upu/V 20 16 12 10 5 2 1.5 1.01=1， +30。1=1， +30。Zpu1 Zpu2（9）当电压调到很低时，继电器不再动作，此电压范围内就是电压死区。（10）消除死区：将移相器的输出 C 相接入电压线圈 2，再重复步骤（7） 。（11）实验完成后，将所有调压器输出调至 0V，断开所有电源开关。（12）作出静态特性 Zpu=f（ ）图，求出整定灵敏度 。3）测量方向阻抗继电器的静态特性 Zpu=f（I m） ，求最小精工电流实验步骤如下：（1）保持上述接线及阻抗继电器的整定值不变，调整输入电压和电流的
15、相角差为 =sen=72并保持不变，即调节移相器的角度为 42。 。（2）将电流回路的输入电流 Im 调到某一值（按表 3-3 中给定值进行） 。（3）断开开关 K1，将三相调压器的输出电压调至 30V。（4）合上开关 K1，调节两个滑线电阻的滑动触头使电压表的读数由小到大，直到方向阻抗继电器动作，记录相应的动作电压值。再逐渐增大电压值，直 到 方 向 阻 抗 继 电 器 返 回 ， 然 后 再 减 小 电 压 值 ， 直 到 继 电 器 动 作 ， 并 记 下 动 作电 压 值 。 改 变 输 入 电 流 Im， 重 复 上 述 操 作 ， 测 量 结 果 填 入 表 3-3 中 。表 3-3 方向阻抗继电器的静态特性 Zpu = f（I m）测试（条件为： 内 =72，Z set=5）Im/A 1.5 1.0 0.8 0.6 0.4 0.3 0.2U/V U UZpu = mI2ZpuZpu（5）实验完成后，使所有调压器输出为 0V，断开所有电源开关。（6）绘制方向阻抗继电器静态特性 Zpu=f（I m）的曲线。（7）在特性曲线上确定最小精工电流和最小动作电流 Ipumin。4思考题（1）分析实验所得 Zpu=f（ ）和 Zpu=f（I m）特性曲线，找出有关
