功率方向继电器实验

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1、实验五 功率方向继电器实验一实验目的1学会运用相位测试仪测量电流和电压之间相角的方法。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试验方法。3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二. LG-11型功率方向继电器简介1LG-11 整流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为：继电器的接线图如图5-2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，加入继电器的电流为Im，电压为Um。电流Im通过电抗变压器DKB的 一次绕组W1,二次绕组W2和W3端

2、钮获得电压分量K I，它超前电流I,”的相角就是转移 阻抗Kr的阻抗角佻，绕组W4用来调整佻的数值，以得到继电器的最灵敏角。电压U/”经 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Kk Um， KyUm超前Um的相角为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KKIm + KyUm，加于整流桥BZ1输入端；DKB和YB标有W3的二次绕组的 联接方式如图所示，得到制动电压KKIm - KyUm，加于整流桥BZ2输入端。图（b）为 幅值比较回路，它按循环电流式接线，执行元件采用极化继电器JJ。继电器最大灵敏度的调整是利用改变变压

3、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= 900-佻，当接入电阻R3时，阻抗角佻=600，a= 300 ；当接入电 阻R4时，9k = 450， a= 450。因此，继电器的最大灵敏度9 = -a，并可以调整为两个 res 数值，一个为-300，另一个为-450。当在保护安装处于正向出楼发生相间短路时，相间电压几乎将降为零值，这时功率方向 继电器的输入电压Um沁0，动作方程为Kk Im = kk Im，即UA = UB。由于整流型功 率方向继电器的动作需克服执行继电器的机械反作用力矩，也就是说必须消耗一定功率（尽 管这一功率的数值不大）。因此，要使继电器动作，必须满足U

4、 A U B的条件。所以在 U a0的情况下，功率方向继电器动作不了。因而产生了电压死区。m为了消除电压死区，功率方向继电器的电压回路需加设“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串联谐振回路。这样当电压Um突然降低为零时， 该回路中电流Im并不立即消失，而是按50HZ谐振频率，经过几个周波后，逐渐衰减为零。 而这个电流与故障前电压Um同相，并且在谐振衰减过程中维持相位不变。因此，相当于“记住了”短路前的电压的相位，故称为“记忆回路”。(a)交流回路图 IC5(b)直流回路图图5-1 LG-11功率方向继电器原理接线图由于电压回路有了“记忆回路”的存在，当加于继电

5、器的电压U u0时，在一定的时m间内YB的二次绕组端钮有电压分量K yU m存在，就可以继续进行幅值的比较，因而消除 了在正方向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。3功率方向继电器的动作特性继电器的动作特性如图3-3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。最大灵敏线是超前U/为Q角的一条直线。电流/ mm的相位可以改变，当Im与最大灵敏线重合时，即处于灵敏角9=-a情况下，电压分量m senK KI m与超前U为90。相角的电压分量K yU m相重合。K mmy m通常功率方向继电

6、器的动作特性还有下面两种 表示方法：（1）角度特性：表示 Im 固定不变时，继电器 起动电压u= fG ）的关系曲线。理论上此特性pu .rm可用图5-4表示，其最大灵敏度为9=乜。当佻sen=600时， 9 =-300 ，理想情况下动作范围位于以sen9 为中心的90 0以内。在此动作范围内，继电器sen的最小起动电压U.基本上与甲r无关，当加入pu.r. min继电器的电压U U时，继电器将不能起r pur . min动，这就是出现“电压死区”原因。（2）伏安特性：表示当9 =9 固定不变时， m sen继电器起动U = f（I ）的关系曲线。在理想情况pu .rm图5-2 功率方向继电器

7、动作特性下，该曲线平行于两个坐标轴，如图5-5所示，只要加入继电器的电流和电压分别大于最小 起动电流I和最小起动电压U继电器就可以动作。其中I之值主要取决于pu.r. minpu.r.minpu.r. min图5-3 功率方向继电器的角度特性（9=30.）图5-4 功率方向继电器的伏安特性在电流回路中形成方波时所需加入的最小电流。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或电压潜动两种。所谓电压潜动，就是功率方向继电器仅加入电压Dm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、W2的输出电压不等，当动作回路YB的

8、W2 端电压分量K yU m大于制动回YB的W3端电压分量K yU ,”时，就会产生电压潜动现象。 为了消除电压潜动，可调整制动回路中的电阻R3,是Im =0时，加于两个整流输入端的电 压相等，因而消除了电压潜动。所谓电流潜动，就是功率方向继电器仅通过电流I产生的动作。产生电流潜动的原因 m是由于电抗变压器DKB两个二次绕组W2、W3的电压分量KK I不等，当W2电压分量KmK KI m大于W3端电压分量K kI m （也就是动作电压大于制动电压）时，就会产生电流潜 动现象。为了消除电流潜动，可调整动作回路中的电阻R1,使U =0时，加于两个整流桥m 输入端的电压相等，因而消除了电流潜动。发生

9、潜动的最大危害是在反方向出口处三相短路时，此时U 0，而Im很大，方向 m继电器本应将保护装置闭锁，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。4相间短路功率方向继电器的接线方式由于功率方向继电器的主要任务是判断短路功率的方向，因此，对其接线方式应提出如要求。A图5-5 cos申=1时lA、UBc的向量图(1) 正方向任何形式的故障都能动作，而当反方 向故障时则不动作。(2) 故障以后加入继电器的电流/r和电压Ur应 尽可能地大一些，并尽可能使申接近于最灵敏角申, rsen以便消除和减小方向继电器的死区。为了满足以上要求，功率方向继电器广泛采用的 是 90接线方式，所谓 90接线方

10、式是指在三相对称 情况下，当COS9二1时，加入继电器的电流如IA和 电压UBC相位差90。如图5-6所示，这个定义仅仅 是为了称呼的方便，没有什么物理意义。采用这种接线方式时，三个继电器分别接于IA、UBC、，IB、uca和IC、UAB而构成三相式方向过电流保护接线图。在此顺便指出，对功率方向继电器的接线，必须十分注意继 电器电流线圈和电压线圈的极性问题，如果有一个线圈的极性接错就会出现正方向拒动，反 方向误动的现象。三、实验设备序号设备名称使用仪器名称数量1EPL-05中间、时间继电器12EPL-18单相交流电源、直流稳压电源13EPL-15 (EPL-38)电秒表、相位仪14EPL-14

11、电阻盘15EPL-13 (EPL-39)告警光示牌16EPL-17三相交流电源17EPL-10功率方向继电器1四、实验内容本实验所采用的实验原理接线如图5-6所示。图中，380V交流电源经移相器和调压器 调整后，由bc相分别输入功率方向继电器的电压线圈，A相电流输入至继电器的电流线圈， 注意同名端方向。1. 熟悉LG-11功率方向继电器的原理接线和相位仪的操作接线及试验原理。2按实验线路接线，用相位仪检查接线极性是否正确。将移相器调至 0，合上电源 开关，加1A电流，20V电压，观察分析相位仪读数是否正确，若不正确，则说明输入电流 和电压相位不正确，分析原因，并改正。图5-6 实验原理接线图3

12、检查功率继电器是否有潜动现象电压潜动测量：将电流回路开路，对电压回路加入110V电压，测量极化继电器JJ两 端之间电压，若小于0.1V，则说明无电压潜动。4. 用实验法测LG-11整流型功率方向继电器角度特性Upu=f)，并找出继电器的最大 灵敏度角和最小动作电压。(1) 保持电流为1A，摇动移相器，在给定的电压下找到使继电器动作(指示灯由不亮 变亮)的两个临界角度;(2) 保持电流不变，依次降低电压值，测量不同电压情况下，使继电器动作的92, 并记录在表 5-1 中；(3) 保持电流不变，逐渐降低电压值，测量不同电压情况下，使继电器动作的最小动作 电压；(4) 绘出功率方向继电器的角度特性；

13、(5) 计算继电器的最大灵敏度角9sen=(9t+92)/2,绘制角度特性曲线，并标明动作区。表5-1角度特性Upu =f)实验数据U(V)100805030201052.52925 .用实验法作出功率方向继电器的伏安特性Upu=f(Ir)和最小动作电压。(1) 内角9=30，调节移相器使9=9sen，并保持不变。(2) 调节电压至某一数值，改变输入电流使继电器动作，记下此时的电流值(3) 依次给出不同的电压，找出使继电器动作的相应的电流值，记入表3-2 中(4) 注意找出使继电器动作的最小电压和电流；(5) 绘出Upu=f(Ir)特性曲线。表3-2伏安特性Upu=f(Ir)实验数据Upu(V

14、)100805030201052.52I五思考题1功率方向继电器为什么会有死区？应如何消除死区？ 2用相量图分析加入功率方向继电器的电压、电流极性发生变化对动作特性的影响？3. LG-11整流型功率方向继电器的动作是否等于180?为什么？4整流型功率方向继电器的角度特性与感应型功率方向继电器角度特性有什么差异？5. 功率方向继电器为什么要采用90接线？用0接线行不行？6. 改变内角 对保护动作性能有何影响？它有何实质意义？7. 角度特性及伏安特性有什么用途？附：LGT1/12型功率方向继电器一技术数据1. 额定数据额定电流：5A或1A。额定电压： 100V。额定频率： 50Hz。2. 继电器的

15、灵敏角：LG-11型，-300或-45。，LG-12型+70。；灵敏角的误差土5。3. 在灵敏度下通入额定电流时继电器的动作电压不大于2V。4. 返回系数：继电器的返回电压和动作电压之比不小于0.45。5动作时间：对于LG-11型，在灵敏角下，电压由额定突然降4倍最小动作电压，电 流同时由0升至额定电流时，动作时间不大于30mS；对于LG-12型，在灵敏角下，同时突 然加入额定电流和4倍最小动作电压时，动作时间不大于40mS。6. 记忆时间，对于LG-11型，当模拟保护出口处短路在灵敏角下，突然如额定电流及 10倍额定电流，电压自100V同时突然降到0的情况下，继电器应可靠动作，其极化继电器 动作保持时间不小于50mS。7. 功率消耗：电流回路不大于