功率方向继电器实验

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1、实验七 功率方向继电器实验.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1. LG-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： .Kk、+ KyUm .2 KkIKyUm继电器的接线图如图7-1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I

2、m通过电抗变压器DKB的 . 一. -. 一 . .-V . 一次绕组W1，二次绕组W2和可3喘钮获得电压分量Km，它超前电流Im的相角就是转移 -W-* 阻抗kr的阻抗角k，绕组W4用来调整 勺数值，以得到继电器的最大灵敏角。电压Um 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 r.KKU m，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万式 rtt如图所示，得到动作电压KKIm + K yU m，加于整流桥BZ1输入喘；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K kI m - K yU m，加于整流桥

3、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 - k，当接入电阻R3时，阻抗角k = 600， = 300 ；当接入 电阻R4时，k = 450， = 450。因此，继电器的最大灵敏度甲s=a，并可以调整为 两个数值，一个为-30。，另一个为-45。当在保护安装处于正向出口发生相间短路时，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 R0，动作方程为kkim = kKim，即UA = UB。由于整流型功 率方向继电器的动作需克服执行

4、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 A U B的条件。所以在Um 0的情况下，功率方向继电器动作不了。因而产生了电压死区。交流回路图BZ1.BZS图7-1 LG-11功率方向继电器原理接线图为了消除电压死区，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

5、住了”短路前的电压的相位，故称为“记忆回路”。由于电压回路有了 “记忆回路”的存在，当加于继电器的电压Um 0时，在一定的时 间内YB的二次绕组喘钮有电压分量KyUm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。2. 功率方向继电器的动作特性继电器的动作特性如图7-2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Um为 角的一条直线。电流Im的图7-2功率方向继电器动作特性即处于灵敏角 =-a情况下，电压分量se n图7-3功率方

6、向继电器的角度特性牛冲图7-4功率方向继电器的伏安特性KK Im与超刖Um为900相角的电压分量Ky Um相重合。通常功率方向继电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upur = f(pm)的关系曲线。理论 上此特性可用图7-3表示，其最大灵敏度为甲到=-a。当 :二600时，9 sen =- 300，理想 情况下动作范围位于以甲 为中心的 90 0以内。在此动作范围内，继电器的最小起动电压senUpurmin基本上与 r无关，当加入继电器的电压uru pur min时，继电器将不能起动， 这就是出现“电压死区原因。*.mm(2) 伏安特性：表

7、示当9m = 9en固定不变时，继电器起动Upu r = f(Im)的关系曲线。在理想情况下，该曲线平行于两个坐标轴，如图7-4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ipu rmin和最小起动电压Upu rmin继电器就可以动作。其中ipurmin之值 主要取决于在电流回路中形成方波时所需加入的最小电流。pmm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。一一 .一. 一. - . - 一 .一、 一 一一 、 一 一 .所谓电压潜动，就是功率方向继电器仅加入电压U m时产生的动作。产生电压潜动的原 因是由于中间

8、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W2端电压分量K U大于制动回YB的W3端电压分量K U时，就会产生电压潜动现象。为了消 y my m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 J I不等，当W2电压分量Kk I K mK m大于W3端电压分量KKIm （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Um =0

9、时，加于两个整流桥输入端的 电压相等，因而消除了电流潜动。发生潜动的最大危害是在反方向出口处三相短路时，此时Um - 0，而Im很大，方向继 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。3. 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下要求。图7_5gF时夺c的向量图三、实验设备序号设备名称使用仪器名称数量1控制屏12EPL-09继电器（七）一功率方向继电器13EPL-11交流电压表14EPL-11交流电流表15EPL-12B电秒表、相位仪16EPL-17A三相电源17EPL-11直流电源及母

10、线18EPL-20A变压器及单相可调电源1四、实验内容本实验所采用的实验原理接线如图7-6所示。图中，380V交流电源经调压器和移相器 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。A图7-6实验原理接线图移相器的输出信号从EPL-17A面板的移相输出端B 、C引出，送至相位仪和功率方 向继电器的电流信号从EPL-20A面板下部的单相调压器3、4端引出，电压信号则根据电压 的大小或直接从B 、C引出，或经过EPL-20A的T1降压变压器引出。图中用虚线特别标 明。2.

11、 按实验线路接线，图中Q、分别和T1变压器的1、2端连，和T1变压器的3、4 端断开。并检查确认两个调压器的旋钮处于逆时针到底位置。(1) 用相位仪检查接线极性是否正确。将移相器调至0，依次合上220V电源和电秒表船形开关，按下线路电源控制“闭合” 开关，同时顺时针缓慢调节EPL-20A的单相调压器和桌面上的三相调压器，观察电压表和电 流表的读数，当电流为1A，电压为20V时，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。(2) 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，可通过断开5电阻和变压器二的3端连接实现。调节桌面上的三相调压器

12、对电压回路加入110V电压，用万用表测量极化继电器KP两端之 间电压(EPL-10面板的9、10端)，若小于0.1V，则说明无电压潜动。3. 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。按实验线路接线，图中Q、分别和T1变压器的1、2端连，和二变压器的3、4端 断开。并检查确认两个调压器的旋钮处于逆时针到底位置。(1) 顺时针调节EPL-20A的单相调压器，使电流表的读数为1A，并在以后的实验中保 持不变。(2) 顺时针调节桌面上的三相调压器旋钮，使交流电压表的读数为100V，观察光示牌 的动作情况：(a) 若光示牌亮，则顺时针摇

13、动移相器手柄，同时观察相位仪的读数，读出当光示牌从 亮到灭时，相位仪的角度(临界角度 J并填入表7-1，然后继续逆时针摇动手柄，直至 光示牌重新亮，再反方向缓慢摇动手柄，读出当光示牌再次灭时相位仪的读数(临界角度2)。(b) 若光示牌灭，可参考上述方法，分别读出两个临界角度1和2。(3) 逆时针调节桌面上的三相调压器旋钮，当电压分别为80V、50V、30V、20V，按照前述方法，摇动移相器手柄，观察相位仪和光示牌的动作情况，读出两个临界角度1和2，填入表5-1中。(4) 改变接线方式，断开、和T1变压器1、2端的连接，分别将、和T1变压 器3、4端的连接。然后调节三相调压器，当电压表读数分别为

14、10V、5V、2.5V、2V时，继 电器动作的临界角度 顶口 2。注意：由于电压低时，改变电压对临界角度 顶口 2的影响较大，所以要求尽可能 在摇动移相器手柄时，同时调节三相调压器旋钮，使输出电压保持不变。由于相位仪要求 一定的输入电压(当电压信号太低时，会对相位仪的稳定性产生影响)。(5) 保持电流为1A不变，通过移相器改变 角，测量不同 角情况下，使继电器动作 (光示牌由不亮变亮)的最小动作电压，并填入表7-2中。注意：当移相角调到角后，调节三相调压器改变输出电压会对角产生影响，所以 须对移相器和调压器进行同时调节以确保数据准确。表7-1 角度特性Upu =f()实验数据U(V)10080

15、5030201052.52(4) 绘出功率方向继电器的角度特性；(5) 计算继电器的最大灵敏度角甲L 1 +2)/2，绘制角度特性曲线，并标明动作区。4. 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) 摇动移相器的手柄，使甲 1 + 2)/2，并保持不变。(2) 调节三相调压器的电压至100并保持不变。(3) 调节EPL-20A的单相调压器，改变输出电流，记下使继电器动作(指示灯由不亮变 亮)的电流表的读数填入7-3中。(4) 参考步骤三，分别调节三相调压器的电压至80V、50V、30V、20V、10V、5V、2.5V、2V，改变输入电流使继电器动作，记下此时的电流值；(5) 注意找出使继电器动作的最小电压和电流；(6) 绘出Upu=f(Ir)特性曲线。表7-3伏安特性Upu=f(I)实验数据rUpu(V)10080503020