1、三、功率方向繼電器特性實驗（一）實驗目得1. 學會運用相位測試儀器測量電流與電壓之間相角得方法。2. 掌握功率方向繼電器得動作特性、 接線方式及動作特性得試驗方法。3. 研究接入功率方向繼電器得電流、電壓得極性對功率方向繼電器得動作特性得影響。（二）L -1型功率方向繼電器簡介。電流保護中引入方向判別得必要性在單側電源得電網中 ,電流保護能滿足線路保護得需要。但就是 ,在兩側電 源得電網 （包括單電源環形電網 ）中,只靠電流定值與動作時限得整定不能完全 取得動作得選擇性。現以圖 3所示得兩端供電電網為例 ,分析電流速斷保護與過電流保護 得行為。先觀察兩側電源得電網上發生短路時 ,電流速斷保護得

2、動作行為。 因為電 流速斷保護沒有方向性 ,所以只要短路電流大于它得整定值就可以動作。 從圖 1中可以瞧出 ,當1點發生短路時 ,4Q得電流速斷保護可以動作 ,5QF 也 可以動作。如果 QF 先于 5QF 動作,就擴大了停電范圍。同樣 ,在 k2 點發生 短路時,2QF與5QF可能在電流速斷保護作用下 ,非選擇性地動作。 所以,在兩 側電源供電得電網中 ,斷路器流過反向電源提供得短路電流時 ,電流速斷保護 有可能失去選擇性而誤動、再從圖 31（c）分析過電流保護得動作行為。 k點短路時 ,要求QF、4QF 先于 2F、5Q動作,即要求2>t3,t5>4;而在1、K3 點短路時 ,

3、要求 5QF 先于4QF動作,2QF先于3Q動作,即要求 t4t5,t3>t2。這就是矛盾得,顯然就 是不可能實現得。因為過電流保護得動作時間就是不可能隨意更改得 ,所以,在 兩側電源供電得電網中 ,過電流保護也可能失去選擇性、(a)(b)()圖 3- 雙側電源電網電流保護動作行為分析(a) 系統圖 (b) 兩側電流與保護配合關系 (c) 時間配合圖為了保證選擇性 ,應該在保護回路中加方向閉鎖 , 構成方向性電流保護。 要求只有在流過斷路器得電流得方向從母線側流向線路側時,才允許保護動作。由于規定了電流從母線流向線路時為保護動作得方向,因此 ,可以利用功率方向繼電器來做到這一點。采用功率

4、方向繼電器以后 ,圖 3 (a)雙電源系統就可以分為兩個單端電 源得保護系統。 即雙號斷路器得保護就是一個保護系統 ,它負責切除由電源 N 供給得短路功率 ;單號斷路器得保護又就是一個保護系統 ,它負責切除電源 M 供給得短路功率。保護得動作時間得選擇就可按階梯原則來進行、即t5<t<1 與 t6> t4>2。由此可見 ,方向過電流保護就就是由過電流保護加裝功率方向繼電器構 成。在方向過電流保護得單相原理圖中 ,當正方向區內故障時 ,只有功率方向元 件與電流元件都動作 ,保護才能動作跳閘。由此可知 ,功率方向繼電器就是多電 源網絡保證保護動作有選擇性得重要元件。2。LG

5、-1 整流型 功率方向繼電器得工作原理-1型功率方向繼電器就是目前廣泛應用得整流型功率方向繼電器 其比較幅值得兩電氣量動作方程為 :繼電器得接線如圖 3-所示,其中圖 (a)為繼電器得交流回路圖 ,也就就是比較 電氣量得電壓形成回路 ,加入繼電器得電流為 ,電壓為。電流通過電抗變壓器DK 得一次繞組 1,二次繞組 W與3 端鈕獲得電壓分量 ,它超前電流得相 角就就是轉移阻抗得阻抗角 k,繞組 W4用來調整 k得數值 ,以得到繼電器得最靈敏角、電壓經電容 接入中間變壓器 B 得一次繞組 W,由兩個二次繞組 W與 W3獲得電壓分量 ,超前得相角為 9 、DB與 YB標有 W2得兩個二次 繞組得聯接

6、方式如圖所示 ,得到動作電壓 +,加于整流橋 B1輸入端;DKB 與 B標有3得二次繞組得聯接方式如圖所示 ,得到制動電壓 ,加于整流橋 BZ2輸入 端、圖(b)為幅值比較回路 ,它按循環電流式接線 ,執行元件采用極化繼電器 J、 繼電器最大靈敏角得調整就是利用改變電抗變壓器 DKB 第三個二次繞 組 W所接得電阻值來實現得。繼電器得內角=90° k,當接入電阻 R3 時,阻抗角 k=6 , =° ;當接入電阻 4 時, =45 , =45°、因此 ,繼電器得最 大靈敏角 lsn ,并可以調整為兩個數值 ,一個為 30 ,另一個為 。當在保護安裝處正向出口發生相間

7、短路時 ,相間電壓幾乎將降為零值 ,這 時功率方向繼電器得輸入電壓 ,動作方程為 ,即。由于整流型功率方向繼電 器得動作需克服執行繼電器得機械反作用力矩,也就就是說必須消耗一定得功率 (盡管這一功率得數值不大 ),因此 ,要使繼電器動作 ,必須滿足得條件。所以 在 0 得情況下 , 功率方向繼電器動作不了 , 因而產生了電壓死區。R1DKB5Im6C2BZ1 30 R511BZBZ1(a)JJ9( b) 功Y率 ()交流回路圖10(b)直流回路圖YB C112UmBZ287W1圖R6方向繼電器原理接線C4為了消除電壓死區 ,功率方向繼電器得電壓回路需加設“記憶回路 ",就就 是需電容

8、 C1與中間變壓器 B得繞組電感構成對 50Hz串聯諧振回路、這樣 當電壓突然降低為零時 ,該回路中電流并不立即消失 ,而就是按 0Hz 諧振頻 率,經過幾個周波后 ,逐漸衰減為零。而這個電流與故障前電壓同相 ,并且在諧 振衰減過程中維持相位不變。因此 ,相當于“記住了”短路前得電壓得相位 故稱為“記憶回路”。由于電壓回路有了“記憶回路 "得存在 ,當加于繼電器得電壓 0 時,在一定得時間內 YB 得二次繞組端鈕有電壓分量存在 ,就可以繼續進行幅值得比較 因而消除了在正方向出口短路時繼電器得電壓死區。在整流比較回路中 ,電容 C2 與3 主要就是濾除二次諧波 ,C4 用來濾除高 次諧

9、波。動作區最大靈敏線非動作區圖 3-3 LG-11 型功率方向繼電器得 動作特性 ( 為 30 或 45 )、功率方向繼電器得動作特性 繼電器得動作特性如圖 33 所 示,臨界動作條件為垂直于最大靈敏 線通過原點得一條直線 , 動作區為帶 有陰影線得半平面范圍。最大靈敏線 就是超前為 角得一條直線。電流得 相位可以改變 ,當與最大靈敏線重合時,即處于靈敏角 s = 情況下 ,電 壓分量與超前為 90 相角得電壓分量 相重合。通常功率方向繼電器得動作特性還有下面兩種表示方法 :( )角度特性 :表示 Im 固定不變時 ,繼電器起動電壓 Up t =f( m)得關系曲-120 -30 0 60圖

10、3-4 功率方向繼電器( =30 ) 得角度特性大理動 m器這變線。理論上此特性可用圖表示 ,其最 靈敏角為 sen= 。當 k 60 時 , sen= 0 , 想情況下動作范圍位于以 e為中心得(2) 伏安特性 : 表示當 m= e固定不0 以內。 在此動作范圍內 ,繼電器得最小起 電壓 Uprin基本上與 r 無關,當加入繼電 得電壓 UrUpur min時,繼電器將不能起動 , 就就是出現“電壓死區 " 得原因、 時,繼電器起動 Upur =(Im)得關系曲線。在理想情況下 ,該曲線平行于兩個坐 標軸,如圖 5 所示,只要加入繼電器得電流與電壓分別大于最小起動電流Upu 、Up

11、u、Ipu、 r 、圖 3-5 功率方向繼電器得伏 安特性Imp r mi與最小起動電壓 Uur min,繼電器就 可以動作。其中 Ipur min之值主要取決于在電 流回路中形成方波時所需加入得最小電流。在分析功率方向繼電器得動作特性時 還要考慮繼電器得“潛動”問題。功率方向繼電器可能出現電流潛動或電壓潛動兩種、所謂電壓潛動 ,就就是功率方向繼電器僅加入電壓時產生得動作。產生 電壓潛動得原因就是由于中間變壓器 YB 得兩個二次繞組 W、W2 得輸出電 壓不等,當動作回路 YB得W2端電壓分量大于制動回路 B得 W3端電壓分量 時,就會產生電壓潛動現象。為了消除電壓潛動 ,可調整制動回路中得電

12、阻 3, 使 I =時 ,加于兩個整流橋輸入端得電壓相等 ,因而消除了電壓潛動。所謂電流潛動 ,就就是功率方向繼電器僅通入電流時產生得動作。產生 電流潛動得原因就是由于電抗變壓器 B 兩個二次繞組 W、W3 得電壓分 量不等,當電壓分量大于 W3 端電壓分量 （也就就是動作電壓大于制動電壓 ） 時,就會產生電流潛動現象。為了消除電流潛動 ,可調整動作回路中得電阻 R1, 使 Um0 時,加于兩個整流橋輸入端得電壓相等 ,因而消除了電流潛動。發生潛動得最大危害就是在反方向出口處三相短路時 ,此時 Um 0,而m 很大 ,方向繼電器本應將保護裝置閉鎖 ,如果此時出現了潛動 ,就可能使保護裝 置失去

13、方向性而誤動作。4。相間短路功率方向繼電器得接線方式由于功率方向繼電器得主要任務就是判斷短路功率得方向 ,因此 ,對其接線方式應提出如下要求。圖 3-6 cos =1 時 I A 、UBC 得向量圖（ ）正方向任何形式得故障都能動作 ,而當 反方向故障時則不動作。（2）故障以后加入繼電器得電流與電壓應盡 可能地大一些 ,并盡可能使 r 接近于最靈敏角 ls n,以便消除與減小方向繼電器得死區、為了滿足以上要求 ,功率方向繼電器廣泛采 用得就是 90 接線方式 ,所謂 90 接線方式就是指 在三相對稱得情況下 ,當 os =1 時,加入繼電器得電流如與電壓相位相差0 。如圖 36 所示 ,這個定

14、義僅僅就是為了稱呼得方便 ,沒有什么物理意義。 采用這種接線方式時 ,三個繼電器分別接于、 ,、與、而構成三相式方向 過電流保護接線圖。 在此順便指出 ,對功率方向繼電器得接線 ,必須十分注意繼 電器電流線圈與電壓線圈得極性問題 ,如果有一個線圈得極性接錯就會出現正方向拒動 ,反方向誤動得現象。（三）實驗內容本實驗所采用得實驗原理接線如圖 3-所示。圖中 ,30V 交流電源經移 相器與調壓器調整后 ,由 b相分別輸入功率方向繼電器得電壓線圈 ,相電 流輸入至繼電器得電流線圈 ,注意同名端方向。1、熟悉 G-11 功率方向繼電器得原理接線與相位儀得操作接線及試驗原 理、認真閱讀 LG-11功率方

15、向繼電器原理圖 （圖 3-）與實驗原理接線圖 （圖3 8）,在圖上畫出 LGJ 中得接線端子號與所需測量儀表接法。2、按實驗線路接線 ,用相位儀檢查接線極性就是否正確、將移相器調至 0 ,合上電源開關加 1A 電流,20V 電壓觀察分析相位儀讀數圖 3-7 LG-II 功率方向繼電器原理接線就是否正確、若不正確 ,則說明輸入電流與電壓相位不正確 ,分析原因 ,并加以 改正。3。功率方向繼電器電壓潛動現象檢查實驗LG-11 功率方向繼電器實驗原理接線如圖 3-8 所示、圖中 ,80交流電 源經移相器與調壓器調整后 ,由 bc 相分別輸入功率方向繼電器得電壓線圈 ,相電流輸入至繼電器得電流線圈 ,

16、注意同名端方向220 圖 3-8 G1 功率方向繼電器實驗原理接線圖 實驗步驟如下 :()熟悉 LG 11 功率方向繼電器得原理接線與 驗原理。AB認真C 閱讀 LG 1相功調率b方向繼電器器原c 理電秒表得操作方法及試8),在圖 8上畫出功率器方向繼電器 LGJ 中得接線端子理接線圖 (圖 3所需測量儀表接法。30 /5A 2A(2)按實驗原0理 線路圖接線。TY 1相位儀( )調節三相調壓器與單相調壓器 ,使其輸出電壓為 V,將移相器調至 0 度,將滑線電阻滑動觸頭移到其中間位置。(4) 合上三相電源開關、單相電源開關。(5) 打開電秒表電源開關 ,將其功能選擇開關置于相位測量位置 (“相

17、位” 指示燈亮 ),相位頻率測量單元得開關拔到“外接頻率 " 位置。(6) 調節三相調壓器使移相器輸出電壓為 20V,調節單相調壓器使電流表 讀數為 1A, 觀察分析電秒表讀數就是否正確。若不正確 ,則說明輸入電流與電壓相位不正確 ,分析原因 ,并加以改正(7) 在電秒表讀數正確時 ,使三相調壓器與單相調壓器輸出均為 0V,斷開單相電源開關、檢查功率繼電器就是否有潛動現象。電壓潛動測量 :將電流回路開路 ,對 電壓回路加入 1V 電壓 ;測量極化繼電器 JJ 兩端之間電壓 ,若小于 0、1V, 則說明無電壓潛動。4. 用實驗法測 LG-1 整流型功率方向繼電器角度特性 Upu f(

18、),并找 出繼電器得最大靈敏角與最小動作電壓、實驗步驟如下 :(1) 按圖 8 所示原理接線圖接線。()檢查接線無誤后 ,合上三相電源開關、 單相電源開關與直流電源開關、(3) 調節單相調壓器得輸出電壓使電流表得讀數為 1A, 并保護此電流值不（） 在操作開關斷開狀態下 ,調節三相調壓器得輸出電壓 ,使電壓表讀數 為 50 。（5） 調節移相器 ,在電壓表為給定值得條件下找到使繼電器動作 （動作信號燈 由不亮變亮）得兩個臨界角度 1、 2 ,將測量數據記錄于表 1 中。（ ）保持電流為不變 ,調節三相調壓器 ,依次降低電壓值 ,重復步驟 （5） 得過程,給定電壓為 0V、0V 情況下 ,使繼電

19、器動作得 1、 2,并記錄在表 3 1 中。表 3-1 角度特性 Uu= f（ ）實驗數據記錄表/V8。518、37.007.506。36 。3524.5021度00000-19、-1300-112 度050、50131025005。50117。550（7）保持電流為 1A 不變 ,將兩個滑線電阻得滑動觸點移到靠近移相器輸出bc 接線端 ,調節三相調壓器使其輸出電壓為 0V 、（8）合上操作開關 BK, 調節兩個滑線電阻得滑動觸點使電壓表讀數為 0V、（）斷開操作開關 BK 。 （1）改變移相器得位置、（1 ）迅速合上開關 BK,檢查繼電器動作情況。（12）重復步驟 （9）至（11）,找到使繼

20、電器動作得兩個臨界角度 1、 2 ,在斷開 開關 BK 得情況下 ,將電秒表得讀數記錄于表 3 1 中。（13）重復步驟 （）得過程 ,使電壓表得讀數分別為 5、2、5、2、1 與。 V,再重復步驟 （）至（ ）得過程 ,找出使繼電器動作得最小動作電壓值。（14）實驗完成后 ,使調壓器輸出為 0,斷開所有電源開關。（ ）計算繼電器得最大靈敏角 ,繪制角度特性曲線 ,并標明動作區、 .用實驗法作出功率方向繼電器得伏安特性 Upu （r）與最小動作電 壓實驗步驟如下 :(1)調整功率方向繼電器得內角 = ,調節移相器使 s ,并保持 不變。(2) 實驗接線與圖 -8 相同 ,檢查接線無誤后 ,合上三相電源開關、單相電 源開關與直流電源開關、(3) 按照實驗 4)中步驟(7)與(8)介紹得方法將電壓表讀數調至表 32 中得 某一給定值、(4) 調節單相調壓器得輸出 ,改變繼電器輸入電流得大小 ,當繼電器動作時 , 記錄此時電流表得讀數。(5) 重復步驟 (3) 與(4),在依次給出不同得電壓時 ,找出使繼電器動作 (指示 燈由不亮到亮 )得相應得電流值 ,記入表 3-2 中。注意找出使繼電器動作得最小 電壓與電流。表 3- 伏安特性 Uu = (I r)實驗數據記錄表Upu/06532、510。Ir/A(V)052、5(A)、13