继电保护实验指导书
实验一：微机型电网电流、电压保护实验
一、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Rs组成；线路AB和BC距离长短分别改变可调电阻RAB、RBC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，Rs?2?,RAB?8?,RBC?15?,Rf?28? 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）RAB、RBC：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；
二、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IB站I
IA.set
? 7 A，I
II
A.set
? 3 A，I
III
A.set
? 2 A，tA? 0 s， tA
III
I
II
?
III
0.5 s， tA
?
1 s；
I
B.set
?，I
III
B.set
?A，tB?s，tB
I
?
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Rs?2?,RAB?8?,RBC
?15?，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
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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 BC段Ⅲ段动作 ，记录Ia?，Ib?A， Ic?。
（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Ⅲ段动作 。
（3）线路BCⅠ段动作实验：调节RBC?4?，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 BC段Ⅱ段动作 ，记录Ia? 3 A，Ib? 3 A， Ic?A。
（4）线路ABⅡ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段Ⅱ段动作 ，记录Ia?A，Ib?， Ic?A。
（5）线路ABⅠ段动作实验：调节RAB?4?，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 AB段Ⅰ段动作 ，记录Ia? 3 A，Ib? ， Ic?。
（6）线路ABⅡ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段启动电流大于上题Ⅰ段短路电流值），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 AB段Ⅱ段动作 。
三、计算
Rs×max=4W如图所示，系统参数为：Rs×min=2W（最大运行方式），Rs×g=3W（正常运行方式），
III
=1.1K=1.2，（最小运行方式），RAB=8W，RBC=15W，负载Rf=28W，KrIel=1.2，KrII，elrel
Kss=1.5，Kre=0.9。
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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。
1、电流速断Ⅰ段
⑴A 变电站
整定值:
IA.set?KrelIK.B.max?1.2
I
I
?6.93A
32?8）
100
灵敏度校验：求lmin：
32
?
1003(4?Rl)
506.93
?6.93A
Rl? lmin
?4?3.22
?
RlRAB
?100
?
3.228
?100
?40.25
?15
动作时限： tIA?0S (2)B变电站
II
整定值: IB?KrelIK.C.max?1.2.set
?2.77A
32?8?15）
100
灵敏度校验：求lmin：
32
?
1003(4?8?Rl)
502.77
?2.77A
Rl? lmin
I
?12?6.05
?
RlRBC
?100
?
6.0515
?100
?40.33
?15
动作时限： tB?0S
2、电流速断II段
A 变电站
整定值:
IIIII
?Krel*IB.set?1.1?2.77?3.047A IA.set
3
灵敏度校验： KA.sen?
II
IK.B.minI
II
A.set
?
2
?
10034?8）
?
50
?1.37?1.3满足灵敏度要求
3.047
3.047
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I动作时限： tII?t?Dt?0.5S AB
3、电流速断III段
整定值: Rf?28W,正常运行时流过线路AB与BC的负荷电流相同 If.max??1.089A 32?8?15?28）
III
B.set100 IIIIA.set?I?KrelKssKreIIIIf.max?1.2?1.50.9?1.089?2.178A
灵敏度校验：保护A近后备：KA.sen近?IK.B.minIA.setIII?504?8/2.2?1.89?1.5
保护A远后备：KA.sen远?IK.C.minIA.set
50III?504?8?15/2.2?0.84?1.2不满足要求
保护B近后备：
动作时限：tIII?0.5S BKB.sen近?4?8?15/2.2?0.84<1.3不满足要求
III tIII?tB?Dt?1S A
四、总结
电力系统的线路或元件发生故障时，故障点越靠近电源，短路电流越大。利用这一特点，可构成电流保护。对于仅反应电流增大而瞬时动作的电流保护，称为电流速断保护。
它的保护范围受系统运行方式的影响较大，不可能保护线路的全长，为了保护线路全长，通常采用略带时限的电流速断与相邻线路的速断保护相配合，其保护范围包扩本线路的全部和相邻线路的一部分，其时限比相邻线路的速断保护大△t，电流速断保护和限时电流速断保护可构成线路的主保护。过流保护是按躲开最大负荷电流来整定的一种保护装置可作为本线路和相邻线路的后备保护，定时限过流保护的动作时限比相邻线路的动作时限均大至少一个△t。
以上三种保护组合在一起，构成阶段式电流保护。具体应用时，只采用电流速断保护和限时电流速断保护，或限时电流速断保护和定时限过流保护的方式，也可三者同时采用。
本实验就是模拟电网正常运行时，施以预设的故障观察保护动作的情况并根据实验结果验证理论结果。通过本实验，我对阶段式电流保护有了更深刻的理解。在实验中记过老师的详细讲解，让我学会了如何设置微机继电保护装置的整定值以及通过检测流过保护装置的电流幅值，来判定故障的状态。
总之，通过实验让我对继电保护工作原理不再陌生，并学会了动作电流值的计算整定，可以说我已经基本掌握了继电保护。
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实验二：微机变压器差动保护实验
一、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。
压
）
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0~30?，电流5A，功率750W；
（4）2R：低压侧模拟三相可调电阻，每相电阻0~15?，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；
二、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。
IdI rOr1r2
差动速断电流定值Id；比率差动电流定值Icd0A
制动电流１ Ir1= 0.801 A，折线斜率１ K1= 0.3 ；制动电流２ Ir2= 1.52A；折线斜率２ K2=0.5； 中压侧平衡系数KPM=Ihe/Ime= 1.01/1.67=0.6 ； 低压侧平衡系数KPL=Ihe/Ile= 1.01/2.25=0.45 ； 二次谐波制动比Kd2=0.2；TA断线检测：投入,TA断线闭锁：退出。
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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Ia? 0.40 A，Ib? 0.39 A， Ic? 0.41A；中压侧电流Ia?，Ib?A， Ic?；低压侧电流Ia?A，Ib?0.49 A， Ic? 0.52 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。 IA； IB；I。 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Ia?，Ib?A， Ic?A；两相Ia?A，Ib?A，Ic?。
（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Ia?，Ib?A， Ic?；两相Ia?，Ib?，Ic?。 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：投入中压侧时都跳开。三相电流为Ia?0.45A，Ib?0.21A，Ic?0.21A
（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：投入低压侧时都跳开。三相电流为Ia?0.32A，Ib?0.36A，Ic?0.03A 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：会动作。三相电流为Ia?0.14A，Ib?0.12A，Ic?0.32A
（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。
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答：会动作。三相电流为Ia?0.10A,Ib?0.18A,Ic?0.16A
三、计算
已知变压器参数如下：
2000VA，380/230/115V，YO/Y/Δ-12-11，Uk=11.02%，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。
1、计算各侧一、二次额定电流，选择CT变比
2、差动速断保护
ISD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)。
ISD=2*1.01=2.02
3、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0.2~0.3Ie，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=0.3Ie=0.3*1.01=0.3
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0.8~1.2Ie；对于Ir2应大于Ir1，实际整定范围取1.2Ie以上。
Ir1=0.8Ie=0.8*1.01=0.81 Ir2=1.5Ie=1.5*1.01=1.52
K1、K2对应折线斜率1和折线斜率2。K1一般取0.3~0.7,但应满足K1≤Icd/Ir1；K2一般大于K1，实际取0.5以上。
K1=0.3； K2=0.5
Kd2为涌流时二次谐波制动比，一般实际整定为0.15~0.2。
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Kd2=0.2
4、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，平衡系数计算公式如下：
KPM=Ihe/Ime
KPL=Ihe/Ile
式中：KPM——中压侧平衡系数；
KPL——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= Kph2?I2/I1?1.01/1.67?0.60
'''''''' 低压侧= Kph3?I3/I1?1.01/2.25?0.45
5、差流越限（不作要求）
Icl为差流越限电流定值，一般取0.2~0.5Icd，延时应大于1S以上。
四、总结
差动保护的原理
差动保护是利用基尔霍夫电流定理工作的，当变压器正常工作或区外故障时，将其看作理想变压器，则流入变压器的电流和流出电流，，折算后的电流，相等，差动继电器不动作。
当变压器内部故障时，两侧，或三侧，向故障点提供短路电流，差动保护感受到的二次电流和的正比于故障点电流，差动继电器动作。差动保护原理简单、使用电气量单纯、保护范围明确、动作不需延时，一直用于变压器做主保护。另外差动保护还有线路差动保护、母线差动保护等等。
变压器差动保护是防止变压器内部故障的主保护。其接线方式，按回路电流法原理，把变压器两侧电流互感器二次线圈接成环流，变压器正常运行或外部故障，如果忽略不平衡电流，在两个互感器的二次回路臂上没有差电流流入继电器。当流入继电器的电流大于动作电流，保护动作断路器跳闸。
差动保护的功能
差动保护是变压器的主保护，是按循环电流原理装设的。主要用来保护双绕组或三绕组变压器绕组内部及其引出线上发生的各种相间短路故障，同时也可以用来保护变压器单相匝间短路故障。在绕组变压器的两侧均装设电流互感器，其二次侧按循环电流法接线，即如果两侧电流互感器的同极性端都朝向母线侧，则将同极性端子相连，并在两接线之间并联接入电流继电器。在继电器线圈中流过的电流是两侧电流互感器的二次电流之差，也就是说差动继电器是接在差动回路的。从理论上讲。正常运行及外部故障时。差动回路电流为零。实际上由于两侧电流互感器的特性不可能完全一致等原因，在正常运行和外部短路时，差动回路中仍有不平衡电流流过，此时流过继电器的电流IK 为 Ik=I1-I2=Iumb要求不平衡电流应尽量的小，以确保继电器不会误动。
差动保护原理图
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当变压器内部发生相间短路故障时，在差动回路中由于I2 改变了方向或等于零，无电源侧，这是流过继电器的电流为I1 与I2 之和，即 Ik=I1+I2=Iumb 能使继电器可靠动作。
变压器差动保护的范围是构成变压器差动保护的电流互感器之间的电气设备、以及连接这些设备的导线。由于差动保护对保护区外故障不会动作，因此差动保护不需要与保护区外相邻元件保护在动作值和动作时限上相互配合，所以在区内故障时，可以瞬时动作。
差动保护是反映被保护元件，或区域，两侧电流差而动作的保护装置。差动保护是保护变压器的内部短路故障，电流互感器安装在变压器的两侧，在正常负荷情况或外部发生短路时，流入差动继电器的电流为不平衡电流，在适当选择好两侧电流互感器的变压比和接线方式的条件下，该不平衡电流值很小，并小于差动保护的动作电流，故保护不动作，在变压器内部发生短路时，流入继电器的电流大于差动保护的动作电流，差动保护动作于跳闸。
由于变压器一、二次电流、电压大小不同，相位不同，电流互感器特性差异，电源侧有励磁电流都将造成不平衡电流流过继电器，必须采用相应措施消除不平衡电流的影响。
通过实验我知道了差动保护是利用基尔霍夫电流定理工作的，当变压器正常工作或区外故障时，将其看作理想变压器，则流入变压器的电流和流出电流，折算后的电流相等，差动继电器不动作。当变压器内部故障时，两侧，或三侧向故障点提供短路电流差动保护感受到的二次电流和的正比于故障点电流.差动继电器动作。不仅如此，通过实验让我了解到变压器的套管及引出线的相间短路和接地短路，以及绕组的匝间短路是变压器比较常见的故障类型，而且让我深刻认识到电力变压器是电力系统中十分重要的供电设备，他的故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重的影响。因此。必须根据变压器的容量和重要程度装设性能完善、工作可靠的继电保护装置，其中差动保护就是变压器故障保护的重要保护形式，我觉得这就是我们为什么要做这个实验的一个原因之一。
总之.通过这个实验让我对变压器的故障保护有了很深刻的认识并为将来对这方面知识的应用带来了很大的帮助