实验三 功率方向继电器特性实验

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实验三功率方向继电器特性实验一、实验目的1．熟悉BG-10B系列功率方向继电器的实际结构、工作原理和基本特性。2．掌握电气特性试验与整定方法。二、实验仪器序号型号使用仪器名称数量1ZBT71功率方向继电器组件1台2ZB36数字式交流电压表2只3ZB35数字式交流电流表1只4ZBT75数字式相位表1只5ZB31数字式直流电压表1台6DZB01三相交流电源1路三相自耦调压器1台直流操作电源1路7DZB02-1变流器1只触点通断指示灯1组可调变阻器6.3Ω10A1只DZB02-2可调变阻器440Ω1.2A1只可调变阻器440Ω1.2A1只可调变阻器110Ω2.4A1只8三相交流移相器1台三、实验原理BG-10B系列功率方向继电器（包括BG-11B、12B、13B）应用于电力系统方向保护接线中，作为功率方向元件。其中BG-12B用于相间短路保护；BG-13B用于接地保护；BG-11B是具有双方向接点的功率元件，用于平行线路横联差动保护中。由于BG-12B型功率方向继电器应用较为广泛，因此本实验指导书以BG-12B型为例详细介绍其试验方法，今后在实际工程中需对其他型号的功率方向继电器进行试验，可参照进行，方法相同。功率方向继电器利用比较绝对值的原理构成。它由比较回路、滤波回路和触发回路组成。方块图见图1-1、原理图见图1-6。1．比较回路：绝对值比较构成原理，见图1-2。 图1-1方块图图1-2绝对值比较回路由互感器TA1和整流桥VD1～VD4组成的工作回路，由互感器TA2和整流桥VD5～VD8组成的制动回路。互感器TA1和TA2的初级分别接入电流IY和IL。由于TA1的电压线圈和TA2电压线圈同极性串联，TA1的电流线圈和TA2电流线圈反极性串联（如图1-2所示），IL为线路电流互感器TA的二次电流，它的值是不变的。TA1和TA2一次侧的电压绕组，通过移相回路，与电压互感器二次相接。因电压绕组的输入阻抗比移相阻抗小得多，所以电流IY也可以看作近似不变。于是互感器TA1和TA2可按电流互感器分析，当互感器TA1和TA2的一次绕组分别通入电流IY和IL时，它们产生的磁势在TA1是相加的，在TA2是相减的，于是在互感器TA1输出线圈以电流形式取出矢量和IY+IL，在互感器TA2输出线圈以电流形式取出矢量和IY-IL，二者分别经整流器VD1～VD4和VD5～VD8加以整流，然后进行绝对值比较。从图1-3（a）中可看到φ=90°时，|İY+İL|=|İY-İL|；从图1-3（b）中可看到φ>90°时，|İY+İL|<|İY-İL|；从图1-3（c）中可看到φ<90°时，|İY+İL|>|İY-İL|。当φ=90°或φ=-90°时，|İY+İL|=|İY-İL|，继电器处于边界动作状态。 (a)φ=90°(b)φ>90°(c)φ<90°图1-3　相量图当-90°<φ<90°时，|İY+İL|>|İY-İL|，继电器动作。当90°<φ<270°时，|İY+İL|<|İY-İL|，继电器不动作。当φ=0°时，灵敏度最高，最大灵敏角为0°。2．移相回路比较回路在电流IY和IL同相时，灵敏度最高，故最大灵敏角φ=0°时，继电器动作条件为-90°≤φ≤90°。图1-4　移相电路及相量图由于线路相间短路的功率方向元件采用90°接线，为了达到保护所需的电压与电流之间的最大灵敏角，即希望当α=45°或α=30°时，发生相间短路（除近处三相短路有死区外）的功率方向继电器都能正确动作。实现接入保护UY与IL之间的最大灵敏角φsen=-α，即φj=φsen=-α时继电器动作最灵敏。为此，本比较回路在电压绕组信号入口加上移相回路,使电流IY和UY相差一个适当的相位，以便使继电器在UY与IL之间夹角为-30°或-45°时动作最灵敏，（此时应使IY与IL间相位一致）故采用了C1和R1（或C1、R2）和TA1及TA2 的电压绕组构成移相回路见图1-4（a），当α=45°时，其相量图见图1-4（b），动作区见图1-4（c）。-135°≤φj≤45°为动作区，φj为UY与Iy间相角差。-90°≤φ≤90°为动作区，φ为IL与IY间相角差。3．滤波回路：采用LC“Γ”型滤波回路，由比较回路输出的信号为全波整流波形，是一个脉动的直流量，经过滤波回路后输给触发回路是一个直流信号。4．触发回路：由两个三极管构成的集电极—基极耦合单稳态触发器，出口元件是干簧继电器KR见图1-5。图1-5　触发电路当只加直流工作电源而没有讯号输入时，三极管VT1导通，电容器C4未充电，稳压管VW1截止，三极管VT2截止，出口元件干簧继电器KR不动作。当交流回路有制动信号输入时，三极管VT1更饱和导通，触发器状态同只加直流电源情况，出口元件干簧继电器仍不动作。当比较回路有动作讯号输出时，经滤波回路滤波后至触发回路，使三极管VT1截止，电容器C4充电，稳压管VW1击穿，三极管VT2导通，出口元件动作。为了消除接点抖动和保护三极管VT2，在干簧继电器线圈两端并网RC回路。5．电路中各元件作用：VW2、VW3硅稳压管提供触发器工作电压，R13、R14降压电阻。VD11、VD12硅三极管，给VT1、VT2提供负偏压，对三极管进行温度补偿。见图1-6，R3、R4组成分压电路，VD9的电压为门槛电压Um并对VT1进行温度补偿。 图1-6　BG-12B功率方向继电器原理图VD10硅二极管，保护VT1的发射结以免反向击穿，R6是三极管VT1的基极电阻。R8是三极管VT1集电极电阻，又是VT2的基极电阻，R9反馈电阻。C3加速电容器，防止合直流电源时继电器短时误动作，C6、C7抗干扰电容。C5、R12防止接点抖动，保护三极管VT2，以免被KR反电势击穿。VD13、R11指示回路，VD13是发光二极管，KR线圈两端有电压时VD13发光指示。四、实验步骤1．熟悉与检查功率方向继电器根据BG-12B型功率方向继电器的电气原理图。观察该继电器的内部结构、电子元器件的组成形式和各接线端子的用途，应通过外观检查，尽可能在试验前发现存在的工艺质量等问题，以及因长途运输造成的损坏。确保试验的安全、正确、可靠。2．绝缘检测首先将直流回路进、出线端子①和⑨用导线短接起来，以免在检测时使电子元件遭受损坏。然后用ZC25-4型1000V兆欧表按表1-1顺序测量各个回路之间的绝缘电阻，要求各项测得的绝缘电阻不得小于10MΩ。如果发现某项绝缘电阻较低，应仔细检查，找出原因进行处理。 表1-1绝缘检测项目电阻值（兆欧）交流电流回路对直流回路交流电压回路对直流回路交流电流回路对交流电压回路引出接点对直流回路试验接线见图1-7。完成上述二项检测后，按图1-7接线并应进行认真检查。在保证变阻器调压器均置于零输出位置及接线正确无误后才可进行下述试验。图1-7　BG-12B型功率方向继电器试验接线图图1-7　BG-12B型功率方向继电器试验接线图3．逻辑电路检测交流回路不加电源，合上直流电源开关S1，调节滑线变阻器RP1给继电器输入额定直流工作电压。然后合上或断开直流电源刀闸S1数次。在瞬间投入和切除额定工作电压时观察BG-12B继电器，此时继电器不应动作。用直流电压表测量，该装置内经过降压电阻后稳压电路VW2阴极与VD12阴极之间的直流电压应在19V左右。短接一下VT1基极和发射极，继电器应动作，输出常开触点KR闭合，触点指示灯HL亮。4．潜动试验1）电流潜动试验 将交流电压线圈⑥⒁或⑥⒀短接，合上直流电源开关S1，调节可变电阻R1使加入继电器电压为额定工作电压；然后合上交流电源开关S2，调节三相自耦调压器观察电压表V2，使其指示为120V线电压。闭合开关S3，调节可变电阻RP4和RP3使加入继电器的交流电流回路的电流为0~10倍额定电流，此时继电器不应有电流潜动。本试验在实验中可考虑只加4倍额定电流。2）电压潜动试验将交流电流回路断开，合上直流电源开关S1和交流电源开关S2，调节PR2使输入继电器电压线圈的交流电压为1.1倍额定电压。（继电器额定电压为100V）此时继电器不应有电压潜动。如果有电流潜动或电压潜动，就是因为工作回路或制动回路的元件不对称，而使两个回路不平衡造成。应从工作回路或制动回路的线圈、二极管、电阻上找原因。5．动作区和最大灵敏角测定在继电器的电压线圈⑥⒁或⑥⒀和电流线圈⑧⒃上分别加额定电压和额定电流，具体数值见所试验继电器的技术参数，并保持此两数值不变，用移相器YX改变电压和电流之间的相位角φ，使φ在0°~360°之间变化，观察继电器的动作情况，此时可测出继电器动作时电压超前电流的角度φ1和电压滞后电流的角度φ2，测出继电器动作范围的二个临界角度φ1和φ2后，以电流为基准画出两角度，即可定出继电器的动作区。作φ1和φ2之和的二等分线OA，即得最大转矩线。OA与电流Ij之间的夹角φj就是继电器的最大灵敏角，见图1-8（BG-11B型或BG-12型为例）。φj=-α本试验是以Ij=IL为基准，Uj=Uy为变量（其中电压大小不变，相位改变），动作区见图1-8。在额定电压和电流下，动作区范围应在160°~180°之间。最大灵敏角与制造厂规定值（BG-11B、BG-12B为-30°或-45°；BG-13B为+70°）进行比较，在额定值下误差应不大于±5°。 在试验中如采用指针式相位表，当相位表指针偏转到极端位置时，可转动象限开关，将象限开关置于合适象限位置上，重新测量。转动开关前应先将被测量减小到零，以免指针受到冲击。象限开关合适位置如下：1）当Uj在第Ⅰ象限的动作区和非动作区时，相位表指示转换开关应放在负载端电感侧。2）当Uj在动作区第Ⅱ象限时，相位表指示转换开关应放在发电机端电容侧。3）当Uj在第III象限的动作区和非动作区时，相位表指示转换开关应放在发电机端电感侧。4）当Uj在非动作区第Ⅳ象限时，相位表指示转换开关应放在负载端电容侧。表1-4BG-11B、12B型功率方向继电器相角特性试验记录表（Ij=额定电流）移相器角度φj（度）60°45°30°15°0°-15°-30°-45°-60°-75°-90°-105°-120°-135°-150°Udj(V)端子⑥和⒀加电压端子⑥和⒁加电压图1-8继电器的动作区和最大灵敏角6．继电器相角特性试验固定加入继电器电流线圈的电流为额定电流，作起动电压Udj=f（φj）的关系曲线。试验接线按图1-7，调节输入继电器电流线圈的电流为额定电流，并保持不变，调整移相器为某一个φj角度，然后逐步调节升高输入继电器电压线圈的电压，直到其动作为止，记下此时的电压值，φj每隔15°改变一次，将测试结果记在表1-4中，根据试验结果在直角坐标或极坐标上表示出继电器的相角特性。在最大灵敏角及额定电流下，继电器的最小动作电压不大于1V。7．伏安特性及动作功率试验 在加入继电器相应端子上的电压和电流之间的相位角φj为某一定值时，测定功率方向继电器的启动电压Udjzx与电流Ij的关系曲线和最小动作功率Sdjzx与电流Ij的关系曲线。伏安特性试验在最大灵敏角下进行，试验接线按图1-7，合上直流电源开关S1；再合上交流电源开关S2和S3，首先调整移相器，使φj为最大灵敏角，并保持此灵敏角不变（移相器不再调节），选择调节输入继电器电流线圈的电流分别为0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、……安，然后对应各点分别调节RP2升高输入继电器电压线圈的电压，测出上述各点电流下继电器的最小动作电压Udjzx，记入表1-5，即可作出Udjzx=f（Ij）的关系曲线。动作功率试验也是在最大灵敏角下进行。试验时，先调整移相器、确定φj为最大灵敏角后将相位表换成功率表。同样取0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、……安各档电流，然后对应各点分别调节输入继电器的电压，从功率表上读取上述各点电流下使继电器动作的最小动作功率。记入表1-5，即可作出Sdjzx=f（Ij）的关系曲线。五、数据记录与处理1.数据记录表1-2在额定直流电压下，加4倍Ied时电流潜动情况记录在额定直流电压下，加1.1倍Ued时电压潜动情况记录表1-4BG-13B型功率方向继电器相角特性试验记录表（Ij=额定电流）移相器角度φj（度）Udj(V)端子⑥和⒁加电压六、注意事项当试验电流达到5A及以上时，操作过程要迅速，注意保护实验设备。 七、思考题1．何谓BG-12B型功率方向继电器的最小动作电压？最小动作电压的数值大小对保护有什么影响？2.何谓功率方向继电器的潜动？为什么要做潜动试验？如何消除潜动？做潜动试验时应注意什么问题？八、实验报告的格式及撰写要求实验结束后要认真总结。根据实验操作过程结合预习与思考内容写出实验报告和本次实验体会