功率方向繼電器試驗講稿要點

實驗2：功率方向繼電器實驗講稿實驗?zāi)康?、學(xué)會運用相位測試儀測量電流電壓之間的相角方法。2、掌握功率方向繼電器的動作特性，接線方式及動作特性的實驗方法。二、LG-11型功率方向繼電器簡介1、LG-11型功率方向繼電器的工作原理LG-11型功率方向繼電器是目前廣泛應(yīng)用的整流型功率方向繼電器，其比較幅值的兩電氣量動作方程：kxI+kxU>kxI-kxU繼電器的接線如圖2-1所示，其中圖A為繼電器的交流回路圖，也就是比較電氣量的電壓形成回路，加入繼電器的的電流為I，電壓TOC\o"1-5"\h\z為U，電流I通過電抗變壓器DKB的一次繞組W1，三次繞組W2和m mW3端獲得電壓分量KI，它超前電流I的相角就是轉(zhuǎn)移阻抗K的阻km m k抗角Q，繞組W4用來調(diào)整Q的數(shù)值，以得到繼電器的最靈敏角。電壓U經(jīng)過電容C1接入中間變壓器YB的一次繞組W1，由兩個二次繞m組W2和W3獲得電壓分量KU。KU超前U的相角90度。DKB和ym ym mYB標(biāo)有W2的兩個二次繞組的聯(lián)接方式如圖所示，得到動作電壓KI+KU，加于整流BZ1輸入端；DKB和YB標(biāo)有W3的兩個二次繞Kmym組的聯(lián)接方式如圖所示，得到制動電壓KI--KU，加于整流橋BZ2Kmym端。圖（b）為幅值比較回路，它按循環(huán)電流式接下，執(zhí)行元件采用極化繼電器JJ。繼電器的最大靈敏角的調(diào)整是利用改變變壓器DKB第三個二次繞組W4所接的電阻值來實現(xiàn)的，繼電器的內(nèi)角a=900-中，當(dāng)接入電k阻R3時，阻抗角600,a=300節(jié)接入電阻R4時450,a=45。。因此，繼電器的最大靈敏角巾e：9，并可以調(diào)整為兩個數(shù)字，一個為-30°，另一個為-45°。當(dāng)在保護(hù)安裝處于正向出樓發(fā)生相間短路時，相間電壓幾乎降為0值，這時功率方向繼電器的輸入電壓U.0，由于功率方向繼電器m的動作需克服執(zhí)行的機(jī)械反作用力矩，也就是說必須消耗一定的功率（盡管這一功率消耗不大）。因此必須滿足條件U>U。所以在ABU=0的情況下，功率方向繼電器動作不了。因而產(chǎn)生了電壓死區(qū)。m為了消除電壓死區(qū)，功率方向繼電器的電壓回路需要加設(shè)記憶回路，就是需要電容C1與中間變壓器YB的繞組電感構(gòu)成對50Hz串聯(lián)諧振電路。這樣當(dāng)電壓突然降低為U=0時，該回路中的電流并不立即消m失，而是按50HZ諧振電路的頻率，經(jīng)過幾個周波后，逐漸衰減為0。而這個電流與故障前的電壓同相，并且在諧振衰減過程中維持相位不變化。因此，相當(dāng)于記住了短路前的電壓的相位，所以稱為記憶回路。由于電壓回路有了記憶回路的存在，相當(dāng)于繼電器的電壓為U=0時，在一定的時間內(nèi)YB的二次繞組端紐有電壓分量的存在，就m可以繼續(xù)進(jìn)行幅值的比較，因而消除了在正方向的出口短路時繼電器的電壓死區(qū)。

在整流比較回路中電容C2和C3主要是濾除二次諧波，C4用來濾除高次諧波。圖2-1LG-11功率方向繼電器原理接線圖2、功率方向繼電器的動作特性繼電器的動作特性如圖2-2所示。臨界動作條件為垂直于最大靈敏線通過原點的一條直線，動作區(qū)為帶有陰影線的半平面范圍。電流的相位可以改變，當(dāng)與最大靈敏線重合時，即處于靈敏角p^^^^a的情況下，電壓分量KI與超前U為90度相角的電壓分量KU相重km m ym合。圖2-2功率方向繼電器動作特性通常功率方向繼電器的動作特性還有下面2種表示方法：（1）角度特性：表示i固定不變，繼電器的動作電壓u=f3）的關(guān)系曲線，理論上此特性可以用圖2-3所表示，理想情況下動作范圍位于為①中心的±90度以內(nèi)。在此動作范圍內(nèi)，繼電器的最小起動電壓u基本上與甲r無關(guān)，加入繼電器的電壓為U<Ui時，繼電器不能起動，這就是出現(xiàn)電壓死區(qū)的原因。圖2-3功率方向繼電器的角度特性（①二30。）（2）伏安特性：表示當(dāng)①=p固定不變時，繼電器的啟動電壓U=f（I）的關(guān)系曲線。在理想情況下，該曲線平行與兩個坐標(biāo)軸，如圖2-4所示，只要加入繼電器的電流和電壓分別大于最小啟動電流I和最小啟動電壓U繼電器就可以動作。其中I之值取決于在電流回路中形成方波時所要加入的最小電流。圖2-4功率方向繼電器的伏安特性在分析功率方向繼電器的動作特性時，還要考慮繼電器的“潛動”問題。功率方向繼電器可能出現(xiàn)電流潛動和電壓潛動兩種。所謂電壓潛動，就是功率方向繼電器僅加入電壓時產(chǎn)生的動作。產(chǎn)生電壓潛動的原因是由于中間變壓器YB的兩個二次繞組W3,W4的輸出電壓不等，當(dāng)動作回路YB的W2端電壓分量kU大于制動回路YB的W3電壓分量kU時，就會產(chǎn)生電壓潛動現(xiàn)象。為了消除電壓潛動，可調(diào)整制動回路中的電阻R3,使Im=0時，加于兩個整流輸入端的電壓相等，因而消除電壓潛動。所謂電流潛動，就是功率方向繼電器僅通過電流im產(chǎn)生的動作，產(chǎn)生電流潛動的原因是由于電抗變壓器DKB兩個二次繞組W2、W3的電壓分量不相等，當(dāng)W2電壓分量大于W3電壓分量時，就會產(chǎn)生電流潛動。為了消除電流潛動，可調(diào)整動作路中的電阻R1，使Um=0加于兩個整流橋輸入端的電壓相等，因而消除了電流潛動。發(fā)生潛動的巨大危害是在反方向出口處三相短路時，此時Um^0,Im很大，方向繼電器本應(yīng)該將保護(hù)裝置閉瑣，如果此時出現(xiàn)了潛動，就可能使保護(hù)裝置失去方向性而誤動作。3、相間短路功率方向繼電器的接線方式由于功率方向繼電器的主要任務(wù)是判斷短路功率的方向，因此對其接線方式應(yīng)該提出如下要求。(1)正方向任何形式的故障都能動作，而反方向故障不能動作。(2)故障以后加入繼電器的電流/和電壓°應(yīng)盡可能的大一些，并盡可能的使①接近最靈敏角,，以便消除和減小方向繼電器的死區(qū)。為了滿足以上要求功率方向繼電器廣泛采用90度接線的方式，所謂90度接線的方式是指在三相對稱的情況下，當(dāng)cos,二1時，加入繼電器的電流/口電壓氣，相交差90度。如圖2-5所示,這個定義僅僅為了稱呼的方便，沒有什么物理意義。Uaa■Ia圖2-5/cOs中=H時Z,Lc的向量圖采用這種接線方式時，三個繼電器分別接于JUC、IB、憶、IC、,產(chǎn)構(gòu)成三相式方向過電流保護(hù)接線圖，在此順便指出對功率方向繼電器的接線，必須十分注意電流線圈和電壓線圈的極性問題，如果有一個線圈的極性接錯就會出現(xiàn)正方向拒動，反方向誤動作的現(xiàn)三、實驗設(shè)備序號設(shè)備名稱使用儀器名稱數(shù)量1控制屏12EPL-09繼電器（+）一功率方向繼電器13EPL-11交流電壓表14EPL-12交流電流表15EPL-15電秒表、相位儀16EPL-17三相電源17EPL-18直流電壓及母線18EPL-20變壓器及單向可調(diào)電源1四、實驗內(nèi)容本實驗采用的實驗原理如圖2-6所示。圖中，380伏交流電源經(jīng)調(diào)壓器和移相器的調(diào)整后，由BC相分別輸入功率方向繼電器的電壓線圈，A相電流輸入到繼電器的電流線圈，注意同名端方向。1、熟悉LG-11功率方向繼電器的原理接線和相位儀器的試驗原理。移相器的輸出信號從EPL-17面板的移相輸出端引出，送到相位儀和功率方向繼電器的電流信號從EPL-20面板下部的單相調(diào)壓器3,4端引出，電壓信號則根據(jù)電壓的大小或直接從相角引出，或經(jīng)過EPL-20的'降壓變壓器引出。圖中用虛線特別表明。

2一三相調(diào)任ai6實驗原理接線圖2一三相調(diào)任ai6實驗原理接線圖2、按實驗線路接線，圖⑦，⑧分別和；變壓器的1,2端連，和；變壓器的3,4端斷開，并檢查確認(rèn)兩個調(diào)壓器的按紐處于逆時針到底的位置。（1）用相位儀檢查接線極性是否正確。將相位器調(diào)到0度，依次合上220伏電源和電秒表的開關(guān)，按下線路和電源控制“閉合”開關(guān)，同時順時針緩慢調(diào)節(jié)EPL-20的單相調(diào)壓器和桌面上的三相調(diào)壓器，觀察電壓表和電流表的讀數(shù)，當(dāng)電流為1A，電壓為20伏時，觀察相位器讀數(shù)是否正確，若不正確，則說明輸入電流和電壓的相位不正確，分析原因，并改正。（2）檢查功率繼電器是否有潛動現(xiàn)象電壓潛動現(xiàn)象：將電流回路開路，可通過斷開5電阻和變壓器T2的3端連接實現(xiàn)。調(diào)節(jié)桌面上的三相調(diào)壓器對電壓回路加入110伏電壓，用萬用表測量極化繼電器KP的兩端之間的電壓，若小于0.1伏，則說明無電壓潛動。3、用實驗法測LG-1板整流型功率方向繼電器角度特性，并找出繼電器的最大靈敏角和最小動作電壓。按實驗線路接線將⑦，⑧分別和；變壓器的1，2端連，和；變壓器的3,4端斷開，并檢查確認(rèn)兩個調(diào)壓器的按紐處于逆時針到底位置。（1）順時針調(diào)節(jié)EPL-20的單相調(diào)壓器，使得電流表的讀數(shù)為1A，并在以后的實驗中保持不變。（2）順時針調(diào)節(jié)桌面上的三相調(diào)壓器旋紐，使得交流調(diào)壓器的讀數(shù)為100伏，觀察光示牌的的動作情況：（a）若光示牌亮，則順時針搖動移相器手柄，同時觀察相位儀的讀數(shù)，讀出當(dāng)光示牌從亮到滅時移相器的角度并填入表，再反向搖動移相器手柄，直到光示牌重新亮，讀出當(dāng)光示牌再次滅時相位儀的讀數(shù)。（b）若光示牌滅，可參考上述方法分別讀出兩個臨界角度。（3）逆時針調(diào)節(jié)桌面上的三相調(diào)壓器旋紐，當(dāng)電壓分別為80V，50V，30，20V，按上述方法搖動移相器手柄，讀出兩個臨界角度。并填入表2-1。（4）改變接線方式，斷開7,8和T1變壓器的3,4端，然后調(diào)節(jié)三相調(diào)壓器當(dāng)電壓表讀書分別為10V，5V，2.5V，2V時，繼電器動作的臨界角度。注意：①由于電壓低時，改變電壓對臨界角度的影響較大，所以要求盡可能在搖動移相器手柄時，同時調(diào)節(jié)三相調(diào)壓器，使得輸出電壓保持不變化。②相位儀要求一定的輸入電壓。（5）保持電流為1A不變化，通過移相器改變相角，測量不同相角情況下的繼電器動作的最小動作電壓并填入表2-2。注意：當(dāng)移相角調(diào)到一定角度后，調(diào)節(jié)三相調(diào)壓器改變輸出電壓會對相角產(chǎn)生影響，所以要對移相器和調(diào)壓器進(jìn)行同時調(diào)節(jié)以確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。（6）繪出功率方向繼電器的角度特性。（7）計算繼電器的最大靈敏角度并繪制角度特性曲線，并標(biāo)明動作區(qū)。4、用實驗作出功率方向繼電器的伏安特性uuf（I）和最小動作電壓。（1）搖動移相器手柄使得角度為-45°，保持不變。（2）調(diào)節(jié)三相調(diào)壓器的電壓到100伏不變。（3）調(diào)節(jié)EPL-20的單相調(diào)壓器，改變輸出電流，記下使得繼電器動作的值記入表2-3。（4）參考步驟三，分別調(diào)節(jié)三相調(diào)壓器的電壓到80V，50V，30V，20V，10V，5V，2.5V，2V，改變輸入電流使得繼電器動作，記下電流的值。（5）注意找出使得繼電器動作的最小電壓和電流（6）繪制出特性曲線五、實驗結(jié)果及處理表1角度特性。%,實驗數(shù)據(jù)Up：f(⑺U(V)100805030201052.52①140.5。38.0037.0037.5036.5036.0035024.50210①2-128.5。-129.5。-1300-130.50-1310-1250-125.50-117.50-1150表2角度特性*f(Umin實驗數(shù)據(jù)①-1200-1000-800-600-400-200-00200300^JV^4.62.01.31.391.371.51.973.496.12表3伏安特性u二f(I^實驗數(shù)據(jù)up『)100805030201052.52ir(A)0.1350.1290.1240.1240.1230.1270.1250.1220.129六、實驗思考題1、功率方向繼電器為什么會有死區(qū)？應(yīng)該如何消除死區(qū)?答：當(dāng)正方向出口附近短路接地，故障相對地的電壓很低功率方向不能動作，所以存在死區(qū)。采用90°接線就可以消除死區(qū)的存在。2、用相量圖分析功率方向繼電器的電壓，電流極性發(fā)生變化對動作特性的影響？答：分析接線時，當(dāng)某相間短路功率方向元件電流極性接反時，正方向三相短路時，繼電器的輸入電壓U與輸入電流I的相位角r r中二180-3，從圖中可以看出負(fù)Ir落在繼電器的動作區(qū)外，所以繼電器不能動作。3、LG-11整流型功率方向繼電器的動作是否等于180度？為什么？答：不為18