微机保护实验报告

试验一 变压器差动保护试验

一、 试验目的

1.熟悉变压器纵差保护的组成原理及整定值的调整方法。 2.了解差动保护制动特性的特点，加深对微机保护的认识。 3.学习微机型继电保护试验测试仪的测试原理和方法 差动保护作为变压器的主保护，配置有波形对称原理的差动保护和差动电流速断保护。其中，差动电流速断保护能在变压器区内严重故障时快速跳开变压器的各侧开关。 二、试验原理

电力变压器是电力系统中不可缺少的电力设备。其故障分为内部故障和外部故障两种。电流差动保护不但能够正确的区分区内外故障，而且不需要与其他元件的保护配合，就可以无延时地切除区内各种故障，具有独特的特点而被广泛的用作变压器的主保护。图1所示为三绕组变压器差动保护的原理接线图。图2为工况下，变压器相关电气量的向量关系图。

图1差动保护接线图 图2工况向量关系图

这里以Y/△-11主变接线为例，传统继电器差动保护是通过把主变高压侧的二次CT接成△，把低压侧的二次CT接成Y型，来平衡主变高压侧与低压侧的30度相位差的，然后再通过二次CT变比的不同来平衡电流大小的，接线时要求接入差动继电器的电流要相差180度，即是逆极性接入。

而微机保护要求接入保护装置的各侧CT均为Y型接线，显而易见移相是通过软件来完成的，下面来分析一下微机软件移相原理。变压器差动保护软件移相均是移Y型侧，对于∆侧电流的接线，TA二次电流相位不调整。电流平衡以移相后的Y型侧电流为基准，△侧电流乘以平衡系数来平衡电流大小。若∆侧为△-11接线，软件移相的向量图如图2。

&、I&分别为变压器一次侧和二次侧的电流，参考方向为母线指向变压器；I12''&&I1、I2分别为相应的电流互感器二次侧电流。流入差动继电器KD的电流为：

'&'&&IrI1I2

保护动作的判据为：

IrIset

设变压器的变比nT经推算可得：

U1n，并且选择电流互感器的变比，使得TA2nT，则U2nTA1&I&nIT12 &IrnTA2&nI&忽略变压器的损耗，正常运行和区外故障时，一次电流的关系为I2T10。

正常运行和外部故障时，变压器的差动电流为0，保护不会动作；变压器内部任何一点故障时，相当于变压器内部多了一个故障之路，流入差动继电器的电流等

于故障电流。只要故障电流大于继电器的动作电流，差动保护就能迅速动作。这就是差动保护的基本原理。

三、实验过程

在本次试验中，用“继保之星”来模拟产生电力变压器差动保护信号，把信号输入继电保护开关柜进行信号处理，判断出保护是否动作出口跳闸。试验接线图如下所示。

图3 差动动作值测试实验接线

1、按图3-1接线，将保护柜上的差动保护压板1XB投入，确认接线正确后合上保护柜直流电源。

2、打开PC机，与保护装置进行通信连接；打开测试仪电源，与PC机连接。 3、操作装置键盘，按←┛键，进入主菜单，选择“定 值”对话框，选择

“显示和打印” 命令控件。

4、按←┛键，选择差动保护模件，查找到差动定值1A和差动速断定值7A。 5、用测试仪（选交流试验模块）依次在装置的高、中、低压侧的A、B、C相加入单相电流（整定值），使差动动作，记录实验数据。注意高、中压侧电流为动作电流的 倍(这是由CT二次电流的相位校正产生的)。差流越限的整定值为差动电流整定值的0.57倍。差流越限实验，经延时后装置发差流越限信号。 四、实验数据： ① 差动保护 单位：A 高 压 侧 A相 整定值1A 结论 继保之星输出值 2A 1.74A 1.8A 差动保护动作情况 动作 不动作 动作 差动保护的动作电流为1.8A 继保之星输出值 A相 整定值7A 结论 12.8A 13.4A 13.2A 差动速段保护动作情况 不动作 动作 不动作 ② 差动速段保护 单位：A 高 压 侧 差动速段保护的动作电流为13.4A ② 差流越限保护 单位：A 高 压 侧 A相 整定值0.57A 结论 继保之星输出值 1.1A 1.15A 1.13A 差动速段保护动作情况 不动作 动作 不动作 差动速段保护的动作电流为1.15A 实验二 距离保护的模拟短路实验

一、实验目的

1、加深对距离保护原理的理解；

2、清楚事件报告中每一项事件消息产生的原因，并了解事件消息产生在时间上的顺序性；

3、分析录波图，比较永久性故障和瞬时性故障引起的保护动作上的差异。 4、熟悉阶段式距离保护及方向距离保护的工作原理和基本特性。 二、实验原理

1．距离保护的作用和原理

电力系统的迅速发展，使系统的运行方式变化增大，长距离重负荷线路增多，网络结构复杂化。在这些情况下，电流、电压保护的灵敏度、快速性、选择性往往不能满足要求。

电流、电压保护是依据保护安装处测量电流、电压的大小及相应的动作时间来判断故障是否发生以及是否属于内部故障，因而受系统的运行方式及电网的接

线形式影响较大。

针对被保护的输电线路或元件，在其一端装设的继电保护装置，如能测量出故障点至保护安装处的距离并与保护范围对应的距离比较，即可判断出故障点的位置从而决定其行为。这种方式显然不受运行方式和接线的影响。这样构成的保护就是距离保护。

以上设想，表示在图4中。图中线路A侧装设着距离保护，由故障点到保护安装处间的距离为l，按该保护的保护范围整定的距离为lzd，如上所述，距离保护的动作原理可用方程表示：llzd。满足此方程时表示故障点在保护范围内，保护动作；反之，则不应动作。

图4 距离保护原理说明 Z—表示距离保护装置

距离比较的方程两端同乘以一个不为零且大于零的z1（输电线每千米的正序阻抗值）得到：Zdz1lz1lzd ( 1 )

式（1）称为动作方程或动作条件判别式。表明距离保护是反应故障点到保护安装处间的距离（或阻抗）并与规定的保护范围（距离或阻抗）进行比较，从而决定是否动作的一种保护装置。当Zdz1lzd时，表明故障发生在保护范围内，保护应动作；当Zdz1lzd时，表明故障发生在保护范围外，保护不应动作；当Zdz1lzd时，表明故障发生在保护范围末端，保护刚好动作。所以，距离保护又称为低阻抗保护。

设故障点d（或d1等）发生金属性三相短路，则保护安装处的母线电压变为UIZd，自母线流向线路的电流为I，则U/IZd；再设法取得z1lzd。按式（1）即可实现距离保护。

对于高电压、大电流的电力系统，母线电压与线路电流必须经过互感器后送入距离保护的测量元件（阻抗继电器），其值为Uj和Ij。假设保护用的电压互感

器和电流互感器的变比均为1，则测量元件感受到的测量阻抗

ZJUJ/IJU/IZd。又因变比为1，在阻抗继电器上设置的整定阻抗

Zzdz1lzd。故得出阻抗继电器（也称距离保护）的动作方程

ZdZJUJ/IJZzd( 2 )

从式（2）可知，距离保护是由阻抗继电器来实现阻抗（即距离）的测量，当满足式（2）时，说明故障在内部，保护应动作。 三、试验步骤

本次试验中，用“继保之星”模拟线路的故障，并把相应的电气信息输入继电保护柜。继保之星与保护柜的接线图如图6所示。

图5 瞬时距离Ⅰ段内AB两相接地短路实验接线 1.按图3-8接线，退出压板1LP13（高频保护退出）、1LP16（零序Ⅰ段退出）、1LP17（零序Ⅱ段退出）、1LP18（零序总投入退出），其余压板全部投入。确认接线正确后合上保护柜直流电源。将1QK打到综重位置；重合闸控制字整定为检无压；距离保护控制字中与永跳相关的控制字均改成永跳退出；11QK1、11QK2打到本线。

2. 打开PC机，与保护装置进行通信连接；打开测试仪电源，与PC机连接。 3. 按←┛键，进入主菜单，选择“定 值”对话框，选择“显示和打印” 命令控件。

4. 按←┛键，选择距离零序保护模件，查找到距离Ⅰ段阻抗定值为4Ω，线路正序阻抗角为80°，零序电阻、电抗补偿系数均为0.67。

5. 打开“继保之星”中的“整组试验”；在整定阻抗栏填入距离Ⅰ段阻抗定值4Ω，线路正序阻抗角为80°，零序电阻、电抗补偿系数均为0.67，短路阻抗设为0.7倍的整定阻抗，故障类型选为“AB相接地”，故障方向选正向，故障类型选瞬时性，PT位置选母线侧，选定接点控制，开关断开延时设为40ms, 开关合闸延时设为50ms ，实验持续时间设为200ms。

6. 开始试验，注意装置信号灯的变化；结束试验后，复归信号，并打印距离保护的故障录波。

7. 将故障性质改为永久性，其它条件不变，再作一次试验，并打印故障录波，将两次事件进行比较分析，加深理解。 四、实验结果及分析

① AB相永久性接地故障 时间ms 继保之星事件 保护动作情况 0 1 综重电流启动；高频保护启动 后被保护启动 5 11 16 38 68 1041 1067 1110 1124 1152 1213 2212 6187 6189 6192 开关跳开 开关闭合 开关跳开 距离保护1段动作；后备保护三条出口 相间距离1段动作 故障类型及测距：AB相间短路 11.1Km 0.09+j0.56 综重合闸启动 综重重合闸出口 综重重合闸复归 距离重合加速动作；后备保护永跳出口 故障类型测距：AB相间接地 11.01Km 0.09+j0.55 综重合闸启动 综重重合闸复归 综重电流复归 高频保护整组复归 后备保护整组复归 ②ABC三相瞬时性故障 时间ms 继保之星事件 0 1 4 10 15 37 67 1040 1066 1110 5068 5073 开关跳开 开关闭合 保护动作情况 综重电流启动；高频保护启动；后备保护启动 后被保护启动 距离保护1段动作；后备保护三条出口 相间距离1段动作 故障类型及测距：三相故障 12.22Km 0.127+j0.611 综重重合闸启动 综重合闸出口 综重重合闸复归 综重电流复归 高频保护整组复归；后备保护整组复归 试验结果分析：

距离保护的动作时延t与故障点到保护安装处的距离之间的关系成为距离保护的时延特性。目前，距离保护广泛采用三段式的阶梯时延特性，如图6所示。距离保护一段为无时延的速动段；2段为带有固定时延的速动段，固定时延一般为0.3-0.6s；3段延时需要与相邻下级线路的2段保护配合，在其时延的基础上再加上一个时延级差t。

图6 距离保护的时延特性

在第二组实验中，故障时瞬时性的，重合闸成功，之后系统进入正常运行。由于继保之星与保护柜之间的时间不严格同步，测试结果在时间是上之间有部分误差，如用红色部分标出的部分，跳闸动作先于跳闸出口信号。

三段式距离保护各自的特点为： 距离Ⅰ段：

（1）保护本线路全长的80～85％； （2）瞬时动作，即动作时限为0s。 距离Ⅱ段：

（1）保护本线路全长，但不超过下一条线路距离Ⅰ段的保护范围； （2）延时t动作，一般动作时限为0.5s。 距离Ⅲ段：

（1）保护本线路全长，下一级线路全长，甚至更远；

t2＋t（2）延时动作，一般动作时限为： t1