2022年自动化-工厂供电-实验指导书 .pdf

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1、1 工厂供电实 验 指 导 书沈阳大学信息工程学院名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 36 页 - - - - - - - - - 2 目录实验一： 10Kv 变电站主结线及其电气设备的认识2实验二：高压断路器的结构动作原理及特性分析7 实验三：单电源610kV 线路过电流及电流速断继电保护13 实验四： GL 型感应式反时限电流继电器的结构动作原理及特性分析20实验五：备用电源自动投入装置27 实验六：变电站10kV 侧配电系统微机监控装置33名师资料总结

2、- - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 36 页 - - - - - - - - - 3 课程编号： 11231201 课程类别： 专业必修课适用层次： 本科适用专业： 06 自动化课程总学时： 48 适用学期 ： （0809） （2）实验学时： 10 开设实验项目数： 6 撰写人：陈勃红审核人：教学院长：实验一： 10KV变电站主结线及其电气设备的认识一、实验目的与要求了解 10KV 变电站有哪些主要电气设备及其功能、操作规程，能按负荷级别拟定变电站主结线图，并与实际高压开关

3、设备的安装接线建立对应关系二、实验类型演示型三、实验原理及说明图 2 单母线接线1.一次系统主结线： 10KV变电站主结线有线路变压器组、单母线、单母线分段3 种形式，主结线示意图如下：在变配电所中， 当只有一路电源进线和一台变压器时，采用线路变压器组结线，图 1 所示。 供电可靠性不高， 它适用于小容量三级负荷、小型工厂或非生产性用户。图 1 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 36 页 - - - - - - - - - 4 母线又称汇流排，是用来汇集、分

4、配电能的硬导线，文字符号为W 或 WB 设置母线可方便地把多路电源进线和出线通过电气开关连接在一起，提高供电的可靠性和灵活性。单母线接线又可分为单母线不分段接线、单母线分段接线。单母线不分段接线。当只有一路电源进线时，常用这种接线方式，如图 2 （a）所示。其每路进线和出线中都配有一组开关电器。断路器用于通断正常的负荷电流，并能切断短路电流。隔离开关有两种作用：靠近母线侧的称母线隔离开关，用于隔离母线电源和检修断路器；靠近线路侧的称线路侧隔离开关，用于防止在检修断路器时从用户侧反向送电和防止雷电过电压沿线路侵人，保证维修人员安全。这种接线当母线或母线侧隔离开关发生故障或进行检修时，必须断开所有

5、回路及供电电源，从而造成全部用户供电中断。适用于对供电可靠性和连续性要求不高的中、小型三级负荷用户，或有备用电源的二级负荷用户。单母线分段接线。当有双电源供电时，常采用高压侧单母线分段接线，如图2b,c所示。分段开关可采用隔离开关或断路器；母线可分段运行，也可不分段运行。当采用隔离开关分段时（图2b） ，如需对母线或母线隔离开关检修，可将分段隔离开关断开后分段进行检修。当母线发生故障时，经短时间倒闸操作将故障段切除，非故障段仍可继续运行，只有故障段所接用户停电。该接线方式的供电可靠性和灵活性较高，可给二、三级负荷供电。若用断路器分段（图2c） ，除仍可分段检修母线或母线隔离开关外，还可在母线或

6、母线隔离开关发生故障时，母线分段断路器和进线断路器能同时自动断开，以保证非故障部分连续供电。这种接线方式的供电可靠性高，运行方式灵活。 除母线故障或检修外，可对用户连续供电，但接线复杂，使用设备多，投资大。它适用于有两路电源进线、装设了备用电源自动投人装置，分段断路器可自动投人及出线回路数较多的变配电所，可供电给一、二级负荷。本站采用单母线分段主结线方式，图 2（C）所示。 选用 9 台 GG-1A 高压开关柜 （2台进线柜、 4 台引出线柜、2 台 PT 柜、 1 台分段柜）。2高压开关柜：高压开关柜是按一定的线路方案将有关一、二次设备组装而成的一种高压成套配电装置，安装在高压配电室内，在发

7、电厂和变配电所中作为控制和保护发电机、变压器和高压线路之用，也可作为大型高压交流电动机的起动和保护之用，其中安名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 36 页 - - - - - - - - - 5 装有高压开关设备、保护电器、监测仪表以及母线和绝缘子等。图 3 GG 1A（F） 07S 型高压开关柜高压开关柜有手车式（移开式） 和固定式两大类，这些开关柜均装设功能完善的“五防”措施：防止误跳、误合断路器；防止带负荷分、合隔离开关；防止带电挂接地线；防止带接地线合

8、隔离开关；防止人员误人带电间隔。手车式（又称移开式）高压开关柜手车式高压开关柜有GBC, GFC, KYN 、AN 等型， 这种开关柜的主要电气设备如断路器等是装在手车上的。断路器等设备需检修时，可将故障手车拉出，然后推人同类备用手车， 即可恢复供电， 因此采用手式开关柜，较之采用固定式开关柜，具有检修安全、供电可靠性高等优点，但价格较贵。固定式高压开关柜固定式高压开关柜有GG-1 A（F） 、GG-10、GG-15、GSG-1 A、KGN 等型，由于比较经济，在一般中小型工厂中被广泛使用，但故障时需停电检修，且检修人员要进人带电间隔，检修好后方可供电，延长了恢复供电的时间。GG-IA (F)

9、 -07S 型固定式高压开关柜的结构图如图3 所示。3二次系统：本站有控制屏、保护屏、中央信号屏、直流屏、智能仪表柜等设备。安装在主控室内。1 一母线；2 一母线隔离开关（QS1，GN8-10 型） ；3 一少油断路器（ QF, SN10-10 型） ；4电流互感器（TA LQJ-10 型） ；5 一线路隔离开关（QS2，GN6-10 型） ；6 一电缆头； 7 一下检修门；8 一端子箱门； 9 一操作板；10-断路器的手动操作机构（CS2 型） ；11 一隔离开关的操动机构手柄；12 一仪表继电器屏；13-仁检修门；14，15 一观察窗日名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - -

10、- - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 36 页 - - - - - - - - - 6 四、实验仪器序 号名 称主要用途1 高压开关柜一次设备2 控制保护屏二次设备3 中央信号屏二次设备4 直流屏二次设备五、实验内容和步骤1由 实验指 导教师 介绍10KV 变电站 的主要 电气设 备及 其功用 。2由 实验指 导教师 对 10KV少油断路器进行合、分闸操作，了解断路器的操作机构。3操作 LW Z1a.4.6a.40.20.20/F8万能转换开关的6 个状态（预备合闸、合闸、合闸后、预备跳闸、跳闸、跳闸后），观察位置

11、信号指示灯指示状况。六、实验数据处理与分析七、注意事项未经老师同意不得擅自操作设备。八、预习与思考题1.什么叫主结线？画出模拟变电站主结线图2.识别母线颜色与相序的对应关系3掌握隔离开关与高压断路器的作用及其操作次序。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 36 页 - - - - - - - - - 7 实验二：高压断路器的结构动作原理及特性分析一、实验目的与要求了解 10 千伏少油断路器的主要结构及其组成和动作特性。二、实验类型验证型三、实验原理及说明1主要结

12、构SN10-10 型少油断路器是我国统一设计、推广应用的一种新型少油断路器。按其断流容量分，有I 、II 、III型： I 型的断流容量为Soc=300MVA ；II型的断流容量为Soc 500MVA;III型的断流容量为Soc=750MVA 。图 1 是 SN 1O-10I 型高压少油断路器的外形图，其油箱内部结构的剖面图如图2 所示。 SNLO-10型少油断路器由框架、传动机构和油箱等三个主要部分组成。油箱下部是铸铁制成的基座，其中装有操作断路器动触头（导电杆）的转轴和拐臂等传动机构。油箱中部是采用环氧树脂玻璃钢制成的绝缘桶，内部有灭弧室。灭弧室由六块三聚氰氨灭弧片构成三个横吹口及两个纵吹

13、油道。油箱上部是铝帽，内有油气分离室。与上接线端相连的是插座式静触头，静触头由工作触头与耐弧触头组成。合闸时，导电杆首先接触的是耐弧触头，跳闸时，导电杆最后离开的也是耐弧触头，因此，无论断路器合闸或跳闸，电弧总是在耐弧触头与导电杆端部弧触头之间产生。为了使电弧能偏向耐弧触头，在灭弧室上部靠耐弧触头一侧嵌有吸弧铁片，利用电弧的磁效应把电弧引向耐弧触头，以减少工作触头的损坏。断路器的导电路径为：上接线端子静触头动触头（导电杆）中间滚动触头下接线端子。断路器的灭弧，主要依赖于如图3 所示的灭弧室。图4 是灭弧室的工作示意图。断路器跳闸时，触头分断产生电弧，油被气化分解形成气泡，导致静触头周围的油压骤

14、增，迫使逆止阀（钢珠）上升堵住中心孔。这时电弧在近乎封闭的空间内燃烧，从而使灭弧室内的油压迅速增大。当动触头继续向下运动，相继打开一、二、三道灭弧沟及下面的油囊时，油气流强烈地横吹和纵吹电弧，加之动触头向下运动，在灭弧室形成附加油流射向电弧，同时，动触头端部的弧根部分总是与下面的新鲜冷油有接触，进一步改善了灭弧条件。在油气流的横吹和纵吹以及机械运动引起的油吹等的综合作用下，电弧迅速熄灭。灭弧过程中产生的油气混合物在油箱上部的油气分离室旋转分离，气体从油箱顶部名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - -

15、 - - - - 第 7 页，共 36 页 - - - - - - - - - 8 的排气孔排出，油滴则顺着内壁流回灭弧室。 SN10-10等型少油断路器可配用CS2等型手动操作机构、CD 10 等型电磁操作机构或 CT7 、CT8 等型弹簧储能操作机构。操作机构的选用应视负荷大小及操作电源情况而定。 CD和 CT型操作机构内部都有跳闸和合闸线圈，通过断路器的传动机构使断路器动作。电磁操作机构需要直流电源操作，弹簧操作机构可交、直流操作电源两用，它们都可以手动，也可以远距离跳、合闸。图 1 SN10-10 型高压少油断路器图 2 SN10-10 型高压少油断路器的一相油箱内部结构1-铝帽； 2

16、 一上接线端子；3 一油标； 4 一绝缘简；5下线端子；6基座； 7 一主轴；8 一框架； 9 一断路弹簧1 一铝帽； 2 一油气分离器；3-上接线端子； 4 一油标；5 一插座式静触头；6 一灭弧室；7 一动触头（导电杆） ；8 一中间滚动触头；9 一下接线端子；10 一转轴； 11 一拐臂； 12 一基座；13 一下支柱绝缘子；14 一上支柱绝缘子；15 一断路弹簧；16 一绝缘筒；17 一逆止阀； 18 一绝缘油名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 36

17、页 - - - - - - - - - 9 图 3 SN10-10 型高压少油断路器的灭弧室 1 一第一道灭弧沟；2 一第二道灭弧沟； 3 一第只道灭弧沟；4 一吸弧铁片1 断路器动作特性试验：测量分合闸时间。断路器的合闸时间，是指合闸接触器接通合闸电源起至断路器动、静触头刚则接触时止的这段时间，实际上是包括合闸接触器动作时间在内的一段时间。断路器的分闸时间，是在分闸线圈接通分闸电源起至动、静触头刚刚分离时止所需的这一段时间。它是断电器本身固有的， 不包括其它的动作时间，但在实际运行山还要延长一段灭弧的时间。动作时间的试验方法，对低、中速动作的断路器，一般采用电秒表法测量；对高速的断路器则用电

18、磁录波器如SC-10, SC-16型等进行测量。下面仅介绍使用电秒表的试验方法。四、实验仪器序 号名 称主要用途1 少油断路器了解结构2 401 电秒表断路器动作特性试验3 单相刀闸断路器动作特性试验五、实验内容和步骤合闸时间的测定方法图 4 SN 10-10型高压少油断路器的灭弧室工作意图l 一静触头； 2 一吸弧铁片：3 一横吹灭弧沟； 4一纵吹油囊；5 一电弧； 6- 动触头名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 36 页 - - - - - - - - -

19、 10 1试验接线采用 401 型电秒表时的试验接线，如图5 所示。2试验步骤（ 1）合上交、直流电源，给电秒表和断路器操作机构送电。（ 2）闭合单相刀闸DK ，电秒表开始转动，同时合闸接触器动作，断路器合闸。（ 3）断路器主触头接通后，电秒表停走，它所指示的时间就是本次断路器的合闸时间。（ 4）拉开刀闸，记录时间值。（ 5）复位电秒表，然后重复试验三次。固有分闸时间的测定方法1试验接线试验接线如图6 所示。图 5 断路器合闸时间测定接线图图 6 断路器分闸时间测定接线图DK 单相刀闸； t 401 型电秒表； GD被试断路器；GD1 断路器辅助触点；HC 合闸接触器线圈；TQ 断路器分闸线圈

20、。2试验步骤（ 1）合上交、直流电源，给电秒表和断路器操作机构送电。（ 2）合上刀闸，电秒表开始转动，同时使分闸线圈接通电源，断路器分闸。（ 3）断路器主触头分离后，电秒表停走，秒表指示值即为本次试验的分闸时间。（ 4）拉开刀闸，记录时间值。（ 5）复位电秒表，重复试验三次。六、实验数据处理与分析计算三次试验的平均值，即为该断路器的合闸时间和分闸时间。七、注意事项（ 1）应选择质量较好的单相刀闸，要求操作灵活、接触良好。（ 2）刀闸合闸时，操作速度要快，以保证闭合时两力同时接通，否则会产生较大的误名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - -

21、- - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 36 页 - - - - - - - - - 11 差。（ 3）电秒表的型式较多，试验前要弄清楚它的试验接线，避免接错。（ 4）断路器的合闸、分闸线圈及合闸接触器线圈，均只允许短时通电，试验时要保证断路器动作后能立即切断电源，以防这些线圈通电时间过长而烧环。八、预习与思考题1. 高压断路器的全型号表示和含义是什么？2. 高压少油断路器的灭弧介质是什么？简述其灭弧原理。3. 为什么少油断路器在运行时，要注意观察油标？4. 写出 SN10 10 断路器的导电回路。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - -

22、 - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 36 页 - - - - - - - - - 12 实验三单电源 610kV 线路过电流及电流速断继电保护一、实验目的与要求了解供电系统中常用的各种电磁型过电流继电器的构造原理和基本特性。学习调试各种简单继电器的基本技能。了解和掌握定时限过电流及电流速断保护的实际接线及构成原理，并对各段线路动作电流和时间配合的整定情况与动作情况进行观察、分析二、实验类型综合型三、实验原理及说明1. 继电保护装置的组成继电保护装置是由若干个继电器组成的，如图1 所示，当线路上发生短路时，起动用的电流

23、继电器KA瞬时动作， 使时间继电器KT起动， KT经整定的一定时限后，接通信号继电器 KS和中间继电器KM, KM触头接通断路器QF的跳闸回路，使断路器QF跳闸。1. DL-10 系列电磁式电流继电器的结构原理和基本特征KA为电磁式电流继电器。 电磁式电流继电器在继电保护装置中，通常用作起动元件，因此，又称起动继电器。常用的D1.-10 系列电磁式继电器的基本结构如图2 所示，其内部接线和图形符号如图3 所示。当线圈 3 通过电流时，电磁铁1 中产生磁通，力图使Z 型钢舌簧片2 向凸出磁极偏转。与此同时轴4 上的弹簧 5 又力图阻止钢舌簧片偏转。当继电器线圈中的电流增大到使钢图 1 继电保护装

24、置框图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 36 页 - - - - - - - - - 13 舌簧片所受到的转矩大于弹簧的反作用力矩时，钢舌簧片便被吸近磁极，使常开触点闭合，常闭触点断开，这就叫继电器的动作或起动。能使过电流继电器动作（触点闭合）的最小电流称继电器的“动作电流”，用Iop表示。过电流继电器动作后，减小通人继电器线圈的电流到一定值时，钢舌簧片在弹簧作用下返回起始位置（触点断开）。使继电器由动作状态返回到起始位置的最大电流，称为继电器的“返回电流

25、”，用 Ire表示。继电器 “返回电流” 与“动作电流” 的比值， 称为继电器的返回系数，用 Kre 表示，即IreKreIop (1) DL-10 系列继电器的返回系数一般不小于0.8 。电磁式电流继电器的动作极为迅速，可认为是瞬时动作，因此，这种继电器也称为瞬时继电器。电磁式电流继电器的动作电流调节有两种方法：一种是平滑调节， 即拨动转杆8 （图2) 来改变弹簧5 的反作用力矩；另一种是级进调节，即改变线圈连接方式，当线圈并联时，动作电流将比线圈串联时增大一倍。 DL-10系列电磁式继电器的电流时间特性如图4 所示。 只要通人继电器的电流超过某一预先整定的数值时，它就能动作，动作时限是固定

26、的，与外加电流无关，这种特性称作定时限特性。图 2 DL-10系列电磁式电流继电器的内部结构1 一电磁铁2-钢舌簧片3 一线圈 4 一转轴5 一反作用弹簧6 一轴承7 一标度盘仁铭牌）8 一起动电流调节转杆9 一动触点10 一静触点名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 36 页 - - - - - - - - - 14 图 4 电磁式电流继电器的定时限特性图 3 DL-10 系列电磁式电流继电器的内部接线和图形符号a） DL-11 型 b) DL-12型 c）

27、DL-13 型 d) 集中表示的图形符号e）分开表示的图形符号3.KT 为电磁式时间继电器。在继电保护装置中，用作时限元件， 使保护装置的动作获得一定的延时。供电系统中常用的有DS-110, 120系列电磁式时间继电器。KS为电磁式信号继电器。在继电保护装置中，用来发出指示信号，指示保护装置已经动作，提醒运行值班人员注意。供电系统中常用的DX-11 型电磁式信号继电器，有电流型和电压型两种，两者线圈阻抗和反应参量不同。电流型可串联在二次回路中而不影响其他二次元件的动作。 电压型因线圈阻抗大，必须并联在二次回路内。KM为电磁式中间继电器主要用于各种保护和自动装置中，以增加保护和控制回路的触点数量

28、和触点容量。它通常用在保护装置的出口回路中，用来接通断路器的跳闸回路，故又称为出口继电器。4. 定时限过电流保护的工作原理当一次电路发生相间短路时，当电流增大到整定值，电流继电器KA 、KA2中至少一个瞬时动作，闭合其动合触点，使时间继电器KT起动。 KT经过整定限时后（保证动作的选择性）， 其延时触点闭合， 使串联的信号继电器（电流型） KS和中间继电器KM动作。KM动作后， 其触点接通断路器的跳闸线圈YR的回路，使断路器QF跳闸，切除短路故障。与此同时， KS 动作，其信号指示牌掉下，接通灯光和音响信号。在断路器跳闸时，QF名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - -

29、- - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 36 页 - - - - - - - - - 15 的辅助触点随之断开跳闸回路，以切断其回路中的电流，在短路故障被切除后，继电保护装置中除KS外的其他所有继电器均自动返回起始状态，而 KS可手动复位。见图5 所示图 5 定时限过电流保护的原理展开图QF一高压断路器 TAI 、TA2一电流互感器 KA1、KA2-DI 型电流继电器KT-DS 型时间继电器KS-DX型信号继电器 KM-D7 型中间继电器同YR一跳闸线圈动作电流的整定值为：m axLK relK wIopIK reK i（2）

30、5. 电流速断保护的工作原理电流速断保护实际上就是一种瞬时动作的过电流保护。其动作时限仅仅为继电器本身的固有动作时间，它的选择性不是依靠时限，而是依靠选择适当的动作电流来解决。图 6 是同时具有电流速断和定时限电流保护的展开接线图，图中 KAl、KA2 、KT 、KS1与 KM构成定时限过电流保护，KA3、KA4、KS2与 KM构成电流速断保护。电流速断保护装置比定时限过电流保护装置少了时间继电器。为了保证保护装置动作的选择性，电流速断保护继电器的动作电流（即速断电流）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理

31、 - - - - - - - 第 15 页，共 36 页 - - - - - - - - - 16 Iqb 应按躲过它所保护线路末端的最大短路电流（即三相短路电流IK.MAX）来整定。这样能避免在后一级速断保护所保护线路的首端发生三相短路时，可能发生的误跳闸。图 6 6-10KV 线路定时限过电流和电流速断保护展开接线原理图电流速断保护动作电流的整定值如下：qbKMA XK relK wIIKi（3）电流速断保护实际上不能保护线路的全长，称装置未保护的区域为“死区”。因此，电流速断保护必须和带时限的过电流保护配合，在速断区内，速断保护作为主保护，过电流保护作为后备保护，而在速断保护的“死区”内

32、过电流保护为基本保护，按“阶梯时间”动作保证选择性。四、实验仪器序 号名 称主要用途1 高压开关柜观察继电保护的动作五、实验内容和步骤1. 按保护原理图查看保护装置的元件配置及其接线。2. 学习调整DL 型电磁式过电流继电器的动作电流，将其两组线圈分别串联和并联，并通过调节舌片反拉力整定动作电流。3.调整时间继电器的延时时间，各级时限阶梯0.5S。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 36 页 - - - - - - - - - 17 4.利用刀闸模拟短路，观

33、察各段线路过电流保护装置的动作及选择性配合的情况。六、实验数据处理与分析七、注意事项八、预习与思考题1.阐述电流速断保护为什么存在死区？如何解决？2.DL-10 型电流继电器的两个线圈由串联改为并联时，其动作电流如何变化？3.什么是继电保护装置的动作电流、返回电流、返回系数？4.画出定时限过电流和电流速断保护的展开原理接线图，并简述其工作原理。5. 定时限过电流是怎样实现动作选择性的？名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 36 页 - - - - - - -

34、- - 18 实验四GL型感应式反时限电流继电器的结构动作原理及特性分析一、实验目的与要求了解供电系统中常用的感应型过电流继电器的构造原理和基本特性。学习调试其动作电流和动作时限的基本技能。了解和掌握反时限过电流及电流速断保护的实际接线及构成原理，并对各段线路动作电流和时间配合的整定情况与动作情况进行观察、分析。二、实验类型综合型三、实验原理及说明1. GL 感应式电流继电器。供电系统中常用的GL-10、GL-20 感应式电流继电器的内部结构如图1 所示。它由感应系统和电磁系统两大部分组成。感应系统主要包括线圈七带短路环 3 的铁心 2 及装在可偏转的框架6 上的转动铝盘4 等元件。 电磁系统

35、主要包括线圈 1、铁心 2 和衔铁 15。线圈 1 和铁心 2 是两组系统共用的。图 1 感应式电流继电器的内部结构感应系统的工作原理可参看图2。当线圈1 有电流 IKA流过时，铁心2 在短路环3的作用下，产生在时间和空间位置上不相同的两个磁通1和2，且 1超前于 2。这两个磁通均穿过铝盘4，根据电磁感应原理，这两个磁通在磁盘上产生一个始终由超前磁通 1向落后磁通 2 方向的转动力矩 M1。根据电能表的工作原理可知，此时作用于铝盘上的转动力矩为M112sin -（1）1 一线圈 2 一铁心3 一短路环 4 一铝盘5 一钢片 6 一铝框架7 一调节弹簧8 一制动永久磁铁9 一扇形齿轮10 一蜗杆

36、11 一扁杆 12 一触点13 一时限调节螺钉14 一速断电流调节螺杆15 一衔铁16 一动作电流调节插销名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 36 页 - - - - - - - - - 19 式中，为1与 2之间的相位差，此值为一常数。由于 1 IkA， 2 IKA，且为常数，因此M1 I2KA- （2）在 M1 的作用下，铝盘开始转动。铝盘转动后，切割永久磁铁8，产生反向的制动力矩 M ： 。由电能表工作原理知，M2 与铝盘的转速n 成正比，即M2 n

37、-（3）这个制动力矩在某一转速下，与电磁铁产生的转动力矩相平衡，因而在一定的电流下保持铝盘匀速旋转。在上述 M1和 M2 的作用下，铝盘受力虽有使框架6 和铝盘 4 向外推出的趋势，但由于受到弹簧7 的拉力，仍保持在初始位置，见图1。当继电器线圈的电流增大到继电器的动作电流时，由电磁铁产生的转动力矩亦增大，并使铝盘转速随之增大，永久磁铁产生的制动力矩也随之增大。这两个力克服弹簧的反作用力矩，从而使铝盘带动框架前偏（图2） ，使锅杆10 与扇形齿轮9 啮合，这叫做“继电器动作” 。由于铝盘继续转动，使扇形齿轮沿着蜗杆上升，最后使触点12 切换，同时使信号牌（图2 上未表示）掉下，从观察孔内看到其

38、红色或白色的信号指示，表示继电器已经动作。通人线圈的电流越大，铝盘转得越快，扇形齿轮沿蜗杆上升的速度也越快，则动作时间越短，这就是感应式电流继电器的“反时限特性”，如图 3 中曲线的abc 部分。随着电流增大，继电器铁心磁路饱和，特性曲线逐渐过渡到“定时限特性”，如图3 中曲线的cd 部分。图 2 感应式电流继电器的转动力矩M1、制动力矩M2 1 一线圈 2 一铁心 3 一短路环 4 一铝盘 5 一钢片6 一铝框架 7 一调节弹簧 8 一制动永久磁铁名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - -

39、 - - 第 19 页，共 36 页 - - - - - - - - - 20 这种继电器还装有瞬动元件，当流人继电器线圈的电流继续增加到某一预先整定的倍数（例如为8 倍）时，则瞬动元件起动，继电器的电流时间特性如图7-13 中曲线的cd，这就是“瞬时速断特性”。因此这种电磁元件又称为电流速断元件。动作曲线上对应于开始速断时间的动作电流倍数，称速断电流倍数。即qbqbopInI（4）式中 I op 为感应式电流继电器的动作电流；Iqb 为感应式电流继电器的速断电流，即继电器线圈中使速断元件动作的最小电流。实际的 GL-10、 20 系列电流继电器的速断电流整定为动作电流28 倍，在速断电流调节

40、螺钉上面标度。感应式电流继电器的这种有一定限度的反时限动作特性，称为“有限反时限特性。继电器的动作电流则是利用插销16 来选择插孔位置来进行调节，实际上是改变线圈 1 的匝数来进行动作电流的级进调节，也可利用调节弹簧7 的拉力来进行平滑的微调。继电器的速断电流倍数nqb可利用螺钉14 改变衔铁15 与铁心2 之间的气隙大小来调节。气隙越大，nqb越大。继电器感应元件的动作时间（动作时限），是利用螺杆13 来改变扇形齿轮顶杆行程的起点， 以使动作特性曲线上下移动。不过要注意， 继电器动作时限调节螺杆的标度尺，是以 10 倍动作电流的动作时限来标度的，也就是标度尺上所标示的动作时间，是继电器线圈通

41、过的电流为其整定的动作电流的10 倍时的动作时间。因此，继电器实际的动作时间，与实际通过继电器线圈的电流大小无关，须从相应的动作特性曲线上去查得。如图 4 表示， GL-11、15、21、25 系列感应式电流继电器的电流时间特性曲线族，横坐标是动作电流倍数，曲线族上的每根曲线都标明有动作时限，0.5s 、0.7s 、10s.等，图 3 感应式电流继电器的反时限特性名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 20 页，共 36 页 - - - - - - - - - 21 是表示继

42、电器通过10 倍的整定动作电流所对应的动作时限。某继电器被调整至10 倍整定动作电流时动作时限为2.0s 的曲线上时，若其线圈通入3 倍的整定动作电流值，可从该曲线上查得此时继电器的动作时限t op=3.5s。图 4 GL-11 、 15、21、25 系列感应式电流的电流时间特性曲线图感应式电流继电器机械结构复杂，精度不高，瞬动时限误差大，但它的触点容量大，它同时兼有电磁式电流继电器、时间继电器、信号继电器和中间继电器的功能，即它在继电保护装置中，既能作为起动元件，又能实现延时、给出信号和直接接通跳闸回路；既能实现带时限的过电流保护，又能同时实现电流速断保护，从而使保护装置的元件减少，接线简单

43、。此外，感应式电流继电器采用交流操作电源，可减少投资。因而在6 lOkV 供电系统中应用广泛。2.反时限过电流保护。反时限，就是保护装置的动作时间与反应到继电器中的短路电流的大小成反比关系，短路电流越大， 动作时间越短， 所以反时限特性也称为反比延时特性或反延时特性。其电流时间特性如图3 所示。（ 1）电路组成及原理。图5 是一个交流操作的反时限过电流保护装置图，KAl、KA2为GL型感应式带有瞬时动作元件的反时限过电流继电器，继电器本身动作带有时限，并有动作及指示信号牌，所以回路不需要时间继电器和信号继电器。当一次电路发生相间短路时，电流继电器KA 、KA2至少有一个动作，经过一定时延时后（

44、延时长短与短路电流大小成反比关系），其常开触点闭合，紧接着其常闭触点断开，这时断路器跳闸线圈YR 因“去分流”而通电，从而使断路器跳闸，切除短路故障部分。在继电器去名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 21 页，共 36 页 - - - - - - - - - 22 分流跳闸的同时，其信号牌自动掉下，指示保护装置已经动作。在短路故障被切除后，继电器自动返回，信号牌则需手动复位。一般继电器转换触点的动作顺序都是常闭触点先断开后，常开触点再闭合。而这种继电器的常开、常闭触点，动

45、作时间的先后顺序必须是：常开触点先闭合，常闭触点后断开。这里采用具有特殊结构的先合后断的转换触点，不仅保证了继电器的可靠动作，而且还保证了在继电器触点转换时电流互感器二次侧不会带负荷开路。(2 ） 动作电流的整定。 动作电流的整定方式与定时限过电流保护相同，只是 Krel 取 1.30 。四、实验仪器序 号名 称主要用途1 高压开关柜观察继电保护的动作2 GL 感应式电流继电器实验柜观察继电保护的动作3 自藕变压器观察继电保护的动作五、实验内容和步骤1. 按保护原理图查看保护装置的元件配置及其接线。2. 学习调整 GL 型感应式过电流继电器的动作电流（调节插销16 和弹簧 7） ；3调节速断电

46、流调节螺杆14 整定动作电流倍数；4查铭牌上的电流时间特性曲线，确定10 倍动作电流时的动作时限，利用螺杆13 标度尺整定。利用刀闸和自藕变压器模拟短路，观察各段线路过电流保护装置的动作及选择性配合的情况。六、实验数据处理与分析图 5 反时限过电流保护的原理电路图TAI、TA2一电流互感器KAl、KA2一感应型电流继电器 YR1、YR2一断路器跳闸线圈名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 22 页，共 36 页 - - - - - - - - - 23 七、注意事项八、预习

47、与思考题1. 说明 GL型感应式电流继电器的优缺点及其适用场所。2. 简述反时限过电流保护的工作原理。3. 反时限过电流是怎样实现动作选择性的？如何整定各级的动作时间保证阶梯时限原则？名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 23 页，共 36 页 - - - - - - - - - 24 实验五备用电源自动投入装置一、实验目的与要求加深对备用电源自动投入装置基本要求的理解，了解和掌握备用电源自动投入装置的实际接线及构成原理，并对两段母线互为备用APD 装置及分段断路器过电流保

48、护装置动作电流的整定情况与动作情况进行观察、分析。二、实验类型综合型三、实验原理及说明在工业企业供电系统中，为了保证不间断供电，常采用备用电源的自动投入装置(APD)，当工作电源不论由于何种原因而失去电压时，备用电源自动投人装置能够将失去电压的电源切断，随即将另一备用电源自动投人以恢复供电，因而能保证一类负荷或重要的二类负荷不间断供电，提高供电的可靠性。 APD装置应用的场所很多，如用于备用线路、备用变压器、 备用母线及重要机组等。使用较广泛的有下述两种备用电源自动投入装置：图 1(a ）是有一条工作线路和一条备用线路的明备用情况，APD 装在备用进线断路器上。正常运行时，备用电源断开，当工作

49、线路一旦失去电压后便被APD切除，随即将备用线路自动投人。图 1(b) 为两条独立的工作线路分别供电的暗备用情况，APD装在母线分段断路器上，正常运行时分段断路器断开，当其中一条线路失去电压后，APD能自动将失压线路的断路器断开，随即将分段断路器自动投人，让非故障线路供应全部负荷。图 1 备用电源自动投人示意图（a) 明备用； (b) 暗备用名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 24 页，共 36 页 - - - - - - - - - 25 对 APD装置的基本要求如下：

50、1) 当工作电源上的电压不论因何种原因消失时，APD均应动作，而且应保证在工作电源断开后再投人备用电源；2) 常用电源因负荷侧故障被继电保护切断或备用电源无电时，APD均不应动作；3）应保证APD装置只动作一次，这是为了避免将备用电源多次投人到具有永久性故障的线路上。 4 ）电压互感器的熔丝熔断或其刀闸拉开时，APD装置不应误动作； 5) 常用电源正常停电操作时，APD装置不准动作，以防备用电源投人。图 2 为 10kV 电源互为明备用的互投装置原理接线图。图中QF1 、QF2为两路电源进线的断路器， 其操作机构可用交流亦可用直流，操作电源由两组电压互感器ITV、2TV提供。这种接线能够作到两