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实验十五 电流闭锁电压速断保护实验
一、实验目的
1、掌握电流闭锁电压速断保护的电路原理，保护范围和整定方法。
2、理解保护电路中各继电器的功用和整定方法。
3、掌握电流闭锁电压速断保护的电路接线和实验技能。
二、预习与思考
1、图15-2保护装置中的电压继电器、电流继电器、中间继电器、信号继电器等在电路中各起到什么作用？
2、图15-2电路中各个继电器的参数是根据什么原则整定的？
3、电流闭锁电压速断保护利用了线路发生短路故障时的什么特征？
4、为什么电流继电器在电路中既可借以判断线路故障，同时在电压回路断线时能起到闭锁作用？
三、原理说明
电流闭锁电压速断保护是由电压速断保护和电流闭锁装置两部分组成。
当线路发生短路故障时，母线电压剧烈下降。利用这一特征，当电压下降至预先整定的数值时，低电压继电器（图15-2中的1KVU、2KVU、3KVU）接点闭合而作用于跳闸，瞬时切除故障，这就构成了电压速断保护。
图15-1所示线路X装设瞬时动作的电压速断保护。由于保护瞬时动作，为了满足选择性要求，它的保护范围必须限制在本线路WL以内。为此，低电压继电器的动作电压必须低于线路末端短路时母线上的最小残余电压。图中曲线1为最小运行方式下线路各点短路时母线上的残余电压。由图可见短路点距电源端愈近，母线残压愈低。在系统运行方式变化时，线路同一地点短路时母线上的残压是不同的。在最小运行方式下短路时，母线残压较低；在最大运行方式下短路时，母线残压较高。图中曲线2即为最大运行方式下线路各点短路时母线残压曲线。为了保证选择性，

图 15-1电压速断装置工作原理
低电压继电器的动作电压Uop应小于最小运行方式下线路WL末端短路时母线上的残压 Ures，min，即：
Uop＜ Ures，min （15-1）

图15-2 电流闭锁电压速断保护装置
(a)原理图 （b）展开图
写成等式： Uop = Ures，min / Krel （15-2）
式中 Ures，min——最小运行方式下，线路X末端短路时，母线上的最小残压；
Krel ——可靠系数，取Krel =1.2～1.3。
图15-1中直线3即为电压速断装置的动作电压值，它与曲线2、1的交点N、M给出了在最大与最小运行方式下电压速断装置的保护范围LII与LI。可见，电压速断的保护范围也受运行方式的影响，与电流速断不同的是电压速断在最大运行方式下保护范围最小。而且，无论处于何种运行方式，在保护安装处附近短路时，母线残压总要降为零，电压速断总能动作，即它的保护范围不可能下降为零。
因为母线及与母线相连的任一线路发生短路故障时母线电压都要下降，各线路电压速断装置的低电压继电器均起动。为保证选择性，各线路电压速断保护均加装了电流继电器（如图15-2中的1KA、2KA）来判断哪条线路发生故障。同时，电流继电器也在电压回路断线时起闭锁作用。只有被保护线路发生故障，在电流作用下电流元件动作；同时因母线电压大大下降，电压元件也动作时，保护装置才发出跳闸脉冲。电流闭锁电压速断保护装置见图15-2。
四、实验设备
序 号
设备名称
使 用 仪 器 名 称
数 量
1
ZB07
QF－24C/6电流继电器
1只
2
ZB09
DZ- 31Β中间继电器
1只
DY－28C/160低压继电器
1只
3
ZB30
DXM－2A信号继电器
1只
JX—21A/T信号继电器
1只
4
ZB05
光字牌组件
1只
5
ZB35
存储式智能真有效值交流电流表
1只
6
ZB36
存储式智能真有效值交流电压表
1只
7
ZB42
可变电阻器<二>
1件
8
THKDZB-3
A母线电压互感器
1只
AB段输电线路
1相
负载电阻R1 50Ω
各1只
直流操作电源
1路

五、实验内容及步骤
开始实验前请认真学习本实验指导书第1-4页使用说明书，正确使用实验台。
1、保护整定值与保护性质的关系
电流元件的动作电流有两种整定方法。第一种，电流元件动作电流按躲过最大负荷电流整定，要求在线路末端短路时有一定的灵敏度，电压元件按最小运行方式考虑，所以受运行方式变化影响较大。按这种方法整定的保护，一般称为电压速断保护。第二种，按躲过线路末端短路时流过保护装置的短路电流来整定。因为构成保护装置的电流元件与电压元件是互相闭锁的，仅其中一个元件动作保护装置不会动作，只有两元件都动作，保护装置才动作。利用这一特点，在决定保护装置的动作电流与动作电压时，可不按最大运行方式及最小运行方式这种极端情况考虑，而是按经常出现的某一主要运行方式来计算，并且使保护装置的电流元件和电压元件在该运行方式下具有相同的保护范围，如图15-3所示。图中曲线1为选定运行方式下，线路各点短路时母线残压曲线，曲线2为该运行方式下线路各点短路时流经保护装置的短路电流曲线。假定在这种选定的运行方式下电流元件和电压元件的保护范围相同（为LP），其对应的线路阻抗则为 ZP = ZWL / Krel （15-3）

Ures
Ures

图 15-3 电流闭锁电压速断装置动作电压和动作电流的确定

图15-4(a)电流闭锁电压速断保护实验接线图
式中Krel ——可靠系数，取值1.2～1.3
ZWL——被保护线路的总阻抗
一般ZP≈0.8Z WL，即保护范围Lbh≈0.8WL。
电流元件的动作电流为:
Iop = E /（ZS + ZP） （15-4）
式中E ——系统折算到二次侧的相电势
ZS ——在选定运行方式下,系统至保护安装处的等效阻抗
电压元件的动作电压为:
Uop = Iop× Zp = Iop ZWL / Kk （15-5）
这样算得的动作电压Uop也就是在选定运行方式下，保护范围末端短路时母线上的残压值。
按式（15-4）及式（15-5）选定动作电流与动作电压后，在选定的运行方式下，电流元件与电压元件具有相同的保护范围。按这种方法整定的保护常称为电流闭锁电压速断保护装置。

直流操作电源
保护操作及信号回路
电压速断
电流闭锁
保护出口及电动分闸回路
电压回路断线
监 视

电流闭锁电压速断动作

电压回路断线

信号继电器指示灯回路

信号继电器复归回路

图15-4(b)电流闭锁电压速断保护实验接线图

当运行方式改变时，如在最大运行方式下，在下一线路首端短路时，电流元件可能动作，但保护安装处母线残压比电压元件动作电压高，电压元件不会动作，保护不发出跳闸脉冲，保证了选择性。反之，在最小运行方式下，在下一线路首端短路时，电压元件可能动作，但电流元件不会动作，因这时短路电流小于动作电流，同样能保证保护装置的选择性。
2、根据上面公式及计算模型中输电线路参数计算低电压继电器的速断动作电压和过电流继电器的闭锁动作电流，并按照前面所述方法对继电器进行调试整定。
3、按图15-4电流闭锁电压速断保护实验接线图进行安装接线。
4、确定自耦调压器旋钮指示输出零位，AB段线路阻抗在B母线， “距离保护电源开关”“差动保护电源开关”均在关断状态，R1均在最大值。起动控制屏，“实验内容”旋钮打到“电流”档，打开直流操作电源，手动合1QF，监视“系统电压”电压表，慢慢增大调压器输出电压至100V线电压，“故障线路”旋钮打到“AB段”，此时系统正常运行。
5、按“线路故障设置”自锁钮SBA、SBB、SBC选择故障相，按SB模拟输电线路发生两相短路故障，调节实验台左侧滑线变阻器调节手轮，观察并记录实验现象及相关数据。此时，低电压继电器动作常闭触点闭合，电流继电器动作，出口继电器动作,跳开断路器。
6、增大电流继电器整定值，按步骤5实验台左侧滑线变阻器调节手轮在同一位置设置故障，观察并记录实验现象及相关数据。此时，低电压继电器动作常闭触点闭合，但电流继电器不动作，出口继电器不动作。（提醒：此时，断路器不跳闸，不允许运行时间超过10S，否则电阻发热厉害）
7、断开电压互感器二次侧，模拟PT二次回路断线，观察现象。通过步骤6、7，理解电流闭锁的意义。
8、按步骤5—7设置三相故障，观察记录实验现象，并分析。（提醒：断路器不跳闸，不允许运行时间超过10S，否则电阻发热厉害）
9、结束实验，认真分析总结实验内容及现象。
六、实验报告
在安装接线及操作试验结束后，根据电流闭锁电压速断保护的工作特性，详述保护装置的具体动作过程，分析在最大和最小运行方式下，为什么均能满足保护动作的选择性，结合思考题及时写出实验报告。