第1个回答 2017-05-23
2.1 实验目的
（1）熟悉继电器测试的一般方法。
（2）加深阻抗继电器动作特性的理解。
（3）能够分析运行方式和过渡电阻对阻抗元件测量阻抗的影响。
2.2 保护原理
距离保护是利用短路时电压、电流同时变化的特征，测量电压与电流的比值反应故障
点到保护安装处的距离而工作的保护。装置中的距离保护保护的逻辑框图如图3-1 所示，
包含距离元件、时间元件、逻辑元件及执行元件。
图3-1 距离保护逻辑框图
距离元件是距离保护测量元件，判断故障位置是否在保护范围内，包括接地距离I、II、
III 段和相间距离I、II、III 段，可设置控制字相应位来控制各段的投退。本实验装置中距
离元件的动作特性分为圆特性和多边形特性两类，分别如图3-2 所示，圆特性距离元件整
定参数包括整定阻抗Zset、整定阻抗角ϕset 和特性偏移值α，当α=0 时为方向圆特性，α=1
时为全阻抗圆特性，0<α<1 时为偏移圆特性，多边形特性整定参数包括电抗定值Xset 和电
阻定值Rset。
jX
0 R
Zset
−αZset
ϕset
jX
0 R
Xset
Rset
60º
7º
15º
15º
图3-2 距离保护动作特性
逻辑元件用来实现距离保护各部分之间的逻辑配合及三段式距离保护中各段之间的
时间配合。
距离保护投退压板用来控制距离保护是否投入。
2.3 实验内容
2.3.1 阻抗继电器调试实验
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（1）选择保护类型
ZPT-100 实验装置中集成了输电线路电流保护、距离保护、差动保护和变压器差动保
护等功能，根据本实验内容，应投入圆特性线路距离保护1、退出其它保护。
打开实验装置电源，开启计算机，点击桌面“继电保护实验教学系统”，选择“计算
机ZPT 后台监控软件”，执行连接操作， 单击“系统配置”→“保护配置”菜单，在弹出
的如图3-3 所示窗口中，选择投入“圆特性线路距离保护1”，单击“执行配置”，即可完
成保护配置。
图3-3 保护配置窗口
单击界面左侧“定值－圆特性线路距离保护1”查看保护控制字设置，将距离保护I
段控制字设置为1，II 段、III 段控制字均设置为0，单击“整定控制字”完成保存，这样
仅距离保护I 段投入工作。
（2）设定阻抗元件整定值
以方向圆特性阻抗元件为例， 整定阻抗元件的整定阻抗和最大灵敏角。单击ZPT 后
台监控软件界面左侧“定值－圆特性线路距离保护1”查看保护整定值，按照下面给定数
值修改定值，然后单击“整定定值”保存。
Zset= 4 、ϕset= 80º 、α= 0 。
（3）测量阻抗元件动作特性
从最大灵敏角开始向两侧每隔一定角度测量阻抗元件刚好动作时的电压，计算动作阻
抗，记录下实验数据，如果动作阻抗大于零，则增大或减小角度，继续测量。最后根据实
验数据在复平面中绘制方向阻抗圆特性。
利用“继电器静态特性测试”软件，提供实验所需的电气量，具体实验步骤如下：
1)实验系统设置
在“继电保护实验教学系统”界面中点击“继电器静态特性测试”打开该软件，界面
如图3-4 所示。距离保护1 分别从电压通道1、2、3 采集三相电压，从电流通道1、2、3
采集三相电流。单击“系统设置”菜单，在弹出的对话框中按照表3-1 完成设置。
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图3-4 继电器静态特性测试软件界面图
表3-1 测试系统参数设定值
电压输出通道配置 电流输出通道配置
A 相电压
↓
通道1
B 相电压
↓
通道2
C 相电压
↓
通道3
A 相电流
↓
通道1
B 相电流
↓
通道2
C 相电流
↓
通道3
额定值100V 对应保护装置输入100V 额定值1A 对应保护装置输入1A
2)设置电气量数值
按照表3-2 设置“继电器静态特性测试”各电气量的数值。表中“/”表示该处数值应
该后面实验环节中按需要设置或者该处数值与实验无关。
表3-2 实验参数设定表
电压 电流
相别 A相 B相 C相 A相 B相 C相
幅值/V ∕ 0 100 5 5 0
幅值变化量/V 0.1 0 0 0 0 0
幅值范围/V 0～100 0～6
相角/º ∕ ∕ ∕ 0 180 ∕
相角变化量/º 0 0 0 0 0 0
频率/Hz 50 50
频率变化量/Hz 0 0
频率范围/Hz 0～55 0～55
3)测量不同角度下的动作阻抗
首先将A 相电压相角设为待测量角度(ϕ )，计算对应该角度的动作阻抗和动作电压理
论值(Uop = Zset ×cos(ϕset −ϕ ) 理论值设定值设定值)，设置将A 相电压幅值稍大于动作电压理论值，
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突变量方向选择“递减”，点击“开始测试”，观察继电器由不动作到动作的过程，等
到弹出“继电器动作”对话框后，此时的A相电压就是实际的动作电压，据此计算实际的
动作阻抗，将实验数据填入表3-3。
Zop= Uop /2 IA
改变A 相电压相角角度，重复上述过程，完成整个动作特性的测试。
表3-3 静态特性测试实验数据记录表
角度/º 70 60 50 40 30 20 15 10 5 0 -5 -8
电压/V
阻抗/Ω
角度/º -9 -10 -11 -12 -13 -15 80 90 100 110 120 130
电压/V
阻抗/Ω
角度/º 140 150 155 160 165 170 175 180
电压/V
阻抗/Ω
报告要求：给出实验数据；在复平面中按比例标出各测试点，描绘动作特性；说明阻
抗元件动作特性是否满足要求。
2.3.2 距离保护测量阻抗实验
（1）实验系统
本实验直接采用已经建立好的仿真实验系统。在“继电保护实验教学系统”界面中启
动“电网电磁暂态仿真(DDRTS)”程序，点击“文件-打开工程”，打开工程文件“F:\2013
年综合实验程序-带故障录波\距离保护实验\距离保护实验.rtp”，可得如图3-5 所示实验系
统。点击“工程”→“仿真设置”菜单，在弹出界面中按照表3-4 设置仿真参数。
表3-4 实验仿真系统中输电线路参数
项目 交互控制 实时闭环实验 系统频率/Hz 仿真步长/μs 仿真总时长/s
设置 是 是 50 100 5
说明：交互控制设置为“是”时可以通过观察断路器颜色变化来判断其状态，设置为
“否”时可以查看仿真电压、电流波形。实时闭环试验设置为“是”可以实现保护对仿真
系统的实时控制。
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图3-5 距离保护整组实验仿真系统
该系统电压等级为500kV，包括两个等值系统和两条输电线路。双击系统中元件图标，
可以查看和修改相关参数。本实验时仿真系统有关基本参数设置情况如下，
1）等值系统参数
表3-5 实验仿真系统中等值系统参数
容量/MVA 额定电压/kV r1/x1 r0/r1 x0/x1
系统1 50000~100000 500 0.06938 11.09 3.12
系统2 50000~100000 500 0.06938 11.09 3.12
等值系统阻抗为Zs1=U2/S，系统阻抗角为tg-1(x1/r1)。
2）输电线路参数
表3-6 实验仿真系统中输电线路参数
长度/km z 1/Ω/km z 0/Ω/km 故障位置/%
线路AB 50 0.01808+j0.2606 0.2005+ j0.8142 /
线路BC 100 0.01808+j0.2606 0.2005+ j0.8142 /
其它参数取500kV 线路参数默认值
3）互感器参数
电流互感器CT 额定电流比为2500/1，电压互感器PT 一、二次侧额定电压分别为500kV
和100V。
4）断路器
基本参数界面中：“是否由外部控制”设置为“是”，“初始状态”设置为“闭合”，“允
许电流非零时开断”设置为“是”，
闭环试验设置界面中：各相“跳闸延迟时间”均设置为60ms，“端口控制形式”设置
为“分相跳分相合”，“控制端口设置”根据断路器位置不同分别受不同保护开出端口控制：
如线路AB 配置的保护是距离保护1，距离保护1 的开出为端口1、2、3，因此线路AB 首
端的三相断路器1 各相分别受端口1、2、3 的状态的控制。
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5）故障模块
在故障模块的参数设置对话框中设置：故障电阻(过渡电阻)、故障开始时间、故障持
续时间、故障开始时间。
注意：故障持续时间应大于保护动作所需最长时间。在该模块处设置故障时应使故障
开始时间小于仿真总时长，同时仿真总时长减去故障开始时间应大于保护动作所需最长时
间，如果不在该模块处设置故障，则设置故障开始时间大于仿真总时长。
（2）计算并设置输电线路AB、BC 距离保护定值
ZPT-100 继电保护实验装置中配置了两套距离保护，按表3-7 完成互感器二次与实验
装置的连接，也就是采样通道的配置，即可将保护1 作为输电线路AB 的保护，保护2 作
为输电线路BC 的保护。
点击“工程”→“电压输出通道配置”、“电流输出通道配置”进行设置。
表3-7 互感器二次电气量输出通道配置
通道 1 2 3 4 5 6
电压
电气量PT1-A 相 PT1-B 相PT1-C 相PT2-A 相PT2-B 相 PT2-C 相
通道 17 18 19 20 21 22
电流
电气量CT1-A 相 CT1-B 相CT1-C 相CT2-A 相CT2-B 相 CT2-C 相
两套保护均采用三段式保护配置，保护特性选方向圆特性。
计算距离保护1、2 各段定值，其中线路AB 的最大负荷电流为1700A，线路BC 的最
大负荷电流为3000A，功率因数角均为20º。并将定值折算到二次侧，如表3-8 中所示。
注：保护2 II 段定值按照线路末端短路时保护灵敏度不小于1.25 整定，整定系数取值
为： I II
Krel = Krel = 0.8、 III
Krel =1.2、Kre =1.2、Kss = 2。
表3-8 圆特性距离保护定值单
序号 含义 单位 保护1 定
值
保护2 定值
0 距离保护Ⅰ段定值 Ω 5.2 10.42
1 距离Ⅰ段特性偏移值 ∕ 0 0
2 距离保护Ⅱ段定值 Ω 39.51 16.29
3 距离保护Ⅱ段时间定值 s 0.5 0.5
4 距离Ⅱ段特性偏移值 ∕ 0 0
5 距离保护Ⅲ段定值 Ω 65.23 36.96
6 距离保护段Ⅲ时间定值 s 2.0 1.5
7 距离Ⅲ段特性偏移值 ∕ 0.1 0.1
8 距离保护整定阻抗角 º 86 86
9 线路单位长度的正序电阻 Ω/km 0.01808 0.01808
10 线路单位长度的正序电抗 Ω/km 0.2606 0.2606
11 线路单位长度的零序电阻 Ω/km 0.2005 0.2005
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12 线路单位长度的零序电抗 Ω/km 0.8142 0.8142
13 零序电流的门槛值 A 0.1 0.1
14 三相短路故障相电流门槛值 A 1.0 1.0
打开ZPT-100 实验装置电源，启动ZPT 后台监控软件，执行连接操作， 点击“系统
配置”→“保护配置”菜单，在弹出的窗口中，仅选择 “圆特性线路距离保护1”，并单
击“执行配置”，即可完成保护配置。
利用ZPT 后台监控软件或直接在装置上利用按键将表3-8 中的各段保护定值保存到实
验装置。
（3）运行方式变化对测量阻抗的影响
修改控制字，只投入距离保护II、III 段。
在AB 线路70％处设置三相金属性接地短路，单独改变系统1 的运行方式，观测保护
1 的测量阻抗(AB 相间测量阻抗)的变化情况。
表3-9 保护所在线路故障时运行方式变化对测量阻抗影响实验数据S2= 100000MVA
S1/×104MVA 5 6 7 8 9 10
测量阻抗/Ω
在BC 线路20％处设置三相金属性接地短路，逐次单独增大系统1 或系统2 的运行方
式，观测保护1 的测量阻抗(AB 相间测量阻抗)的变化情况。
表3-10 保护相邻线路故障时运行方式变化对测量阻抗影响实验数据S1= 100000 MVA
S2/×104MVA 1 2 3 6 8
测量阻抗/Ω
表3-11 保护相邻线路故障时运行方式变化对测量阻抗影响实验数据S2= 100000 MVA
S1/×104MVA 1 2 3 5 10
测量阻抗/Ω
报告要求：给出测量数据；在复平面中给出测试点，绘出运行方式变化时测量阻抗的
轨迹；给出测量阻抗的理论计算公式，分析其与各系统运行方式的关系，说明实验数据是
否符合理论分析。
（4）过渡电阻对测量阻抗的影响
1）单侧电源系统
退出圆特性距离保护1，投入圆特性距离保护2，修改控制字，只投入距离II、III 段。
在BC 线路40％处设置经过渡电阻的三相接地短路，记录不同过渡电阻时测量阻抗(AB 相
间测量阻抗)的数值，在复平面中画出测量阻抗(AB 相间测量阻抗)随过渡电阻变化的轨迹。
表3-12 经过渡电阻短路时的测量阻抗
过渡电阻/Ω 0.01 0.5 2 4 8 12
测量阻抗/Ω
2）双侧电源系统
投入圆特性距离保护1，退出圆特性距离保护2，修改控制字，只投入距离II、III 段。
(a) 保护处于送电侧时
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设置系统1 电源相位超前系统2 电源相位30º，在AB 线路40%处设置三相接地短路，
记录不同过渡电阻时测量阻抗的数值，在复平面中画出测量阻抗随过渡电阻变化的轨迹。
表3-13 经过渡电阻短路时的测量阻抗
过渡电阻/Ω 0.01 0.5 2 4 8 12
测量阻抗/Ω
(b) 保护处于受电侧时
设置系统1 电源相位滞后系统2 电源相位30º，在AB 线路40%处设置三相接地短路，
记录不同过渡电阻时测量阻抗的数值，在复平面中画出测量阻抗随过渡电阻变化的轨迹。
表3-14 经过渡电阻短路时的测量阻抗
过渡电阻/Ω 0.01 0.5 2 4 8 12
测量阻抗/Ω
报告要求：给出测量数据，在复平面中给出测试点，绘出过渡电阻、电源电势相位变
化时测量阻抗的轨迹；给出测量阻抗的理论计算公式，分析其与过渡电阻和电源电势相位
的关系，说明实验数据是否符合理论分析。本回答被网友采纳