《供电与配电自动化系统》开放实验指导

《供电与配电自动化系统》

开放实验指导

2015版(yangguangcai)

淮海工学院电子工程学院

实验一 供配电系统停送电操作

一﹑实验目的

1、熟悉实验装置的电气主接线图。 2、认识各种电气设备的作用。 3、理解倒闸操作的目的和意义。 4、掌握倒闸操作的正确方法。

5、掌握供配电系统中停、送电的操作规程。 6、了解交接班制度。 二﹑实验说明

电气主接线图是由电力变压器、各种开关电器、电流互感器、电压互感器、母线、电力电缆或导线、移相电容器、避雷器等电气设备以一定次序相连接的接受和分配电能的电路。

电源进线

模拟配电所两路电源进线，一路是架空线路WL1，另一路是电缆线路WL2。一路电源来自发电厂或电力系统变电站，作为正常工作电源，而另一路电源来自临近单位的高压联络线，作为备用电源。考虑到仅限断路器在检修时有可能两端来电，因此为保证断路器检修时的人身安全，断路器两侧均装设有高压隔离开关。

图1-1为QSGPD-GG2A型工厂供电系统实训装置系统主接线图，对于大型工厂及某些电源进线电压为35KV及以上的中型工厂，通常经过两次降压，也就是电源进厂以后，先经总降压变电所（HSS），其中装有较大容量的电力变压器，将35KV及以上的电源电压降为10KV的配电电压，然后通过10KV的高压配电所（HDS）将电能送到各个车间变电所，也有的经过高压配电所再送到车间变电所（STS），最后经车间变电所的配电变压器降为一般低压用电设备所需的电压。

总降变电所（HSS）有两路35KV电源进线，一路是模拟的架空线路WL1，另一路模拟的是电缆线路WL2。我公司采用最常见的进线方案是，一路电源来自发电厂或电力系统变电站，作为正常工作电源，而另一路电源来自临近单位的高压联络线，作为备用电源。总降变电所的出线一路降压之后的10KV到高压配电所，另一路为35KV高压线路供电。

高压配电所（HDS）及车间负荷一路进线为总降变电所过来的电源，做为正常工作电源使用，另一路为来自邻近工厂的电源，做为备用电源使用。它的出线分为五路，其中四路到下一级的车间变电所、一路到高压电容器组。

从电力生产事故发生的各种因素来看，发生事故的因素有人、设备工具、管理指挥、作业对象和生产环境。人是其中最活跃、最难掌握的因素。在电力生产的全过程中，人始终占有决定性的主导作用。据事故资料统计分析，在事故发生的各类原因中，人为因素造成的事故约占事故总数的80%。对运行人员人为因素造成的事故结果就是误操作事故。电气误操作指带负荷拉合隔离开关、带接地线或接地刀闸合闸、带电挂接地线或带电合接地刀闸等。出现以上事故，轻则会对电气设备造成冲击、损坏触头或设备，重则会导致电网瓦解，波及整个电网或造成人身伤亡。 倒闸操作的正确与否，是保证人身设备安全，电网稳定运行的主要前提。 三﹑实验步骤

1、实验前请认真阅读实验指导书。

2、在上电前要把所有的隔离开关都打在OFF档。 3、检查无误，合上三相总电源

2

4、观察主线路上断路器的分合状态（断路器的绿灯亮表示分状态、红灯亮表示合状态）。 5、认识实验装置的模拟电气主接线图，熟悉各个电气设备以及它们的作用。

倒闸操作包括变压器的倒闸和母线倒闸操作。 一）变压器倒闸： 变压器的倒闸操作是指单电源变压器停电时应先断开负荷侧断路器，再断开电源侧短路器，最后拉开各侧隔离开关；送电顺序与此相反。双电源或三电源变压器停电时，一般先断开低压侧断路器，再断开中压侧断路器，然后断开高压侧断路器，最后拉开各侧隔离开关，送电顺序与此相反。本实验柜采用的是单电源变压器供电，下面就具体的操作方法说明一下：

送电操作顺序

QS5------QS8------QF3------QF5 停电操作顺序

QF5------QF3------QS8------QS5

上图中，对变压器进行倒闸操作的正确方法是：停电操作时，先按下出线断路器QF5的分闸按钮，断开断路器QF5，再按下电源断路器QF3的分闸按钮，断开断路器QF3,然后拉开出线隔离开关QS8，最后拉开电源隔离开关QS5。送电顺序正好与之相反。先拉上电源隔离开关QS5，再拉上出线隔离开关QS8，然后按下电源断路器QF3的合闸按钮，最后按下出线断路器QF5的合闸按钮。这就完成了一次变压器的倒闸操作。

二）单母线的倒闸操作： 送电正确操作顺序：

QS8-----QS11-----QF5-----QF8 停电正确操作顺序:

QF8----QF5------QS11----QS8 母线进行送电时，先拉上电源隔离开关QS8，再拉上出线隔离开关QS11，然后按下电源断路器QF5的合闸按钮，最后按下出线断路器QF8的合闸按钮。停电顺序正好与此相反，先按下出线断路器QF8的分闸按钮，再按下电源断路器QF5的合闸按钮，然后拉开出线隔离开关QS11，最后拉开电源隔离开关QS8。

总结以上的各种倒闸操作，我们可以发现一个共同的原则就是：送电操作时，先拉上隔离开关，再合上断路器，先电源侧，后出线侧；停电操作时，先断开断路器，再拉开隔离开关，先出线侧，后电源侧。 三）线路的停送电倒闸：

在输电线路中，线路的停送电操作对于线路的安全是很重要的，错误的操作往往会带来很严重的后果，轻则造成运行设备的故障，损坏；重则有可能造成整个输电线路的故障甚至瘫痪。所以掌握正确的线路停送电操作是保证系统安全稳定运行的强有力措施。

线路在送电操作时，先合上母线侧隔离开关，再合上线路侧隔离开关，最后合上断路器。停电操作则与送电操作顺序相反。

正确的操作方法是：对线路进行送电的时候，先合上隔离开关QS1，然后合上隔离开关QS3，最后再合上断路器QF1的合闸按钮，这样才完成了一次送电操作。当对线路进行停电操作的时候，应先按下断路器QF1的分闸按钮，再拉开隔离开关QS3，最后再拉开隔离开关QS1，进行一级一级的断开，这样才能保证线路的安全。

3

这样操作的原因是因为隔离开关不允许在带负载的情况下进行操作，故在送电时先合上隔离开关，再合上断路器；停电时先断开断路器，再拉开隔离开关。

送电正确的顺序

QS1-------QS3--------QF1 断电正确的顺序

QF1-------QS3--------QS1 四）自动化监控系统简介：

1、打开监控平台，开启电脑，双击“力控电力版”； 2、双击“力控电力版”后出现如下对话框； 3、点击软件上的“运行”菜单出现如下画面；

4、点击软件上的“进入系统”出现如下画面，点击用户名右侧的下拉菜单选择“QS”，写入口令：***，并点击“确定”按钮进入实验界面；

wincc图

5、点击实验界面左下角的“变压器倒闸”注意：在做倒闸实验的时候一定要在做实验之前把 所有的断路器和隔离开关处于断开位置）；

6、如果倒闸出现错误那么倒闸报警由绿色变成红色。 四、思考题

1、变压器的倒闸操作。 2、母线的倒闸操作。 3、单线路倒闸操作。

4

附件：

KV变配电所停送电操作票

单位： 编号：NO.

发令人 受令人 发令时间 年 月 日 时 分 操作开始时间： 年 月 日 时 分 操作结束时间： 年 月 日 时 分 （ ）监护人操作 （ ）单人操作 （ ）检修人员操作 操作任务： 完成打√ 备注 顺序 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 操作项目 确认 5

操作人：

监护人： 负责人： 实验二 微机自动装置过电流保护

一、实验目的

1﹑掌握定时限电流速断保护的原理和整定计算方法。 2﹑熟悉定时限电流速断保护的特点。 二、基本原理

过电流保护工作原理：

正常运行时，线路流过负荷电流，保护不动。当线路发生短路故障时，保护启动，经过保证选择性的延时动作，将故障切除。

过电流保护动作电流：

过电流保护动作电流的整定，要考虑可靠性原则，即只有在线路存在短路故障的情况下，才允许保护装置动作。

过电流保护应按躲过最大的负荷电流计算保护的动作电流，根据可靠性要求，过电流保护的动作电流必须满足以下两个条件。

III1） 在被保护线路通过最大负荷电流的情况下，保护装置不应该动作，即Iop1?ILmax。 III式中，Iop1——保护的一次动作电流值

ILmax——被保护线路的最大负荷电流

最大负荷电流要考虑电动机自启动时的电流。由于短路时电压下降，变电所母线上所接负荷中的电动机被制动，在故障切除后电压恢复时，电动机有一个自启动过程，电动机自启动电流大于正常运行时的额定电流IN.M，则线路的最大负荷电流ILmax也大于其正常值IR，即

ILma?IRxKast。

EsAL1BfL2式中，Kast——自启动系数，一般取1.5?3。

M 2）对于已经启动的保护装置，故障切除后，在被保护线路通过最大负荷电流的情

图过电流保护动作电流 图26-1 -1 过电流保护动作电流况下应能可靠地返回。如图26-1所示，在

线路L1、L2分别装有过电流保护1和保护2，当在f点短路时，短路电流流过保护1也流过保护2，它们都启动。按选择性的要求，应该由保护2动作将QF2跳开切除故障。但由于变电所B仍有其他负荷，并且因电动机自启动，线路L1可能出最大负荷电流，为使保护1的电流继电器可靠返回，它的返回电流Irel（继电器的返回电流折算到一次电路的值），应大于故障切除后线路L1最大负荷电流ILmax。

Irel?KastIR Irel?KrelKastIR 式中，Irel——保护1的返回电流

由于Kre?IreIKrelKastIIIIR ，即Iop1?rel Iop1?KreKreIop式中，Krel——可靠系数，取1. 2 ?1.25。 Kre——电流继电器的返回系数，取0.85?0.95。

（2）动作时限的整定

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定时限过电流保护的动作时限，应根据选择性的要求加以确定。例如，在图26-2所示的辐射形电网中，线路L1上装设有过电流保护1，线路L2和线路L3上也都分别装设有过电流保护2和3。那么当线路L3上的f2点发生短路故障时，短路电流将从电源经线路L1、线路L2和线路L3而流向短路点。这样，过电流保护1、2及3均启动。但是，根据选择性的要求，应该只由保护3动作使QF3跳闸。为此，就应使保护2的动作时限t2

EsABC大于保护2的延时t2。由此可见，装于辐射形

L1f2L3f1L2电网中的各定时限过电流保护装置，其动作时限必须按选择性的要求互相配合。配合的原则是：

(a)离电源较近的上一级保护的动作时限，应比相邻的、离电源较远的下一级保护的动作时限要长中，好似一个阶梯，这就是通常所说的阶梯形时限特性。

若线路L3有几条并行的出线，那么保护2(b)的时限应与其中最大的时限配合。由此可见，每图8-2 定时限过电流保护的动作时限图26-2 定时限过电流保护的动作时限

条电力线路过电流保护的动作时限，不能脱离整

个电网保护配置的实际情况及时限的配合要求，不能孤立地加以整定。处于电网终端的保护，其动作时限是无时限的或只带一个很短的时限，因为它没有下一线路保护需要配合。在这种情况下，过电流保护常可作为主保护，而无需再装设无时限动作的其他保护。

按照时限配合的要求，保护装设地点离电源愈近，其动作时限将愈长，而故障点离电源愈近，短路电流却愈大，对系统的影响也愈严重。所以，定时限过电流保护虽可满足选择性的要求，却不能满足快速性的要求。故障点离电源近，其动作时间反而长。这是它的缺点。正因为如此，定时限过电流保护在电网中一般用作其他快速保护的后备保护。

这种过电流保护的动作时限是由时间继电器建立的，整定后其定值与短路电流的大小无关，故称为定时限过电流保护。

（3）灵敏度校验

为了使保护达到预期的保护效果，还应进行灵敏度的校验，即在保护区内发生短路时，验算保护的灵敏系数是否满足要求。显然，这种验算应针对最不利的条件，亦即在短路电流的计算值为最小的条件下进行。因为只有在这种情况下的灵敏系数满足要求时，才能保证在其他任何情况下的灵敏系数都能满足要求。

电流保护的灵敏系数Ksen，等于保护区末端金属性短路时，短路电流的最小计算值Ifmin与保护动

tt1t2tIII作电流Iop1之比，即

Ksen?IfminIIIIop1。

作为本线路近后备保护时，Ifmin为本线路末端短路时流过保护的最小短路电流，要求灵敏系数

Ksen?1.3-1.5；作为下一线路远后备保护时，最小计算值为下一线路末端短路时流过保护的最小短路电流，要求灵敏系数Ksen?1.2。

三、实验内容与步骤

1、根据预习准备，计算获得的动作参数整定值，对各段保护进行整定。将过电流投入，其它整定退出。过电流整定值设定为1A，时间定植设定为5S。

2、按下“确认”键，选择“保护投退” 当光标（黑影部分）处于“保护投退”上时，按“确定”键即进入“保护投退”菜单

t37

3、进入“保护投退”菜单后按“▼”键直至显示以下界面

“过电流” 退 操作说明如下：

按“”，则 退 变成 投 ，按“确认”键，则显示：

PASSWORD1：0000 按“▲”键一次，则0000 变成 1000，

按“确定”键，保护“过电流”从“退”保存成“投”，则“过电流”投入运行 如下显示：

4、设置完保护投退后按面板上“取消”按钮使界面显示如下菜单，并按“▼”键把光标移

动“保护定值”

5、当光标（黑影部分）处于“保护定值”上时，按“确定”键即进入“保护定值”菜单按“▼”键直至显示并使光标出现在限时速断定值下的数字06上：

通过右移键“”按三次，将光标移动到第三个“0”上，即显示为：06：000.00 按上移键“▲”一次（或者按“▼”键九次）后，则变成：06：001.00

按“确定”键，则显示：PASSWORD1：0000，按“▲”键一次，则0000 变成 1000，按“确定”键则参数“过电流定值”设置为1A。

6、按“▼”键直至显示并使光标出现在过电流延时下的数字07上： 通过右移键“”按三次，将光标移动到第三个“0”上，即显示为：07：000.00 按上移键“▲”五次（或者按“▼”键五次）后，则变成：07：005.00

按“确定”键，则显示：PASSWORD1：0000，按“▲”键一次，则0000 变成 1000，按“确定”键则参数“过电流延时”设置为5S。

8

7、将电流互感器TA9与线路保护装置的保护CT相连，线圈分别与装置的线圈对应相连。如下图

TV7ABCN相电压相电压UAUCIA+IB+IC+3IO+UBUNIA-IB-IC-3IO-相电压电压中性线TA9I9A+I9B+I9C+保护CT保护CT保护CT零序CT保护CT保护CT保护CT零序CT备用I9A-I9B-I9C-3本侧分位1N1本侧合位1N2备用侧分位QF8412QF8YO8YR8WC-YOYRYOWC+至本侧YO至本侧YR至备用侧YO1N35QF86重瓦斯信号1N11轻瓦斯信号1N12工作电源直流电源输出开关量公共端1NCOMWC-工作电源+ 实验接线图

-8、合上主电源，开启实验设备，运行方式设置为最小。QS1、QS3、QS5、QS8、QS11拨到“ON”,按下合闸按钮QF1、QF3、QF5、QF8、QF9。

9、按下线路短路故障设置d2，模拟线路短路，观察断路器QF8是否跳闸。 四、实验报告

实验前认真阅读实验指导书和相关教材，进行预习准备；实验结束后要认真总结，将相关参数及数据记录下来。针对I段的具体整定方法，按要求并及时写出实验报告，并解答预习思考题。

1、将实验数据填入下表 保 护 电流整定值（A） 时限整定值（S） 灵 敏 度 I段保 护 2﹑为什么过电流保护在电网中一般用作其他快速保护的后备保护

9

实验三 变压器微机电流速断保护

一、实验目的

1、加深对变压器电流速断保护原理的理解。

2、掌握传统变压器电流速断保护和微机保护的整定方法。 二、实验预习

1、仔细阅读实验指导书中关于实验装置及微机保护装置的使用说明。 2、变压器电流速断保护的适应范围。

3、电流速断保护和瓦斯保护一起，能不能构成完整的变压器主保护，如果能，它的保护范围有多大，如果不能，则存在哪些缺陷?

三、实验原理

对变压器绕组、套管及引出线上的故障，根据容量的不同，应装设差动保护或电流速断保护。纵联差动保护适用于并列运行的变压器，容量为6300KVA以上；单独运行的变压器，容量为10000KVA以土；发电厂厂用工作变压器和工业企业中的重要变压器，窑量为6300KVA以上。电流速断保护用于10000KVA以下的变压器，且其过电流保护的时限大于0. 5S。对2000KVA以上的变压器，当电流速断保护的灵敏度不能满足要求时，也应装设纵联差动保护。根据实验四可知，瓦斯保护虽然是反应变压器油箱内部故障最灵敏而快速的保护，但它不能反应油箱外部的故障。对于容量较小的电力变压器可以在电源侧装设电流速断保护，它与瓦斯保护互相配合，QF1YR1就可以保护变压器内部和电源侧套管及引

KSKM出线上的全部故障。

I电流速断保护作为高压母线保护的后KA1备，并用于消除断路器与电流互感器之间这一段差动保护的死区时，保护应装设在变压器的电源侧，由瞬动的电流继电器构成。当电源侧为非直接接地系统时，电流QF2YR2速断保护作成两相式。电流速断保护的动作电流，按避越变压器外部故障的最大短

图34-1变压器电流速断原理图路电流来整定

(3) Idz?KkID?max （34-1）

式中 Kk——可靠系数，取1.2~1.

(3)KkID?max——降压变压器低压侧母线发生三相短路时，流过保护装置的最大短路电流。

其次，电流速断保护装置的动作电流还应避越空载投入变压器时的励磁涌流，一般动作电流应大于变压器额定电流的3~5。

电流速断保护装置的灵敏度KLm按下式计算

KLm(2)ID??min （34-2）

Idz 10

(2)式中 ID?min——系统最小运行方式下，变压器电源侧引出端发生金属性两相短路时流过保护装置

的最小短路电流。

根据规程的要求，灵敏度应小于2。

电流速断保护的优点是接线简单、动作瞬速。但作为变压器内部故障的保护时，存在以下缺点： （1） 当系统容量不大时，保护区延伸不到变压器内部，灵敏度可能不满足要求。

（2）在无电源的一侧，从套管到断路器之间的故障，由过电流保护作用于跳闸，因此，切除故障时限长，影响系统安全运行。

四、实验内容

按实验接线图接好线后，变压器负载选择开关置于正常侧。将电流速断投入，设定好动作电流值和时间定值。打开电源开关。启动电源，合上两侧断路器，在确保实验接线和微机保护装置中的设置无误后，按下变压器短路按钮d2，设置变压器三相短路并投入运行，以下变压器短路故障设置均按此方法设置，观测保护动作情况。特别注意：如果保护不动作，马上按d2，退出短路运行，检查接线和微机装置中的参数设定。

TV5ABCN相电压相电压UAUCIA+IB+IC+3IO+UBUNIA-IB-IC-3IO-相电压电压中性线TA5I5A+I5B+I5C+保护CT保护CT保护CT零序CT保护CT保护CT保护CT零序CT备用I5A-I5B-I5C-3本侧分位1N1本侧合位1N2备用侧分位1N3重瓦斯信号1N11轻瓦斯信号1N12开关量公共端1NCOMQF5412QF5YO5YR5WC-YOYRYOWC+至本侧YO至本侧YR至备用侧YO5QF56工作电源直流电源输出WC-工作电源+35QF3WC--QF34612QF3YO3YR3 实验接线图

11

五、实验步骤

1﹑根据预习准备，计算获得的动作参数整定值，对各段保护进行整定。将电流速断投入，其它整定退出。速断整定值设定为1A。

2、按下“确认”键，选择“保护投退” 当光标（黑影部分）处于“保护投退”上时，按“确定”键即进入“保护投退”菜单

3、进入“保护投退”菜单后按“▼”键直至显示以下界面

“速断” 退 操作说明如下：

按“”，则 退 变成 投 ，按“确认”键，则显示：

PASSWORD1：0000 按“▲”键一次，则0000 变成 1000，

按“确定”键，保护“速断”从“退”保存成“投”，则“速断”投入运行 如下显示：

4、设置完保护投退后按面板上“取消”按钮使界面显示如下菜单，并按“▼”键把光标移动“保护定值”

5、当光标（黑影部分）处于“保护定值”上时，按“确定”键即进入“保护定值”菜单按“▼”键直至显示并使光标出现在电流速断定值下的数字03上：

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通过右移键“”按三次，将光标移动到第三个“0”上，即显示为：03：000.00 按上移键“▲”一次（或者按“▼”键九次）后，则变成：03：001.00

按“确定”键，则显示：PASSWORD1：0000，按“▲”键一次，则0000 变成 1000，按“确定”键则参数“电流速断定值”设置为1A。

6、合上主电源和和控制电源并且合上QS1、QS3、QS5、QS8、QS11、QF1、QF3、QF5、QF8、QF9

7、按下d1（如下图）短路按钮观察QF3和QF5的动作情况。

六、实验报告

1、根据实验内容要求，整理实验数据，完成实验报告。 2、分析并画出微机变压器电流速断保护的程序逻辑图。

实验四 电动机的微机速断保护

一、实验目的

1、了解高压电动机的出口相间短路故障。 2、掌握微机电动机保护的速断操作。 二、实验说明

电流速断保护反映的是电动机的定子绕组或引线的相间短路而动作。动作时限可整定为速断（无延时）或带较短的延时（一般为零点几秒）。其整定值应躲过电动机的启动电流。在电动机运行时任一相电流大于整定值，电流速断保护动作即动作于跳闸。

电流速断保护按躲过启动电流整定,时限可整定为速断或带极短的时限,该保护主要对电动机短路提供保护。当任一相达到整定值，且过流Ⅰ段保护的投退控制字处于投入状态，则定时器启动，若持续到整定时限，则立即跳闸。

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Ia>Idz1Ib>Idz1Ic>Idz1≥1RLP1tzd1电流速断跳闸(J3)

图42-1 电流速断保护逻辑图

三、实验内容与步骤

1、根据模拟短路实验记录的短路电路电流计算整定电流。将电流速断投入，电流速断定值整定为1A。

2﹑将电流互感器TA12与线路保护装置的保护CT相连，线圈分别与装置的线圈对应相连。 3﹑合上主电源，QS2、QS4、QS7、QS9、QS13拨到“ON”，按下QF2、QF4 、QF6、QF11的合闸按钮。

4﹑按下短路确认按钮d1，模拟电动机短路，观察断路器QF4动作情况，并记录动作值。

四、实验报告

实验前认真阅读实验指导书和相关教材，进行预习准备；实验结束后要认真总结，将相关参数及数据记录下来。针对I段的具体整定方法，按要求并及时写出实验报告。

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TV8ABCN相电压相电压UAUCIA+IB+IC+3IO+UBUNIA-IB-IC-3IO-相电压电压中性线TA12I12A+I12B+I12C+保护CT保护CT保护CT零序CT保护CT保护CT保护CT零序CT备用I12A-I12B-I12C-35本侧分位1N1本侧合位1N2备用侧分位QF1146QF111YO11YOYRYOWC+至本侧YO至本侧YR至备用侧YO2QF11YR11WC-1N3重瓦斯信号1N11轻瓦斯信号1N12工作电源直流电源输出开关量公共端1NCOMWC-工作电源+

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