供电实验报告

实 验 报 告 实验项目名称： 高低压电器认识 同组人： 实验时间 实验室 指导教师 一、实验目的 熟悉高低压电器、高低压成套配电装置的结构、功能，了解其技术特性。 二、实验主要仪器与设备 各种高低压电器设备、高低压成套配电装置。 三、实验原理 （一）高压熔断器 熔断器是常用的一种简单的保护电器。当通过它的电流超过规定值并经过一定的时间后熔体熔化，从而切断电流，对线路及设备进行短路保护或过负荷保护。 1．户内高压熔断器 ①RN1和RN2型高压管式熔断器。RNl及RN2型熔断器结构如图1-1所示，主要由熔管、触座、动作指示器、绝缘子、石英砂填料和底座组成。 （a）外形图 （b）熔管剖面图 图1-1 RNl及RN2型熔断器结构图 短路电流通过时，并联铜丝熔断产生电弧，电弧在充满石英砂填料的熔管内燃烧，灭弧过程中利用了粗弧分细、长弧切短、狭沟灭弧和冷却灭弧等灭弧方法。 ②XRNT、XRNP型高压限流熔断器。XRNT、XRNP型高压限流熔断器结构如图1-2所示。 （a）外形图 （b）剖面图 图1-2 高压限流熔断器的结构图 1

熔断器本体主要由瓷质熔管、丝状或片状熔体、高纯度石英砂、瓷芯柱、撞击器等组成。熔断器依靠石英砂对电弧的吸热和游离气体向石英砂间隙扩散的作用进行灭弧，同时可利用冶金效应形成串联电弧，将长弧切短加速灭弧。熔丝熔断时，撞击器迅速弹出, 驱动连锁电器（常用负荷开关）的脱扣器而使开关跳闸或并发出熔断信号。 ２、户外高压跌开式熔断器 如图1-3所示为RW4-10（G）型跌落式熔断器结构。 熔断器熔管外层为酚醛纸管或环氧玻璃布管，内套纤维质消弧管，其灭弧原理为：短路电流使熔体熔断，形成电弧，电弧灼烧消弧管内壁，产气纵吹电弧而熄灭。 如图1-4所示为RW10-10F跌开式熔断器。在一般跌开式熔断器的上静触头上加装了一个简单的灭弧室，因而可以带负荷操作，相当于负荷开关。 图 1-3 RW4-10(G) 型跌落式熔断器图 1-4 RW10-10负荷型跌开式熔断器 （二）高压隔离开关 高压隔离开关是一种没有灭弧装置的开关电器，其功能主要是隔离高压电源，以保证对其他电气设备检修工作的安全。图1-5所示为GN8-10高压隔离开关的外形结构图，它的三相闸刀安装在同一底座上，一般用手动操动机构进行操作。 图1-5 GN8-10型高压隔离开关外形 2

（三）高压负荷开关 高压负荷开关结构上与隔离开关相似，但有简单的灭弧装置，能够带负荷操作。 图1-6为FN12-12户内压气式负荷开关结构图。采用压气式灭弧原理，动触头由导电筒构成，作为活动的气缸，利用气缸与固定的活塞相对运动产生压缩空气，形成强大气流，使电弧迅速熄灭。 图1-6 FN12-12户内压气式负荷开关结构 （四）高压断路器 高压断路器是具有完善的灭弧装置的高压开关电器。用来通断负荷电流；短路故障时，在保护装置作用下自动跳闸。 按采用的灭弧介质分，有油断路器、SF6断路器、真空断路器、压缩空气断路器等。 1．高压少油断路器 高压少油断路器主要由灭弧室、触头系统、传动机构和框架组成。图1-7所示是SNl0-10型高压少油断路器的外形结构和油箱内部结构图。 （a）外形结构 （b）内部剖面结构 图1-7 SN10-10型少油断路器结构图 工作及灭弧原理如下：合闸时，经操动机构和传动机构将导电杆插入静触头来接通电路。分3

闸时，导电杆向下运动并离开静触头，产生电弧，使油分解形成封闭气泡，油压迫使逆止阀上升堵住中心孔，电孤在封闭的空间内燃烧。同时，导电杆迅速向下运动，相继打开一、二、三道灭弧沟和纵吹油囊，油气混合物强烈地横吹、纵吹电弧。 2．高压真空断路器 ZN12-10真空断路器主要由真空灭弧室、弹簧操动机构和绝缘支撑件等组成。真空灭弧室由圆盘状的动静触头、屏蔽罩、波纹管屏蔽罩、陶瓷外壳等组成，其结构如图1-8所示。 图1-8 ZN12-10型真空断路器结构图 开断过程：在触头刚分离时，高电场发射和热电发射使触头间产生真空电弧，使金属触头表面产生金属蒸气，金属离子在屏蔽罩内壁上凝聚，以致电弧在自然过零后极短的时间内，触头间隙又恢复了原有的高真空度。 3．六氟化硫（SF6）断路器 图1-9所示为LN2-10型高压SF6断路器的结构图。 （a）外形图 （b）灭弧室结构 图1-9 LN2-10型高压SF6断路器结构图 4

断路器的静触头和灭弧室中的压气活塞是相对固定的。当跳闸时，装有动触头和绝缘喷嘴的汽缸由断路器的操动机构通过连杆带动离开静触头，使汽缸和活塞产生相对运动来压缩SF6气体并使之通过喷嘴吹出，用吹弧法来迅速熄灭电弧。 （五）高压开关柜 高压开关柜是将一、二次设备按一定的线路方案组合而成的一种成套配电设备。 1．固定式高压开关柜 固定式高压开关柜的柜内所有电器部件都固定安装在不能移动的台架上。 图1-10为XGN56-12箱型（户内）交流金属封闭型高压开关柜外形图和内部结构图。该型开关柜柜体骨架由钢板折弯后组装而成，柜内分断路器室、主母线室、电缆室、继电器仪表室等，各隔室由接地良好的隔板相隔。。 （a）外形图 （b）内部结构图 图`1-10 XGN56-12箱型开关柜结构图 2. 手车式（移开式）高压开关柜 将某些主要电器设备固定安装在可移动的手车上。当手车上安装的电器设备发生故障或需检修、更换时，随同手车一起移出柜外，再推入同类备用手车，即可恢复供电。 如图1-11所示为KYN28A-12型开关柜的外形结构和内部剖面图。该开关柜完全金属铠装，由金属板分隔成手车室、母线室、电缆式和继电器仪表室，每一单元的金属外壳均独立接地。 5

（a）外形图 （b）内部剖面图 图1-11 KYN28A-12型开关柜的外形结构和内部剖面图 （六）低压一次设备 供配电系统中的低压一次设备种类繁多，有低压熔断器、低压刀开关、低压刀熔开关、低压负荷开关、低压断路器和低压配电屏等。 1、低压熔断器 （1）RM10系列熔断器结构如图1-12所示。当短路电流通过时，熔片窄部先熔断，使熔管内形成几段串联的电弧而易于熄灭；过负荷时，往往在宽窄之间的斜部熔断。 （a）外形图 （b）熔片图 图1-12 RM10系列熔断器结构图 （2）有填料密闭管式熔断器。以RT0型为例，其外形及内部结构如图1-13所示。 （a）熔体 （b）外形图 图1-13 RT0低压熔断器结构图 RT0熔断器主要由瓷熔管、铜熔体和底座三部分组成，熔管内装石英砂。熔体变截面小孔可6

使熔体在短路电流通过时熔断，将长弧分割为多段短弧；引燃栅具有等电位作用，使粗弧分细；电弧电流在石英砂中燃烧，形成狭沟灭弧。 2．低压断路器 （1）图1-14为DZ20系列塑料外壳式低压断路器的结构图。其主要特征是，所有部件都安装在一个塑料外壳中，没有裸露的带电部分，提高了使用的安全性。 1-14 DZ20型塑料外壳式低压断路器 （2）图1-15是DW15型低压断路器的外形图和内部结构图。由触头系统、操作机构和脱扣器系统组成。灭弧室里采用钢纸板材料和数十片铁片作灭弧栅来加强电弧的熄灭。脱扣系统有过负荷长延时脱扣器、短路瞬时脱扣器、欠电压脱扣器和分励脱扣器等。 图1-15 DW15型低压断路器的外形图和内部结构图 3．低压开关柜 低压开关柜的种类很多，按其结构有固定式和抽屉式两种基本型式。 图1-16和图1-17所示分别为GGD固定式低压开关柜、GCS抽出式低压开关柜（PC柜）外形图。 7

图1-16 GGD固定式低压开关柜外形图 图1-17 GCS型低压抽出式开关柜外形图 四、实验预习要求 认真预习相关实验内容，明确实验的目的和要求，记住安全注意事项。 五、实验内容及步骤 在实验条件具备的情况下，通过拆装、操作，熟悉电器设备结构、原理、工作特性等。 在实验条件不具备的情况下，组织参观工厂、发电厂或变电站，对主接线、变压器及各种电气设备有一个直观的了解。包括：电厂的生产过程、电厂各主要厂房布置情况、机组运行情况、热力系统类型及构成、升压站主接线、电力设备结构及布置；变电站一次及二次系统；工厂供配电系统的构成等。 六、思考题 1、电弧对电气设备的安全运行有哪些影响?开关电器中有哪些常用的灭弧方法?其中最常用、最基本的灭弧方法是什么? 2、比较高压断路器、高压负荷开关、高压隔离开关的功能、结构特点，操作时分别应注意哪些事项？ 指导教师批阅及成绩 指导教师签名： 年 月 日 8

实 验 报 告 实验项目名称： 过电流保护实验 同组人 实验时间 实验室 指导教师 一．实验目的 1）熟悉电流保护的组成，学习电流保护中电流、时间的整定及调整方法。 2）掌握电流保护接线方式，并进行实际接线。 3）观察短路时保护装置的动作情况。 二．实验主要仪器与设备 LHDJZ-Ⅲ型电气自动化及继电保护综合试验台、TQDB-Ⅲ继电保护及变电站综合自动化仿真培训系统。 三．实验原理 1、常用继电器构成原理参考教材 2、带时限过电流保护装置的组成和原理 1）保护装置原理电路 定时限过电流保护装置的原理电路如图3-1(a)所示。反时限过电流保护装置的原理电路如图3-1(b)所示。 2）过电流保护动作电流的整定 带时限过电流保护（含定时限和反时限）的动作电流Iop，应躲过线路的最大的负荷电流（包括正常过负荷电流和尖峰电流）IL.max，以免在IL.max通过时保护装置误动作；而且其反回电流Ire也应躲过线路的最大的负荷电流IL.max。 过电流保护装置动作电流的整定计算公式为 IopKrelKwIL.maxKreKi 式中，Krel为保护装置的可靠系数，对DL型电流继电器取1.2，对GL型电流继电器取1.3；Kw为保护装置的接线系数，对两相两继电器式接线（相电流接线）为1，对两相一继电器式接线（两相电流差接线）为3；I L.max为线路上的最大负荷电流，可取为（1.5～3）I30，I30为线路计算电流。9

（a） (b) 图3-1 过电流保护装置的原理电路 3）过电流保护动作时限的整定 过电流保护的动作时限，应按“阶梯原则”进行整定，即前一级保护的动作时间t1应比后一级保护中最长的动作时间t2大一个时间级差Δt，即 t1≥t2+Δt 对于定时限过电流保护，可取Δt=0.5s；对于反时限过电流保护，可取Δt=0.7s。 3、电流速断保护装置的组成和原理 电流速断保护就是一种瞬时动作的过电流保护。对于采用DL系列电流继电器的速断保护来说，就相当于定时限电流保护中抽去时间继电器。参考图3-1(a)，此处图略。如果采用GL系列电流继电器，则利用该继电器的速断元件来实现电流速断保护。 前后两级电流速断保护的选择性通过其动作电流（即速断电流）的整定来实现，如图3-2所示。 图3-2 线路电流速断保护整定说明 动作电流（速断电流）Iqb应躲过它所保护线路的末端的最大短路电流Ik.max，即整定计算公式为 IqbKrelKWIk.max Ki式中，Krel为可靠系数，对DL型继电器，取1.2～1.3；对GL型继电器，取1.4～1.5。 10

4、电流保护常用的接线方式 有完全星形接线、不完全星形接线和在中性线上接入电流继电器的不完全星形接线三种，如图3-3所示，供接线时参考。 （a）完全星形两段式接线图 （b）不完全星形接线 （c）在中性线上接入电流继电器的不完全星形接线 图3-3 电流保护常用的几种接线 四、预习要求 认真预习相关实验内容，明确实验的目的和要求，掌握实验的原理及方法，了解实验操作及所用仪器的使用方法，记住安全注意事项。 五、实验内容及步骤 1、定时限过电流保护 该实验内容为将电流继电器、时间继电器、信号继电器、中间继电器、调压器组合构成一个过电流保护。要求当电流继电器动作后，启动时间继电器延时，经过一定时间后，启动信号继电器发信号和中间继电器动作跳闸（指示灯亮）。 一次系统图见图3-4；实验电路原理图如图3-1(a)所示；模拟实验电路如图3-4。 图3-4 一次系统图 11

图3-5定时限过电流保护模拟实验电路 实验步骤如下： ① 图3-5为多个继电器配合的过电流保护实验原理接线图。 ② 按图接线，将滑线变阻器的滑动触头放置在中间位置，实验开始后可以通过改变滑线变阻器的阻值来改变流入继电器电流的大小。将电流继电器动作值整定为2A，时间继电器动作值整定为2.5秒。 ③ 经检查无误后，依次合上三相电源开关、单相电源开关和直流电源开关。（各电源对应指示灯均亮。） ④ 调节单相调压器输出电压，逐步增加电流，当电流表电流约为1.8A时，停止调节单相调压器，改为慢慢调节滑线电阻的滑动触头位置，使电流表数值增大直至信号指示灯变亮。仔细观察各种继电器的动作关系。 ⑤ 调节滑线变压器的滑动触头，逐步减小电流，直至信号指示灯熄灭。仔细观察各种继电器的返回关系。 ⑥ 实验结束后，将调压器调回零，断开直流电源开关，最后断开单相电源开关和三相电源开关。 2、电流速断保护 LHDJZ-Ⅲ试验台的常规继电器都没有接入电流互感器和电压互感器，在实验之前应参阅图3-4的一次系统图，设计好保护接线图，并接好线后才能进行实验。 ● 正常运行方式实验 （1）三相调压器输出为0V。 （2）系统运行方式置于“正常”位置。 （3）按前面介绍的常规电流保护接线方式进行接线，根据理论计算值确定各继电器的整定值大小。 （4）合上三相电源开关，调节调压器输出，使屏上电压表指示从0V慢慢升到100V为止。 （5）合上直流电源开关。 （6）合上变压器二侧的模拟断路器。 此时，负荷灯泡亮，模拟系统即处于正常运行状态。 （7）实验结束后，使调压器输出回零，最后断开实验电源。 ● 短路故障方式实验 （1）三相调压器输出为0V。 （2）选择系统运行方式为最小运行方式。 （3）将模拟线路电阻可移动头放置在中间（50%）位置。 12

（4）按前面介绍的常规电流保护接线方式进行接线，根据理论计算值确定各继电器的整定值大小。 （5）退出所有出口连接片。 （6）合上三相电源开关，调节调压器的输出，使屏上电压表指示从0V慢慢升到100V为止。 （7）合上直流电源开关，合上变压器二侧的模拟断路器，此时负荷灯泡亮(与正常运行方式相同)。 （8）合上短路模拟开关（二相或三相均可）。 （9）合上故障模拟断路器，模拟系统发生短路故障。 此时，根据短路类型，负荷灯泡全部熄灭或部分熄灭。电流表指示数值较大。模拟系统即处于短路故障方式。短路故障发生后，应立即断开短路操作开关，以免短路电流过大烧坏设备。断开短路操作开关。即可切除短路故障。 （10）实验结束后，将故障模拟断路器断开，调压器输出调回零，最后断开实验电源。 ● 三相短路时Ⅰ段（速断）保护动作情况及灵敏度测试实验 在不同的系统运行方式下，做三段式常规电流保护实验，找出Ⅰ段电流保护的最大和最小保护范围，具体实验步骤如下： （1）按前述完全星形实验接线，将变压器原方CT的二次侧短接，调Ⅰ段三个电流继电器的整定值为5.16A，Ⅱ段三个电流继电器的整定值为2.78A，或者III段整定值为1.62A。 （2）系统运行方式选择置于“最大”，将重合闸开关切换至“OFF”位置。 （3）把“区内”、“线路”和“区外”转换开关选择在“线路”档(“区内”、“区外”是对变压器保护而言的，在线路保护中不使用)。 （4）合三相电源开关，三相电源指示灯亮(如果不亮，则停止下面的实验)。 （5）缓慢调节调压器输出，使并入线路中的电压表显示读数从0V上升到100V为止。 （6） 合上直流电源开关，直流电源指示灯亮(如果不亮，则停止下面的实验)。 （7）合上模拟断路器，负载灯全亮。 （8）将常规出口连接片LP2投入，微机出口连接片LP1退出。 （9）合上短路选择开关SA、SB、SC。 （10）模拟线路段不同处做短路实验。先将短路点置于100%的位置（顺时针调节短路电阻至最大位置），合上故障模拟断路器，检查保护Ⅰ段是否动作，如果没有动作，断开故障模拟断路器，再将短路电阻调至90%处，再合上故障模拟断路器，检查保护Ⅰ段是否动作，没有动作再继续本步骤前述方法改变短路电阻大小的位置，直至保护Ⅰ段动作，然后再慢慢调大一点短路电阻值，直至Ⅰ段不动作，记录最后能够使Ⅰ段保护动作的短路电阻值于表3-1中。 （11）分别将系统运行方式置于“最小”和“正常”方式，重复步骤（4）至（10）的过程，将Ⅰ段保护动作时的短路电阻值记录在表3-1中。 （12）实验完成后，将调压输出调为0V，断开所有电源开关。 13

表3-1 三相短路实验数据记录表 短路电阻/ 运行方式 最大 最小 正常 ● 两相短路时Ⅰ段保护动作情况及灵敏度测试实验 在系统运行方式为最小时，做三段式常规电流保护实验，找出Ⅰ段电流保护的最小保护范围，具体实验步骤如下： （1）按前述完全星型实验接线，将变压器原方CT的二次侧短接。调整I段三个电流继电器的整定值为5.16A，Ⅱ段三个电流继电器的整定值为2.78A或者Ⅲ段整定值为1.62A。 （2）系统运行方式选择置于“最小”。 （3）把“区内”、“线路”和“区外”转换开关选择在“线路”档。 （4）合三相电源开关，三相电源指示灯亮（如果不亮，则停止下面的实验）。 （5）缓慢调节调压器输出，使并入的线路中的电压数显示值从0V上升到100V为止。 （6）合上直流电源开关，直流电源指示灯亮（如果不亮，则停止下面的实验）。 （7）合上模拟断路器，负载灯全亮。 （8）将常规出口连接片LP2投入，微机出口连接片退出（断开LP1）。 （9）合上短路选择开关SA、SB、SC按钮中任意二相，如AB相。 （10）模拟线路段不同处做短路实验，先将短路电阻置于100%的位置,合上故障模拟断路器，检查Ⅰ段保护是否动作，如果没有动作，则断开故障模拟断路器，再将短路点调至90%处，合上故障模拟断路器，检查Ⅰ段是否动作，没有动作再继续本步骤前述方法改变短路电阻大小的位置直至Ⅰ段保护动作，再慢慢调大一点短路电阻值，直至Ⅰ段保护不动作，记录能使保护Ⅰ段动作的最大短路电阻值于表3-2中。 表3-2 两相短路实验数据记录表 短路电阻/ 运行方式 最大 最小 正常 AB相短路 BC相短路 CA相短路 （11）分别将系统运行方式置于“最大”和“正常”方式，重复步骤（4）至（10）的过程，将能够使Ⅰ段保护动作的最大短路电阻值记录在表3-2中。 （12）实验完成以后，将调压器输出调为0V，断开所有电源。 （13）分别将短路选择开关设为AC或BC相，重复步骤（2）至（12），将实验数据记录于表3-2中。 3、反时限过电流保护实验 14

模拟实验电路如图3-3。 图3-3 反时限过电流保护模拟实验电路 实验步骤如下： ①按图接线接好,调压器输出电压调至零。 ②整定继电器的动作电流和动作时间。 ③调小电阻R，即假定一次电路发生短路，合OK，调节调压器输出电压，使继电器动作，观察交流操作去分流跳闸的情况，模拟跳闸线圈YR的灯泡闪光。 六、思考题 1、带时限电流保护和电流速断保护的整定值计算方法，有什么不同？ 2、什么叫定时限过电流保护?什么叫反时限过电流保护? 各自的优缺点？ 七、实验报告 1、观察定时限过电流保护动作过程，记录动作电流值和动作时间值。观察各种继电器的返回关系，并计算返回系数。 2、根据实验数据分析出电流速断保护最大保护范围。 3、根据实验数据，分析出电流速断保护最小保护范围。 4、整定反时限过电流保护动作电流和动作时间。 5、回答思考题。 指导教师批阅及成绩 指导教师签名： 年 月 日

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