《电力系统继电保护实验》
实 验 报 告
实验名称
实验四 输电线路距离保护阻抗特
性测定实验
日期 教师
2018-5-18 陈歆技
学号
动力楼 306
蒋莉
地点
电 气 工 程 学 院 东 南 大 学
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东南大学电气工程学院 电力系统继电保护实验报告2018 第2页 共6页
1.实验目的：
（1）熟悉和掌握智能变电站综合自动化系统输电线路距离保护装置定值配置方法、模拟电网故障设置及继电保护测试仪的操作方法。
（2）通过输电线路的短路故障实验，记录和观察故障电压、电流数值，理解输电线路故障动作过程及接地距离与相间距离阻抗特性的测试原理。
（3）通过输电线路故障电压、电流数值分析及保护装置动作行为的分析，学会阻抗特性曲线的绘制方法，理解和掌握短路类型、故障点阻抗及保护定值对输电线路距离保护阻抗特性的影响。
2.实验内容：
1）相间、接地距离I段保护阻抗特性曲线的测定
该实验项目分别搜索和测试相间、接地距离I段保护动作边界，绘制PSL 603U保护装置相间、接地距离I段实际阻抗特性曲线图，根据保护定值及保护算法计算并绘制PSL 603U装置相间、接地距离I段保护的理论阻抗特性曲线，比较两者的误差，并校验阻抗特性的正确性。
2）相间、接地距离Ⅱ段保护阻抗特性曲线的测定
该实验项目分别搜索和测试相间、接地距离Ⅱ段保护动作边界，绘制PSL 603U保护装置相间、接地距离Ⅱ段保护实际阻抗特性曲线，根据保护定值及保护算法计算并绘制PSL 603U装置相间、接地距离Ⅱ段保护的理论阻抗特性曲线，比较两者的误差，并校验阻抗特性的正确性。 3）相间、接地距离Ⅲ段保护阻抗特性曲线的测定
该实验项目分别搜索和测试相间、接地距离Ⅲ段保护动作边界，绘制PSL 603U保护装置相间、接地距离Ⅲ段保护实际阻抗特性曲线，根据保护定值及保护算法计算并绘制PSL 603U装置相间、接地距离Ⅲ段保护的理论阻抗特性曲线，比较两者的误差，并校验阻抗特性的正确性。
3.实验原理（实验的理论基础）：
本实验以智能变电站综合自动化实验系统所装设的PSL 603U线路保护装置为基础,变电站的线路一次主接线图如图-1所示。图中Zk为所装设的PSL 603U线路保护装置，其电压与电流输入量与实验一一样，均来自220KV母线与断路器2201之间所装设的电压互感器EPT与电流互感器ECT的测量量，即基于IEC 61850标准的SMV信号量。
IABCDS1E220kVZkS2F1 实验线路距离保护模拟一次主接线图根据电力系统继电保护相关原理，及PSL 603U线路保护装置说明书所述工作原理，可知PSL 603U线路距离保护主要有三段式相间距离继电器、接地距离继电器及辅助阻抗元件组成，相间、接地距离继电器主要有偏移阻抗元件、全阻
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抗辅助元件、正序方向元件组成，其中，接地距离继电器含有零序电抗器元件。
XφZD R X R
F2 PSL 603U接地距离I、II段动作特性
实验时，模拟在输电线路不同点上的故障，利用保护测试仪，搜索距离保护装置动作边界，绘制保护装置实际阻抗特性曲线。根据继电保护相关理论及保护装置定值，绘制保护装置理论阻抗特性曲线，比较这两个曲线的差异，验证保护装置动作原理的正确性。
XA2φZD R RZDφZD RX
保护测试仪的阻抗边界点搜索沿着预先定义的多条搜索线进行搜索，搜索方式可采用二分法或单步逼近方式。在一个“测试项目”中允许多条搜索线，实验开始后所有被定义的搜索线依次被自动搜索。如果在所定义的某条搜索线上存在与实际阻抗特性曲线的交叉点，则沿该线的搜索结束后，该点被标出。该标记点就是阻抗边界上的一个点。
需要注意的是，如果某段距离保护正序方向元件投入，则保护动作区正序方向元件F1的限定，应该在F1虚线以上的区域。在搜索阻抗边界时，如果搜索阻抗线的手段或末端阻抗在原地，要避免阻抗角大于135°或者小于-25°的情况。
F3 PSL 603U接地距离Ⅲ 段、相间距离Ⅲ 动作特性
4.实验方法及数据处理（实验步骤及数据处理方法，包括原始数据，图表等）：
（1）继电保护装置定值的整定
根据PSL 603U保护装置原理，要进行继电保护装置的实验与保护动作验证，必须根据实验需要对装置保护定值进行整定，仍然采用变电站综合自动化直通的监控主站PS 6000+自动化监控系统软件平台进行保护装置整定值得查看与修改。
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（2）实验保护测试仪或测试装置的参数设置
本实验依然采用继电保护测试仪作为实验测试装置。根据实验需求，通过继电保护测试仪生成变电站综合自动化系统所需要的电压、电流信号，并通过光纤接入变电站综合自动化系统的“SMV、GOOSE网络交换机”，用于模拟变电站中的合并单元。测试仪的运行与测试是通过网线与测试仪连接的后台PC主机上位机软件进行的。
进行实验时，点击测试仪后台PC桌面上的“PowerTest”应用程序，点击程序主界面上的【专项测试】【搜索阻抗边界】列表，然后点击【确定】按钮，进入“搜索阻抗边界”测试程序。再点击【主菜单】中的【模板文件】【打开】菜单，再弹出的对话框中，选择对应的实验项目模板即可。
对于测试仪中的“通用参数”应该按照实验对象的定值进行设定，这样可以通过点击程序界面左下部的【通用参数】按钮进行设置。零序补偿系数计算方式选择为【KR，KK】方式。实验所需的SMV及GOOSE信号参数已经预设好，无需修改。
（3）继电保护装置状态检查及设置
保护测试仪测试环境及参数设置完成后，需要检查几点保护装置的状态，按压PSL 603U保护装置面板左侧的“复位”按钮，以清除原警告信息及警告指示灯，并查看LCD触摸屏中的保护装置信息。 （4）模拟故障实验测试操作
设备状态检查完成后，可以开始进行模拟测试实验，点击启动保护测试仪上位机软件窗口中最下边的“运行状态与试验控制”栏的【F2】按钮，启动实验。随后，测试仪会根据搜索线进行动作边界搜索，每条搜索线的搜索完成后，边界点将被标出。实验过程中，多条搜索线的测试是连续进行的，不要中断。保护装置的动作情况可在保护装置LCD显示屏上查看故障信息，也可在监控后台【告警信息】窗口中查看保护动作信息。
如果实验中某条搜索线未得到测试结果，可在搜索结束后，单独对某条搜索线进行重新测试。
（5）获取和记录实验数据
测试完成后，记录保护装置动作信息及阻抗边界点的信息，同时，通过操作PSL 603U保护装置的LCD显示屏界面查看相关信息并记录。
记录的故障信息及数据如表中所示。 序 继电保护测试仪或实验测试装PSL 603U继电保护装置 置 故障边界故障边界故障电故障类故障测故障阻抗/Ω 点阻抗幅点阻抗角压/电型 距 号 值/Ω 度/° 流 1 6.983 -0.1 2 6.910 3.0 3 5.049 10.9 4 3.457 22.6 5.019A BN 4.958km 3.196+j3.129 5 1.967 89.0 6 2.084 109.4 7 1.690 125.2 8 0.967 180.0 - 2 -
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9 1.499 -41.8 10 5.073 -11.4 11 7.003 -5.9 （6）各分相实验操作步骤
根据本实验项目的要求，各个分项实验的主要操作大致如上述步骤（1）至步骤（5）所述，但又有所区别，主要测试项目操作区别如下：
a．步骤（1）中保护定值的修改
不同实验项目中的部分保护定值需要按表4.8修改。
表 PLS 603U装置线路距离阻抗特性实验测试控制字设置表 保护控制字 实验测试项目 距离Ⅰ段保护 距离Ⅱ段保护 距离Ⅲ段保护 距离Ⅰ段保护 1--投入 0--退出 0--退出 距离Ⅱ段保护 0--退出 1--投入 0--退出 距离Ⅲ段保护 0--退出 0--退出 1--投入 零序电流保护 0--退出 0--退出 0--退出 零序过流Ⅲ段经方向 0--退出 0--退出 0--退出 零序反时限 0--退出 0--退出 0--退出 另外，实验项目开始之前，需要检查保护控制屏上保护压板的投切状态，保护证明相关保护功能的投入。
b．步骤（2）中保护测试仪或测试装置的模板文件先择 不同实验项目中，保护测试仪模板文件进行如下选择： 对于接地距离Ⅱ段保护，选择模板文件“PLS 603U线路接地距离保护Ⅱ段”；对于相间距离Ⅱ段保护，选择模板文件“PLS 603U线路相间距离Ⅱ段保护阻抗特性测试”。
5.实验结果和及其分析（实验结果及对出现问题的解释与分析）：
由实验数据，作出PSL 603U的实际阻抗特性曲线，如下图所示。
X1.967-0.967O-1.0006.983RF5 PSL 603U接地距离I段动作特性实际曲线R分量的偏移门槛取值如下：
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X分量的偏移门槛取值与额定电流IN有关：
即额定电流5A时，取1Ω、0.25倍距离阻抗定值的较大值，额定电流1A时，取5Ω、0.25倍距离阻抗定值的较大值。
参照参考书PSL 603U装置整定表中的数据RZD=7，ZZD=2，φZD=80,计算结果为：
与实验原理中理论分析部分相符合，验证了阻抗特性的正确性。
6.实验结论与体会：
本次实验使我掌握了测取保护装置阻抗边界以及验证保护装置动作正确性的方法。学会了阻抗特性曲线的绘制方法，尤其是visio软件绘制图形的方法，我从知识及技能上都得到了提升。
参考文献：
[1] 陈歆技.电力系智能变电站综合自动化实验教程[M]..东南大学出版社.2018.3
[2] 张保会、尹相根.电力系统继电保护（第二版）[M].-2版..中国电力出版社.2010.3
实验成果附件（）：
1. 距离保护阻抗特性实验数据记录表.xlsx
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