《继电保护与自动化综合实验》 实验指导书 继电保护教研组编 华北电力大学 二0一零年十月
1 《 继电保护与自动化综合实验》 实 验 指 导 书 继电保护教研组 编 华北电力大学 二 0 一零 年 十月
必 言 1.实验总体目标 本实验是电气工程及其自动化专业（继电保护与自动远动技术方向）毕业前的专业综合 实验。通过本实验，使学生了解线路微机保护、电力系统自动装置及变电站自动化监控系统 的使用、试验 调整的基本方法，培养学生的动手能力、分析和解决实际工程问题的能力。 2.适用专业 电气工程及其自动化（继电保护与自动远动技术方向） 3.先修课程 本实践环节为毕业前的专业综合实验，应在学完全部专业课后进行。 4.实验课时分配 实验项目 学时 实验一微机线路保护装置认识实验 1天 实验二微机线路保护装置距离保护实验 1天 实验三微机线路保护装置零序保护实验 1天 实验四微机线路保护装置高频保护实验 1天 实验五微机自动重合闸实验 1天 实验六同步发电机准同期并列实验 1天 实验七同步发电机励磁控制实验 1天 实验八变电站自动化系统实验 2天 答辩 1天 5.实验环境 实验包括微机线路保护装置实验、同步发电机准同期并列实验、同步发电机励磁控制实 验、变电站自动化实验四个部分组成，分别在微机保护实验室和工程训练中心完成。 6.实验总体要求 通过本环节的实践，使学生了解并掌握继电保护、电力系统自动装置以及变电站综合自 动化监控系统的使用、整定、试验、分析、调整的方法 7,本实验的重点、难点及教学方法建议 本实验是一门集《电力系统继电保护原理》、《电力系统微机保护》、《电力系统自动化》、 《电力系统远程监控原理》等课程相关内容的，综合性的、理论和实践并重的课程，着重 培养学生动手能力、分析和解决实际工程问题的能力。本实验是继电保护及自动远动技术方 向必修课，为学生将来从事继电保护的研究开发，生产制造，运行维护 工作奠定基础。内容 主要包括：微机线路保护，准同期并列装置试验与调整，自动调节励磁装置试验与调整，电 力系统调度自动化实验，变电站综合自动化监控系统的使用、维护
2 前 言 1．实验总体目标 本实验是电气工程及其自动化专业（继电保护与自动远动技术方向）毕业前的专业综合 实验。通过本实验，使学生了解线路微机保护、电力系统自动装置及变电站自动化监控系统 的使用、试验、调整的基本方法，培养学生的动手能力、分析和解决实际工程问题的能力。 ⒉ 适用专业 电气工程及其自动化（继电保护与自动远动技术方向） ⒊ 先修课程 本实践环节为毕业前的专业综合实验，应在学完全部专业课后进行。 ⒋ 实验课时分配 实验项目 学时 实验一 微机线路保护装置认识实验 1 天 实验二 微机线路保护装置距离保护实验 1 天 实验三 微机线路保护装置零序保护实验 1 天 实验四 微机线路保护装置高频保护实验 1 天 实验五 微机自动重合闸实验 1 天 实验六 同步发电机准同期并列实验 1 天 实验七 同步发电机励磁控制实验 1 天 实验八 变电站自动化系统实验 2 天 答辩 1 天 ⒌ 实验环境 实验包括微机线路保护装置实验、同步发电机准同期并列实验、同步发电机励磁控制实 验、变电站自动化实验四个部分组成，分别在微机保护实验室和工程训练中心完成。 ⒍ 实验总体要求 通过本环节的实践，使学生了解并掌握继电保护、电力系统自动装置以及变电站综合自 动化监控系统的使用、整定、试验、分析、调整的方法。 ⒎ 本实验的重点、难点及教学方法建议 本实验是一门集《电力系统继电保护原理》、《电力系统微机保护》、《电力系统自动化》、 《电力系统远程监控原理》等课程相关内容的 ，综合性的、理论和实践并重的课程，着重 培养学生动手能力、分析和解决实际工程问题的能力。本实验是继电保护及自动远动技术方 向必修课，为学生将来从事继电保护的研究开发，生产制造，运行维护工作奠定基础。内容 主要包括：微机线路保护，准同期并列装置试验与调整，自动调节励磁装置试验与调整，电 力系统调度自动化实验，变电站综合自动化监控系统的使用、维护
月 实验一、做机线路保护装置认识实验 4 实验二、微机线路保护装置距离保护实验 8 实验三、微机线路保护装置零序保护实验 11 实验四、微机线路保护装置高频保护实验 17 实验五、微机自动重合闸实验 …19 实验六、同步发电机准同期并列实验 …, 21 实验七、同步发电机励磁控制实验 26 实验八、变电站自动化系统实验 40
3 目 录 实验一、微机线路保护装置认识实验 …………………………………… 4 实验二、微机线路保护装置距离保护实验 …………………………………… 8 实验三、微机线路保护装置零序保护实验 …………………………………… 11 实验四、微机线路保护装置高频保护实验 …………………………………… 17 实验五、微机自动重合闸实验 …………………………………… 19 实验六、同步发电机准同期并列实验 …………………………………… 21 实验七、同步发电机励磁控制实验 …………………………………… 26 实验八、变电站自动化系统实验 …………………………………… 40
实验一、微机线路保护装置认识实验 一、实验目的 通过微机线路保护简单故障实验，掌握并理解微机保护的接线、动作特性和动作报文。 二、实验类型（含验证型、设计型或综合型） 综合型 三、实验仪器 序号 型号 西 称 数量 MRT 继电保护测试仪 1台 微机线路保护装置 1台 四、实验原理 CSL-161型数字式线路保护装置是以微型计算机为核心构成的以距离保护为重点的微 机保护装置。用于110KV输电线路，具有闭锁式高频距离和高频零序方向保护、三段相间距 离、三段接地距离、四段零序方向电流保护及三相一次重合闸。 本装置的硬件主要由下列部分构成 1)交流插件(AC):本插件将系统电压互感器、 电流互感器二次侧强电信号变换 成保护装置所需的弱电信号，同时起隔离和抗干扰作用。本插件设有九个模拟量输入变压器 (TV及TA),分别用于三相电压、三相电流、3汇。、3I。(或x)及重合闸检同期用的线路抽 取电压Ux。 2)模数变换插件（下C):木插件共有九路电路结构完全相同的电压顿率变换器，分 别将交流插件输出的五路电压和四路电流变换成脉冲频率随输入模拟量幅值大小变化的脉 冲量，并经快速光耦光电隔离后送至CP四系统中的计数器计数，以实现模数转换。 3)保护CP心插件：是整套保护装置核心部分。本插件所用单片机的总线不引出，片 内包括了装置所要求的各种外设功能逻辑。其上配有存放工作程序的只读存储器(ROM), 由于单片机内无E2PROM,因而在片外设置了一片串行E2PROM,利用CPU的两根I/O 线相连， 一根作串行数据线(SD)，另一根作串行时钟线(SC),从而实现数据存储。本装 置的单片机片内设有两个串行通讯口(UARTO及UART1)，UARTO用于同装在面板上的人机 对话CPU通讯。UART则留作备用。 (RELAY): 升关量输出 开出分成两种 :种是用于驱动出口及 的+24 和告警 兄时， 省用于不 闭锁 开出的情况。 5)电源插件(POWR)：本插件为直流逆变电源插件。直流220V和110V电压经抗干 扰滤波回路输入 利用逆变原理输出本装置需要的三组直流电压，即5、±15V 及24W 6)人机对话板(MM):用于输入输出管理，如：数据显示、打印，定值管理等。设 有11个多功能的O线可以完成多种功能，本装置面板上设有六个键和一个液晶显示器。 五、实哈内容和要求
4 实验一、微机线路保护装置认识实验 一、实验目的 通过微机线路保护简单故障实验，掌握并理解微机保护的接线、动作特性和动作报文。 二、实验类型（含验证型、设计型或综合型） 综合型。 三、实验仪器 序号 型 号 名 称 数 量 1 MRT 继电保护测试仪 1 台 2 CSL161B 微机线路保护装置 1 台 四、实验原理 CSL-161 型数字式线路保护装置是以微型计算机为核心构成的以距离保护为重点的微 机保护装置。用于 110KV 输电线路，具有闭锁式高频距离和高频零序方向保护、三段相间距 离、三段接地距离、四段零序方向电流保护及三相一次重合闸。 本装置的硬件主要由下列部分构成: １）交流插件（AC）:本插件将系统电压互感器、电流互感器二次侧强电信号变换 成保护装置所需的弱电信号，同时起隔离和抗干扰作用。本插件设有九个模拟量输入变压器 （TV 及TA），分别用于三相电压、三相电流、3U0、3I0（或IX）及重合闸检同期用的线路抽 取电压UX。 2） 模数变换插件（VFC）：本插件共有九路电路结构完全相同的电压频率变换器，分 别将交流插件输出的五路电压和四路电流变换成脉冲频率随输入模拟量幅值大小变化的脉 冲量，并经快速光耦光电隔离后送至CPU 系统中的计数器计数，以实现模数转换。 ３） 保护CPU 插件：是整套保护装置核心部分。本插件所用单片机的总线不引出，片 内包括了装置所要求的各种外设功能逻辑。其上配有存放工作程序的只读存储器（ＲＯＭ）， 由于单片机内无 E PROM 2 ，因而在片外设置了一片串行 E PROM 2 ，利用CPU 的两根I/O 线相连，一根作串行数据线（SD），另一根作串行时钟线（SC），从而实现数据存储。本装 置的单片机片内设有两个串行通讯口（UART0 及UART1），UART0 用于同装在面板上的人机 对话CPU 通讯。UART1 则留作备用。 ４）继电器插件（RELAY）：用于开关量输出。开出分成两种，一种是用于驱动出口及 信号继电器的，此种开出的+24 伏电源都是经过继电器插件告警继电器常闭接点闭锁的；另 一种用于驱动告警继电器，其+24 伏电源是不经过闭锁的。本装置设有两路告警，称告警Ⅰ 和告警Ⅱ，告警Ⅰ用于检测到必须闭锁本CPU开出的致命异常状况时，告警Ⅱ用于不需闭锁 开出的情况。 ５）电源插件（POWER）：本插件为直流逆变电源插件。直流220V 和110V 电压经抗干 扰滤波回路输入，利用逆变原理输出本装置需要的三组直流电压，即5V、±15V 及24V。 ６）人机对话板（MMI）：用于输入输出管理，如：数据显示、打印，定值管理等。设 有 11 个多功能的 I/O 线可以完成多种功能，本装置面板上设有六个键和一个液晶显示器。 五、实验内容和要求
1、装置通电检查，在通电检查时请注意： )通电情况下绝不允许插拔插件」 b)电源接线正确：板与逻辑继电器插件相连的扁平电缆方向正确，才允许通电 29手出D 外信 1机壳接地 04 30备用空端子 14备用开入2高频入 31备用珠司开中 15CQJ常时接点 3 UA 32备用联佩开出 16C0常点 4 UB 04 33+0 17闭铺合间 05 IC 4 6 UN 351 距离投入 0730 36保护作信号 昌器 033mr 重合佩动作信号 38装百所常告署信号 2备用开入1高收讯给入 39直配消失告信号 3定值3 40重合出D 24宁第 0 - 41闻出0 25定值1 41 26+24Y 3启动发讯(0D) 74V 7网络接口A心 停讯（备用出） 45网络接口A山 28停发讯控制松共端 46网络接口 43两络接口昭 CSL161B及CSL162B线路保护装置端子接线图 图（一）CSL一161B数字式线路保护装置外部端子图 整机通电检查：根据图（一），给保护装置接直流220V工作电源(DC220V端子或X35、 X42号端子). 注意：1、经老师检查接线以后才能合闸 2、关于本装置的人一机对话功能请参阅附录I工 装置正常工作表现为： )面板上工作指示绿色灯亮、其它指示灯灭。 )CD第一行显示实时时钟，第二行轮流显示冬模拟量的测量值及保护压板和定值风 号等有关信息（当G2中相应位置1时），无报警信号，则基本上可确定装置己处于正常丁 作状态 2、装置谓试实验 2.1、整定时间日期： a)在LCD的一级菜单中选CLK,按(SET>健，LCD显示时间和日期，用选择健将日期和时 间调整好，按<SET>键确认」 b)按<Q>键使LCD回到正常状态，观察显示的日期和时间是否正确 c)拉掉电源几分钟，然后合上，检查显示的日期和时间是否正确。 2.2、开入量检查： 使人机对话功能进入V℉C-VI-DI子菜单，给各开入最输入端子分别加上+24W电压（与
5 1、装置通电检查，在通电检查时请注意： a)通电情况下绝不允许插拔插件。 b)电源接线正确：MMI 板与逻辑继电器插件相连的扁平电缆方向正确，才允许通电。 图（一）CSL—161B 数字式线路保护装置外部端子图 整机通电检查: 根据图（一），给保护装置接直流 220V 工作电源（DC 220V 端子或 X35、 X42 号端子）。 注意：1、经老师检查接线以后才能合闸！ 2、关于本装置的人—机对话功能请参阅附录 II 装置正常工作表现为： a) 面板上工作指示绿色灯亮、其它指示灯灭。 b) LCD 第一行显示实时时钟，第二行轮流显示各模拟量的测量值及保护压板和定值区 号等有关信息（当 KG2 中相应位置 1 时），无报警信号，则基本上可确定装置已处于正常工 作状态。 2、装置调试实验 2.1、整定时间日期： a) 在 LCD 的一级菜单中选 CLK,按<SET>键，LCD 显示时间和日期，用选择键将日期和时 间调整好，按<SET>键确认。 b) 按<Q>键使 LCD 回到正常状态，观察显示的日期和时间是否正确。 c) 拉掉电源几分钟，然后合上，检查显示的日期和时间是否正确。 2．2、开入量检查： 使人机对话功能进入 VFC-VI-DI 子菜单，给各开入量输入端子分别加上+24V 电压（与