实验三方向阻抗继电器特性实验1．实验目的（1）熟悉整流型LZ-21型方向阻抗继电器的原理接线图，了解其动作特性。

（2）测量方向阻抗继电器的静态()ϕf Z pu =特性，求取最大灵敏角。

（3）测量方向阻抗继电器的静态()r pu I f Z =特性，求取最小精工电流。

2．LZ-21型方向阻抗继电器简介1）LZ-21型方向阻抗继电器构成原理及整定方法距离保护能否正确动作，取决于保护能否正确地测量从短路点到保护安装处的阻抗，并使该阻抗与整定阻抗比较，这个任务由阻抗继电器来完成。

阻抗继电器的构成原理可以用图3-1来说明。

图中，若K 点三相短路，短路电流为I K ，由PT 回路和CT 回路引至比较电路的电压分别为测量电压U 'm 和整定电压setU '，那么 m m YBPT K K YB PT mZ I n n Z I n n U 11=='(3-1) 式中：n PT 、n YB —电压互感器和电压变换器的变比；Z K —母线至短路点的短路阻抗。

当认为比较回路的阻抗无穷大时，则：I m CTI K CT setZ I n Z I n U 11=='（3-2） 式中：Z I —人为给定的模拟阻抗。

比较式（3-1）和式（3-2）可见，若假设CT YB PT n n n =⋅，则短路时，由于线路上流过同一电流K I ，因此在比较电路上比较setU '和m U '的大小，就等于比较I Z 和m Z 的大小。

如果set mU U '>'，则表明I m Z Z >，保护应不动作；如果set mU U '<'，则表明I m Z Z <，保护应动作。

阻抗继电器就是根据这一原理工作的。

电抗变压器DKB 的副方电势2E 与原方电流1I 成线性关系，即,12I K E I =I K 是一个具有阻抗量纲的量，当改变DKB 原方绕组的匝数或其它参数时，可以改图3-1 阻抗继电器的构成原理说明图1—比较电路 2—输出变I K 的大小。

电抗变压器的IK 值即为模拟阻抗I Z 。

在图3-1中，若在保护范围的末端发生短路，即set K Z Z =，那么比较电路将处于临界动作状态，即,set mU U '='这时由式（3-1）和式（3-2）可得 I K CTset K YB PT Z I n Z I n n 11= ∴ uI I uI CT YB PT set K ZZ K Z n n n Z ='==（3-3） 式中YB PT CT uu n n n K K ='=1。

式（3-3）表明，整定阻抗Z set 是一个与DKB 的模拟阻抗Z I 和电压变换器YB 的变比有关的阻抗。

当调节DKB 原方绕组的匝数和调节n YB 的大小时，可以得到不同的整定阻抗值。

例如：当n PT =1，n CT =1，Z I =2Ω时，若要整定阻抗为Z set =20Ω，则YB 抽头可选10匝。

2）LZ-21型方向阻抗继电器原理图分析 图3-2为其原理接线图。

由CT 引入的电流CTmCT n I I =接于电抗变压器DKB 的原方端子1、2、3、4。

在它的副方，得到正比于原方电流的电压，图3-2 LZ-21型方向阻抗继电器原理接线图DKB 的原方有几个抽头，当改变抽头位置时，即可改变I Z 值。

由PT 引入的电压PTmPT n U U =接于电压变换器YB 的原方端子5、6、7，用于引入电压C B A 、U 、U U ，YB 副方每一定匝数就有一个抽头，改变抽头的位置即可改变YB n ，也可改变setZ96U AXT的大小。

JJ 为具有方向性的直流继电器（又称极化继电器）。

端子9、10、11为极化继电器触点桥的输出。

端子12、13、14为继电器I 、II 段切换的触点。

当12、13连通时，I 段接通。

当12、14连通时，II 段接通。

LZ-21型方向阻抗继电器面板上有压板Y 用于调整最大灵敏角。

3）LZ-21阻抗继电器比相电路分析LZ-21阻抗继电器执行元件的环形整形比相电路，如图3-3（a ）所示，它实际是一相敏整流电流，其输入端分别接入比相的两电气量U C 、U D ，输出电压U mn 平均值的大小和极性与输入端电压U C 、U D 的相位有关。

为了提高比相回路的输出电压，在二极管支路中串入相同的电阻R 1~R 4，适当选取它们的电阻值，有利于提高继电器的动作速度。

滤波电容C 1~C 4，是为了滤去交流分量，以防止执行元件抖动，保证阻抗继电器动作特性圆的边界明确，同时提高了继电器的灵敏度，电容C 的数值，也要适当选取。

这一电路的等效电路如图3-3所示，图中211U U E +=，212U U E -=。

图3-3用极化继电器作执行元件的环形整流比相回路(a) 原理图 (b)等效电路正半周时，1E 和2E 分别产生电流1I 和2I ，并分别通过电阻R JJ 1和R JJ 2；负半周时，1E和2E 分别产生电流1I '和2I '，并分别通过电阻R JJ 2和R JJ 1；输出电压为：)()(212211i i R i i R u JJ JJ mn -'+'-= 相敏整流电路输出电压mn U 平均值的大小和极性与输入端电压CU 、D U 的相位有关。

图中1U 和C U 同相，D U 与2U 同相。

C U 和D U 之间的相位θ变化时，输出电压u mn 平均值的大小和极性变化情况的分析，可参阅有关资料。

由分析可知，环形整流比相回路u mn 与两比相电气量相位角θ之间的关系如YB 2 1D 21KR 3KR 4 1KD 41Kn 1K D 1R 1D 211D 21KR 41KD 41KR 31KnKR 1图3-4所示，由图可见，当θ=0︒时，U mn ⋅pj 为正最大值；当θ=±90︒时，U mn ⋅pj =0；当θ=±180︒时，U mn ⋅pj 为负最大值。

显然，输出电压平均值为正值的比相角θ的范围是：︒-90≤θ≤︒90此式满足LZ-21型方向阻抗继电器对比相回路动作条件的要求。

3．实验内容1）整流型阻抗继电器的阻抗整定值的整定和调整前述可知，当方向阻抗继电器处在临界动作状态时，推证的整定阻抗表达式如式（2-8）所示，显然，阻抗继电器的整定与LZ-21中的电抗变压器DKB 的模拟阻抗Z I 、电压变换器YB 的变比n YB 、电压互感器变比n PT 和电流互感器n CT 有关。

例如，若要求整定阻抗为Z set =15Ω，当n PT =100，n CT =20，Z I =2Ω（即DKB 原方匝数为20匝时），则1015=yb n ，即YBn 1=0.67。

也就是说电压变换器YB 副方线圈匝数是原方匝数的67%，这时插头应插入60、5、2三个位置，如图3-5所示。

(a) YB 整定板示意图(b) YB 副方线圈内部接线图3-5 LZ-21型阻抗继电器整定面板说明图/︒图3-4 环形整流比相电路输出电压平均值pj m n U ⋅与比相角θ的关系曲线整定值整定和调整实验的步骤如下：（1）要求阻抗继电器阻抗整定值为Z set =5Ω，实验时设n PT =1，n CT =1，检查电抗变压器DKB 原方匝数应为16匝。

（Z I =1.6Ω）（2）计算电压变换器YB 的变比6.15=yb n ，YB 副方线圈对应的匝数为原方匝数的32%。

（3）在参考图3-1阻抗继电器面板上选择20匝、10匝，2匝插孔插入螺钉。

（4）改变DKB 原方匝数为20匝（Z I =2Ω）重复步骤（1）、（2），在阻抗继电器面板上选择40匝、0匝，0匝插孔插入螺钉。

（5）上述步骤完成后，保持整定值不变，继续做下一个实验。

2）方向阻抗继电器的静态特性Z pu =f （ϕ）测试实验 实验步骤如下：（1）熟悉LZ-21方向阻抗继电器和ZNB-Ⅱ智能多功能表的操作接线及实验原理。

认真阅读LZ-21方向阻抗继电器原理接线图（图3-2）和实验原理接线图（图3-6）-220V图3-6 LZ-21方向阻抗继电器实验原理接线图（2）按实验原理图接线，具体接线方法可参阅LG-11功率方向继电器实验中所介绍的内容。

（3）逆时针方向将所有调压器调到0V，按下移相器电源开关，将滑线电阻的滑动触头移至其中间位置，将继电器灵敏角度整定为72°，整定阻抗设置为5Ω。

（4）合上三相电源开关、单相电源开关和直流电源开关。

（5）调节移相器加入20V左右电压，按下移相器开机按钮。

（6）调节单相调压器的输出电压，保持方向阻抗继电器的电流回路通过的电流为I m=2.0A。

（7）调节三相调压器使电压表读数为表3-2中的值，调节移相器角度，找到使继电器动作（动作信号灯由不亮变亮）的两个灵敏角度ϕ1，和ϕ2，，将数据记录于表3-2。

表3-2方向阻抗继电器静态特性Z pu = f（ϕ）测试（条件为：ϕ内=72︒，I（9）当电压调到很低时，继电器不再动作，此电压范围内就是电压死区。

（10）消除死区：将移相器的输出C相接入电压线圈2，再重复步骤（7）。

（11）实验完成后，将所有调压器输出调至0V，断开所有电源开关。

（12）作出静态特性Z pu=f（ϕ）图，求出整定灵敏度ϕ。

3）测量方向阻抗继电器的静态特性Z pu=f（I m），求最小精工电流实验步骤如下：（1）保持上述接线及阻抗继电器的整定值不变，调整输入电压和电流的相角差为ϕ=ϕsen=72︒并保持不变，即调节移相器的角度为42。

（2）将电流回路的输入电流I m调到某一值（按表3-3中给定值进行）。

（3）断开开关K1，将三相调压器的输出电压调至30V。

（4）合上开关K1，调节两个滑线电阻的滑动触头使电压表的读数由小到大，直到方向阻抗继电器动作，记录相应的动作电压值。

再逐渐增大电压值，直到方向阻抗继电器返回，然后再减小电压值，直到继电器动作，并记下动作电压值。

改变输入电流I m，重复上述操作，测量结果填入表3-3中。

表3-3方向阻抗继电器的静态特性Z pu= f（I m）测试（条件为：ϕ内=72︒，Z（5）实验完成后，使所有调压器输出为0V，断开所有电源开关。

（6）绘制方向阻抗继电器静态特性Z pu=f（I m）的曲线。

（7）在特性曲线上确定最小精工电流和最小动作电流I pu⋅min。

4．思考题（1）分析实验所得Z pu=f（ϕ）和Z pu=f（I m）特性曲线，找出有关的动作区、死区、不动作区。

（2）讨论电压回路和电流回路所接的滑线变阻器的作用。

（3）研究记忆回路和引入第三相电压的作用。

（4）如果LZ-21继电器的模拟阻抗Z I=2Ω，n PT=100，n CT=20，若整定阻抗Z set=45Ω，请问n YB的抽头放在什么位置上？。