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LCD-4型變壓器差動(dòng)繼電器



1　用途

LCD－4型變壓器差動(dòng)繼電器 (以下簡(jiǎn)稱繼電器) 用于變壓器或發(fā)電機(jī)一變壓器組，作為內(nèi)部短路故障的主保護(hù)。

繼電器應(yīng)有FL－8型變流器或FY－1型自耦變流器與它配套使用。

2　結(jié)構(gòu)與工作原理

繼電器采用JK－31K殼體，其外形尺寸、安裝開(kāi)孔尺寸及端子圖見(jiàn)附錄3。原理接線圖見(jiàn)圖1.

繼電器采用差電流原理制成。將被保護(hù)設(shè)備(以下簡(jiǎn)稱設(shè)備)各側(cè)電流互感器二次電流經(jīng)FY－1或FL－8變流器匹配之后，引入繼電器中。在設(shè)備內(nèi)部故障時(shí)，流入設(shè)備的電流與流出設(shè)備的電流大小與相位不同，產(chǎn)生差電流使繼電器動(dòng)作。

在正常運(yùn)行時(shí)，由于流入設(shè)備和由設(shè)備流出的電流(按變壓器變比折算到一側(cè)后)相同，理論上講沒(méi)有差電流。實(shí)際上由于各側(cè)電流互感器變比不同、誤差不同及變壓器調(diào)節(jié)分接頭位置等原因，存在一個(gè)不大差電流，這個(gè)差電流不大于設(shè)備額定電流Ie的10％～15％，繼電器的整定動(dòng)作電流應(yīng)大于此差電流。



圖1　LCD—4型差動(dòng)繼電器原理接線圖

外部故障時(shí)（保護(hù)區(qū)外短路故障或稱穿越性故障），流過(guò)設(shè)備的電流可能很大，在故障開(kāi)始瞬間的暫態(tài)過(guò)程中，短路電流里還包含很大的非周期分量，因而設(shè)備各側(cè)的電流互感器可能飽和。此時(shí)，由于各電流互感器磁化特性不一致，其二次差電流可能很大。為防止繼電器在這種情況下誤動(dòng)作，設(shè)有比例制動(dòng)回路。當(dāng)短路電流增大時(shí)，制動(dòng)量按比例增大，使繼電器制動(dòng)。本繼電器具有4側(cè)比例制動(dòng)。 經(jīng)過(guò)匹配的設(shè)備各側(cè)電流互感器二次電流，通過(guò)電抗變壓器T4、T5的原繞組，其副繞組里感應(yīng)的電勢(shì)經(jīng)過(guò)整流橋V4、V5整流之后成為比例制動(dòng)電壓。

　　在變壓器空載投入或外部短路故障切除后電壓恢復(fù)過(guò)程中，變壓器的勵(lì)磁涌流可能很大，其值有時(shí)可達(dá)變壓器額定電流的4～8倍，遠(yuǎn)大于繼電器的整定動(dòng)作電流。又因涌流僅出現(xiàn)在一側(cè)，對(duì)差動(dòng)繼電器來(lái)講相當(dāng)于差電流，如不采取閉鎖措施，將會(huì)誤動(dòng)作。本繼電器利用差電流里的二次諧波起制動(dòng)作用。因?yàn)橛苛骼锖泻艽蟊壤亩沃C波分量，可以有效的防止繼電器因涌流造成的誤動(dòng)作。相反因設(shè)備內(nèi)部短路故障電流里二次諧波含量很小，所以在變壓器內(nèi)部故障時(shí)，繼電器又不會(huì)拒動(dòng)。接在差電流回路里的電抗變壓器T2用來(lái)取出二次諧波制動(dòng)量。

　　在設(shè)備內(nèi)部嚴(yán)重故障時(shí) (如引出線短路)，短路電流很大，可達(dá)額定電流的20～30倍以上。此時(shí)各側(cè)電流互感器可能?chē)?yán)重飽和，其二次電流中可能出現(xiàn)很大的各次諧波分量，為防止繼電器在此時(shí)拒動(dòng)或緩動(dòng)，并為加快動(dòng)作速度，防止被保護(hù)變壓器出現(xiàn)油箱爆破等嚴(yán)重故障，在繼電器中設(shè)有不帶制動(dòng)的差電流速動(dòng)部分。其動(dòng)作電流整定值按大于變壓器空投時(shí)的最大可能勵(lì)磁涌流來(lái)決定。

1. 差電流回路

　　在差電流回路里 (引出端子2與8之間) 共有三只電抗變壓器T1～T3并由它們組成三個(gè)部分。

a.　差動(dòng)動(dòng)作部分

　　由電抗變壓器T1、電容器C1、整流橋V1及電阻R1組成。電抗變壓器T1的副繞組與電容器C1組成50Hz諧振電路，其輸入電壓 (即電容器C1兩端電壓) 主要是基波電壓U1，經(jīng)V1整流橋整流后，通過(guò)電阻R1，作為動(dòng)作電壓 (Ud) 加在執(zhí)行元件極化繼電器K1及其附加電阻上。

b. 諧波制動(dòng)部分

由電抗變壓器T2、電容器C2、電抗器T6、電容器C3、整流橋V2及電阻R2組成。電抗器T6與電容器C3組成50Hz并聯(lián)諧振回路，成為基波阻波器。電抗變壓器T2的副繞組與電容器C2組成100Hz諧振電路，通過(guò)它取出正比于差電流里二次諧波分量的100Hz電壓U2，再經(jīng)過(guò)基波阻波器 (電抗器T6與電容器C3) 除掉其中混入的基波分量，由V2整流橋整流之后，通過(guò)電阻R2作為諧波制動(dòng)電壓Uz2加在執(zhí)行元件上。

c. 差電流速斷部分

　　由電抗變壓器T3、整流橋V3、電容器C5及中間繼電器K2等元件組成。電抗變壓器T3的副繞組輸出電壓與差電流成正比，此電壓經(jīng)V3整流橋整流，再經(jīng)電容器C5濾波之后，加在執(zhí)行元件中間繼電器K2及其串聯(lián)電阻上。當(dāng)差電流達(dá)到差電流速斷整定值時(shí)，中間繼電器K2動(dòng)作跳閘。用整定插頭改變電抗變壓器T3副繞組的抽頭(即改變輸出電壓)來(lái)改變差電流速斷的動(dòng)作電流整定值。電位器R13用來(lái)調(diào)節(jié)最小差動(dòng)速斷電流，在出廠前調(diào)好鎖緊，其它整定值均可保證一定的準(zhǔn)確度。

2. 比例制動(dòng)部分

　　比例制動(dòng)部分接在“和電流”回路中，由電抗變壓器T4、T5，整流橋V4、V5，穩(wěn)壓管V8、V9，電阻R8～R11等組成。電抗變壓器T4與T5均有兩個(gè)原繞組，每個(gè)繞組分別接入被保護(hù)設(shè)備一側(cè)電流互感器的二次回路。通過(guò)這些繞組電流正比于設(shè)備各側(cè)的流入和流出電流。這些電流在電抗變壓器T4和T5副繞組產(chǎn)生與其成比例的電壓Uz′和Uz″，Uz′經(jīng)整流橋V4整流后再通過(guò)穩(wěn)壓管V8和Uz″經(jīng)V5整流后通過(guò)穩(wěn)壓管V9得到電壓，并聯(lián)成為比例制動(dòng)電壓Uz1，此電壓通過(guò)電阻R8～R11之后與諧波制動(dòng)電壓Uz2并聯(lián)再通過(guò)電阻加在執(zhí)行元件上起制動(dòng)作用。Uz1與設(shè)備外部短路時(shí)的最大故障電流成比例。

　　用插頭改變串聯(lián)電阻R8～R11，可以調(diào)節(jié)比例制動(dòng)電壓的大小，即改變比例制動(dòng)特性。穩(wěn)壓管V8、V9用來(lái)得到零制動(dòng)段 (見(jiàn)圖2)，即當(dāng)制動(dòng)電流 (通過(guò)電抗變壓器T4、T5原邊的電流) 較小，小于0.5～1倍繼電器額定電流時(shí)，穩(wěn)壓管V8、V9不能擊穿， 無(wú)比例制動(dòng)電壓加在執(zhí)行元件上，用以提高繼電器對(duì)設(shè)備內(nèi)部輕微短路故障 (如變壓器匝間短路) 的靈敏度。



圖2　繼電器的動(dòng)作特性

3. 主回路動(dòng)作電流的調(diào)節(jié)

　　由差動(dòng)動(dòng)作部分、諧波制動(dòng)部分和比例制動(dòng)部分組成。以極化繼電器K1為執(zhí)行元件的回路叫作主回路，其執(zhí)行元件叫作主元件。

　　在主回路里，動(dòng)作電壓Ud與制動(dòng)電壓Uz1、Uz2通過(guò)電阻R1、R2合成后，其代數(shù)和由電容器C4濾波后加在執(zhí)行元件上。當(dāng)動(dòng)作電壓大于制動(dòng)電壓時(shí)，和電壓為正 (極化繼電器K1端子4為正極)，此正電壓超過(guò)極化繼電器K1的動(dòng)作電壓后，極化繼電器K1動(dòng)作跳閘。反之，制動(dòng)電壓大于動(dòng)作電壓時(shí)，和電壓為負(fù)，極化繼電器K1制動(dòng)。

　　電阻R3與電位器R4用來(lái)調(diào)節(jié)繼電器主回路最小動(dòng)作電流 (1A或0.2A)，在出廠前或更換極化繼電器后調(diào)好并鎖緊。其它動(dòng)作電流整定值是用插頭改變極化繼電器K1的并聯(lián)電阻R5～R7來(lái)得到，可以保證一定的準(zhǔn)確度。

4. 其它說(shuō)明

　　差動(dòng)電流速斷部分的執(zhí)行元件中間繼電器K2叫做速斷元件。

　　主元件極化繼電器K1的觸點(diǎn)由端子1～5引出，速斷元件中間繼電器K2的觸點(diǎn)由端子1～3引出，可分別外接不同的信號(hào)繼電器，便于分析故障，如不需分別接信號(hào)繼電器時(shí)，可將它們?cè)诙俗由喜⒙?lián)后引出。

　　端子7～9～11，10～12～14，2～4，6～8為電流端子，不帶有自動(dòng)短路機(jī)構(gòu)，在繼電器由殼體中抽出時(shí)，應(yīng)先將該電流回路短接，防止電流互感器二次開(kāi)路。

　　繼電器各部分在各種故障時(shí)的動(dòng)作情況見(jiàn)表1。

繼電器的動(dòng)作特性見(jiàn)圖2，動(dòng)作時(shí)間特性見(jiàn)圖3，頻率特性見(jiàn)圖4。

表1

故障類型
動(dòng)作情況

主元件
速斷元件

保護(hù)區(qū)外短路
不動(dòng)
不動(dòng)

變壓器空投
不動(dòng)
不動(dòng)

保護(hù)區(qū)內(nèi)一般短路
動(dòng)
不動(dòng)

保護(hù)區(qū)內(nèi)嚴(yán)重短路
動(dòng)或緩動(dòng)
速動(dòng)

正常運(yùn)行
不動(dòng)
不動(dòng)