詳細(xì)信息
1 用途
1.1 LCD—15H型變壓器差動(dòng)繼電器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)繼電器）用于變壓器或發(fā)電機(jī)一變壓器組
1.2 作為內(nèi)部短路故障的主保護(hù)。
1.3繼電器應(yīng)與FY－1型自耦變流器或FL－8型變流器配套使用。
2 結(jié)構(gòu)與工作原理
2.1結(jié)構(gòu)
繼電器采用嵌入式后接線(JK－31K)結(jié)構(gòu)型式，其外形及安裝尺寸、背后端子圖見(jiàn)附錄。
2.2 工作原理
繼電器采用差電流原理制成，其原理接線如圖1所示。將被保護(hù)設(shè)備(以下簡(jiǎn)稱(chēng)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)不大的差電流。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 原理接線圖
外部故障時(shí)(設(shè)備區(qū)外短路故障或稱(chēng)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，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)。繼電器具有兩側(cè)比例制動(dòng)。經(jīng)過(guò)匹配的設(shè)備兩側(cè)電流互感器二次電流通過(guò)電抗變壓器T4的兩個(gè)原繞組，其副繞組里的感應(yīng)電勢(shì)經(jīng)過(guò)V4整流后成為比例制動(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。繼電器利用差電流里的二次諧波起制動(dòng)作用。因?yàn)橛苛骼镉泻艽蟊壤亩沃C波分量，而內(nèi)部短路故障電流里二次諧波含量很小，可以有效地防止繼電器在變壓器空投時(shí)誤動(dòng)作，而在變壓器內(nèi)部故障時(shí)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。為防止差動(dòng)繼電器在此時(shí)拒動(dòng)，并為加快動(dòng)作速度，繼電器中設(shè)有不帶制動(dòng)的電流速動(dòng)部分，其動(dòng)作電流整定值按大于變壓器空投時(shí)的勵(lì)磁涌流來(lái)決定。
2.2.1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。
2.2.1.1差動(dòng)動(dòng)作部分
由T1、C1、V1及R1組成。T1副繞組與電容器C1組成50Hz諧波電路，其輸出基波電壓（即C1兩端電壓）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。
2.2.1.2 諧波制動(dòng)部分
由T2、C2、C3、T5、V2及R2組成。電抗器T5與電容器C3組成50Hz并聯(lián)諧振回路，成為基波阻波器。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（T5與C3）除掉其中混入的基波分量，由V2整流橋整流后，通過(guò)電阻R2作為諧波制動(dòng)電壓Uz2加在執(zhí)行元件上。
2.2.1.3 差電流速斷部分
由T3、V3、C5及K2等元件組成。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)，K2動(dòng)作跳閘。用整定插頭改變T3副繞組的抽頭(即改變輸出電壓)來(lái)改變差電流速斷動(dòng)作電流整定值。電位器R12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。
2.2.2比例制動(dòng)部分
比例制動(dòng)部分接在“和電流”回路中，由T4、V4、V5、R3～R5等組成。T4有兩個(gè)原繞組分別接入被保護(hù)設(shè)備兩側(cè)電流互感器的二次回路。通過(guò)此兩個(gè)繞組的電流正比于流入設(shè)備和流出設(shè)備的電流，此二電流矢量和在T4副繞組產(chǎn)生一個(gè)與其成正比例的電壓UZ。UZ經(jīng)V4整流橋整流之后，通過(guò)穩(wěn)壓管V5及電阻R3～R5作為比例制動(dòng)電壓Uz1與諧波制動(dòng)電壓Uz2并聯(lián)，通過(guò)R2加在執(zhí)行元件上。Uz1與設(shè)備外部短路時(shí)故障電流成比例，故稱(chēng)比例制動(dòng)電壓。
用插頭改變串聯(lián)電阻R3～R5，可以調(diào)節(jié)比例制動(dòng)電壓的大小，即比例制動(dòng)特性斜率。穩(wěn)壓管V5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)T4原方的電流)較小，小于0.5～1倍繼電器額定電流時(shí)，V5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。
2.2.3主回路動(dòng)作電流調(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)部分組成的，以極化繼電器K1為執(zhí)行元件的回路叫主回路，其執(zhí)行元件叫作主元件。
動(dòng)作電壓與制動(dòng)電壓通過(guò)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（K1端子“4”為正極），此正電壓超過(guò)K1的動(dòng)作電壓后，K1動(dòng)作跳閘，反之K1制動(dòng)。
電阻R6與電位器R11用來(lái)調(diào)節(jié)繼電器主回路的最小動(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。其它整定值是用插頭改變K1的并聯(lián)電阻R7～R9來(lái)得到，可以保證一定的準(zhǔn)確度。
2.2.4其它說(shuō)明
差動(dòng)電流速斷部分的執(zhí)行元件K2（中間繼電器）叫做速斷元件。
主元件K1的引出觸點(diǎn)與速斷元件K2的引出觸點(diǎn)分別由端子1、5和25、27引出，以便分別外接信號(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。
繼電器的動(dòng)作特性見(jiàn)圖2。
繼電器的動(dòng)作時(shí)間特性見(jiàn)圖3。
繼電器的頻率特性見(jiàn)圖4。
圖2 繼電器的動(dòng)作特性
繼電器在各種故障時(shí)的動(dòng)作見(jiàn)表1。
表1
故障類(lèi)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)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) | 動(dòng) |
正常運(yùn)行 | 不動(dòng) | 不動(dòng) |
圖3 繼電器的動(dòng)作時(shí)間特性
3 技術(shù)要求
3.1 額定數(shù)據(jù)
額定交流電流Ie： 5A或1A，50Hz。
3.2 動(dòng)作電流
3.2.1整定范圍
a.額定電流Ie為5A時(shí)：1A，1.5A，2A，2.5A。
b.額定電流Ie為1A時(shí)：0.2A，0.3A，0.4A，0.5A。
3.2.2誤差
動(dòng)作電流十次測(cè)量平均值與刻度值之差與刻度值之比不超過(guò)±10％。
3.2.3返回系數(shù)
不小于0.4。
3.3 制動(dòng)特性斜率
a.整定范圍：0.3，0.4，0.5，0.6；
b.誤差：不超過(guò)±10％。
3.4 二次諧波制動(dòng)比 15％~25％。
3.5 動(dòng)作時(shí)間
在三倍動(dòng)作電流下不大于50ms。
3.6 差電流速斷部分
3.6.1動(dòng)作電流整定范圍
a.額定電流5A時(shí)： 25A，30A，40A，50A，60A，75A；
b.額定電流1A時(shí)： 5A，6A，8A，10A，12A，15A。
3.6.2動(dòng)作電流整定值誤差
動(dòng)作電流三次測(cè)量平均值與刻度值之差與刻度值之比不超過(guò)±10％。
3.6.3動(dòng)作時(shí)間
在1.5倍動(dòng)作電流下，不大于15ms。
3.7 功率消耗
在額定電流下差動(dòng)回路消耗不大于2VA，制動(dòng)回路消耗（每側(cè)）不大于1VA。
3.8 觸點(diǎn)容量
在電壓不大于220V，電流不大于0.2A的直流有感負(fù)荷回路（τ=5ms±0.75ms）中能斷開(kāi)20W。
3.9 負(fù)載能力
當(dāng)環(huán)境溫度為－20℃～45℃時(shí)，繼電器的電流回路允許通過(guò)電流見(jiàn)表2。
圖4 繼電器的頻率特性
表2
回路名稱(chēng) | 制動(dòng)回路 | 差動(dòng)回路 |
長(zhǎng)期允許 | 2Ie | 1.2Ie |
1s允許 | 20Ie | 10Ie |
最大穿越電流(允許0.1s) | 50Ie | -- |
3.10 絕緣強(qiáng)度
a.試驗(yàn)部位
各電路和外露的導(dǎo)電部分之間；
各獨(dú)立電路之間。
b.試驗(yàn)電壓
穩(wěn)壓：2000V1min；
暫態(tài)：5kV，1.2μs/50μs標(biāo)準(zhǔn)雷電波，正、負(fù)極性各三次，每次間隔不少于5s。
3.11 重量
約4.5kg
4 調(diào)試方法
4.1一般檢查
在進(jìn)行通電試驗(yàn)之前應(yīng)檢查：
a.繼電器外觀有無(wú)損壞；
b.鐵芯及零件有無(wú)銹蝕；
c.有否斷線、脫焊情況；
d.所有固定用螺釘有否松動(dòng)、劈口現(xiàn)象；
e.插頭接觸是否可靠。
4.2 主回路動(dòng)作電流及動(dòng)作時(shí)間檢查
試驗(yàn)接線見(jiàn)圖5所示。
圖5 主回路動(dòng)作電流及時(shí)間試驗(yàn)接線
4.2.1動(dòng)作電流試驗(yàn)
a.閉合開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)電流使繼電器動(dòng)作，K1觸點(diǎn)閉合，讀出動(dòng)作電流值；
b.減小電流讀出返回電流值；
c.對(duì)應(yīng)于每個(gè)整定刻度，重復(fù)上述測(cè)量十次，取十次讀數(shù)平均值為繼電器的動(dòng)作電流Id和返回電流If，按下式(1)算出返回系數(shù)kf：
kf= If/ Id (1)
d. Id如果不符合技術(shù)要求之規(guī)定可以調(diào)節(jié)繼電器里的電位器R11使之符合要求。
4.2.2動(dòng)作時(shí)間檢查
a.閉合開(kāi)關(guān)，調(diào)電流至三倍整定動(dòng)作電流后打開(kāi)開(kāi)關(guān)；
b.合上開(kāi)關(guān)，突然施加電流測(cè)出動(dòng)作時(shí)間值；
c.取十次測(cè)量值的平均值作為動(dòng)作時(shí)間值；
d.要用毫秒表測(cè)動(dòng)作時(shí)間。
4.3 動(dòng)作特性試驗(yàn)
試驗(yàn)接線見(jiàn)圖6，試驗(yàn)步驟如下：
圖 6 動(dòng)作特性試驗(yàn)接線
a.將動(dòng)作電流整定為最小值（額定電流Ie為5A的產(chǎn)品整定1A，額定電流Ie為1A的產(chǎn)品整定為0.2A）。
b.依次調(diào)節(jié)制動(dòng)電流Iz等于1.5Ie和3Ie，增加Id求出對(duì)應(yīng)于每一Iz值的動(dòng)作電流值。
c.按下式求出制動(dòng)特性斜率kz：
kz＝(Id2－Id1)/2·(Iz2－Iz1)…………(2)
式中：Id2—制動(dòng)電流為Iz2時(shí)的動(dòng)作電流；
Id1—制動(dòng)電流為Iz1時(shí)的動(dòng)作電流。
d. kz如不符合技術(shù)要求中的規(guī)定，可以改變電抗變壓器T4副繞組抽頭來(lái)達(dá)到。
4.4 諧波制動(dòng)特性試驗(yàn)
試驗(yàn)接線見(jiàn)圖7。試驗(yàn)步驟如下：
圖 7 諧波制動(dòng)特性試驗(yàn)接線
a.調(diào)節(jié)整流電流I2=Ie；
b.調(diào)節(jié)正弦電流I1，至繼電器動(dòng)作，再減小I1至繼電器剛剛返回，拉合開(kāi)關(guān)S，繼電器不應(yīng)動(dòng)作，如動(dòng)作時(shí)應(yīng)再減小I1，直到拉合S繼電器剛好不動(dòng)時(shí)，讀出電流I1；
c.按下式求出諧波制動(dòng)比
k=0.3IZ/ (0.71I2＋I(xiàn)1) ……………(3)
d. k值如不符合技術(shù)要求規(guī)定時(shí)，應(yīng)檢查T(mén)2與C2的諧振回路是否調(diào)好，如不好可改變T2副邊抽頭來(lái)調(diào)節(jié)。
4.5 差電流速斷部分試驗(yàn)
試驗(yàn)接線如圖5。方法與4.2項(xiàng)相同。但應(yīng)注意：
a.引出觸點(diǎn)端子為25，27；
b.試驗(yàn)時(shí)應(yīng)取下極化繼電器K1，以免它多次受大電流沖擊造成動(dòng)作值改變（過(guò)一段時(shí)間可以恢復(fù)）影響其它項(xiàng)目試驗(yàn)；
c.每次試驗(yàn)通電時(shí)間不要太長(zhǎng)，兩次通電間要有一定的時(shí)間間隔，以免損壞繼電器。取三次測(cè)量平均值作為測(cè)量結(jié)果。
d.測(cè)量動(dòng)作時(shí)間就在整定值為5Ie時(shí)用1.5倍整定動(dòng)作電流（即7.5Ie）測(cè)量。
4.6 諧振回路調(diào)整
諧振回路在出廠之前已調(diào)整好，出廠之后一般不需調(diào)整。僅在運(yùn)輸中發(fā)生損壞或其它性能不符合要求(如動(dòng)作電流比整定值大得太多，諧波制動(dòng)比不合格等)時(shí)才進(jìn)行諧振回路的檢查與調(diào)整。
4.6.1基波諧振回路
按圖8接好試驗(yàn)電路。
圖中：PV—高內(nèi)阻電壓表 TT—220/12V～24V變壓器
F—變頻電源20Hz～1000Hz，容量S≥10VA。
圖8 諧振回路調(diào)試接線
a.斷開(kāi)由電容器C1B的“2”端至整流組塊2V1～3之間的連線；
b.用變頻電源向繼電器差動(dòng)回路(端子2和8)通入50Hz，1A電流，用高內(nèi)阻電壓表測(cè)量C1A兩極之間交流電壓UC1；
c.調(diào)節(jié)輸入電流頻率使UC1為最大值，此時(shí)的頻率為回路諧振頻率；
d.改變電抗變壓器T1抽頭位置(將C1A的“2”端引向T2的引線分別焊在電抗變壓器T1的M11，M12，M13和M1各抽頭上)按上述方法求出每個(gè)抽頭對(duì)應(yīng)的諧振頻率；
e.取諧振頻率為50Hz±1Hz的抽頭為所選抽頭，與電容器C1A的“2”端引線焊好，則諧振回路調(diào)好；
f.恢復(fù)電容器C1B的“2”端至整流組塊2V1—3之間的連線。
4.6.2二次諧波諧振回路
試驗(yàn)電路及調(diào)試方法與“4.6.1”項(xiàng)相同，但要注意：
a.斷開(kāi)C2B電容“1”端至2V2—3之間連線；
b.調(diào)節(jié)電抗變壓器T2上的抽頭M11，M12，M13與M1；
c.取諧振頻率為100Hz±2Hz的抽頭為所選抽頭。
4.6.3基波阻波器
試驗(yàn)電路見(jiàn)圖9。
圖中：PV1，PV2—高內(nèi)阻電壓表 F—變頻電源
圖 9 阻波器調(diào)試接線
a.斷開(kāi)C3A電容的“1”端至2V2～4之間的連線；
b.在T5接線板上斷開(kāi)電容C3B“2”端至電抗器T5抽頭的連線，在斷開(kāi)處用變頻電源加5V，50Hz左右電壓；
c.用高內(nèi)阻電壓表測(cè)量電容器C3A兩極之間的電壓UC3；調(diào)節(jié)輸入電壓頻率使UC3為最大；此時(shí)的頻率即為諧振頻率；
d.改變電源所加的電抗器T5抽頭位置，求出每個(gè)抽頭所對(duì)應(yīng)的諧振頻率，取諧振頻率為50±1Hz者為所選抽頭，將由電容C3B“2”端來(lái)的連線焊在該抽頭上，則阻波器調(diào)好；
e.恢復(fù)a項(xiàng)斷開(kāi)之線。
5 使用與維護(hù)
5.1 使用接線
使用接線示意圖見(jiàn)圖10（a）和圖10(b)。
5.2 整定方法
5.2.1FY—1自耦變流器或FL—8變流器的變比選擇
a.按下式計(jì)算被保護(hù)變壓器兩側(cè)額定電流：
I1=P/V1 I2=P/V2………(4)
式中：P—變壓器額定容量 kVA。
b.按下式計(jì)算FY－1或FL－8變流器輸入電流。
i1△=I1/N1 i2y= I2/N2………(5)
式中：N1，N2—變壓器兩側(cè)電流互感器變比。
i1△—由電流互感器△形接線側(cè)輸入到FY－1或FL－8變流器初級(jí)的電流A。
i2y—由電流互感器Y形接線側(cè)輸入到FY－1或FL－8變流器初級(jí)或直接到繼電器的電流A。
V1，V2—變壓器兩側(cè)額定電壓kV。
I1，I2—變壓器兩側(cè)額定電流A。
c.由FY－1或FL－8變流器初級(jí)輸入電流i1△和i2y確定其接線端子FY－1自耦變流器次級(jí)輸出電流（即輸入繼電器的電流）按5A考慮時(shí)，由LCD－4中表5選擇其抽頭。FL－8變流器次級(jí)輸出電流有4種（5，2.89，1，0.577A）可任意選用。初級(jí)輸入電流在0.24A～1.6A范圍應(yīng)采用FL－8/1型由LCD－4中表6選擇抽頭，初級(jí)輸入電流在1.2A～8A范圍內(nèi)應(yīng)采用FL－8/5型，由LCD－4中表7選擇抽頭。
(a)雙側(cè)用FY—1補(bǔ)償 (b)單側(cè)用FY—1補(bǔ)償
圖 10LCD—15H使用接線圖
5.2.2 制動(dòng)特性斜率的確定
按下式確定制動(dòng)特性斜率
kz=kk(△U/2 +△I+△m)…………(6)
式中：△U—變壓器分接頭調(diào)節(jié)范圍，一般取0.2。
△I—過(guò)電流時(shí)電流互感器1—2LH的誤差，一般取0.1。
△m—調(diào)平衡后FY—1或FL—8的變比誤差。
kk—可靠系數(shù)，可取1.3～2。
5.2.3動(dòng)作電流整定值
按下式確定動(dòng)作電流整定值
Izd＝kk(△U/2＋△I1＋△m)Ie…………(7)
式中：△I1—正常時(shí)，電流互感器1—2LH的誤差，一般取0.02—0.05，Ie—變壓器額定電流（折算到FY—1或FL—8變流器二次后的值）。
5.2.4差電流速斷整定
差電流速斷的整定值按變壓器空投時(shí)可能出現(xiàn)的最大涌流的1.5～2倍確定，一般參考表3確定。
表3
變壓器聯(lián)接組 | 變壓器容量 MVA | 變壓器電源在 | |
高壓側(cè) | 低壓側(cè) | ||
Y--Y | <10 | 15Ie | 15Ie |
Y--Y | >10 | 10Ie-12Ie | 10Ie-12Ie |
Y--△(低壓) | >10 | 6 Ie-8Ie | 10Ie-12Ie |
5.3 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量
在繼電器投入運(yùn)行后，設(shè)備帶有一定負(fù)荷時(shí)(越大越好)，進(jìn)行下述測(cè)量。
a.在背后端子“29”與“31”間測(cè)得差電壓不大于1V，否則要考慮接線極性或FY—1變比選擇是否正確。
b.在繼電器背后端子“37”“39”間測(cè)得制動(dòng)電壓應(yīng)不小于下式算得值：
Uz=10I/Ie …………… (8)
式中：I—由設(shè)備電流互感器輸入到繼電器中的電流；