外部故障時(shí)(保護(hù)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*,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zui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)zui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zui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zui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(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)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) |
圖3 繼電器的動(dòng)作時(shí)間特性
Us為主回路輸出(XJ6與XJ5之間)電壓(即加在
執(zhí)行元件上的電壓),輸入差電流為1A。
圖4 繼電器的頻率特性
3 技術(shù)要求
1.額定數(shù)據(jù)
額定交流電流 (Ie):1A 、5A,50Hz。
2.動(dòng)作電流
a. 整定范圍
額定電流Ie為5A時(shí):1A,1.5A,2 A,2.5A;
額定電流Ie為1A時(shí):0.2A,0.3A,0.4A,0.5A。
b. 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%。
c. 返回系數(shù): 不小于0.4。
3.制動(dòng)特性斜率
a.整定范圍:30%,40%,50%,60%;
b.誤差:不超過(guò)±10%。
4.二次諧波制動(dòng)比:15%~25%。
5.動(dòng)作時(shí)間
3倍動(dòng)作電流下不大于60ms。
10倍動(dòng)作電流下不大于40ms。
6.差電流速斷部分
a. 動(dòng)作電流整定范圍
額定電流5A時(shí):25A,30A,40A,50A,
60A,75A;
額定電流1A時(shí):5A,6A,8A,10A,12A,15A。
b. 動(dòng)作電流整定值誤差
動(dòng)作電流三次測(cè)量平均值同刻度值之差與刻度值比不超過(guò)±10%。
c. 動(dòng)作時(shí)間
在1.5倍動(dòng)作電流下,不大于15ms。
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。
8. 觸點(diǎn)斷開(kāi)容量
在直流有感(τ=5ms)回路,U≤220V,
I≤0.2A為20W。
在交流回路中能斷開(kāi)負(fù)荷30VA (cosφ=0.4±0.1)
9. 絕緣電阻
不小于300MΩ。
10. 介質(zhì)強(qiáng)度
在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)大氣條件下,繼電器各導(dǎo)電電路與外露的非帶電金屬部分及外殼之間,以及在電氣上無(wú)的不同電路之間,應(yīng)能承受交流2kV(有效值)50Hz試驗(yàn)電壓歷時(shí)1min,無(wú)絕緣擊穿或閃絡(luò)現(xiàn)象。
11. 熱要求
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。
表 2
回路名稱(chēng) | 制動(dòng)回路 | 差動(dòng)回路 |
*允許 | 2Ie | 1.2Ie |
1s允許 | 20Ie | 10Ie |
zui大穿越電流 (允許0.1s) | 50Ie | -- |
12.壽命
機(jī)械壽命為1×104次。
電壽命為1×103次。
13.重量:約6kg。
4 調(diào)試方法
1.一般檢查
在通電試驗(yàn)之前應(yīng)檢查:
a. 繼電器外觀有無(wú)損壞;
b. 有否斷線,脫焊情況;
c. 所有固定用螺釘有否松動(dòng);
d. 插頭接觸是否可靠。
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。
圖5 動(dòng)作電流與動(dòng)作時(shí)間試驗(yàn)接線
a. 動(dòng)作電流試驗(yàn)
1) 閉合開(kāi)關(guān)S,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;
2) 減少電流讀出返回電流值;
3) 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)平均值作為繼電器的動(dòng)作電流Id和返回電流If,按下式(1)算出返回系數(shù)。
kf =If/Id…………(1)
4) 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R4和電阻R3使之符合要求。
b. 動(dòng)作時(shí)間檢查
1) 仍按圖5接線,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);
2) 合上開(kāi)關(guān),突然施加電流,用毫秒表測(cè)出動(dòng)作時(shí)間;
3) 取十次測(cè)量值的平均值作為動(dòng)作時(shí)間值。
3. 動(dòng)作特性
試驗(yàn)接線見(jiàn)圖6。試驗(yàn)步驟如下:
a. 將動(dòng)作電流整定在zui小值 (0.2Ie),令I(lǐng)z=0,檢查繼電器的動(dòng)作電流Id;
b. 給一較低的IZ值 (1.5Ie),增加Id,直至繼電器動(dòng)作;
c. 調(diào)節(jié)Iz為3Ie,增加Id,求出對(duì)應(yīng)每一個(gè)Iz值的Id。
d. 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。
圖6 動(dòng)作特性試驗(yàn)接線
e. kz如不滿足項(xiàng)3中規(guī)定,可以改變電抗變壓器T4副繞組抽頭來(lái)達(dá)到;
f. 將端子7、9、11的接線改到10、12、14上,重復(fù)上述試驗(yàn),求出kz值應(yīng)符合項(xiàng)3中規(guī)定。如不符合要求,可以改變電抗變壓器T5副繞組抽頭來(lái)達(dá)到。
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:
A2—電磁式或電動(dòng)式交流電流表,
D—200V,10A二極管
圖7 諧波制動(dòng)試驗(yàn)接線
a. 調(diào)節(jié)整流電流I2=Ie,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,若動(dòng)作則應(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。
b. 按下式求出諧波制動(dòng)比k
k=0.3I2/(0.71I2+I1)…………(2)
c. 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及T6與C3的諧振回路是否調(diào)好,如不好可用改變T2副邊抽頭及T6抽頭來(lái)調(diào)節(jié)。
5.差電流速斷部分試驗(yàn)
試驗(yàn)接線如圖5。方法與2項(xiàng)相同,但應(yīng)注意:
a. 引出觸點(diǎn)端子為1~3;
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)間用1.5倍整定動(dòng)作電流測(cè)量。
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 (如諧波制動(dòng)不合格,動(dòng)作電流比整定值大很多等) 時(shí)才進(jìn)行諧振回路的檢查與調(diào)整。
a. 基波諧振回路
按圖8接好試驗(yàn)電路。
1) 斷開(kāi)由電容器C1的“2”端接至測(cè)試插孔XJ1的聯(lián)線 (在C1的端子“2”上斷開(kāi));
2) 用變頻電源向繼電器差動(dòng)回路 (端子2、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;
3) 調(diào)節(jié)輸入電流頻率使Uc1為zui大值,此時(shí)頻率即為回路的諧振頻率;
4) 改變T1抽頭位置 (將C1B的“1”端子引向T1的引線分別焊到T1的M11~M1各抽頭上)按“C”項(xiàng)方法求出每個(gè)抽頭對(duì)應(yīng)的諧振頻率;
5) 取諧振頻率為50Hz±1Hz的抽頭為所用抽頭,將它與C1B引線焊好,則諧振回路調(diào)好;
6) 恢復(fù)“a”項(xiàng)斷開(kāi)的聯(lián)線。
b. 二次諧波諧振回路
試驗(yàn)電路與調(diào)試方法與a項(xiàng)相同,但有如下區(qū)別:
1) 斷開(kāi)由電容C2B“2”端子至C3A的聯(lián)線;
2) 輸入差回路電流為100Hz、1A;
3) 調(diào)節(jié)T2的M11~M1抽頭;
4) 取諧振頻率為100Hz±2Hz的抽頭為所選抽頭。
c. 基波阻波器
試驗(yàn)接線見(jiàn)圖9。
3)由FY-1或FL-8變流器初級(jí)輸入電流i1△、i2△和i3y確定其接線端子。FL-8變流器次級(jí)輸出有4個(gè)抽頭(5,2.89,1,0.577A),初級(jí)抽頭按表6、表7選用。 FY-1自耦變流器次級(jí)輸出電流按5A考慮,按表5選擇其抽頭。
4)計(jì)算舉例(以FY-1為例)
圖11 計(jì)算舉例
①計(jì)算變壓器各側(cè)電流
I
1 = (100×
103)/( ×220)=262.4AI
2=(100×
103)/( ×110)=524.9AI
3=(100×
103)/( ×13.8)=4184A②計(jì)算變流器輸入電流
i
1△= (
×
262.4)/100 = 4.545Ai
2△= (
×
524.9)/200 = 4.545Ai3y = 4184/1000 = 4.184A
③選FY-1變比
1FY-1取4.55/5A初級(jí)1~4頭,次級(jí)1~7頭;
2FY-1取4.55/5A 初級(jí)1~4頭,次級(jí)1~7頭;
3FY-1取4.21/5A 初級(jí)1~4頭,次級(jí)1~9頭。
?、茏儽日`差
zui大為△=(4.21-4.184)/4.184=0.006
⑤在變壓器各側(cè)繞組帶實(shí)際額定容量負(fù)荷下,流入繼電器的電流計(jì)算
變壓器各側(cè)實(shí)際額定電流為:
I1 = 262.4A
I
2 = (60×
103)/ ( ×110) = 315A I
3 = (60×
103)/ ( ×13.8) = 2510A 此時(shí)FY-1輸入電流為:
i1△= 4.545A
i
2△= (
×
315)/200 = 2.73Ai3y = 2510/1000 = 2.51A
流入繼電器的電流:
由1FY—1流入繼電器電流i1=5A;
由2FY—1流入繼電器電流i2=3A;
由3FY—1流入繼電器電流i3=2.98A。
b.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)
式中,△U—變壓器分接頭調(diào)壓范圍,一般取0.2左右;
△I—過(guò)電流時(shí)電流互感器1~4LH誤差,一般取0.1;
△m—FY-1或FL-8不*調(diào)平衡造成的誤差以及FY-1或FL-8變比誤差;
kk—可靠系數(shù),取1.3~2。
c.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1~4LH的誤差,一般0.03~0.05;
Ie—變壓器額定電流折算到FY—1自耦變流器二次側(cè)后的值。
d. 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zui大涌流的1.5~2倍確定,一般可參考表3來(lái)確定。
3.現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量
在繼電器投入運(yùn)行之后,設(shè)備帶有一定負(fù)荷時(shí) (為滿載) 進(jìn)行下述測(cè)量:
a. 在繼電器面板上測(cè)試插孔XJ1與XJ2間測(cè)得差電壓應(yīng)不大于1V,否則要考慮接線極性或FY-1變比選擇是否正確;
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 | 6Ie -8Ie | 10Ie -12Ie |
b. 在繼電器面板上測(cè)試插孔XJ5與XJ7與XJ8間測(cè)得制動(dòng)電壓不小于下式算得值:
VZ=10×I/Ie(V) (8)
式中,I—設(shè)備所帶負(fù)荷電流(折算到FY-1或FL—8輸出端的值),A;
Ie—繼電器額定電流,A。
4.使用注意
a. 繼電器電流端子不具有自動(dòng)短路功能,繼電器撥下之前,必須先將電流端子短接,防止CT開(kāi)路。
b. 包裝好的繼電器應(yīng)該用適宜的交通工具運(yùn)輸,注意防潮、防震,保證繼電器不受機(jī)械損壞及不良天氣 (如雨、雪、風(fēng)、沙等) 和腐蝕性氣體的侵襲。
c. 因繼電器本身較重,在發(fā)運(yùn)時(shí)不要安裝在保護(hù)屏上,單獨(dú)包裝發(fā)運(yùn)為宜。
d. 繼電器應(yīng)在包裝好后保存,應(yīng)保存在-25℃~70℃及相對(duì)濕度不大于75%的室內(nèi),室內(nèi)氣溫不應(yīng)有劇烈的變化,且無(wú)腐蝕性氣體存在。
e. 繼電器與FY-1變流器應(yīng)裝在同一屏上且連接線要短,以免阻抗大影響FY-1性能。
5. 對(duì)極化繼電器的要求見(jiàn)表4 。
6 訂貨須知
訂貨時(shí)請(qǐng)指明繼電器的型號(hào)、名稱(chēng)、額定數(shù)據(jù)及安裝方式.