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LCD-16差動繼電器
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由電抗變壓器 3DKB、整流橋 ZL3、電阻R4、電容器C5、電位器W2及中間繼電器ZJ組成。被保護設備內部嚴重故障時, 3DKB原繞組通過很的差電流, 其副繞組輸出電壓U3 經過ZL3整流,C5濾波后在執行回路(R4、W2 與ZJ 的串聯電路) 中產生電流。此電流大于K2的動作電流時K2 快速動作,通過觸點K2 動作跳閘。這部分是一個快速的差電流繼電器,無制動部分。這個電路的動作電流用改變3DKB副繞組匝數(即改變抽頭) 的辦法進行調整。抽頭的調整用繼電器面板上的插頭組 CT2 來實現。電位器 W2 用來調整最小差動速斷電流整定值,此值調好后,其它整定值即可保證一定的準確度。 3.4 電流調節部分工作原理   這部分的作用是用來進行變比調節和電流匹配(或稱調平衡)的。通常被保護設備各側電壓等級不同,所裝的電流互感器變比不同。在額定負荷時,各側變流器的二次電流一般均不同。為此,以往必須用輔助中間變流器或自耦變流器 (均為多抽頭的)再進行一次變換使流入差動繼為省去輔助中間變流器,本繼電器設有電流調節回路對設備各側電流互感器二次流入繼電器的電流進行變換,使之相同或作用相同,相當于將輔助中間變流器裝在繼電器里的作用。   這部分由自耦變流器T和電抗變壓器4~6DKB的原繞組組成。在設備各側帶額定負荷,流入繼電器各側的電流不同時,利用插頭來改變4~6DKB原繞組的抽頭,使在各側額定電流時,U4 ~U6均相同(參看圖2、圖4),例如I側(端子4)流入的額定電流為3.3A時,則插頭就插在3.3位置,(該抽頭匝數為W 1)。此時4DKB原繞組的勵磁磁勢為3.3W1安匝。付方輸出電壓為 U 4,Ⅱ側(端子6)流入的額定電流為4.6A,則插頭就插在4.6位置(該插頭匝數為W2)。此時5DKB原繞組的勵磁磁勢為4.6W2安匝,副方輸出電壓為U5,Ⅲ側(端子8)流入的額定電流為5A,則插頭插“5”位置(該插頭匝數為W3),此時6DKB原繞組的勵磁磁勢為5W3安匝,副繞組輸出電壓為U6。繼電器設計時選擇4~6DKB的原繞組抽頭匝數時,使每個抽頭的匝數與對應標字(即標稱電流)乘積相等。根據這個原則知:3.3W1 = 4.6W2 = 5W3 。所以 U4 = U5 =U6,制動部分達到了調節的目的。   自耦變流器的作用是調平衡,使正常運行或外部故障時 (在被保護設備各側電流互感器,以下簡稱主CT,變比正確,未飽和時) 流入1DKB~3DKB 原繞組的差電流為零。 如上述假設Ⅰ側額定電流為 3.3A,插頭插在“3.3”位,則該電流通過4DKB原繞組后流入T的“3.3”位抽頭(對應匝數WB1) 在T 繞組中產生的磁勢為3.3WB1。Ⅱ側額定電流為 4.6安,插頭插在“4.6”位,則該電流通過5DKB原繞組后流入T的“4.6”位抽頭(對應匝數WB2),在T繞組中產生的磁勢為4.6WB2。Ⅲ側額定電流為5A,抽頭插在“5”位,該電流通過6DKB原繞組后流入T的“5”位抽頭 (對應匝數WB3)在T繞組里產生的磁勢為5WB3。T抽頭匝數的選擇原則也是每個抽頭的匝數與對應標字的乘積相等。根據這個原則3.3WB1=4.6WB2=5WB3。 如每個電流單獨作用于T時,在T的輸出端輸出的電流(通過1~3DKB原繞組的電流)應均為5A。同理,三個電流同時作用時,因設備內部無故障,流入電流與流出電流之和應為零,則T的輸出端無電流,即已調平衡。   本繼電器兩部分在各種工況下的動作情況見表1所示。 表 1 工況(或故障性質) 動作情況 速動回路 主回路 正常運行 不動 不動 保護區外短路 不動 不動 變壓器空載投入 不動 不動 保護區內一般故障 不動 動 保護區內嚴重短路 速動 動 4 技術性能及特點 4.1 技術性能 4.1.1 額定電流(In)  5A,50Hz。 4.1.2 電流調節能力 歸算到電流互感器二次側的被保護設備各側額定電流(即各側流入繼電器的電流)稱為整定電流Ib,整定電流調整范圍見表2。 4.1.3 主回路最小動作電流整定范圍  0.2,0.3,0.4,0.5倍整定電流(Ib)。 4.1.4 主回路制動特性 見圖5 。 4.1.5 主回路二次諧波制動比 15%~20%。 4.1.6 差電流速動回路動作電流整定范圍 5,6,8,10,12,16倍整定電流(Ib)。 表 2 插頭整定位置 n 2.9 3.1 3.3 3.6 3.9 4.2 4.6 5 8.7 整定電流 Ib (A) 2.9 3.1 3.3 3.6 3.9 4.2 4.6&, lt;, /P> 5 8.7 注:LCD-16/T可根據用戶的特殊要求,整定點可從1.2 ~ 13A中任意整定 4.1.7 動作速度   主回路:在三倍整定動作電流下,最小動作電流整定為0.2倍整定電流時,50±5ms;最小動作電流整定在0.5倍整定電流時,40±5ms。   差電流速動回路:在1.6倍整定動作電流下不超過15ms。 4.1.8 返回系數   不小于 0.4。 4.1.9 功率消耗   在整定電流下差動回路不大于1.5VA,制動回路(每側)不大于 0.8VA。 4.1.10 觸點容量   在電壓不超過250V,電流不大于0.2A的直流有感電路中(τ=5±0.75ms),觸點斷開容量不小于20W,在交流電路中(cosφ=0.4±0.1)斷開容量不小于50VA。 4.1.11 過電流能力   長期 2Ib。   1s  50Ib。 4.1.12 絕緣強度   繼電器所有電路對外殼以及在電氣上無聯系的各電路之間的絕緣強度,應能耐受50Hz、2000V的交流電壓,歷時1min,應無擊穿和閃絡現象。 4.1.13 重量: 8kg。 4.2 特點 4.2.1 有電流調節能力   當輸入電流在表 2 范圍內(2.9~8.7A) 變化時,可以調平衡。在絕大多數情況下不需用輔助中間變流器,因而大大降低了總成本。 4.2.2 簡化接線,提高可靠性   因省去了中間變流器,大大簡化中間環節的接線,減少接線故障率,提高了可靠性。 4.2.3 制動特性優良   采用了性能優越的有相敏特性的可變比例制動回路。外部故障時制動量大,故障電流越大,制動能力越強,有效地防止誤動作。內部故障時,制動量大大減少,提高了內部故障時的靈敏度。 4.2.4 交流消耗小,減輕了主電流互感器的負擔   因繼電器本身消耗小,又省去了輔助中間變流器,減小了中間變流器的消耗。因而大大的減輕了主電流互感器的負擔,提高了可靠性。 4.2.5 過電流能力強。 5 檢查與調試方法 5.1 檢查安裝質量   a. 繼電器內元器件應安裝牢固、端正,所有螺釘無松動、劈口現象。 b. 元器件規格正確,安裝、焊接正確,鉚釘鉚接牢固。 c. 接線正確、牢固、整齊,接觸可靠。 d. 所有焊點牢固、清潔,無虛焊及焊劑堆積現象。 5.2 極化繼電器檢查   在端子1—4緩慢通過直流電流 (端子2與3連上,4端為正,1端為負),其動作電流應為0.4~0.5mA,返回系數不小于0.4。觸點間隙不小于0.5mm。 5.3 動作電流試驗 試驗接線見圖7,試驗步驟如下:。 T1 調壓器 T2 升流變壓器 R 變阻器 A 電流表 S 刀開關 K 交流接觸器 CK 被試繼電器 圖7 a. 將被試繼電器5—7端接信號燈,之后合開關S接通電路; b. 調 T1 升電流使 CK 動作,表 A 的讀數即為 CK 動作電流Id; c. 調 T1 降電流使 CK 返回,表 A 讀數即返回電流If; d. 重復“b”、“c”兩項 5~10 次,得出 Id 與If 的10 次算術平均值 Idp、Ifp,按公式 ⑵ 求出返回系數Kf   Kf=Ifp / Idp (2) e. 對每個整定值重復上述b~d項操作,得出的Idp、Kf應符合4.1.3 及4.1.8 規定,誤差不大于±10%。 5.4 制動特性試驗   試驗接線見圖 6。CT1插頭整定在“0.3”位置,電流調節插頭 整定在“2.9”位置。 a. 調節 T 及R1使電流Id增加 (不合S) 到CK動作,此時 Id 值應符合表3中第1點規定; b. 合S,用 T 及R2調節I2為表3規定值,再調 R1 增加Id,使 CK 動作,此 Id 值應符合表3規定值。依次求出對應每個I2值的Id值均應符合表3規定。 表 3 順 序 制動電流I2 動作電流Id允許范圍 1 0 0.84 ~ 1.02 2 4.35 1.92 ~ 2.73 3 8.7 4.64 ~ 6.38 4 17.4 12.3 ~ 16.5 5 29 22.6 ~ 30.2 5.5 二次諧波制動比試驗 試驗接線見圖 8。插頭位置與“5.4”相同。試驗步驟如下: S1 、S2 開關 R1、R2 滑動電阻(8A、15Ω) T 調壓器 A1、A2 電流表; V 10A、220V 二極管 CK 被試繼電器 圖 8 a. 合S1,調 T 與 R2 使電流 I2=3A; b. 合S2,調 R1 升電流 I1 使 CK 動作,再減小 I1 使 CK 剛剛返回; c. 拉合 S1,CK 不應動作。如動作時,再調R1 減小電流 I1,再拉合S1,CK 不應動作。求出拉合S1 時剛好CK不動作的 I1 最大值 I1m; d. 按下式 ⑶ 求出二次諧波制動比:  KZ = 0.3I2/(0.71I2+I1m) (3) e. 圖中電流表A2應為是電磁式或電動式儀表,不得用內附變流器的儀表和整流式儀表。如無上述儀表時,A2可用磁電式直流電流表,但制動比需按下式⑷計算: KZ= 0.47I2/(1.11I2+I1m) (4) 5.6 動作時間試驗  試驗接線見圖 7。試驗步驟如下:   a. 被試繼電器 CK 端子 5?7 接毫秒表; b. 合開關 S,調節 T1 及 R 使電流表讀數為整定動作電流的三倍,拉開S ; c. 突然合 S ,由毫秒表讀出動作時間; d. 重復“c”項 10 次,求出平均值即為動作時間值,應符合 4.1.7 規定。 5.7 速動部分試驗   速動部分試驗電路為圖7。試驗方法按 5.3 (動作電流)和5.6(動作時間)進行,但應注意:   a. 為區別是哪部分動作,試驗時應取下極化繼電器; b. 測時間應加 1.6 倍整定動作電流; c. 試驗次數應少,取 3 次,通電時間應短。 6 使用與維護 6.1 使用接線   圖9為用于雙繞組變壓器的典型接線,圖10、圖11為用于三繞組變壓器及發變組的典型接線。 6.2 電流互感器聯接組的確定   接入差動保護的各側電流大小和相位在正常運行時應一致,因而要進行匹配。電流的大小用各側電流互感器的變比和差動繼電器內部的電流調節插頭來調節,使之一致,相位要用電流互感器的聯接組進行補償。   選擇電流互感器聯接組的原則是:   a. 變壓器繞組為 Y/△ 接線時,Y 形側的電流互感器應接為 △,變壓器 △ 形側的電流互感器應接成 Y 形,進行相位補償。   b. 變壓器繞組兩側均為Y形時,兩側的電流互感器均應接成 △ 形, 能消除零序電流對繼電器的影響,也就是使零序電流被短路?! ?圖 9 兩繞組變壓器差動保護接線 T 主變壓器 LH1 ~LH3 電流互感器 KA~KC 差動繼電器 1~3DL斷路器 圖 10 三繞組變壓器差動保護接線 T 主變壓器 LH1 ~LH3 電流互感器 G 發電機 KA~KC 差動繼電器 1T 廠用變壓器 1~3DL斷路器 圖 11 發電機變壓器組差動保護接線 電流互感器的聯接組可按圖12及表 4 進行選擇。圖12和表 4 中 SB 為變壓器的聯接組, SL1為變壓器I側的電流互感器應采用的聯接組,SL2為變壓器Ⅱ側的電流互感器應采用的聯接組。三繞組變壓器應每兩側分別確定其聯接組。 圖 12 接線組的確定        表 4 SB SL1 SL2 SB SL1 SL2 Y/Y?12 Y/Δ?5 Y/Δ?5 Δ/Y?5 Y/Y?12 Y/Δ?7 Y/Y?6 Y/Δ?5 Y/Δ?11 Δ/Y?11 Y/Y?12 Y/Δ?1 Y/Δ?11 Y/Δ?11 Y/Y?12 Δ/Δ?12 Y/Y?12 Y/Y?12 <, TD style="BORDER-RIGHT: black 1pt solid; PADDING-RIGHT: 1.5pt; BORDER-TOP: medium none; PADDING-LEFT: 1.5pt; PADDING-BOTTOM: 0pt; BORDER-LEFT: black 1pt solid; WIDTH: 48.5pt; PADDING-TOP: 0pt; BORDER-BOTTOM: black 1pt solid; HEIGHT: 14.2pt; mso-border-alt: solid black .75pt; mso-border-top-alt: solid black .75pt" width=65> Y/Δ?5 Y/Δ?5 Y/Y?12 Δ/Δ?6 Y/Y?12 Y/Y?6 6.3  整定計算方法 6.3.1 電流調節插頭位置(即整定電流值)的確定電流調節插頭,即繼電器內4 ~ 6DKB原繞組的抽頭,以三繞組變壓器差動保護為例來說明。其典型接線示意圖見圖10。 將圖10 簡化畫在圖13中,令變壓器三側額定電壓(相間電壓)為V1~V3。 圖 13 計算步驟如下: a. 計算變壓器各側額定電流     應以變壓器三側繞組額定容量最大側的額定容量S為參考值,按下式求出各側額定電 流:   I1=S/ V1 I2 =S/ V2 I3 =S/ V3 (5) 式中V1、V2、V3為變壓器各側額定電壓。 b. 計算由電流互感器(簡稱變流器) LH1~LH3 流入差動繼電器各側的電流。按下式計算。 i1Δ= I1 / N1 I2Δ = I2 / N2 I3Y = I3 / N3 (6) 式中:i1△、i2△指這兩側變流器二次為△接線,流入繼電器的是線電流;   i3Y 指這側變流器二次為Y接線,流入繼電器的是相電流。 N1~N3為各側變流器變比。   c. 在繼電器的整定插頭板上,按表2取最接近 ⑹ 式算得值的位置作為實際整定位置,即標稱電流Ib1、Ib2、Ib3。如⑹式算得的i1△、i2△、i3Y值與表2中值相差太大,則應取i1△、i2△、i3Y中最大者最接近值為參考整定值K(K1、K2、或K3) 其余兩側K值按下式來計算:   i1△/K1 = i2△/K2 = i3Y/K3 (7) 在整定插頭板上取得最接近上述算得的K1、K2、K3的插頭值為實際整定位置Ib1、Ib2、Ib3?! ?d. 計算在變壓器各側繞組的實際額定容量下,從變流器流入繼電器的電流,應不超過表2中所列插頭對應整定電流值的1.5倍。   在實際應用中,如變壓器各側額定電壓可能改變時(調節分接頭或有載調電壓),應取其電壓可能的最大值Vmax和最小值Vmin按下式⑻算得的平均值作為計算用的V1、V2、V3。    U= (8) 6.3.2 主回路動作電流的確定   因為本繼電器內部有電流調節部分,各側輸入繼電器的電流(標稱電流)均不相同,因而應按下式確定各側動作電流:   Idz=Idz*·Ib    ?、?  式中Ib按前面“6.3.1中c”確定的各側標稱電流值;   Idz* 動作電流整定值的相對值,是以標稱電流Ib 的倍數表示的有0.2, 0.3, 0.4, 0.5各值(見4.1.3)。Idz*的確定方法如下,先按下式求出: I’dz=(α1+α2+α3)·KK ⑽ 式中:   α1變壓器各側變流器 LH1~LH3 在正常運行時的最大可能誤差,可取 0.03~0.05;   α2變壓器調壓 (調節分接頭) 時形成的最大誤差,為調壓范圍的一半,一般約0.1~0.125, 如為兩側調壓,應為各側調壓范圍的一半之和;   α3電流調節插頭產生的誤差,即各側標稱電流Ib與式 ⑹ 算出的對應電流之差里最大的一個,一般≤0.05;   KK可靠系數,可取1.3~2。   算出Idz’之后,在0.2、0.3、0.4、0.5各值之中, 選取大于Idz’ 而又最接近Idz’ 的值作為Idz* 之值,再按式 ⑼ 求出各側動作電流值的Idz。 6.3.3 差電流速動回路動作電流的確定,由下式確定動作電流值Icd。   Icd=Icd*·Ib ⑾   式中:Icd* 為動作電流整定值的相對值,以標稱電流Ib的倍數表示,有5、6、8、10、12、15各值(見4.1.6)。   Icd* 的選擇原則是大于變壓器空投時勵磁涌流的最大值,小于變壓器引線端部短路電流的最小值,可按表5來選擇。   選定Icd*之后,可按式 ⑾ 求出各側速動電流值。 表 5  變壓器 變壓器容量 變壓器電源在 連接組 (MVA) 高壓側 低壓側 Y?Y <10 15Ib 15Ib Y?Y >10 12Ib 12Ib Y?Δ (低壓) >10 6~10Ib 12Ib 6.3.4 計算舉例  有一變壓器,如圖13所示,確定其各側變流器的聯接組和繼電器的整定值。變壓器各側電壓變化范圍是: V1min=476kV, V2min=220kV, V3min=20kV V1max=525kV, V2max=220kV, V3max=20kV   a. 各側電壓平均值: V1 = = 500kV,V2 = 220kV,V3 = 20kV b. 按表4 確定聯接組  ?、?Ⅲ兩側 SB 為Y/△?11,LH1 應為 Y/△?11,LH3應為Y/Y?12; Ⅰ?Ⅱ兩側SB為Y/Y?12,LH1為Y/△?11,LH2也應為Y/△?11。 c. 計算變壓器各側額定電流 (按式5)   以容量最大側的容量S=300MVA為參考值:   I1=(300×103)/( ×500) = 346.4A   I2=(300×103)/( ×220 )= 787.3A   I3=(300×103)/( ×20) = 8660A d. 計算流入差動保護繼電器的電流(按式6):   i1△= I1/N1 =( ×346.4)/(600/5) = 5A i2△= I2/N2 =( ×787.3)/(1500/5)=4.55A i3Y=I3/N3 = 8660/(5000/5)= 8.66A e. 按表2取整定位置為:   Ib1=5 Ib2=4.6 Ib3=8.7 f. 在變壓器各側實際額定電流下流入繼電器的電流:   Ⅰ側 S1=S    i1=i1△=5A  ?、騻取2=S i2=i2△=4.55A  ?、髠萐3=100MVA I3 = [(100×103)/( ×20)]×(5/5000)=2.87A g. 確定動作電流   取α1=0.03 α2=0.1 α3=0.011 KK=2 按 ⑽ 式求出Idz’ : Idz’ =(0.03+0.1+0.011)×2=0.282,取Idz*=0.3 按式 ⑼Idz=Idz*·Ib得:   Ⅰ側Idz1=0.3Ib1=0.3×5=1.5A   Ⅱ側Idz2=0.3Ib2=0.3×4.6=1.38A  ?、髠菼dz3=0.3Ib3=0.3×8.7=2.61A h. 確定速動電流   由表5選Icd *   因變壓器為Y/△接線,電源在高壓側,變壓器容量較大,Icd* 可選6或8 ,一般取Icd*=8   按式⑾求出Icd=Icd*·Ib: Ⅰ側Icd1=8·Ib1=8×5=40A  ?、騻菼cd2=8·Ib2=8×4.6=36.8A  ?、髠菼cd3=8·Ib3=8×8.7=69.6A 6.4 使用 6.4.1 繼電器在投入運行前應按本說明書進行檢查和試驗。接入回路后,投入運行時的測量如下:   a. 在變壓器帶上負荷后,用高內阻電壓表 (如萬用表),通過繼電器銘牌上的插孔Uc1,測量差電壓應不大于:   Uc≤α3·K·K△·I/N (12)   式中:Uc差電壓,單位V;  α3見 ⑽ 式說明;  K 誤差系數,可取2;   K△接線系數,變流器為△形接線時取 ,Y形接線時取1;   I 變壓器一側之負荷電流;  N 該側變流器的變比。 b. 用高內阻電壓表通過銘牌上的插孔“0”U4 、U5或U6 測量各側制動電壓應不小于:   UZ=6 ~8 I/In (13)   式中:I該側負荷電流()A;  Uz該側制動電壓()V; In前面式 ⑸ 算得的該側額定電流。 c. 如不符合上述兩項要求,應考慮接線有錯誤,要及時檢查糾正。 6.5 維護與保管   a. 本繼電器的使用條件為環境溫度-10~+50℃,相對濕度不大于90%,空氣中不含酸性,堿性或其它腐蝕性及性氣體,能防雨、雪、風、砂的室內; b. 繼電器的保管溫度可為-25~+70℃,相對濕度不大于70%。 7 訂貨須知   訂貨時請指明: a. 產品型號、名稱、交流額定電流; b. 訂貨數量、收貨單位地址。 1 用途 本繼電器適用于發電廠和變電站中,作為雙繞組變壓器、三繞組變壓器、自耦變壓器或發電機一變壓器組內部短路故障的主保護,能檢測下述故障,快速作用于跳閘。   a. 變壓器和發電機內部繞組或引線的三相或兩相短路; b. 中性點直接接地或經低電阻接地的變壓器的接地故障; c. 變壓器繞組匝間或層間短路。 2 結構 2.1 LCD?16、LCD ? 16/T   本產品采用BCH?1型差動繼電器的鋁質底座,開孔及安裝尺寸與BCH?1完全相同,以方便使用單位在設備更新時,用本產品替換BCH?1~BCH?4產品,保證主設備安全,提高運行可靠性。本產品可以板前接線也可以板后接線,外形及安裝尺寸見圖1 。 圖1a 板后接線時尺寸 圖1b 板前接線時尺寸 圖 1 LCD?16、LCD?16/T外形及安裝尺寸 下面以LCD ? 16為例進行說明。 3 工作原理 3.1 概述 本繼電器采用差電流原理制成。將被保護設備(以下簡稱設備)各側電流互感器二次電流直接引入繼電器中。在設備內部出現短路故障時,流入設備的電流與流出設備的電流大小和相位不同,在繼電器內產生差電流使之動作,發出跳閘命令。   在正常運行時,由于流入設備和流出設備的電流(按變比折算,經過電流匹配到一側)相同,理論上講沒有差電流流入繼電器。實際上由于設備各側電流互感器變比不同,誤差不同及使用中調壓(調壓分接頭)位置的影響,總存在一個不大的差電流。這個電流不大于設備額定電流的 15%,繼電器的整定動作電流應大于此差電流。 設備外部(保護區外)短路故障 (或稱穿越性故障)時,流過設備的電流可能很大,在故障開始瞬間的暫態過程中,短路電流里往往還包括很大的非周期分量,因而使設備各側的電流互感器飽和,又因飽和情況不一致,磁化特性不一致,其二次回路差電流可能很大,超過繼電器整定的動作電流。為防止繼電器在這種情況下誤動作,設有比例制動回路。當短路電流增大時,制動量按比例增大,超過差電流產生的動作量,使繼電器制動。本繼電器具有三側比例制動。 為了最有效地防止本繼電器在設備外部故障時誤動作,而在設備內部故障時又能靈敏動作,本繼電器采用了具有相敏特性和可變比例制動特性的制動回路。該回路對設備外部嚴重故障具有優越的制動能力。在嚴重外部故障時,制動系數達0.7以上。此時,即使繼電器的動作電流整定在最靈敏的位置(0.2In),也能允許一側所接電流互感器比誤差達40%,因而不會有誤動作的可能。這一特性使本繼電器不僅能適用于一般接線的變壓器,也能適用于變壓器一個繞組直接與兩個斷路器連接的系統(如一倍半接線情況)或自耦變壓器上。在一倍半接線的情況下,外部故障可能引起非常大的短路電流(達20In以上),因為它們不受通常5~15%的變壓器阻抗的限制。