LCD-15H 型变压器差动继电器 浙江阿继电气

1.1       lcd—15h型变压器差动继电器（以下简称继电器）用于变压器或发电机一变压器组

1.2       作为内部短路故障的主保护。

1.3继电器应与fy－1型自耦变流器或fl－8型变流器配套使用。

2　结构与工作原理

2.1结构

　继电器采用嵌入式后接线(jk－31k)结构型式，其外形及安装尺寸、背后端子图见附录。

2.2　工作原理

　　继电器采用差电流原理制成，其原理接线如图1所示。将被保护设备(以下简称设备)各侧电流互感器二次电流经fy－1或fl－8变流器匹配之后，引入继电器中。在设备内部故障时，流入设备的电流与流出设备的电流不同，产生差电流使继电器动作。

　　在正常运行时，由于流入设备和由设备流出的电流(按变压器变比折算到一侧后)相同，理论上讲没有差电流。实际上由于各侧电流互感器变比不同，误差不同及变压器调节分接头位置等原因，存在一个不大的差电流。这个差电流不大于设备额定电流ie的10％～15％，继电器的整定动作电流应大于此差电流。

图　1　原理接线图

　　外部故障时(设备区外短路故障或称穿越性故障)，流过设备的电流可能很大。在故障开始瞬间的暂态过程中，短路电流里还包含很大的非周期分量。因而设备各侧的电流互感器可能饱和。此时，由于各电流互感器磁化特性不一致，二次差电流可能很大，为防止继电器在这种情况下误动作，设有比例制动回路。当短路电流增大时，制动量按比例增大，使继电器制动。继电器具有两侧比例制动。经过匹配的设备两侧电流互感器二次电流通过电抗变压器t4的两个原绕组，其副绕组里的感应电势经过v4整流后成为比例制动电压。

　　在变压器空载投入或外部短路故障切除后电压恢复过程中，变压器的励磁涌流可能很大，其值有时可达变压器额定电流的4～8倍，远大于继电器的整定动作电流；又因涌流仅出现在一侧，对差动继电器来讲相当于差电流，如不采取闭锁措施，将会误动作。继电器利用差电流里的二次谐波起制动作用。因为涌流里有很大比例的二次谐波分量，而内部短路故障电流里二次谐波含量很小，可以有效地防止继电器在变压器空投时误动作，而在变压器内部故障时又不会拒动。接在差电流回路里的电抗变压器t2用来取出二次谐波制动量。

　　在设备内部严重故障时（如引出线短路），短路电流很大，可达额定电流的20～30倍以上。此时各侧电流互感器可能严重饱和，其二次电流中可能出现很大的各次谐波分量。为防止差动继电器在此时拒动，并为加快动作速度，继电器中设有不带制动的电流速动部分，其动作电流整定值按大于变压器空投时的励磁涌流来决定。

2.2.1差电流回路

　　在差电流回路里（引出端子2与8之间）共有三只电抗变压器t1～t3并由它们组成三个部分。

2.2.1.1差动动作部分

　　由t1、c1、v1及r1组成。t1副绕组与电容器c1组成50hz谐波电路，其输出基波电压（即c1两端电压）u1经v1整流桥整流后，通过电阻r1作为动作电压ud加在执行元件极化继电器k1及其附加电阻上。

2.2.1.2　谐波制动部分

　　由t2、c2、c3、t5、v2及r2组成。电抗器t5与电容器c3组成50hz并联谐振回路，成为基波阻波器。t2的副绕组与电容器c2组成100hz谐振电路，通过它取出正比于差电流里二次谐波分量的100hz电压u2。再经过基波阻波器（t5与c3）除掉其中混入的基波分量，由v2整流桥整流后，通过电阻r2作为谐波制动电压uz2加在执行元件上。

2.2.1.3　差电流速断部分

　　由t3、v3、c5及k2等元件组成。t3的副绕组输出电压与差电流成正比，此电压经v3整流桥整流，再经电容器c5滤波之后，加在执行元件中间继电器k2及其串联电阻上。当差电流达到差电流速断整定值时，k2动作跳闸。用整定插头改变t3副绕组的抽头(即改变输出电压)来改变差电流速断动作电流整定值。电位器r12用来调节Zui小差动速断电流，在出厂前调好锁紧，其它整定值均可保证一定的准确度。

2.2.2比例制动部分

　　比例制动部分接在“和电流”回路中，由t4、v4、v5、r3～r5等组成。t4有两个原绕组分别接入被保护设备两侧电流互感器的二次回路。通过此两个绕组的电流正比于流入设备和流出设备的电流，此二电流矢量和在t4副绕组产生一个与其成正比例的电压uz。uz经v4整流桥整流之后，通过稳压管v5及电阻r3～r5作为比例制动电压uz1与谐波制动电压uz2并联，通过r2加在执行元件上。uz1与设备外部短路时故障电流成比例，故称比例制动电压。

　　用插头改变串联电阻r3～r5，可以调节比例制动电压的大小，即比例制动特性斜率。稳压管v5用来得到零制动段(见图2)，即当制动电流(通过t4原方的电流)较小，小于0.5～1倍继电器额定电流时，v5不能击穿，无比例制动电压加在执行元件上，用以提高继电器对设备内部轻微短路故障（如变压器匝间短路）的灵敏度。

2.2.3主回路动作电流调节

　　由差动动作部分，谐波制动部分和比例制动部分组成的，以极化继电器k1为执行元件的回路叫主回路，其执行元件叫作主元件。

　　动作电压与制动电压通过r1、r2合成后，其代数和由电容器c4滤波后加在执行元件上。当动作电压大于制动电压时，和电压为正（k1端子“4”为正极），此正电压超过k1的动作电压后，k1动作跳闸，反之k1制动。

　　电阻r6与电位器r11用来调节继电器主回路的Zui小动作电流（1a或0.2a），在出厂前或更换极化继电器后调好并锁紧。其它整定值是用插头改变k1的并联电阻r7～r9来得到，可以保证一定的准确度。

2.2.4其它说明

　　差动电流速断部分的执行元件k2（中间继电器）叫做速断元件。

　　主元件k1的引出触点与速断元件k2的引出触点分别由端子1、5和25、27引出，以便分别外接信号继电器，便于分析故障。如不需分别接信号继电器时，可将它们在端子上并联后引出。

　　继电器的动作特性见图2。

　　继电器的动作时间特性见图3。

　　继电器的频率特性见图4。

　图2　继电器的动作特性

　　继电器在各种故障时的动作见表1。

表1

图3　继电器的动作时间特性

3　技术要求

3.1　额定数据

　　额定交流电流ie：　5a或1a，50hz。

3.2　动作电流

3.2.1整定范围

a.额定电流ie为5a时：1a，1.5a，2a，2.5a。

b.额定电流ie为1a时：0.2a，0.3a，0.4a，0.5a。

3.2.2误差

　　动作电流十次测量平均值与刻度值之差与刻度值之比不超过±10％。

3.2.3返回系数

　　　不小于0.4。

3.3　制动特性斜率

a.整定范围：0.3，0.4，0.5，0.6；

     b.误差：不超过±10％。

3.4　二次谐波制动比　15％~25％。

3.5　动作时间

　　在三倍动作电流下不大于50ms。

3.6　差电流速断部分

3.6.1动作电流整定范围

a.额定电流5a时：　25a，30a，40a，50a，60a，75a；

b.额定电流1a时：　5a，6a，8a，10a，12a，15a。

3.6.2动作电流整定值误差

　　动作电流三次测量平均值与刻度值之差与刻度值之比不超过±10％。

3.6.3动作时间

　　在1.5倍动作电流下，不大于15ms。

3.7　功率消耗

　　在额定电流下差动回路消耗不大于2va，制动回路消耗（每侧）不大于1va。

3.8　触点容量

　　在电压不大于220v，电流不大于0.2a的直流有感负荷回路（τ=5ms±0.75ms）中能断开20w。

3.9　负载能力

当环境温度为－20℃～45℃时，继电器的电流回路允许通过电流见表2。

　图4　继电器的频率特性

表2

3.10　绝缘强度

a.试验部位

　　各电路和外露的导电部分之间；

　　各独立电路之间。

b.试验电压

　　稳压：2000v1min；

  暂态：5kv，1.2μs/50μs标准雷电波，正、负极性各三次，每次间隔不少于5s。

3.11　重量

　　约4.5kg

4　调试方法

4.1一般检查

　　在进行通电试验之前应检查：

a.继电器外观有无损坏；

b.铁芯及零件有无锈蚀；

c.有否断线、脱焊情况；

d.所有固定用螺钉有否松动、劈口现象；

e.插头接触是否可靠。

4.2　主回路动作电流及动作时间检查

　　试验接线见图5所示。

图5　主回路动作电流及时间试验接线

4.2.1动作电流试验

a.闭合开关，调节电流使继电器动作，k1触点闭合，读出动作电流值；

b.减小电流读出返回电流值；

c.对应于每个整定刻度，重复上述测量十次，取十次读数平均值为继电器的动作电流id和返回电流if，按下式(1)算出返回系数kf：

kf= if/ id             (1)

   d. id如果不符合技术要求之规定可以调节继电器里的电位器r11使之符合要求。

4.2.2动作时间检查

a.闭合开关，调电流至三倍整定动作电流后打开开关；

b.合上开关，突然施加电流测出动作时间值；

c.取十次测量值的平均值作为动作时间值；

d.要用毫秒表测动作时间。

4.3　动作特性试验

　　试验接线见图6，试验步骤如下：

图　6　动作特性试验接线

a.将动作电流整定为Zui小值（额定电流ie为5a的产品整定1a，额定电流ie为1a的产品整定为0.2a）。

b.依次调节制动电流iz等于1.5ie和3ie，增加id求出对应于每一iz值的动作电流值。

c.按下式求出制动特性斜率kz：

   kz＝(id2－id1)/2·(iz2－iz1)…………(2)

  式中：id2—制动电流为iz2时的动作电流；

id1—制动电流为iz1时的动作电流。

d. kz如不符合技术要求中的规定，可以改变电抗变压器t4副绕组抽头来达到。

4.4　谐波制动特性试验

　　试验接线见图7。试验步骤如下：

图　7　谐波制动特性试验接线

a.调节整流电流i2=ie；

b.调节正弦电流i1，至继电器动作，再减小i1至继电器刚刚返回，拉合开关s，继电器不应动作，如动作时应再减小i1，直到拉合s继电器刚好不动时，读出电流i1；

c.按下式求出谐波制动比

k=0.3iz/ (0.71i2＋i1)  ……………(3)

d. k值如不符合技术要求规定时，应检查t2与c2的谐振回路是否调好，如不好可改变t2副边抽头来调节。

4.5　差电流速断部分试验

　　试验接线如图5。方法与4.2项相同。但应注意：

a.引出触点端子为25，27；

b.试验时应取下极化继电器k1，以免它多次受大电流冲击造成动作值改变（过一段时间可以恢复）影响其它项目试验；

c.每次试验通电时间不要太长，两次通电间要有一定的时间间隔，以免损坏继电器。取三次测量平均值作为测量结果。

d.测量动作时间就在整定值为5ie时用1.5倍整定动作电流（即7.5ie）测量。

4.6　谐振回路调整

　　谐振回路在出厂之前已调整好，出厂之后一般不需调整。仅在运输中发生损坏或其它性能不符合要求(如动作电流比整定值大得太多，谐波制动比不合格等)时才进行谐振回路的检查与调整。

4.6.1基波谐振回路

　　按图8接好试验电路。

图中：pv—高内阻电压表　tt—220/12v～24v变压器

f—变频电源20hz～1000hz，容量s≥10va。

　　　　　　　　　图8　谐振回路调试接线

a.断开由电容器c1b的“2”端至整流组块2v1～3之间的连线；

b.用变频电源向继电器差动回路(端子2和8)通入50hz，1a电流，用高内阻电压表测量c1a两极之间交流电压uc1；

c.调节输入电流频率使uc1为Zui大值，此时的频率为回路谐振频率；

d.改变电抗变压器t1抽头位置(将c1a的“2”端引向t2的引线分别焊在电抗变压器t1的m11，m12，m13和m1各抽头上)按上述方法求出每个抽头对应的谐振频率；

e.取谐振频率为50hz±1hz的抽头为所选抽头，与电容器c1a的“2”端引线焊好，则谐振回路调好；

f.恢复电容器c1b的“2”端至整流组块2v1—3之间的连线。

4.6.2二次谐波谐振回路

　　试验电路及调试方法与“4.6.1”项相同，但要注意：

a.断开c2b电容“1”端至2v2—3之间连线；

b.调节电抗变压器t2上的抽头m11，m12，m13与m1；

c.取谐振频率为100hz±2hz的抽头为所选抽头。

4.6.3基波阻波器

　　试验电路见图9。

图中：pv1，pv2—高内阻电压表　f—变频电源

图　9　阻波器调试接线

a.断开c3a电容的“1”端至2v2～4之间的连线；

b.在t5接线板上断开电容c3b“2”端至电抗器t5抽头的连线，在断开处用变频电源加5v，50hz左右电压；

c.用高内阻电压表测量电容器c3a两极之间的电压uc3；调节输入电压频率使uc3为Zui大；此时的频率即为谐振频率；

d.改变电源所加的电抗器t5抽头位置，求出每个抽头所对应的谐振频率，取谐振频率为50±1hz者为所选抽头，将由电容c3b“2”端来的连线焊在该抽头上，则阻波器调好；

e.恢复a项断开之线。

5　使用与维护

5.1　使用接线

　　使用接线示意图见图10（a）和图10(b)。

5.2　整定方法

5.2.1fy—1自耦变流器或fl—8变流器的变比选择

a.按下式计算被保护变压器两侧额定电流：

i1=p/v1   i2=p/v2………(4)

  式中：p—变压器额定容量　kva。

   b.按下式计算fy－1或fl－8变流器输入电流。

i1△=i1/n1   i2y= i2/n2………(5)

　　式中：n1，n2—变压器两侧电流互感器变比。

i1△—由电流互感器△形接线侧输入到fy－1或fl－8变流器初级的电流a。

i2y—由电流互感器y形接线侧输入到fy－1或fl－8变流器初级或直接到继电器的电流a。

v1，v2—变压器两侧额定电压kv。

i1，i2—变压器两侧额定电流a。

c.由fy－1或fl－8变流器初级输入电流i1△和i2y确定其接线端子fy－1自耦变流器次级输出电流（即输入继电器的电流）按5a考虑时，由lcd－4中表5选择其抽头。fl－8变流器次级输出电流有4种（5，2.89，1，0.577a）可任意选用。初级输入电流在0.24a～1.6a范围应采用fl－8/1型由lcd－4中表6选择抽头，初级输入电流在1.2a～8a范围内应采用fl－8/5型，由lcd－4中表7选择抽头。

(a)双侧用fy—1补偿　　　　　　　    (b)单侧用fy—1补偿

图　10lcd—15h使用接线图

5.2.2         制动特性斜率的确定

按下式确定制动特性斜率

kz=kk(△u/2 +△i+△m)…………(6)

式中：△u—变压器分接头调节范围，一般取0.2。

△i—过电流时电流互感器1—2lh的误差，一般取0.1。

△m—调平衡后fy—1或fl—8的变比误差。

kk—可靠系数，可取1.3～2。

5.2.3动作电流整定值

　　按下式确定动作电流整定值

izd＝kk(△u/2＋△i1＋△m)ie…………(7)

  式中：△i1—正常时，电流互感器1—2lh的误差，一般取0.02—0.05，ie—变压器额定电流（折算到fy—1或fl—8变流器二次后的值）。

5.2.4差电流速断整定

差电流速断的整定值按变压器空投时可能出现的Zui大涌流的1.5～2倍确定，一般参考表3确定。

表3

5.3　现场测量

　　在继电器投入运行后，设备带有一定负荷时(越大越好)，进行下述测量。

a.在背后端子“29”与“31”间测得差电压不大于1v，否则要考虑接线极性或fy—1变比选择是否正确。

b.在继电器背后端子“37”“39”间测得制动电压应不小于下式算得值：

uz=10i/ie　　……………　　　(8)

　　式中：i—由设备电流互感器输入到继电器中的电流；