3.1概述

本繼電器采用差電流原理制成。將被保護設(shè)備（以下簡稱設(shè)備）各側(cè)電流互感器二次電流直接引入繼電器中。在設(shè)備內(nèi)部故障時，流入設(shè)備的電流與流出設(shè)備的電流大小和相位不同， 產(chǎn)生差電流使繼電器動作，發(fā)出跳閘命令。

在正常運行時，由于流入設(shè)備和流出設(shè)備的電流 （按變比折算，經(jīng)過電流匹配到一側(cè)） 相同，理論上講沒有差電流流入繼電器。實際上由于設(shè)備各側(cè)電流互感器變比不同、誤差不同及使用中調(diào)壓 （調(diào)節(jié)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(shè)備額定電流的15％，繼電器的整定動作電流應(yīng)大于此差電流。

設(shè)備外部 （保護區(qū)外） 短路故障 （或稱穿越性故障） 時，流過設(shè)備的電流可能很大，在故障開始瞬間的暫態(tài)過程中，短路電流中往往還包括很大的非周期分量，因而使設(shè)備各側(cè)的電流互感器飽和。又因飽和情況不*，磁化特性不*，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(shè)有比例制動回路。當(dāng)短路電流增大時，制動量按比例增大，超過差電流產(chǎn)生的動作量，使繼電器制動。本繼電器具有兩側(cè)比例制動，電源側(cè)不設(shè)制動。

　　為了zui有效地防止本繼電器在設(shè)備外部故障時誤動作，而在設(shè)備內(nèi)部故障時又能靈敏動作，采用了具有單側(cè)比例制動特性的制動回路。該比例制動特性對于設(shè)備外部故障具有*的制動能力。在外部故障時，制動系數(shù)為0.4～0.6。此時，即使繼電器的動作電流整定在zui靈敏位置 （0.2I_n），也能夠允許一側(cè)所接電流互感器變比誤差達40％，而不會有誤動作的可能。而內(nèi)部故障時，因電源側(cè)無制動，可以很靈敏的動作，切除故障。

在變壓器空載接入電網(wǎng) （空投） 時，或外部短路故障切除后的電壓恢復(fù)過程中，變壓器的勵磁涌流可能很大，其值可大大超過變壓器的額定電流，遠大于繼電器整定動作電流值。因涌流僅出現(xiàn)在設(shè)備一側(cè) （電源側(cè)），對差動繼電器來講是差電流，如不采取措施將會造成誤動作。本繼電器利用差電流里的二次諧波分量起制動作用。當(dāng)二次諧波占基波的15％～20％時，使本繼電器制動。因勵磁涌流里含有很大比例 （一般超過基波的30％～40％，甚至大于基波） 的二次諧波分量，可以有效地防止繼電器誤動作。相反，設(shè)備內(nèi)部出現(xiàn)短路故障時，故障電流里二次諧波含量很小，不會使繼電器制動，可以快速切除故障。

在設(shè)備內(nèi)部嚴(yán)重故障時，如變壓器引出線間短路，短路電流很大，可達額定電流I_n的20倍以上。此時設(shè)備可能很快會被損壞，甚至發(fā)展成更嚴(yán)重的如變壓器油箱爆破等災(zāi)難性故障。為防止這種情況的發(fā)生，在繼電器中設(shè)有不帶制動的差電流速動部分。這部分的動作僅決定于差電流的大小，只要差電流大于它的整定值，就以極快的速度 （10～15ms） 動作。為防止在變壓器空投時誤動作，它的動作電流整定值按大于變壓器空投時可能出現(xiàn)的zui大勵磁涌流來確定。

　　本繼電器的原理接線見圖2。它由三部分組成，即：電流調(diào)節(jié)部分、主回路 （帶制動的）和差電流速動回路。主回路又包括差動動作回路、比例制動回路和諧波制動回路三個部分。各回路的工作原理在下面分析。

3.2主回路工作原理

3.2.1 差動動作回路　

這個回路由電抗變壓器 1DKB、電容器C₁、硅整流橋ZL₁ 和電阻R₁ 組成。1DKB 的副繞組與電容器 C₁ 組成50Hz 諧振回路。因而其副繞組的輸出電壓U_{1 即電容器C1兩端電壓） 基本上為基波，并正比于其原繞組中通過的差電流里的基波分量。這個電壓 U1 經(jīng) ZL1 整流之后， 通過比較電阻 R1，作為動作電壓 Ud 加在電容器 C4 和執(zhí)行回路 （由極化繼電器及其附加電阻組成） 上。當(dāng)Ud在執(zhí)行回路中產(chǎn)生的直流電流大于極化繼電器JJ 的動作電流時，JJ 動作。觸點JJ1 接通斷路器的跳閘回路，跳閘切除故障。改變動作電流整定插頭CT1的位置，即改變JJ 的串聯(lián)電阻，從而改變了使極化繼電器動作的Ud 值， 也就是改變了繼電器動作電流整定值。電位器W1 用來調(diào)節(jié)繼電器的zui小動作電流整定值。}（

3.2.2諧波制動回路　

　　該回路由電抗變壓器2DKB、電容器C₂、C₃電抗器DK，整流橋ZL₂及電阻R₂組成。2DKB副繞組與電容器C₂組成100Hz諧振電路。其輸出電壓U₂ （電容器C₂兩端電壓） 基本上為二次諧波，并正比于原繞組中通過的差電流里的二次諧波分量。但由于該諧振電路不是理想諧振電路，通過2DKB原繞組的差電流里基波分量也在C₂兩間產(chǎn)生一個基波電壓。為了使這個基波電壓不起制動作用，增設(shè)了由電抗器DK與電容C₃并聯(lián)（諧振）組成的基波阻波器，該阻波器對50Hz并聯(lián)諧振，基波阻抗大。U₂通過阻波器后除掉其中的基波分量，再經(jīng)ZL₂整流后通過電阻R₂作為諧波制動電壓Uz₁加在執(zhí)行回路上，其極性與U_d相反，為制動作用。

　　本繼電器差動回路的諧波特性見圖3所示。圖中曲線為在端子②～④間通入1A電流時，執(zhí)行回路上的電壓（電容C₄兩端電壓）U₄與輸電流頻率之間的關(guān)系曲線。

3.2.3比例制動回路　　

制動回路電路見圖4 ，制動特性曲線見圖5所示。本回路由電抗變壓器5DKB、6DKB，二極管V₁～V₈、穩(wěn)壓管V₉、電阻R₃、R₉～R₁₃等元件組成。具有制動系數(shù)可調(diào)的比例制動特性。5～6DKB的原繞組分別接入被保護設(shè)備的二次回路中。通過這兩個電抗變壓器的電流正比于流出設(shè)備各側(cè)的電流。5～6DKB副繞組的輸出電壓V₅、V₆也正比于設(shè)備各側(cè)的流出電流。采用帶有空氣隙鐵芯的電抗變壓器將每側(cè)的電流變換成電壓，可以有效地抑制故障電流中非周期（直流）分量的影響，實現(xiàn)在整個輸入電流范圍內(nèi)可靠地制動作用。

本回路是利用穩(wěn)壓管V₉及電阻R₉～R₁₃來實現(xiàn)制動系數(shù)可調(diào)的比例制動特性，V₉用來得到零制動段 （見圖5中，拐點A前面的一段）。即當(dāng)制動電壓U_Z2較小時（各輸出側(cè)電流均小于0.8～1I_n時），穩(wěn)壓管V₉不能擊穿，無比例制動電壓U_Z2輸出，無制動作用。用以保證本繼電器在被保護設(shè)備內(nèi)部較少匝數(shù)短路時的靈敏度。當(dāng)制動電流大于拐點A時，U_Z2大到使V₉擊穿，出現(xiàn)制動電壓U_Z2，此時制動系數(shù)由電阻R₉～R₁₃來決定。改變制動系數(shù)整定插頭CT₃的位置，即改變了制動回路電阻，從而改變了制動電壓U_Z2，使制動系數(shù)為0.4、0.45、0.5、0.55、0.6各值。

　　本繼電器的制動特性曲線見圖5中曲線，圖中I_b為整定電流 （定義見4.1.2）。該特性曲線的試驗電路見圖6所示。

3.2.4主回路工作情況

　 a. 正常運行時，差電流很小，無動作電壓U_d和制動電壓U_Z1、U_Z2，執(zhí)行元件上無電壓，不動作。

b.空投時，有差電流，但U_Z1＞U_d，執(zhí)行元件有制動電壓，不動作。

c.外部故障時，差動電壓U_d有時較大，制動電壓U_Z1很小，但制動電壓U_Z2很大，執(zhí)行元件上有制動電壓不動作。

d.內(nèi)部故障時，差動電壓U_d很大，制動電壓U_Z1很小，U_Z2遠小于U_d，執(zhí)行元件上有動作電壓，靈敏動作，通過觸點JJ₁動作跳閘。

3.3差電流速動回路工作原理

　　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(shè)備內(nèi)部嚴(yán)重故障時, 3DKB原繞組通過很大的差電流, 其副繞組輸出電壓U₃ 經(jīng)過ZL₃整流，C₅濾波后在執(zhí)行回路 （R₄、W₂ 與ZJ 的串聯(lián)電路） 中產(chǎn)生電流。此電流大于ZJ的動作電流時ZJ 快速動作，通過觸點ZJ_{1 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(shù) （即改變抽頭） 的辦法進行調(diào)整。抽頭的調(diào)整用繼電器面板上的插頭組 CT2 來實現(xiàn)。電位器 W2 用來調(diào)整zui小差動速斷電流整定值，此值調(diào)好后，其它整定值即可保證一定的準(zhǔn)確度。}

3.4電流調(diào)節(jié)部分工作原理

　　這部分的作用是用來進行變比調(diào)節(jié)和電流匹配 （或稱調(diào)平衡） 的。通常被保護設(shè)備各側(cè)電壓等級不同，所裝的電流互感器變比不同。在額定負(fù)荷時，各側(cè)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電器的各側(cè)電流相同 （或差值不超過3％～5％）。為省去輔助中間變流器，本繼電器設(shè)有電流調(diào)節(jié)回路對設(shè)備各側(cè)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(dāng)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B和電抗變壓器5～6DKB的原繞組及插頭組CT₄～CT₆組成。在設(shè)備各側(cè)帶額定負(fù)荷，流入繼電器各側(cè)的電流不同時，利用插頭來改變5～6DKB原繞組的抽頭和B的抽頭，使在各側(cè)額定電流時，各側(cè)電流在B中產(chǎn)生的安匝數(shù)相同，例如I側(cè)（端子）流入的額定電流為3.3A時，則插頭就插在3.3位置，該側(cè)電流通過插頭組CT₄流入B中，不產(chǎn)生制動量。Ⅱ側(cè) （端子） 流入的額定電流為4.6A，則插頭就插在4.6位置 （5DKB抽頭匝數(shù)為W₂）。此時5DKB原方的勵磁磁勢為4.6W₂安匝，副方輸出電壓為U₅，Ⅲ側(cè) （端子） 流入的額定電流為5A，則插頭插“5”位置 （6DKB抽頭匝數(shù)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(shè)計時選擇5～6DKB的原繞組抽頭匝數(shù)時，使每個抽頭的匝數(shù)與對應(yīng)標(biāo)字 （即標(biāo)稱電流） 乘積相等。 根據(jù)這個原則知 5～6DKB 副方輸出電壓 U₅＝U₆，制動部分達到了平衡。

　　自耦變流器B的作用是調(diào)平衡，使正常運行或外部故障時 （在被保護設(shè)備各側(cè)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(shè)Ⅰ側(cè)額定電流為 3.3A，插頭插在“3.3”位，則該電流通過插頭組CT₄后流入B的“3.3”位抽頭 （對應(yīng)匝數(shù)WB₁） 在B 繞組中產(chǎn)生的磁勢為3.3WB₁。Ⅱ側(cè)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B的“4.6”位抽頭（對應(yīng)匝數(shù)WB₂），在B繞組中產(chǎn)生的磁勢為4.6WB₂。Ⅲ側(cè)額定電流為5A，抽頭插在“5”位，該電流通過6DKB原繞組后流入B的“5”位抽頭 （對應(yīng)匝數(shù)WB₃） 在B繞組里產(chǎn)生的磁勢為5WB₃。B抽頭匝數(shù)的選擇原則也是每個抽頭的匝數(shù)與對應(yīng)標(biāo)字的乘積相等。根據(jù)這個原則3.3WB₁＝4.6WB₂＝5WB₃。 如每個電流單獨作用于B時，在B的輸出端輸出的電流 （通過1～3DKB原繞組的電流）應(yīng)均為5A。同理，三個電流同時作用時，因設(shè)備內(nèi)部*， 流入電流與流出電流之和應(yīng)為零，則B的輸出端無電流，即已調(diào)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。

4.1.4主回路比例制動系數(shù)K_Z2整定范圍

　　0.4，0.45，0.5，0.55，0.6。

4.1.5主回路二次諧波制動比K_Z1

　　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倍標(biāo)稱電流 （I_b）。

4.1.7動作速度

　　主回路：在三倍整定動作電流下，zui小動作電流整定為0.2倍標(biāo)稱電流時，50±5ms；zui小動作電流整定在0.5倍標(biāo)稱電流時，40±5ms。

　　差電流速動回路：在1.5倍整定動作電流下不超過15ms。

4.1.8返回系數(shù)

　　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(cè)） 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

　　*　2I_b， 1s 　50I_b。

4.1.12絕緣強度

　　繼電器所有電路對外殼以及在電氣上無的各電路之間的絕緣強度，應(yīng)能耐受50Hz、2000V的交流電壓，歷時1min，應(yīng)無擊穿和閃絡(luò)現(xiàn)象。

4.1.13重量：8kg。

4.2特點

4.2.1　有電流調(diào)節(jié)能力

　　當(dāng)輸入電流在表 2 范圍內(nèi) （2.9～8.7A） 變化時，可以調(diào)平衡。在絕大多數(shù)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(huán)節(jié)的接線，減少接線故障率，提高了可靠性。

4.2.3制動特性優(yōu)良

　　采用了單側(cè)電源情況下的負(fù)荷側(cè)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(nèi)部故障時，無制動量，提高了內(nèi)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(fù)擔(dān)

　　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(fù)擔(dān)，提高了可靠性。

4.2.5過電流能力強。

5.1檢查安裝質(zhì)量

　 a. 電器內(nèi)元器件應(yīng)安裝牢固、端正，所有螺釘無松動、劈口現(xiàn)象。

b.器件規(guī)格正確，安裝、焊接正確，鉚釘鉚接牢固。

c.線正確、牢固、整齊，接觸可靠。

d.有焊點牢固、清潔，無虛焊及焊劑堆積現(xiàn)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(fù)），其動作電流應(yīng)為0.4～0.5mA，返回系數(shù)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：

a.將被試?yán)^電器5—7端接信號燈，之后合開關(guān)K接通電路；

b.調(diào) TT_{1 動作，表 A 的讀數(shù)即為 CJ 動作電流Id；}升電流使 CJ

c.調(diào) TT_{1 降電流使 CJ 返回，表 A 讀數(shù)即返回電流If；}

d.重復(fù)“b”、“c”兩項 5～10 次，得出 I_{d 與If 的10 次算術(shù)平均值 Idp、Ifp，按公式⑴ 求出返回系數(shù)Kf}

　　　　K_f＝ I_fp / I_{dp ⑴}

e.對每個整定值重復(fù)上述b～d項操作，得出的I_dp、K_f應(yīng)符合4.1.3 及4.1.8 規(guī)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(diào)節(jié)插頭 CT₄–CT_{6 整定在“2.9”位置。制動系數(shù)整定插頭 CT3 放在任一整定位置。}

a.調(diào)節(jié) TT 及R₁使電流I_d增加 （不合K） 到CJ動作，此時 I_{d 值應(yīng)為 0.87A。}

b.合K，用 TT 及R₂調(diào)節(jié)I_z為I_Z1 （應(yīng)≥5A），再調(diào) R_{1 增加Id，使CJ動作，此時Id 為Id1。調(diào)TT及R2 使Iz為IZ2 應(yīng)≥10A），再調(diào)R1使Id為 Id2。調(diào)R2 使IZ 增到Iz3 （≈15A），再調(diào)R1 使Id 增到Id3。用下式⑵計算制動系數(shù)KZ2, 應(yīng)符合4.1.4 規(guī)定：（}

　　 K_Z2 = [K_Z2⑴＋K_Z2⑵] / 2 （2）

　　式中：

　　　　K_Z2（1） = （I_d2－I_d1） / （I_z2－I_z1）

　　　　K_Z2⑵ = （I_d3－I_d2） / （I_z3－I_z2）

　　改變制動系數(shù)整定插頭 CT_{3 位置，重復(fù)上述試驗，得出相應(yīng)制動系數(shù)。}

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：

a.合K₁，調(diào) TT 與 R₂ 使電流 I₂＝3A；

b.合K₂，調(diào) R₁ 升電流 I₁ 使 CJ 動作，再減小 I₁ 使 CJ 剛剛返回；

c.突然合 K，由毫秒表讀出動作時間；

d.重復(fù)“C”項 10 次，求出平均值即為動作時間值，應(yīng)符合 4.1.7 規(guī)定。

c.拉合 K₁，CJ 不應(yīng)動作。如動作時，再調(diào)R₁ 減小電流 I₁，再拉合K₁，CJ 不應(yīng)動作。求出拉合K₁ 時剛好 CJ 不動作的 I₁ zui大值 I_1m。

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(yīng)注意：

d.按下式⑶求出二次諧波制動比K_Z1：

K_Z1 = 0.3I₂／（ 0.71I₂＋I_1m） （3）

e.圖中電流表A₂應(yīng)為是電磁式或電動式儀表，不得用內(nèi)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：

　 K_Z1＝ 0.47I₂／（1.11I₂＋I_1m） （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?yán)^電器 CJ 端子 5—7 接毫秒表；

b.合開關(guān) K，調(diào)節(jié) TT_{1 及 R 使電流表讀數(shù)為整定動作電流的三倍，拉開 K ；}

a.為區(qū)別是哪部分動作，試驗時應(yīng)取下極化繼電器；

b.測時間應(yīng)加 1.5 倍整定動作電流；

c.試驗次數(shù)應(yīng)少，取 3 次，通電時間應(yīng)短。

6.1使用接線

圖9為用于雙繞組變壓器的典型接線，圖10

為用于三繞組變壓器的典型接線。

6.2電流互感器聯(lián)接組的確定

接入差動保護的各側(cè)電流大小和相位在正常運行時應(yīng)*，因而要進行匹配。電流的大小用各側(cè)電流互感器的變比和差動繼電器內(nèi)部的電流調(diào)節(jié)插頭來調(diào)節(jié)，使之*,相位要用電流互感器

的聯(lián)接組進行補償。

選擇電流互感器聯(lián)接組的原則是：

　　a.變壓器繞組為 Y/△ 接線時，Y 形側(cè)的電流互感器應(yīng)接成 △，變壓器 △ 形側(cè)的電流互感器應(yīng)接成 Y 形，進行相位補償。

　　b.變壓器繞組兩側(cè)均為Y形時，兩側(cè)的電流互感器均應(yīng)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?！　?/div>