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LCD-4型變壓器差動繼電器



1　用途

LCD－4型變壓器差動繼電器 (以下簡稱繼電器) 用于變壓器或發電機一變壓器組，作為內部短路故障的主保護。

繼電器應有FL－8型變流器或FY－1型自耦變流器與它配套使用。

2　結構與工作原理

繼電器采用JK－31K殼體，其外形尺寸、安裝開孔尺寸及端子圖見附錄3。原理接線圖見圖1.

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經FY－1或FL－8變流器匹配之后，引入繼電器中。在設備內部故障時，流入設備的電流與流出設備的電流大小與相位不同，產生差電流使繼電器動作。

在正常運行時，由于流入設備和由設備流出的電流(按變壓器變比折算到一側后)相同，理論上講沒有差電流。實際上由于各側電流互感器變比不同、誤差不同及變壓器調節分接頭位置等原因，存在一個不大差電流，這個差電流不大于設備額定電流Ie的10％～15％，繼電器的整定動作電流應大于此差電流。



圖1　LCD—4型差動繼電器原理接線圖

外部故障時（保護區外短路故障或稱穿越性故障），流過設備的電流可能很大，在故障開始瞬間的暫態過程中，短路電流里還包含很大的非周期分量，因而設備各側的電流互感器可能飽和。此時，由于各電流互感器磁化特性不一致，其二次差電流可能很大。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，使繼電器制動。本繼電器具有4側比例制動。 經過匹配的設備各側電流互感器二次電流，通過電抗變壓器T4、T5的原繞組，其副繞組里感應的電勢經過整流橋V4、V5整流之后成為比例制動電壓。

　　在變壓器空載投入或外部短路故障切除后電壓恢復過程中，變壓器的勵磁涌流可能很大，其值有時可達變壓器額定電流的4～8倍，遠大于繼電器的整定動作電流。又因涌流僅出現在一側，對差動繼電器來講相當于差電流，如不采取閉鎖措施，將會誤動作。本繼電器利用差電流里的二次諧波起制動作用。因為涌流里含有很大比例的二次諧波分量，可以有效的防止繼電器因涌流造成的誤動作。相反因設備內部短路故障電流里二次諧波含量很小，所以在變壓器內部故障時，繼電器又不會拒動。接在差電流回路里的電抗變壓器T2用來取出二次諧波制動量。

　　在設備內部嚴重故障時 (如引出線短路)，短路電流很大，可達額定電流的20～30倍以上。此時各側電流互感器可能嚴重飽和，其二次電流中可能出現很大的各次諧波分量，為防止繼電器在此時拒動或緩動，并為加快動作速度，防止被保護變壓器出現油箱爆破等嚴重故障，在繼電器中設有不帶制動的差電流速動部分。其動作電流整定值按大于變壓器空投時的最大可能勵磁涌流來決定。

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并由它們組成三個部分。

a.　差動動作部分

　　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V1整流橋整流后，通過電阻R1，作為動作電壓 (Ud) 加在執行元件極化繼電器K1及其附加電阻上。

b. 諧波制動部分

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，通過它取出正比于差電流里二次諧波分量的100Hz電壓U2，再經過基波阻波器 (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，通過電阻R2作為諧波制動電壓Uz2加在執行元件上。

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V3整流橋整流，再經電容器C5濾波之后，加在執行元件中間繼電器K2及其串聯電阻上。當差電流達到差電流速斷整定值時，中間繼電器K2動作跳閘。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)來改變差電流速斷的動作電流整定值。電位器R13用來調節最小差動速斷電流，在出廠前調好鎖緊，其它整定值均可保證一定的準確度。

2. 比例制動部分

　　比例制動部分接在“和電流”回路中，由電抗變壓器T4、T5，整流橋V4、V5，穩壓管V8、V9，電阻R8～R11等組成。電抗變壓器T4與T5均有兩個原繞組，每個繞組分別接入被保護設備一側電流互感器的二次回路。通過這些繞組電流正比于設備各側的流入和流出電流。這些電流在電抗變壓器T4和T5副繞組產生與其成比例的電壓Uz′和Uz″，Uz′經整流橋V4整流后再通過穩壓管V8和Uz″經V5整流后通過穩壓管V9得到電壓，并聯成為比例制動電壓Uz1，此電壓通過電阻R8～R11之后與諧波制動電壓Uz2并聯再通過電阻加在執行元件上起制動作用。Uz1與設備外部短路時的最大故障電流成比例。

　　用插頭改變串聯電阻R8～R11，可以調節比例制動電壓的大小，即改變比例制動特性。穩壓管V8、V9用來得到零制動段 (見圖2)，即當制動電流 (通過電抗變壓器T4、T5原邊的電流) 較小，小于0.5～1倍繼電器額定電流時，穩壓管V8、V9不能擊穿， 無比例制動電壓加在執行元件上，用以提高繼電器對設備內部輕微短路故障 (如變壓器匝間短路) 的靈敏度。



圖2　繼電器的動作特性

3. 主回路動作電流的調節

　　由差動動作部分、諧波制動部分和比例制動部分組成。以極化繼電器K1為執行元件的回路叫作主回路，其執行元件叫作主元件。

　　在主回路里，動作電壓Ud與制動電壓Uz1、Uz2通過電阻R1、R2合成后，其代數和由電容器C4濾波后加在執行元件上。當動作電壓大于制動電壓時，和電壓為正 (極化繼電器K1端子4為正極)，此正電壓超過極化繼電器K1的動作電壓后，極化繼電器K1動作跳閘。反之，制動電壓大于動作電壓時，和電壓為負，極化繼電器K1制動。

　　電阻R3與電位器R4用來調節繼電器主回路最小動作電流 (1A或0.2A)，在出廠前或更換極化繼電器后調好并鎖緊。其它動作電流整定值是用插頭改變極化繼電器K1的并聯電阻R5～R7來得到，可以保證一定的準確度。

4. 其它說明

　　差動電流速斷部分的執行元件中間繼電器K2叫做速斷元件。

　　主元件極化繼電器K1的觸點由端子1～5引出，速斷元件中間繼電器K2的觸點由端子1～3引出，可分別外接不同的信號繼電器，便于分析故障，如不需分別接信號繼電器時，可將它們在端子上并聯后引出。

　　端子7～9～11，10～12～14，2～4，6～8為電流端子，不帶有自動短路機構，在繼電器由殼體中抽出時，應先將該電流回路短接，防止電流互感器二次開路。

　　繼電器各部分在各種故障時的動作情況見表1。

繼電器的動作特性見圖2，動作時間特性見圖3，頻率特性見圖4。

表1

故障類型
動作情況

主元件
速斷元件

保護區外短路
不動
不動

變壓器空投
不動
不動

保護區內一般短路
動
不動

保護區內嚴重短路
動或緩動
速動

正常運行
不動
不動