LCD4继电器调试方法.docx
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LCD4继电器调试方法
1 用途
LCD－4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，作为内部短路故障的主保护。
继电器应有FL－8型变流器或FY－1型自耦变流器与它配套使用。
2 结构与工作原理
继电器采用JK－31K壳体，其外形尺寸、安装开孔尺寸及端子图见附录3。
原理接线图见图1.
继电器采用差电流原理制成。
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大小与相位不同，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 LCD—4型差动继电器原理接线图
外部故障时（保护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，其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。
本继电器具有4侧比例制动。
经过匹配的设备各侧电流互感器二次电流，通过电抗变压器T4、T5的原绕组，其副绕组里感应的电势经过整流桥V4、V5整流之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。
本继电器利用差电流里的二次谐波起制动作用。
因为涌流里含有很大比例的二次谐波分量，可以有效的防止继电器因涌流造成的误动作。
相反因设备内部短路故障电流里二次谐波含量很小，所以在变压器内部故障时，继电器又不会拒动。
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，为防止继电器在此时拒动或缓动，并为加快动作速度，防止被保护变压器出现油箱爆破等严重故障，在继电器中设有不带制动的差电流速动部分。
其动作电流整定值按大于变压器空投时的最大可能励磁涌流来决定。
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。
a. 差动动作部分
由电抗变压器T1、电容器C1、整流桥V1及电阻R1组成。
电抗变压器T1的副绕组与电容器C1组成50Hz谐振电路，其输入电压（即电容器C1两端电压）主要是基波电压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。
b.谐波制动部分
由电抗变压器T2、电容器C2、电抗器T6、电容器C3、整流桥V2及电阻R2组成。
电抗器T6与电容器C3组成50Hz并联谐振回路，成为基波阻波器。
电抗变压器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（电抗器T6与电容器C3）除掉其中混入的基波分量，由V2整流桥整流之后，通过电阻R2作为谐波制动电压Uz2加在执行元件上。
c.差电流速断部分
由电抗变压器T3、整流桥V3、电容器C5及中间继电器K2等元件组成。
电抗变压器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，中间继电器K2动作跳闸。
用整定插头改变电抗变压器T3副绕组的抽头（即改变输出电压）来改变差电流速断的动作电流整定值。
电位器R13用来调节最小差动速断电流，在出厂前调好锁紧，其它整定值均可保证一定的准确度。
2.比例制动部分
比例制动部分接在“和电流”回路中，由电抗变压器T4、T5，整流桥V4、V5，稳压管V8、V9，电阻R8～R11等组成。
电抗变压器T4与T5均有两个原绕组，每个绕组分别接入被保护设备一侧电流互感器的二次回路。
通过这些绕组电流正比于设备各侧的流入和流出电流。
这些电流在电抗变压器T4和T5副绕组产生与其成比例的电压Uz′和Uz″，Uz′经整流桥V4整流后再通过稳压管V8和Uz″经V5整流后通过稳压管V9得到电压，并联成为比例制动电压Uz1，此电压通过电阻R8～R11之后与谐波制动电压Uz2并联再通过电阻加在执行元件上起制动作用。
Uz1与设备外部短路时的最大故障电流成比例。
用插头改变串联电阻R8～R11，可以调节比例制动电压的大小，即改变比例制动特性。
稳压管V8、V9用来得到零制动段（见图2），即当制动电流（通过电抗变压器T4、T5原边的电流）较小，小于0.5～1倍继电器额定电流时，稳压管V8、V9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。
图2 继电器的动作特性
3.主回路动作电流的调节
由差动动作部分、谐波制动部分和比例制动部分组成。
以极化继电器K1为执行元件的回路叫作主回路，其执行元件叫作主元件。
在主回路里，动作电压Ud与制动电压Uz1、Uz2通过电阻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（极化继电器K1端子4为正极），此正电压超过极化继电器K1的动作电压后，极化继电器K1动作跳闸。
反之，制动电压大于动作电压时，和电压为负，极化继电器K1制动。
电阻R3与电位器R4用来调节继电器主回路最小动作电流（1A或0.2A），在出厂前或更换极化继电器后调好并锁紧。
其它动作电流整定值是用插头改变极化继电器K1的并联电阻R5～R7来得到，可以保证一定的准确度。
4.其它说明
差动电流速断部分的执行元件中间继电器K2叫做速断元件。
主元件极化继电器K1的触点由端子1～5引出，速断元件中间继电器K2的触点由端子1～3引出，可分别外接不同的信号继电器，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。
端子7～9～11，10～12～14，2～4，6～8为电流端子，不带有自动短路机构，在继电器由壳体中抽出时，应先将该电流回路短接，防止电流互感器二次开路。
继电器各部分在各种故障时的动作情况见表1。
继电器的动作特性见图2，动作时间特性见图3，频率特性见图4。
表1
故障类型
动作情况
主元件
速断元件
保护区外短路
不动
不动
变压器空投
不动
不动
保护区内一般短路
动
不动
保护区内严重短路
动或缓动
速动
正常运行
不动
不动
图3 继电器的动作时间特性
Us为主回路输出（XJ6与XJ5之间）电压（即加在
执行元件上的电压），输入差电流为1A。
图4 继电器的频率特性
3 技术要求
1．额定数据
额定交流电流（Ie）：
1A、5A，50Hz。
2．动作电流
a.整定范围
额定电流Ie为5A时：
1A，1.5A，2A，2.5A；
额定电流Ie为1A时：
0.2A，0.3A，0.4A，0.5A。
b.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％。
c.返回系数:
不小于0.4。
3．制动特性斜率
a.整定范围：
30%，40%，50%，60%；
b.误差：
不超过±10%。
4．二次谐波制动比：
15%～25%。
5．动作时间
3倍动作电流下不大于60ms。
10倍动作电流下不大于40ms。
6．差电流速断部分
a.动作电流整定范围
额定电流5A时：
25A，30A，40A，50A，
60A，75A；
额定电流1A时：
5A，6A，8A，10A，12A，15A。
b.动作电流整定值误差
动作电流三次测量平均值同刻度值之差与刻度值比不超过±10%。
c.动作时间
在1.5倍动作电流下，不大于15ms。
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。
8.触点断开容量
在直流有感（τ=5ms）回路，U≤220V，
I≤0.2A为20W。
在交流回路中能断开负荷30VA（cosφ=0.4±0.1）
9.绝缘电阻
不小于300MΩ。
10.介质强度
在标准试验大气条件下，继电器各导电电路与外露的非带电金属部分及外壳之间，以及在电气上无联系的不同电路之间，应能承受交流2kV（有效值）50Hz试验电压历时1min，无绝缘击穿或闪络现象。
11.热要求
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。
表 2
回路名称
制动回路
差动回路
长期允许
2Ie
1.2Ie
1s允许
20Ie
10Ie
最大穿越电流（允许0.1s）
50Ie
--
12.寿命
机械寿命为1×104次。
电寿命为1×103次。
13．重量：
约6kg。
4 调试方法
1．一般检查
在通电试验之前应检查：
a.继电器外观有无损坏；
b.有否断线，脱焊情况；
c.所有固定用螺钉有否松动；
d.插头接触是否可靠。
2．主回路动作电流及动作时间检查
试验接线见图5。
图5 动作电流与动作时间试验接线
a.动作电流试验
1）闭合开关S，调节电流使继电器动作，K1触点闭合，读出动作电流值；
2）减少电流读出返回电流值；
3）对应于每个整定刻度，重复上述测量十次，取十次读数平均值作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=Iｆ／Iｄ…………
（1）
4）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R4和电阻R3使之符合要求。
b.动作时间检查
1）仍按图5接线，闭合开关，调电流至三倍整定动作电流后，打开开关；
2）合上开关，突然施加电流，用毫秒表测出动作时间；
3）取十次测量值的平均值作为动作时间值。
3.动作特性
试验接线见图6。
试验步骤如下：
a.将动作电流整定在最小值（0.2Ie），令Iz=0，检查继电器的动作电流Id；
b.给一较低的IZ值（1.5Ie），增加Id，直至继电器动作；
c.调节Iz为3Ie，增加Id，求出对应每一个Iz值的Id。
d.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。
图6 动作特性试验接线
e.kz如不满足项3中规定，可以改变电抗变压器T4副绕组抽头来达到；
f.将端子7、9、11的接线改到10、12、14上，重复上述试验，求出kz值应符合项3中规定。
如不符合要求，可以改变电抗变压器T5副绕组抽头来达到。
4.谐波制动特性试验
试验接线见图7。
试验步骤如下：
A2—电磁式或电动式交流电流表，
D—200V，10A二极管
图7 谐波制动试验接线
a.调节整流电流I2=Ie，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，若动作则应再减小I1，直到拉合S继电器刚好不动时，读出电流I1。
b.按下式求出谐波制动比k
k＝0.3I2／（0.71I2+I1）…………
（2）
c.k值如不符合技术要求规定时，应检查T2与C2及T6与C3的谐振回路是否调好，如不好可用改变T2副边抽头及T6抽头来调节。
5．差电流速断部分试验
试验接线如图5。
方法与2项相同，但应注意：
a.引出触点端子为1～3；
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.测量动作时间用1.5倍整定动作电流测量。
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（如谐波制动不合格，动作电流比整定值大很多等）时才进行谐振回路的检查与调整。
a.基波谐振回路
按图8接好试验电路。
1）断开由电容器C1的“2”端接至测试插孔XJ1的联线（在C1的端子“2”上断开）；
2）用变频电源向继电器差动回路（端子2、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；
3）调节输入电流频率使Uc1为最大值，此时频率即为回路的谐振频率；
4）改变T1抽头位置（将C1B的“1”端子引向T1的引线分别焊到T1的M11～M1各抽头上）按“C”项方法求出每个抽头对应的谐振频率；
5）取谐振频率为50Hz±1Hz的抽头为所用抽头，将它与C1B引线焊好，则谐振回路调好；
6）恢复“a”项断开的联线。
b.二次谐波谐振回路
试验电路与调试方法与a项相同，但有如下区别：
1）断开由电容C2B“2”端子至C3A的联线；
2）输入差回路电流为100Hz、1A；
3）调节T2的M11～M1抽头；
4）取谐振频率为100Hz±2Hz的抽头为所选抽头。
c.基波阻波器
试验接线见图9。
V—高内阻电压表 TT—220V/12V～24V变压器F—变频电源，容量≥10VA
图8 谐振回路调试接线
图9 阻波器调试接线
1）断开C2B的“2”端至C3A的联线；
2）在T6接线板上断开C3B“1”端至T6的抽头的联线，在断开处用变频电源加5V，50Hz左右电压；
3）用高内阻电压表测量C3A电容两极之间的电压UC3，调节输入电压频率使UC3为最大，此频率即为谐振频率；
4）改变电源所加的T6抽头位置，求出每个抽头所对应的谐振频率，取谐振频率为50Hz±1Hz者为所选抽头，将它与C3B“1”端来的引线焊好，则阻波器调好；
5）恢复“a”项断开的联线。
5 使用和维护
1．使用接线
使用接线见图10。
2．整定方法
a．FY—1自耦变流器或FL—8变流器变比选择
用三卷变压器为例来说明，举例如图11所示，图中LH1—LH3为各侧电流互感器。
三侧线圈分别用1，2，3来表示，三侧额定电压的符号用V1、V2、V3代表。
1）计算三侧电流
以变压器三侧线圈额定容量最大侧的额定容量P为基准，计算变压器各侧电流：
I1=P／
V1I2=P／
V2
I3＝P/
V3 …………（4）
式中：
I1、I2、I3为变压器各侧额定电流。
2）按下式计算FY—1或FL—8变流器输入电流：
i1△=
I1/N1i2△=
I2/N2i3y=I3/N3………（5）
式中：
N1—N3各侧电流互感器变比；
i1△，i2△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；
i3y由电流互感器Y形接线侧输入到FY—1或FL—8变流器初级的电流。
图10 使用接线图
3）由FY-1或FL-8变流器初级输入电流i1△、i2△和i3y确定其接线端子。
FL-8变流器次级输出有4个抽头（5，2.89，1，0.577A），初级抽头按表6、表7选用。
FY－1自耦变流器次级输出电流按5A考虑，按表5选择其抽头。
4）计算举例（以FY－1为例）
图11 计算举例
①计算变压器各侧电流
I1=（100×103）/（
×220）=262.4A
I2=（100×103）/（
×110）=524.9A
I3=（100×103）/（
×13.8）=4184A
②计算变流器输入电流
i1△=（
×262.4）/100=4.545A
i2△=（
×524.9）/200=4.545A
i3y=4184/1000=4.184A
③选FY－1变比
1FY－1取4.55/5A初级1～4头，次级1～7头；
2FY－1取4.55/5A 初级1～4头，次级1～7头；
3FY－1取4.21/5A 初级1～4头，次级1～9头。
④变比误差
最大为△＝（4.21－4.184）/4.184＝0.006
⑤在变压器各侧绕组带实际额定容量负荷下，流入继电器的电流计算
变压器各侧实际额定电流为：
I1=262.4A
I2=（60×103）/（
×110）=315A
I3=（60×103）/（
×13.8）=2510A
此时FY－1输入电流为：
i1△=4.545A
i2△=（
×315）/200=2.73A
i3y=2510/1000=2.51A
流入继电器的电流：
由1FY—1流入继电器电流i1=5A；
由2FY—1流入继电器电流i2=3A；
由3FY—1流入继电器电流i3=2.98A。
b．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）
式中，△U—变压器分接头调压范围，一般取0.2左右；
△I—过电流时电流互感器1～4LH误差，一般取0.1；
△m—FY－1或FL－8不完全调平衡造成的误差以及FY－1或FL－8变比误差；
kk—可靠系数，取1.3～2。
c．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1～4LH的误差，一般0.03～0.05；
Ie—变压器额定电流折算到FY—1自耦变流器二次侧后的值。
d.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最大涌流的1.5～2倍确定，一般可参考表3来确定。
3．现场测量
在继电器投入运行之后，设备带有一定负荷时（最好为满载）进行下述测量：
a.在继电器面板上测试插孔XJ1与XJ2间测得差电压应不大于1V，否则要考虑接线极性或FY－1变比选择是否正确；
表 3
变压器联接组
变压器容量
MVA
变压器电源在
高压侧
低压侧
Y--Y
<10
15Ie
15Ie
Y--Y
>10
10Ie-12Ie
10Ie-12Ie
Y--△（低压）
>10
6Ie-8Ie
10Ie-12Ie
b.在继电器面板上测试插孔XJ5与XJ7与XJ8间测得制动电压不小于下式算得值：
VZ=10×I/Ie（V）（8）
式中，I—设备所带负荷电流（折算到FY－1或FL—8输出端的值），A；
Ie—继电器额定电流，A。
4．使用注意
a.继电器电流端子不具有自动短路功能，继电器拨下之前，必须先将电流端子短接，防止CT开路。
b.包装好的继电器应该用适宜的交通工具运输，注意防潮、防震，保证继电器不受机械损坏及不良天气（如雨、雪、风、沙等）和腐蚀性气体的侵袭。
c.因继电器本身较重，在发运时不要安装在保护屏上，单独包装发运为宜。
d.继电器应在包装好后保存，应保存在-25℃～70℃及相对湿度不大于75%的室内，室内气温不应有剧烈的变化，且无腐蚀性气体存在。
e.继电器与FY－1变流器应装在同一屏上且连接线要短，以免阻抗大影响FY－1性能。
5.对极化继电器的要求见表4。
6订货须知
订货时请指明继电器的型号、名称、额定数据及安装方式.
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