LCD-4型变压器差动继电器



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