LCD-4说明书

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

 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，2 A，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

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：

图7　谐波制动试验接线

A2—电磁式或电动式交流电流表，   D—200V，10A二极管   

　　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／V1   I2=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/ N1          i2△=I2/ N2        i3y=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.，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

　　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.