3.1概述

本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直接引入繼電器中。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和相位不同， 產生差電流使繼電器動作，發出跳閘命令。

在正常運行時，由于流入設備和流出設備的電流 （按變比折算，經過電流匹配到一側） 相同，理論上講沒有差電流流入繼電器。實際上由于設備各側電流互感器變比不同、誤差不同及使用中調壓 （調節分接頭） 位置的影響，總存在一個不大的差電流。這個電流不大于設備額定電流的15％，繼電器的整定動作電流應大于此差電流。

設備外部 （保護區外） 短路故障 （或稱穿越性故障） 時，流過設備的電流可能很大，在故障開始瞬間的暫態過程中，短路電流中往往還包括很大的非周期分量，因而使設備各側的電流互感器飽和。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，設有比例制動回路。當短路電流增大時，制動量按比例增大，超過差電流產生的動作量，使繼電器制動。本繼電器具有兩側比例制動，電源側不設制動。

　　為了zui有效地防止本繼電器在設備外部故障時誤動作，而在設備內部故障時又能靈敏動作，采用了具有單側比例制動特性的制動回路。該比例制動特性對于設備外部故障具有*的制動能力。在外部故障時，制動系數為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。而內部故障時，因電源側無制動，可以很靈敏的動作，切除故障。

在變壓器空載接入電網 （空投） 時，或外部短路故障切除后的電壓恢復過程中，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。因涌流僅出現在設備一側 （電源側），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，設備內部出現短路故障時，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。

在設備內部嚴重故障時，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。此時設備可能很快會被損壞，甚至發展成更嚴重的如變壓器油箱爆破等災難性故障。為防止這種情況的發生，在繼電器中設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：電流調節部分、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 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 和執行回路 （由極化繼電器及其附加電阻組成） 上。當Ud在執行回路中產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 用來調節繼電器的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C₂兩間產生一個基波電壓。為了使這個基波電壓不起制動作用，增設了由電抗器DK與電容C₃并聯（諧振）組成的基波阻波器，該阻波器對50Hz并聯諧振，基波阻抗大。U₂通過阻波器后除掉其中的基波分量，再經ZL₂整流后通過電阻R₂作為諧波制動電壓Uz₁加在執行回路上，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、穩壓管V₉、電阻R₃、R₉～R₁₃等元件組成。具有制動系數可調的比例制動特性。5～6DKB的原繞組分別接入被保護設備的二次回路中。通過這兩個電抗變壓器的電流正比于流出設備各側的電流。5～6DKB副繞組的輸出電壓V₅、V₆也正比于設備各側的流出電流。采用帶有空氣隙鐵芯的電抗變壓器將每側的電流變換成電壓，可以有效地抑制故障電流中非周期（直流）分量的影響，實現在整個輸入電流范圍內可靠地制動作用。

本回路是利用穩壓管V₉及電阻R₉～R₁₃來實現制動系數可調的比例制動特性，V₉用來得到零制動段 （見圖5中，拐點A前面的一段）。即當制動電壓U_Z2較小時（各輸出側電流均小于0.8～1I_n時），穩壓管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備內部較少匝數短路時的靈敏度。當制動電流大于拐點A時，U_Z2大到使V₉擊穿，出現制動電壓U_Z2，此時制動系數由電阻R₉～R₁₃來決定。改變制動系數整定插頭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，執行元件上無電壓，不動作。

b.空投時，有差電流，但U_Z1＞U_d，執行元件有制動電壓，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，執行元件上有制動電壓不動作。

d.內部故障時，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。被保護設備內部嚴重故障時, 3DKB原繞組通過很大的差電流, 其副繞組輸出電壓U₃ 經過ZL₃整流，C₅濾波后在執行回路 （R₄、W₂ 與ZJ 的串聯電路） 中產生電流。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 （即改變抽頭） 的辦法進行調整。抽頭的調整用繼電器面板上的插頭組 CT2 來實現。電位器 W2 用來調整zui小差動速斷電流整定值，此值調好后，其它整定值即可保證一定的準確度。}

3.4電流調節部分工作原理

　　這部分的作用是用來進行變比調節和電流匹配 （或稱調平衡） 的。通常被保護設備各側電壓等級不同，所裝的電流互感器變比不同。在額定負荷時，各側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，本繼電器設有電流調節回路對設備各側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。在設備各側帶額定負荷，流入繼電器各側的電流不同時，利用插頭來改變5～6DKB原繞組的抽頭和B的抽頭，使在各側額定電流時，各側電流在B中產生的安匝數相同，例如I側（端子）流入的額定電流為3.3A時，則插頭就插在3.3位置，該側電流通過插頭組CT₄流入B中，不產生制動量。Ⅱ側 （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 （端子） 流入的額定電流為5A，則插頭插“5”位置 （6DKB抽頭匝數為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。繼電器設計時選擇5～6DKB的原繞組抽頭匝數時，使每個抽頭的匝數與對應標字 （即標稱電流） 乘積相等。 根據這個原則知 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的作用是調平衡，使正常運行或外部故障時 （在被保護設備各側電流互感器，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Ⅰ側額定電流為 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 （對應匝數WB₁） 在B 繞組中產生的磁勢為3.3WB₁。Ⅱ側額定電流為 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（對應匝數WB₂），在B繞組中產生的磁勢為4.6WB₂。Ⅲ側額定電流為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 （對應匝數WB₃） 在B繞組里產生的磁勢為5WB₃。B抽頭匝數的選擇原則也是每個抽頭的匝數與對應標字的乘積相等。根據這個原則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）應均為5A。同理，三個電流同時作用時，因設備內部*， 流入電流與流出電流之和應為零，則B的輸出端無電流，即已調平衡。

　　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倍標稱電流時，50±5ms；zui小動作電流整定在0.5倍標稱電流時，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

　　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） 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，應能耐受50Hz、2000V的交流電壓，歷時1min，應無擊穿和閃絡現象。

4.1.13重量：8kg。

4.2特點

4.2.1　有電流調節能力

　　當輸入電流在表 2 范圍內 （2.9～8.7A） 變化時，可以調平衡。在絕大多數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，大大簡化中間環節的接線，減少接線故障率，提高了可靠性。

4.2.3制動特性優良

　　采用了單側電源情況下的負荷側比例制動回路。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。內部故障時，無制動量，提高了內部故障時的靈敏度。

4.2.4交流消耗小，減輕了主電流互感器的負擔

　　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擔，提高了可靠性。

4.2.5過電流能力強。

5.1檢查安裝質量

　 a. 電器內元器件應安裝牢固、端正，所有螺釘無松動、劈口現象。

b.器件規格正確，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），其動作電流應為0.4～0.5mA，返回系數不小于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.將被試繼電器5—7端接信號燈，之后合開關K接通電路；

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

c.調 TT_{1 降電流使 CJ 返回，表 A 讀數即返回電流If；}

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

　　　　K_f＝ I_fp / I_{dp ⑴}

e.對每個整定值重復上述b～d項操作，得出的I_dp、K_f應符合4.1.3 及4.1.8 規定，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，電流調節插頭 CT₄–CT_{6 整定在“2.9”位置。制動系數整定插頭 CT3 放在任一整定位置。}

a.調節 TT 及R₁使電流I_d增加 （不合K） 到CJ動作，此時 I_{d 值應為 0.87A。}

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

　　 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）

　　改變制動系數整定插頭 CT_{3 位置，重復上述試驗，得出相應制動系數。}

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 TT 與 R₂ 使電流 I₂＝3A；

b.合K₂，調 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“C”項 10 次，求出平均值即為動作時間值，應符合 4.1.7 規定。

c.拉合 K₁，CJ 不應動作。如動作時，再調R₁ 減小電流 I₁，再拉合K₁，CJ 不應動作。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應為是電磁式或電動式儀表，不得用內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. 被試繼電器 CJ 端子 5—7 接毫秒表；

b.合開關 K，調節 TT_{1 及 R 使電流表讀數為整定動作電流的三倍，拉開 K ；}

a.為區別是哪部分動作，試驗時應取下極化繼電器；

b.測時間應加 1.5 倍整定動作電流；

c.試驗次數應少，取 3 次，通電時間應短。

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電流互感器聯接組的確定

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

的聯接組進行補償。

選擇電流互感器聯接組的原則是：

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

　　b.變壓器繞組兩側均為Y形時，兩側的電流互感器均應接成 △ 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>