摘要：本文介紹了一種適用于兩相不完全星形接線的兩相過(guò)電流繼電器，與傳統(tǒng)的由多個(gè)繼電器組成的保護(hù)系統(tǒng)相比，具有較高的抗干擾能力和工作可靠性，且運(yùn)行維護(hù)更加簡(jiǎn)單方便。 關(guān)鍵詞：飽和變壓器 反時(shí)限 定時(shí)限 0 引言 目前，我國(guó)6kV～35kV變壓器中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)線路的過(guò)電流保護(hù)、速斷保護(hù)裝置中使用的電流互感器均采用兩相不完全星形接線方式，以提高供電的可靠性。由于兩相不完全星形接線方式比三相星形接線方式少了三分之一的設(shè)備，所以節(jié)約了投資，并能提高中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)供電的可靠性，故得到了廣泛的應(yīng)用。 階段式電流保護(hù)中，兩段式電流保護(hù)由瞬時(shí)或限時(shí)電流速斷保護(hù)作為第一段，過(guò)電流保護(hù)作為第二段。最簡(jiǎn)單的兩相不完全星形接線，需要由四臺(tái)電流繼電器、兩臺(tái)時(shí)間繼電器、兩臺(tái)信號(hào)繼電器、一臺(tái)中間繼電器組成，才能實(shí)現(xiàn)兩段式線路保護(hù)。其展開(kāi)圖如下所示： 要實(shí)現(xiàn)這一套保護(hù)，不僅需要用的繼電器數(shù)量多，接線復(fù)雜，而且需要提供直流電源，為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種JGL-3/10系列兩相過(guò)電流繼電器，只需一臺(tái)繼電器便可實(shí)現(xiàn)上述保護(hù)的全部功能，在這里作以介紹。 　 1 原理與構(gòu)成 繼電器的原理框圖如圖2所示。 1.1 工作電源 繼電器由集成電路構(gòu)成，而由集成電路構(gòu)成的繼電器都必須有工作電源來(lái)維持運(yùn)算放大器及邏輯回路的工作。近年來(lái)，由于有源的繼電器在工作中存在電源部分發(fā)熱，抗干擾性能差且增加了直流系統(tǒng)接地故障的幾率等缺點(diǎn)，越來(lái)越多的用戶在選型上更愿意選用無(wú)源的，除了這些缺點(diǎn)外，不用外接輔助電源對(duì)用戶來(lái)說(shuō)接線簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用也是一個(gè)主要的優(yōu)點(diǎn)。 因此，電源部分設(shè)計(jì)為采樣同時(shí)取工作電源，由一速飽和變壓器經(jīng)整流濾波后取得±12V電源，速飽和變壓器采用R型鐵心，利用其飽和特性及穩(wěn)壓電路 使得在電流增大時(shí)內(nèi)部元件不致過(guò)熱，電源電壓仍能維持±12V。這種電路經(jīng)試驗(yàn)證明，性能穩(wěn)定，功耗小，是無(wú)源繼電器獲得內(nèi)部電源的一種很好的方法。 原設(shè)計(jì)為從任意一相取電源，繼電器仍能正常工作。因兩相不完全星形接線應(yīng)該能反應(yīng)除B相接地短路以外的其它各種故障，但在實(shí)際系統(tǒng)應(yīng)用中，此種設(shè)計(jì)不能反應(yīng)電源相以外的相間短路及電源相接地短路。因?yàn)榧僭O(shè)從A相取電源，B、C相短路及A相接地短路時(shí)，A相電流為零，變壓器輸出為零，內(nèi)部電源不能建立，所有的集成電路都不能正常工作，因而整個(gè)機(jī)器不能工作，降低了原兩相不完全接線保護(hù)的可靠系數(shù)。因此，后來(lái)改變?cè)O(shè)計(jì)為從兩相均能取電源，從而解決上述問(wèn)題，仍能完成傳統(tǒng)保護(hù)的所有功能。 1.2 過(guò)電流保護(hù) 輸入信號(hào)經(jīng)整流濾波后，通過(guò)撥盤開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)定值整定，輸入信號(hào)量經(jīng)過(guò)放大與門檻電壓進(jìn)行比較，超過(guò)門檻電壓時(shí)，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，輸出高電平,為了防止系統(tǒng)暫態(tài)超越和提高抗干擾能力，在邏輯回路中設(shè)計(jì)成必須連續(xù)收到三個(gè)工頻的脈沖信號(hào)之后，繼電器才能輸出，因此,其在過(guò)流啟動(dòng)回路中增加了一級(jí)延遲展寬回路，由RC充電回路及四異或門電路組成，以防止高頻干擾信號(hào)引起的誤出口 。RC 延遲回路大約延時(shí)40ms時(shí)間。 任意一相過(guò)電流后均通過(guò)或門輸出，這樣當(dāng)其中任意一相過(guò)電流值超過(guò)整定值時(shí)，均可以觸發(fā)后面的比較電路。確認(rèn)過(guò)電流后，觸發(fā)后信號(hào)給與門輸入端一個(gè)信號(hào)。同時(shí)啟動(dòng)延時(shí)電路。（延時(shí)整定為0時(shí)，整個(gè)電路固有動(dòng)作時(shí)間為不大于50ms。） 1.3 過(guò)電流延時(shí) 定時(shí)限：延時(shí)電路采用CMOS集成電路構(gòu)成，具有很高的延時(shí)準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性。由石英晶體震蕩器產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)基信號(hào)，正常工作時(shí)，石英晶體一直工作在起振狀態(tài)，而計(jì)數(shù)器卻不工作，只有當(dāng)真正過(guò)流時(shí)，由過(guò)流信號(hào)啟動(dòng)延時(shí)，即計(jì)數(shù)器開(kāi)始分頻計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到撥盤開(kāi)關(guān)整定值時(shí)，延時(shí)電路輸出給與門一個(gè)信號(hào)。 由于定時(shí)限電流保護(hù)主要用在電網(wǎng)的線路保護(hù)中，缺點(diǎn)是其保護(hù)范圍受到系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響很大，反時(shí)限電流保護(hù)能有效地保護(hù)被保護(hù)元件的全部范圍，在配電網(wǎng)末端和大容量電機(jī)上都得到了廣泛的應(yīng)用，因此開(kāi)發(fā)兩相過(guò)流繼電器的反時(shí)限功能也非常有市場(chǎng)前景。 反時(shí)限：反時(shí)限利用AD集成電路片的模擬量與數(shù)字量的變化關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)，電路如圖3所示。 f=Vin/10RC （1） 按上圖接法有式（1）關(guān)系成立，從式中可以看出，輸入電壓越大，輸出頻率越高。反時(shí)限的動(dòng)作特性是電流越大，動(dòng)作時(shí)間越短，利用上式，基本上可以實(shí)現(xiàn)這樣的一種動(dòng)作特性。但為了與IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中非常反時(shí)限的動(dòng)作特性接近，還需設(shè)計(jì)修正電路。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，在過(guò)流信號(hào)經(jīng)減法器“-1”后，Vin的電壓為式（2）， K1（I/Is-1 ） （2） Is取過(guò)流整定值/1.2，對(duì)整個(gè)電路而言，Vin是一個(gè)隨電流大小變化的電壓量。上圖中取R=10K，C=0.047μF，計(jì)數(shù)器采用10分頻計(jì)數(shù)器，AD集成片輸出的頻率，經(jīng)過(guò)計(jì)數(shù)器分頻計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到撥盤開(kāi)關(guān)整定值時(shí)，延時(shí)電路輸出給與門一個(gè)信號(hào)。 參照國(guó)內(nèi)最早的反時(shí)限過(guò)流繼電器GL-10的時(shí)限整定辦法，同樣將撥盤整定值定為10倍過(guò)電流下的延時(shí)時(shí)間，因此10倍過(guò)流時(shí)，設(shè)計(jì)為輸出頻率1000Hz，根據(jù)式（1）得出10倍時(shí)Vin=4.7V，K1=4.7/11，經(jīng)過(guò)以下推導(dǎo)，可得出反時(shí)限延時(shí)公式（4）。 T=1/f=4.7/Vin （3） 因Vin=K1×（I/Is-1 ）設(shè)K=4.7/K1=11， 得 其中T：反時(shí)限延時(shí)時(shí)間 t：10倍動(dòng)作電流下動(dòng)作時(shí)間，即撥盤整定值 IS：Id/1.2 ，Id：動(dòng)作電流 I：繼電器輸入電流值 2 產(chǎn)品主要技術(shù)指標(biāo) 3 結(jié)論 這種新型無(wú)源兩相過(guò)電流繼電器已在北京電科院工程中心承建的青海鋁電有限公司電解鋁工程和北京電科院大功率電力電子實(shí)驗(yàn)室濾波器保護(hù)中使用?，F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行表明，繼電器性能可靠，完全能適應(yīng)電力系統(tǒng)對(duì)兩相不完全星形接線中過(guò)流繼電器的要求，現(xiàn)已通過(guò)專家鑒定。