任务要求

请根据图6-2所示的过流继电器保护装置框图，分析此过流继电保护装置都有哪些保护继电器，并分别指出各继电器的作用。

图6-2　过流继电保护装置框图

任务分析

继电器是继电保护装置的基本元件，是一种在其输入的物理量（电量或非电量）达到规定值时，其电气输出电路被接通（导通）或分断（阻断、关断）的自动电器。继电器按其输入量性质分，有电气继电器和非电气继电器两大类；按其用途分，有控制继电器和保护继电器两大类。控制继电器用于自动控制电路中，保护继电器用于继电保护电路中。本书主要讲述保护继电器，通过学习应能区分各保护继电器，并能指出各保护继电器的特点和优势。

知识学习

供配电系统的继电保护装置由各种保护继电器构成。保护继电器的种类很多，按继电器的结构原理分，有电磁式、感应式、数字式、微机式等继电器；按继电器反映的物理量分，有电流继电器、电压继电器、功率方向继电器、气体继电器等；按继电器反映的物理量变化分，有过量继电器和欠量继电器，如过电流继电器、欠电压继电器；按继电器在保护装置中的功能分，有启动继电器、时间继电器、信号继电器和中间继电器等；按其与一次电路的联系分，有一次式继电器和二次式继电器。

在供电系统中常用的保护继电器，有电磁式继电器、感应式继电器以及晶体管继电器。前两种是机电式继电器，它们工作可靠，而且有成熟的运行经验，所以目前仍普遍使用。晶体管继电器具有动作灵敏、体积小、能耗低、耐振动、无机械惯性、寿命长等一系列优点，但由于晶体管器件的特性受环境温度变化影响大，器件的质量及运行维护的水平都影响到保护装置的可靠性，目前国内较少采用。随着电力系统向集成电路和微机保护方向发展，晶体管继电器的应用水平也不断提高。

6.2.1 电磁式继电器

1.电磁式电流继电器

电磁式电流继电器在过电流保护装置中作为测量和启动元件，当电流超过某一整定值时继电器动作。供配电系统中常用DL 系列电磁式电流继电器作为过电流保护装置的启动元件，其结构如图6-3所示，内部接线和图形符号如图6-4所示，电流继电器的文字符号为KA。

当电流通过继电器线圈3时，铁芯1中产生磁通，对Z形铁片2产生电磁吸力，若电磁吸力大于弹簧5的反作用力，Z形铁片就转动，带动同轴的动触头9转动，使常开触头闭合，继电器动作。

图6-3　DL系列电磁式电流继电器的结构

1—铁芯；2—Z形铁片；3—线圈；4—转轴；5—反作用弹簧； 6—轴承；7—标度盘；8—调节转杆；9—动触头；10—静触头

图6-4　DL系列电磁式电流继电器的内部接线和图形符号

（a）DL-11型；（b）DL-12型；（c）集中表示的图形符号；（d）分开表示的图形符号

继电器动作后，当流入继电器线圈的电流减小到一定值时，Z形铁片在弹簧作用下返回，使动、静触点分离，此时称继电器返回。能够使继电器返回的最大电流，称为继电器的“返回电流”，用Ire表示。（注：对于欠量继电器，例如欠电压继电器，其返回电压Ure则为继电器线圈中的使继电器返回的最小电压。使继电器动作的最小电流称为继电器的动作电流，用Iop表示。）

继电器的“返回电流”与“动作电流”的比值称为继电器的返回系数，用reK表示，即

由于此时摩擦力矩起阻碍继电器返回的作用，因此电流继电器的返回系数恒小于1（欠量继电器则大于1）。在保证接触良好的条件下，返回系数越大，说明继电器越灵敏。DL系列电磁式电流继电器的返回系数较高，一般不小于0.8。

如图6-3所示，电磁式电流继电器的动作电流有两种调节方法：一种是平滑调节，即通过改变调节转杆8的位置来改变弹簧的反作用力实现。当逆时针转动调节转杆8的位置时，弹簧被扭紧，反力矩增大，继电器动作所需电流也增大；反之，当顺时针转动调节转杆8时，继电器动作电流减小。另一种是级进调节，即改变继电器线圈的连接方式实现。当两线圈并联时，线圈串联匝数减少1倍，因继电器所需动作匝数是一定的，因此动作电流将增大1倍；反之，当线圈串联时，动作电流减小1倍。电磁式电流继电器动作较快，其动作时间为0.01～0.05 s。电磁式电流继电器的接点容量较小，不能直接作用于断路器跳闸，必须通过其他继电器转换。

2.电磁式电压继电器

DJ系列电磁式电压继电器的结构和工作原理与DL系列电磁式电流继电器基本相同。不同之处仅是电压继电器的线圈为电压线圈，匝数多，导线细，与电压互感器的二次绕组并联。电压继电器文字符号用KV表示。

电压继电器分过电压继电器和低电压继电器两种，在继电保护装置中过电压继电器采用得较少，而低电压继电器采用较普遍。过电压继电器的返回系数Kre小于1，一般为0.8。欠电压继电器的返回系数Kre大于1，通常为1.25。

3.电磁式中间继电器

电磁式中间继电器在继电保护中作为辅助继电器，以弥补主继电器触点数量和触点容量的不足。它通常用在保护装置的出口电路中，用来接通断路器的跳闸回路。工厂供配电系统中常用的DZ-10型中间继电器的内部结构如图6-5所示，中间继电器的文字符号为KM。

图6-5　DZ-10型中间继电器的内部结构

1—线圈；2—铁芯；3—弹簧；4—衔铁；5—动触点； 6，7—静触点；8—连接线；9—接线端子；10—底座

当线圈1通电时，衔铁4被吸引向铁芯2，使其常闭触点5-6断开，常开触点5-7闭合；当线圈断电时，衔铁4在弹簧3作用下返回。

中间继电器种类较多，有电压式、电流式；有瞬时动作的，也有延时动作的。瞬时动作中间继电器，其动作时间为0.05～0.06 s。

中间继电器的特点是触点多，容量大，可直接接通断路器的跳闸回路，且其线圈允许时间通电运行。

4.电磁式时间继电器

电磁式时间继电器在继电器保护中作为延时元件，用来建立必要的动作时限。其特点是线圈通电后，触点延时动作，按照一定的次序和时间间隔接通或断开被控制的回路。(www.daowen.com)

常用的DS-110（120）型电磁式时间继电器的内部结构如图6-6所示，其内部接线和图形符号如图6-7所示。当线圈1通电时，可动铁芯3被吸入，带动瞬时动触点8分离，与瞬时静触点5、6闭合。压杆9由于衔铁的吸入被放松，使扇形齿轮12在拉引弹簧17的作用下顺时针转动，启动钟表机构。钟表机构带动延时主动触点 14，逆时针转向延时主静触点15经一段延时后，延时触点14与15闭合，继电器动作。通过调整延时主静触点15的位置来调整延时触点14到15之间的行程，从而调整继电器的延时时间。调整的时间在刻度盘上标出。线圈断电后，在返回弹簧4的作用下，可动铁芯3将压杆9顶起，使继电器返回。由于返回时钟表机构不起作用，所以继电器的返回是瞬时的。

图6-6　DS-110（120）型电磁式时间继电器的内部结构

1—线圈；2—铁芯；3—可动铁芯；4—返回弹簧；5，6—瞬时静触点；7—绝缘杆；8—瞬时动触点； 9—压杆；10—平衡锤；11—摆动卡板；12—扇形齿轮；13—传动齿轮；14—延时主动触点； 15—延时主静触点；16—刻度盘；17—拉引弹簧；18—弹簧拉力调节器；19—摩擦离合器； 20—主齿轮；21—小齿轮；22—擎轮；23，24—钟表机构传动齿轮

图6-7　DS-110（120）型电磁式时间继电器内部接线和图形符号

（a）内部接线图；（b）图形符号

5.电磁式信号继电器

在继电保护和自动装置中电磁式信号继电器用作动作指示，以便判别故障性质或提醒工作人员注意。工厂配电系统常用的DX-11型信号继电器的结构如图6-8所示，其内部接线和图形符号如图6-9所示，信号继电器的文字符号为KS。

图6-8　DX-11型信号继电器的结构

1—线圈；2—铁芯；3—弹簧；4—衔铁；5—信号牌；6—玻璃孔窗；7—复位旋钮；8—动触点；9—静触点；10—接线端子

图6-9　DX-11型信号继电器的 内部接线和图形符号

（a）内部接线；（b）图形符号

正常时，继电器的信号牌5支承在衔铁4上面。当线圈1通电时，衔铁被吸向铁芯2使信号牌落下，同时带动转轴旋转90°，使固定在转轴上的动触点8与静触点9接通，从而接通了灯光和音响信号回路。要使信号复归，可旋转复位旋钮7，断开信号回路。

6.2.2 感应式继电器

在6（10）kV供电系统中，广泛使用感应式电流继电器作电流保护。因为它兼有电流继电器、时间继电器、中间继电器和信号继电器的作用，从而能大大简化继电器保护装置。

常用的GL-10型感应式电流继电器结构如图6-10所示。它由两大系统构成，一个是感应系统，其动作是反时限的；另一个是电磁系统，其动作是瞬时的。其内部接线和图形符号如图6-11所示。

图6-10　GL-10型感应式电流继电器结构

1—线圈；2—铁芯；3—短路环；4—铝盘；5—钢片；6—铝框架；7—调节弹簧；8—制动永久磁铁；9—扇形齿轮；10—蜗杆；11—扁杆；12—触点；13—时限调节螺钉；14—速断电流调节螺杆；15—衔铁；16—动作电流调节插销

图6-11　GL-10型感应式电流继电器的内部接线和图形符号

（a）内部接线图；（b）图形符号

在图6-10中，当线圈1中有电流IKA通过时，铁芯2在短路环3的作用下，产生在时间和空间位置上不相同的两个磁通Φ1和Φ2，Φ1在相位上超前Φ2一个角度φ。这样在铁芯端部的空气隙中产生了两个空间位置和相位均不同的磁通，而且都穿过铝盘，由电工基础知识可知，如果两个磁通空间位置不重合，在时间上又有相位差时，那么其中一个磁通在铝盘内产生的感应涡流与另一个磁通相互作用，便产生了作用于铝盘的电磁力矩M1。铝盘4转动时，切割永久磁铁8的磁力线，因而在铝盘上产生涡流。该涡流与永久磁铁的磁场相互作用产生与转矩M1方向相反的制动力矩M2。

当铝盘的转速增大到某一值时，M1与M2平衡，铝盘匀速运转。铝盘转动时，M1与M2二者作用于铝盘，使铝盘带动铝框架6有克服弹簧7的拉力绕轴顺时针偏转的趋势。线圈中的电流越大，则铝框架受力也越大。当电流足够大时，铝框架克服弹簧阻力而顺时针偏转，使铝盘前移。当铝框架转到蜗杆10与扇形齿轮9啮合时，扇形齿轮便随着铝盘的旋转而上升，从而启动继电器的感应系统。

当铝盘继续旋转使扇形齿轮上升抵达扁杆11时，将扁杆顶起，使衔铁15的右端因与铁芯2的空气隙减小而被吸向铁芯，触点12闭合。从继电器启动（蜗杆与扇形齿轮啮合瞬间）到触点闭合的这段时间，称为继电器的动作时限。图6-12所示为GL-10型感应式电流继电器的时限特性曲线。当通过线圈的电流越大，铝盘转动也越快，动作时限就越短，这种时限特性称为反时限特性，如图6-12曲线a-b段所示。随着继电器线圈电流的继续增大，铁芯逐渐到达饱和状态，这时，M1不再随IKA增大而增大，继电器动作时限也不再减小，即进入定时限部分，如图6-12曲线b-c段所示。这种有一定限度的反时限特性称为有限反时限特性。

图6-12　GL-10型感应式电流继电器的 时限特性曲线

这种继电器还装有瞬动元件，当继电器线圈中电流再继续增大到某一预先设定的倍数时，衔铁的右端被吸向铁芯。扁杆11向上运动使触点瞬时闭合，电磁系统瞬时动作，进入曲线的“速断”部分，如图6-12曲线b-c段所示。电磁系统的动作时间为0.05～0.1 s。动作n曲线对应于开始速断时间的动作电流倍数，称为速断电流倍数，用nab表示。速断电流倍数可以通过电流速断调节螺杆14改变衔铁15与铁芯2之间的气隙大小来调节。气隙越大，速断电流倍数越大。当线圈中的电流减小到一定程度时，弹簧7将框架6拉回，使扇形齿轮9与蜗杆脱离，继电器则返回。

综上所述，感应式电流继电器具有电磁式电流继电器、电磁式中间继电器、电磁式时间继电器、电磁式信号继电器的功能，同时继电保护装置使用的元件少，接线简单，因此在供配电系统中得到广泛应用。

任务检查

按表6-2对任务完成情况进行检查记录。

表6-2　任务完成情况检查记录表