繼電器在高壓開(kāi)關(guān)中的應(yīng)用
一、概 述
目前使用的高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備的二次系統(tǒng)由眾多的繼電器、多觸點(diǎn)輔助開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)及壓力開(kāi)關(guān)等元器件組成，其中繼電器類占的比重約70%，面對(duì)紛繁復(fù)雜的繼電器類產(chǎn)品，如何合理選擇、正確應(yīng)用，是系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)人員密切關(guān)注并且必須優(yōu)先解決的實(shí)際問(wèn)題，尤其作為高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備的二次控制部分，使用有大量的繼電器， 其在運(yùn)行中也有其獨(dú)特的特殊性，選型的好壞， 直接關(guān)系到變電站設(shè)備的可靠**運(yùn)行， 萬(wàn)一發(fā)生事故將特別嚴(yán)重， 因此要做到合理選擇，正確應(yīng)用，就必須充分研究分析系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用條件與實(shí)際技術(shù)參數(shù)的要求，恰如其分地提出所選用繼電器類產(chǎn)品必須達(dá)到的技術(shù)性能， 在整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)的重要性、可靠程度、所使用的環(huán)境條件及成本等因素綜合考慮選擇合理的繼電器。
二、對(duì)使用的環(huán)境條件選擇
氣候應(yīng)力作用要素，主要是指溫度、濕度、大氣壓力(海拔高度)、沿海大氣(鹽霧腐蝕)、沙塵污染、化學(xué)氣體和電磁干擾等因素，考慮到高壓開(kāi)關(guān)在很多惡劣工作狀況下運(yùn)行，尤其作為敞開(kāi)式高壓斷路器設(shè)備運(yùn)行在室外環(huán)境，工作狀況更惡劣，并且長(zhǎng)年累月可靠運(yùn)行的特殊性及系統(tǒng)關(guān)鍵部位必須選用具有高海拔、強(qiáng)抗電性的全密封產(chǎn)品，因?yàn)橹挥腥芊獾?/span>繼電器方能具有優(yōu)良的長(zhǎng)期耐受惡劣環(huán)境性能、良好的電接觸穩(wěn)定、可靠的切換負(fù)載的能力。
1.溫度對(duì)繼電器的影響
繼電器是怕熱元件，高溫可加速繼電器的內(nèi)部塑料及絕緣材料的老化，觸點(diǎn)被氧化腐蝕而熄弧困難，電元件技術(shù)參數(shù)衰變，可靠程度降低，由于高壓開(kāi)關(guān)內(nèi)部裝有驅(qū)潮和保溫的加熱器，因此，在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)不可將繼電器靠近驅(qū)潮和保溫的加熱器，并且應(yīng)該保持良好的通風(fēng)條件。雖然繼電器是怕熱元件，但是過(guò)低的溫度也不能忽視，低溫可使觸點(diǎn)冷粘作用加劇，觸點(diǎn)表面起露，很多廠家的繼電器表明*低溫度為一25℃，但是高壓開(kāi)關(guān)應(yīng)用在高寒地區(qū)也不在少數(shù)，因此建議選型時(shí)注意留有余地，避免繼電器由于低溫而不可靠，適當(dāng)情況下在高寒地區(qū)增加加熱器，確保繼電器在低溫下可靠運(yùn)行，保證整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。
2.低氣壓對(duì)繼電器的影響
在低氣壓條件下，繼電器的散熱條件變壞，線圈溫度升高，使繼電器給定的吸合、釋放參數(shù)發(fā)生變化，影響繼電器的正常工作，低氣壓還可使繼電器絕緣電阻降低，觸點(diǎn)熄弧困難，容易使觸點(diǎn)燒熔，影響繼電器的可靠性，針對(duì)低氣壓條件下，建議采用整機(jī)密封的方法。
3.機(jī)械應(yīng)力對(duì)繼電器的影響
主要指振動(dòng)、沖擊、碰撞等應(yīng)力要素對(duì)控制系統(tǒng)的抗地震應(yīng)力作用、抗機(jī)械應(yīng)力作用，高壓開(kāi)關(guān)中斷路器的自振及分合閘操作引起的振動(dòng)對(duì)繼電器影響更大，應(yīng)該選用平衡銜鐵機(jī)構(gòu)的中問(wèn)繼電器，對(duì)于電磁繼電器簧 片均為懸梁結(jié)構(gòu)，固有頻率低，振蕩和沖擊可引起諧振，導(dǎo)致繼電器觸點(diǎn)壓力下降，容易產(chǎn)生瞬間斷開(kāi)或觸點(diǎn)出現(xiàn)抖動(dòng)，影響繼電器的可靠性，建議在設(shè)計(jì)中盡量采用防振措施以防產(chǎn)生諧振。
4.絕緣電壓對(duì)繼電器的影響
非密封或密封繼電器的引出端外露絕緣子長(zhǎng)期受塵埃、水氣污染等因素，導(dǎo)致其絕緣強(qiáng)度下降，容易引起絕緣擊穿失效，因此應(yīng)注意如下幾點(diǎn)：
(1)足夠的爬電距離：一般要求不小于3 mm;
(2)足夠的絕緣強(qiáng)度：無(wú)電氣聯(lián)系的導(dǎo)體之間大于AC2000V，同組觸點(diǎn)之間大于AC1000V。(3)長(zhǎng)期耐受氣候應(yīng)力的能力：線圈防霉斷，絕緣抗電水平長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠。
5.觸點(diǎn)輸出(換接電路)負(fù)載的影響
主要是指觸點(diǎn)負(fù)載性質(zhì)，如：燈負(fù)載，電機(jī)負(fù)載，電感器、接觸器(繼電器)線圈，阻性負(fù)載等;觸點(diǎn)負(fù)載量值(開(kāi)路電壓量值、閉路電流量值)，如：低電平負(fù)載、干電路負(fù)載、小電流負(fù)載、大電流負(fù)載等。
任何自動(dòng)化設(shè)備都必須切實(shí)認(rèn)定實(shí)際所需要的負(fù)載性質(zhì)、負(fù)載量值的大小，選用合適的繼電器產(chǎn)品尤為重要。繼電器的失效或可靠不可靠，主要指觸點(diǎn)能否完成所規(guī)定的切換電路功能。如切換的實(shí)際負(fù)載與所選用繼電器規(guī)定的切換負(fù)載不一致，可靠性將無(wú)從談起。
三、使用繼電器應(yīng)注意的特殊問(wèn)題及分析
部分工程技術(shù)人員認(rèn)為非密封產(chǎn)品動(dòng)作直觀，失效分析方便，而全密封產(chǎn)品動(dòng)作過(guò)程看不見(jiàn)摸不透，主觀認(rèn)定非密封產(chǎn)品比全密封產(chǎn)品更可靠，這種憑直覺(jué)認(rèn)定的觀念是十分錯(cuò)誤的。
非密封繼電器的優(yōu)點(diǎn)是多采用拍合式銜鐵，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造工藝簡(jiǎn)單，安裝維修方便，工作狀態(tài)直觀，便于失效分析，價(jià)格便宜。主要缺點(diǎn)是工作可靠性對(duì)使用環(huán)境(氣候應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力)變化的敏感性強(qiáng)，長(zhǎng)期耐受氣候條件性能隨時(shí)間增長(zhǎng)而易受環(huán)境條件污染、損傷，電接觸穩(wěn)定性、可靠性差，線圈易受潮、雜質(zhì)污染產(chǎn)生電腐蝕、霉變而失效。
全密封繼電器優(yōu)點(diǎn)是多采用平衡旋轉(zhuǎn)式銜鐵，全密封機(jī)構(gòu)隔離外部氣候應(yīng)力作用，抗惡劣環(huán)境性能優(yōu)良，觸點(diǎn)電接觸性能穩(wěn)定可靠，線圈抗腐蝕、霉變，長(zhǎng)期可靠性能優(yōu)良，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造工藝復(fù)雜，失效分析困難，本身無(wú)法維修后重復(fù)使用，成本價(jià)格高。
因此，從長(zhǎng)期耐氣候應(yīng)力性能、抗惡劣環(huán)境性能與電接觸穩(wěn)定的可靠性考慮，全密封繼電器優(yōu)于非密封繼電器，尤其對(duì)于高壓開(kāi)關(guān)中使用繼電器的產(chǎn)品，應(yīng)該選用全密封繼電器，這樣可以適應(yīng)電力自動(dòng)控制、長(zhǎng)期穩(wěn)定的特殊性要求。
2.繼電器觸點(diǎn)的并聯(lián)和串聯(lián)
繼電器觸頭并聯(lián)的使用不能提高其負(fù)載電流，因?yàn)?/span>繼電器多組觸點(diǎn)的動(dòng)作優(yōu)良是不同時(shí)動(dòng)作的，即先接通的1組觸點(diǎn)先切換提高后的負(fù)載，而并聯(lián)的另外觸點(diǎn)還沒(méi)動(dòng)作，很容易使觸點(diǎn)損壞而不接觸或熔焊導(dǎo)致不能斷開(kāi)，觸點(diǎn)并聯(lián)對(duì)“斷”失誤可以降低失效率，但對(duì)“粘”失誤則相反，由于觸點(diǎn)對(duì)“斷”失誤為主要失效模式，故并聯(lián)對(duì)提高可靠性應(yīng)予肯定，可使用于關(guān)鍵部位。例如：在高壓斷路器實(shí)現(xiàn)三極電氣聯(lián)動(dòng)時(shí)，利用繼電器動(dòng)作帶動(dòng)3對(duì)常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，再分別帶動(dòng)3個(gè)單極的電磁鐵完成分合閘操作，這時(shí)候的繼電器即分合閘繼電器的3對(duì)常開(kāi)觸點(diǎn)可以2個(gè)1組進(jìn)行并聯(lián)，起到關(guān)鍵作用，見(jiàn)圖1所示。使用的工作電壓不要高于繼電器線圈*大工作電壓，也不要低于額定電壓的90%，否則會(huì)危及線圈壽命和使用可靠性。
觸點(diǎn)串聯(lián)能夠提高其負(fù)載電壓，提高的倍數(shù)即為串聯(lián)觸點(diǎn)的組數(shù)，觸點(diǎn)串聯(lián)對(duì)“粘”失誤可以提高其可靠性，但對(duì)“斷”失誤則相反。
例如：有的高壓斷路器分合閘操作回路中將輔助開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)并聯(lián)或者串聯(lián)，就是根據(jù)操作負(fù)載電流來(lái)決定的。為了操作更加可靠，建議將輔助開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)均并聯(lián)，確保動(dòng)作的可靠，起到關(guān)鍵保護(hù)作用，見(jiàn)圖2，3所示，建議用圖3并聯(lián)型式。
3.繼電器觸點(diǎn)的正確連接
(1)在電力自動(dòng)化控制操作中，盡量多用動(dòng)合觸點(diǎn)，少用動(dòng)斷觸點(diǎn)，也就是在繼電器觸點(diǎn)連接時(shí)，應(yīng)盡量多采用動(dòng)合觸點(diǎn)的連接方式.少用動(dòng)斷觸點(diǎn)，因?yàn)閯?dòng)合觸點(diǎn)的繼電器比動(dòng)斷觸點(diǎn)的繼電器在動(dòng)作時(shí)的觸點(diǎn)回跳次數(shù)少，觸點(diǎn)抖動(dòng)對(duì)電路能引起不佳影響，縮短觸點(diǎn)的壽命。
(2)繼電器觸點(diǎn)的正負(fù)極性應(yīng)該可靠連接.對(duì)于有正負(fù)極性連接的繼電器，正極必須連接到正Q1～輔助開(kāi)關(guān)SB1一近控按鈕K1一電磁鐵電源上，負(fù)極必須連接到負(fù)電源上，標(biāo)明正負(fù)極性，否則下上等設(shè)計(jì)可能連接失誤.造成繼電器不動(dòng)作或失效。
4.繼電器的選擇
在三相交流電動(dòng)機(jī)中，由于線路故障缺相，電動(dòng)機(jī)缺相運(yùn)轉(zhuǎn)，造成電動(dòng)機(jī)燒壞的事故，因此為解決此類事故的發(fā)生，大多設(shè)計(jì)人員選用了具有缺相保護(hù)的熱繼電器，但熱繼電器的合理選用必須按如下要求選用：
(1)對(duì)于長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，取熱繼電器整定電流的0.9～1.05倍或中間值等于電機(jī)額定電流，使用時(shí)將熱繼電器整定電流調(diào)整到電機(jī)額定電流值；
(2)通常情況下，熱繼電器的額定電流應(yīng)大于電動(dòng)機(jī)的額定電流，然后根據(jù)該額定電流來(lái)選擇熱繼電器的型號(hào)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流為其額定電流的6倍或啟動(dòng)時(shí)間超過(guò)5s時(shí)，熱元件的整定電流調(diào)整到電動(dòng)機(jī)的額定電流;當(dāng)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，拖動(dòng)沖擊性負(fù)載或不允許停車時(shí)，熱元件的整定電流調(diào)整到電動(dòng)機(jī)的額定電流的1.1～1.5倍；
(3)由于線路發(fā)生故障或其他原因造成熱繼電器跳開(kāi)，這時(shí)就要采用復(fù)位手段進(jìn)行復(fù)位，通常熱繼電器設(shè)置有自復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位2種規(guī)格，正常使用時(shí)建議設(shè)置到手動(dòng)復(fù)位，以確保發(fā)生故障后經(jīng)處理，熱繼電器可復(fù)位。
5.繼電器線圈并聯(lián)使用
在復(fù)雜的控制回路中，采用圖4所示方法將2只(或多只)不同類型的繼電器(如接觸器K1 、小型靈敏繼電器K2)線圈并聯(lián)使用的情況時(shí)有發(fā)生，在這種情況下，有可能產(chǎn)生K1，延遲釋放、觸點(diǎn)斷弧能力下降，K2被反向重復(fù)激勵(lì)、觸點(diǎn)誤動(dòng)作等實(shí)際問(wèn)題。因?yàn)樵谥绷骺刂苹芈分校?/span>K1、K2線圈所貯存磁能的可能相差很大。當(dāng)開(kāi)關(guān)Q斷開(kāi)后，K1(磁能大)的貯能將通過(guò)K2(磁能小)的線圈泄放，產(chǎn)生反向電流。從而導(dǎo)致K1釋放時(shí)問(wèn)延長(zhǎng)，觸點(diǎn)斷弧速度遲緩，觸點(diǎn)間燃弧時(shí)間延長(zhǎng);K2的釋放時(shí)間短，隨后被反向泄放電流所激勵(lì)，甚至釋放后瞬間重復(fù)吸合，產(chǎn)生誤動(dòng)作故障。
為了消除上述因素的影響，建議改用圖5所示的控制回路。這是因?yàn)樵诿總€(gè)繼電器回路上串聯(lián)各自的輔助常閉接點(diǎn)后，由于開(kāi)關(guān)Q斷開(kāi)后，K1、K2失電，其各自回路上的輔助常閉接點(diǎn)變?yōu)殚_(kāi)接點(diǎn)，這樣K1、K2等繼電器就不會(huì)相互影響產(chǎn)生誤動(dòng)作。
6.關(guān)于繼電器線圈串聯(lián)的使用
不少電力系統(tǒng)用戶采用多個(gè)繼電器線圈串聯(lián)后，再用DC220V電源去激勵(lì)(如圖6所示)，這種激勵(lì)方式盡量不要采用。
(1)對(duì)相同類型、相同規(guī)格繼電器產(chǎn)品而言，由于各線圈的阻抗(含直流電阻與瞬時(shí)感抗)大體相同，差值較小，故采用串聯(lián)分壓激勵(lì)方式使用問(wèn)題不大，實(shí)踐證明也是可行的。
(2)對(duì)不同類型或不同規(guī)格的繼電器.由于不同繼電器線圈的阻抗不一致，且差值隨瞬時(shí)感抗的不同而相差很大，故串聯(lián)激勵(lì)瞬間，各繼電器線圈上所分得的激勵(lì)電壓(由瞬時(shí)分壓比決定)差值必然很大，勢(shì)必出現(xiàn)有的繼電器處于過(guò)壓激勵(lì)狀態(tài)，有的則處于欠壓激勵(lì)狀態(tài).各繼電器觸點(diǎn)的開(kāi)關(guān)時(shí)序與速度將會(huì)發(fā)生本質(zhì)性變化。必然會(huì)出現(xiàn)動(dòng)作先、后、快、慢顛倒，開(kāi)關(guān)不可靠等情況。因此，不同類型、不同規(guī)格的繼電器線圈不宜采用串聯(lián)分壓激勵(lì)方式。
四、結(jié) 論
國(guó)內(nèi)外長(zhǎng)期的實(shí)踐證明。約75%繼電器的故障發(fā)生在觸點(diǎn)上，因此在選擇繼電器的同時(shí)，必須認(rèn)真對(duì)待繼電器的觸點(diǎn)問(wèn)題，相信只要經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)選型。了解不同類型的繼電器的工作狀況，繼電器就會(huì)很好地應(yīng)用在高壓開(kāi)關(guān)類產(chǎn)品上。
