DCD(2)A差动继电器特性实验

实验四 DCD-2(A)型差动继电器特性实验
一、实验目的
1. 了解继电器原理及构造（由执行元件DL-11/0.2及速饱和变流器组成具有助磁特性）。

2. 了解继电器躲开非周期分量电流的能力。

3. 掌握差动继电器的调试方法。

二、继电器的用途、结构和原理
1. 用途：DCD-2(A)型差动继电器躲避电力变压器励磁涌流的性能比DCD-5(A)、DCD-4型差动继电器好，并且能提高保护装置躲过外部短暂态不平衡电流的性能，可作为双绕组和三绕组电力变压器、发电机以及母线的差动保护。

2. 结构和原理：继电器由执行元件(DL-11/0.2)和速饱和变流器两部分构成。

其内部接线如下：
DCD-2(A)差动继电器的基本原理为：整个继电器由执元件和速饱和变流器两部分组成，继电器具有一对常开接点，所有部件都组装在一个壳里，速饱和变流器由三柱型硅钢片交错叠成，中间柱的截面大一倍。

差动绕组Wc和两个平衡绕组Wp1、Wp2以相同的绕向绕在中间柱上，它们的作用是：由于两个平衡绕组与差动绕组的绕向一致，所以平衡绕组产生的磁通起着增强或削弱差动绕组产生的磁通的作用(两绕组内电流方向相同时起增强作用，方向相反时起削弱作用)。

由于变压器各側电流互感器的变化不能完全配合，在变压器正常运行时，Wc中有不平衡电流流过，当把平衡线圈接入后，如果平衡绕组的匝数选得适当，就能完全或几乎完全使不平衡电流得到补偿，使得变压器在正常运行时，二次绕组W2内完全或几乎完全没有不平衡电流感应的电势，从而提高了保护装置的可靠性。

在保护区内部发生故障时，流过平衡绕组内的电流所产生的磁通与差动绕组内电流所产生的磁通方向一致，于是就增加了使继电器动作的安匝数，从而提高了保
护装置的灵敏度，此即Wc、Wp1、Wp2三个绕组绕向需要一致的原因。

短路绕组分为Wd’、Wd”两部分，Wd”的匝数为Wd’匝数的两倍，Wd’绕在中间柱上，Wd”绕在左边柱上，在中间柱和左边柱所构成的闭合磁路内，Wd’与Wd”的绕向相同，二次绕组W2绕在右边柱上并接入执行元件。

除W2外其它绕组都有抽头可供整定之用，当差动绕组中有周期分量电流Ic流过时，产生的磁通Φc沿中间柱和两边柱形成闭合回路，并在短路绕组Wd’中产生感应电流Id，Id在Wd’和Wd”内流通，磁势IdWd’产生的磁通Φd’对Φc起去磁作用，力图减小中间柱及由中间柱通向右側边柱二次绕组的磁通。

而磁势IdWd”在左側边柱产生通向右側边柱二次绕组的磁通。

因此，电流Ic向W2的传变是通过两条路径实现的：一方面从Wc直接传变到W2中；另一方面由Wc先传变到Wd’,再由Wd”传变到WW2中。

后一种传变称为二次传变。

速饱和变流器两边柱的截面为中间柱的一半，如Wd”的匝数保持为Wd’的两倍，则可认为在铁芯未饱和的情况下由于短路绕组的作用，使中间柱通向右側边柱的磁通减小的同时，左側边柱通向右側边柱的二次传变磁通产生助增作用，因此短路绕组整定位置的不同(保证Wd”=2Wd’)，基本上不影响正弦电流向二次绕组的传变，故继电器的动作电流在短路绕组的“A-A、B-B、C-C、D-D”四个整定位置下基本不变。

当差动绕组中流过含有非周期分量的励磁涌流或不平衡电流时，非周期分量电流实际上不传变到短路绕组和二次绕组中去，而是作为励磁电流使铁芯迅速饱和。

因此，在差动绕组中流过同样的周期分量电流时，由中间柱进入二次绕组的磁通减小了，二次传变到二次绕组的磁通减少得更加显著。

因此，在具有非周期分量电流时，继电器的动作电流就大为增加，从而提高了躲避励磁涌流和外部短路时暂态不平衡电流的性能。

一般情况下，Wd’和Wd”应采用相同标号的插孔，这样继电器的动作安匝基本上保持不变，都在60±4安匝范围内，在这种情况下，短路绕组的匝数越多，意味着进入二次绕组的总磁通中二次传变的部分增加，因此直流助磁作用愈强，躲避励磁涌流的性能也就愈好。

但是在保护范围内部发生故障时，故障电流初期也有非周期分量，差动继电器要等到该非周期分量衰减到一定程度后才能动作，所以继电器的动作时间就会增长一些，因此在作为发电机和母线的差动保护时，短路绕组匝数应少一些。

如果Wd’和Wd”采用不同标号的插孔，就不能保持Wd”的匝数为Wd’的二倍，这时继电器的动作安匝就有较大的变化。

当采用Wd”插孔标号比Wd’小时，同采用和Wd’相同的插孔时相比较，继电器的动作安匝较大，直流助磁特性稍好或相接近，但可靠系数及动作速度则稍降低。

三、实验项目及要求
1. 起始动作安匝检验，要求动作安匝为60±4安匝。

2. 差动绕组、平衡绕组和短路绕组的极性正确性检查，要求差动绕组和平衡绕组面板插孔所标匝数与实际匝数相符合。

四、实验步骤及调试方法
1. 动作安匝检查：实验接线图如图(一),将整定短路线圈插头插于B_B位置,差动线圈置于20匝位置,用变阻器调节电流至继电器动作.该动作电流乘以所置匝数即为动作安匝，要求其值为60±4安匝。

动作电流 Idj= 3 (安) 动作安匝=60(安匝) AW=Idj×Wc(安匝)
整定校验表格：
动作电流（安）线圈匝数动作安匝（安匝）
3 20 60
4.7 13 61.1
6.1 10 61
7.6 8 60.8
10.1 6 60.6
12.1 5 60.5
数据分析：由动作整定公式：AW=Idj×Wc可得，整定动作基准电流为3A，动作安匝为60安匝；验证其他线圈动作安匝数满足在实验要求的误差范围之内，其误差主要由测量仪器和铁芯的物理特性产生。

如果动作安匝相差很多，必须拆出铁芯调整。

动作安匝小于60±4，可将饱和变流器铁芯的硅钢片由较少片数相间对叠改为较多片数相间对叠，但铁芯的总厚度不变。

为此应松开一部分底座上的接线端子，取出执行元件后，将速饱和变流器下部抽出一部分硅钢片，再按要求插入。

反之，如动作安匝大于60±4，可将硅钢片由较多片数相间对叠改为较少片数相间对叠，这样就改变磁路的磁阻，使动作安匝增加或减少。

但应注意铁芯组装后，不应把夹紧螺丝拧得太紧，并在参数确定后，不应再改变其松紧程度，铁芯不能压得过紧以防止磁化曲线降低，使励磁电流增加，从而导致动作安匝增加。

如动作安匝相差不大，即可稍拨执行元件刻度把手，使动作安匝满足要求，但调整范围以执行元件动作电压、直流助磁特性及可靠系数能满足要求为限。

动作安匝过大的原因也可能是检验电源的波行引起的，在检验中所用的大电流发生器若容量小，大电流发生器铁芯易饱和、波行畸变，可改用水电阻做动作安匝检验。

2. 差动绕组、平衡绕组和短路绕组接线正确性检查。

试验接线图如图(二)：
试验方法；将差动线圈Wc分别与平衡线圈Wp1、Wp2串联，在各抽头下测出动作电流，并计算出动作安匝。

按下表测出各种匝数下的动作电流：
接线端子
插孔位置动作电流（安）动作安匝（安匝）Wc Wp1 Wp2
⑨～①13 0+16 2.1 60.9 10 2+12 2.6 62.4 8 3+8 3.2 60.8 5 1+16 2.9 63.8 5 0+12 3.6 61.2
⑦～①6 12+3 3
63
5 16+1 2.9 63.8
5 1+4 6.1 61
正负极性确定：
接线端子插孔位置动作电流（安）动作安匝（安匝）Wc Wp1 Wp2
正接20 10 2.1 63
反接20 10 6 60 数据分析:由动作整定公式：AW=Idj×Wc可得，基准动作安匝数为60安匝，根据计算，各抽头测下的动作电流并计算出的安匝数均在60±4安匝，满足实验误差要求。

通过端子的正反接线，测得的动作电流依旧也满足要求，所以差动绕组和平衡绕组面板插孔所标匝数与实际匝数是相符合。

五、技术数据
1. 额定值：额定电流5A，额定频率50Hz。

2. 无直流分量时，继电器起始动作安匝AW0=60±4。

3. 当用于保护三绕组电力变压器时，其动作电流可在3~12A的范围内进行整定(AW0=60)对于动作电流的最小整定值，其最大平衡系数接近于2。

4. 当用于保护两绕组电力变压器或交流发电机时，其动作电流可以在1.55~12A的范围内进行整定。

5. 继电器的直流助磁特性ε=f(K)，可以用改变可变变阻器的阻值进行连续调整。

当偏移系数K=0.6时，直流助磁特性在各整定位置下的相对动作电流系数
的误差不应超过-8%~+20%。

继电器的可靠系数应不小于1.35。

6. 3倍动作电流时，差动继电器的动作时间不应大于0.035S。

7. 当速饱和变流器的一个平衡绕组和工作绕组全部匝数接入时，在保护区内故障，且电流等于5A，继电器的单相功率消耗不超过16VA。

8. 在正常情况下，电流互感器的变比误差被全部补偿，工作绕组与平衡绕组能长期通过10A电流。

9. 工作绕组或每一个平衡绕组的直流电阻不应大于0.05Ω。

10. 继电器的触点应能断开电压不超过250V及直流不超过2A，容量为50W 的有感负荷(时间常数为5±0.75ms)的直流回路，在触点带此规定负荷的条件下，继电器应可靠动作1000次。

11. 继电器的机械寿命为10000次。

12. 继电器的各绕组参数见如下表：
名称绕组数据备注
饱和变流器
差动绕组20匝，MF-1.56
中间抽头匝数见
内部接线图平衡绕组Wp1、Wp2 Wp1=Wp2=19匝，MF-1.56，
短路绕组(中拄) 28匝,MF-1.45(3、8、16匝抽头)
短路绕组(边拄) 56匝，MF-1.45(6、16、32匝抽头)
二次绕组48匝，MF-1.0
执行元件DL-1 2×340匝，Q-0.38 两线圈并联
六、实验心得体会
本次实验了解电磁式差动继电器的基本组成结构、工作原理、动作特性，对该继电器的起始动作电流和各绕组的实际匝数进行了校验，这是书本中理论知识在现实实际的一次应用。

在微机保护尚未推广之前，电磁式差动继电器是作为220kV及以上电压等级的主要的保护元件；但由于微机保护的大面积推广使用，电磁式继电器因为精度、可重复性、动作特性上的不足，正在被淘汰。

在实验中发现，很多同学并不熟悉电磁继电器的工作原理，而且实验器材也少的可怜，希望以后在课堂上能预先讲解相应的硬件结构和相应的元件特性，之后在进行相应的实验，而不是现在单纯的讲解整个系统保护原理，忽视系统中重要元件的物理工作特性的讲解；也希望学校能提供更多的实验器材和实验机会。