差动继电器符号_工作原理_常见类型

众所周知，继电器是一种开关，用于使用信号打开或关闭基于高电流和高电压的设备。继电器分为不同类型，如闭锁继电器、干簧继电器、固态继电器、汽车继电器、延时继电器、差动继电器等。

在电力系统保护中，会使用各种类型的继电器，但其中最常用的继电器是用于保护变压器，例如以及防止局部故障的发电机，典型代表是差动继电器。该继电器对保护区内发生的故障反应非常灵敏，但对保护区外发生的故障反应较差。

什么是差动继电器？

当至少两个或两个以上相同电量的相量差超过固定量时工作的继电器称为差动继电器。一般来说，大多数继电器在任何数量超过固定值时工作，但是，这种继电器基于两个或多个相同电量之间的差异来工作。

差动继电器的功能是提供高速、灵敏且自然选择性的保护。这些继电器不会为机器和变压器内的匝间绕组故障提供安全保护，因为这些故障产生的电流增长较小，而这些故障仍低于继电器的拾取灵敏度。

另外，在差动继电器还会引入二次谐波制动，主要是为了增强差动继电器的灵敏度，以便更可靠地检测并迅速响应故障。其新的文字符号为KD。

差动继电器工作原理

差动继电器的工作原理是比较相位角和两个或多个相同电量大小，使用差动继电器比较电路中的这两个电量在应用中非常简单并且作用明显。例如，与线路中的进入电流和离开电流相比，如果与离开受保护线路的电流相比，流经受保护线路的电流较大，则必须在故障范围内提供额外的电流。因此，两个电量之间的差异可以控制继电器来断开电路。

在正常工作条件下，进入和离开电流的相位和幅度相等，因此继电器不会工作。然而，如果系统内发生任何故障，那么这些电流的相位和幅度将不再相等，这时候继电器就会工作。

差动继电器的使用方式是通过继电器的操作线圈提供进入和离开电流之间的差异。因此，由于电流量的不同，继电器线圈可以在故障情况下通电。所以，该继电器起作用并打开断路器以使电路跳闸。

在上述差动继电器电路中，有两个电流互感器连接在电力变压器的任意面上，一个CT连接在一次侧，另一个连接在PT（电力变压器）的二次侧。该继电器只是比较两侧的电流。如果电路中的电流存在任何不平衡，则该继电器往往会工作。这些继电器可以是电流差动、电压平衡和偏置差动继电器。

差动继电器的类型

差动继电器分为电流平衡差动式、电压平衡式和百分比差动式继电器（或偏置差动继电器）三种类型。

电流平衡差动继电器

当保护区域出现故障时，该差动继电器就会工作，然后该区域的进入和离开电流就会发生变化。因此，通过比较这些电流的相位或幅度或两者相位和幅度，可以检测受保护区域内的故障。如果差值超过固定值，则该继电器比较两个电流并向CB（断路器）发送跳闸信号。正常情况或外部故障及内部故障时的差动继电保护电路连接如下图所示：

上述电路中的两个CT用于受保护部分的每一端。在两个CT之间，继电器线圈简单地连接在等电位位置，以便在正常情况下没有电流流经继电器线圈。这样就可以避免继电器误动作。

在上述电路的正常和外部故障情况下，流入保护区域的电流相当于流出保护区域的电流 (I1– I2=0)。因此，整个继电器线圈中不会有电流流动。因此，它仍然停止工作。

同样，在上图中的内部故障情况下，流入保护区的电流与流出保护区的电流不同（I1– I2≠0）。这些电流差被称为循环电流，该电流被馈送到继电器的操作线圈，并且如果操作扭矩高于抑制扭矩，则继电器正常工作。

电压平衡差动继电器

电压平衡差动继电器中的两个CT简单地连接在被保护元件（即上图所示的交流发电机绕组）的任意一侧。这种类型的继电器只是比较两个电压的相位或幅度或两者，如果差值超过固定设定值，它就会使继电器电路跳闸。

CT的初级绕组具有相似的电流比，与导引线串联。这些电线总是通过简单地连接两个电路端来连接，如下图所示，CT的次级绕组连接到继电器的操作线圈。

在上述继电器电路中，正常工作条件下，CT两个主绕组中的电流是相同的。因此，当电流相同时，次级绕组内的电压将相同。因此，继电器的操作线圈中没有电流流动。

类似地，在故障情况下，初级线圈的电流中将存在相量差。因此，第二绕组处存在电压差。此时，次级线圈的电压将存在相量差，该电压被馈送到继电器的操作线圈，并与次级绕组串联。因此，电流将流经继电器的操作线圈。

百分比差动继电器

百分比差动继电器原理图如下所示，又称偏置梁继电器。

百分比或偏置梁继电器的示意性布置如下所示。该电路主要包括两个线圈，如抑制线圈和操作线圈。在这里，操作线圈简单地连接到抑制线圈的中心点。操作线圈产生操作扭矩，使得继电器操作，而限制线圈产生与操作扭矩完全相反的偏置力或限制扭矩。

该继电器利用流经受保护区域的差动电流进行操作。当保护区域内没有故障或保护区域外有故障时，抑制扭矩将高于操作扭矩。因此，这将使跳闸电路打开，从而继电器将不起作用。

然而，如果受保护区域内出现故障，则操作扭矩将高于抑制扭矩。因此，梁只是闭合跳闸电路，从而通过继电器向断路器或断路器发出跳闸信号。在上述等效电路中，由于操作线圈中间连接，操作线圈内的差动电流为i2 – i1，而抑制线圈内的差动电流为i1+ i2/2。

因此，i2 – i1（差动工作电流）与（i1 + i2）/2（抑制电流）的比率始终具有固定的百分比。因此，这种继电器被称为百分比差动继电器。为了操作该继电器，差动电流应高于该固定百分比。

穿越制动曲线的作用

差动继电器的穿越制动曲线是一个重要的概念，它在电力系统保护中起到了关键作用。穿越制动曲线用于确定继电器动作的时间，以便在故障情况下可靠地触发继电器并切断故障电路。以下是穿越制动曲线的作用：

1. 识别故障： 电力系统中的故障可能是暂时性的，也可能是持续性的。穿越制动曲线可以帮助继电器区分不同类型的故障。当故障电流超过穿越制动曲线时，继电器将会动作，从而识别并切断故障电路。
2. 故障定位： 通过分析继电器的动作时间和故障点之间的时间差，可以大致确定故障发生的位置。不同的线路长度和传播延迟会导致不同的故障定位时间，这对于快速排除故障非常有用。
3. 区分内部和外部故障： 穿越制动曲线可以根据电流的持续时间和大小来区分内部故障（如短路、接地）和外部故障（如雷击）。内部故障通常会导致持续较长时间的高电流，而外部故障可能是短暂的脉冲。
4. 灵活性： 不同类型的继电器可能需要不同的穿越制动曲线，以适应不同的应用场景。通过调整穿越制动曲线的参数，可以根据实际需求来优化保护的性能。
5. 系统可靠性： 穿越制动曲线可以确保在故障情况下继电器能够迅速响应，从而减少故障的影响并保护设备和系统免受严重损害。

优缺点

差动继电器的优点包括以下几点内容：

• 16 位微处理器完全可以进行数字信号处理。
• 它是电力系统内最重要的保护。
• 由于采用精确的16位模数转换方法，所有设置范围的测量精度都很高。
• 适用于不同的报警和变电站系统。
• 反应非常灵敏，因为它们无法区分轻微故障和重负载。
• 可避免网络内出现故障。

差动继电器的缺点包括以下几点内容：

• 大电流时电流差动继电器的精度会因导引电缆的电容而受到影响。
• 由于引导电缆阻抗和结构误差，该继电器中的电流互感器不能具有类似的特性或额定值，因此这会导致继电器无法正常工作。
• 为了实现CT之间的完美平衡，电压平衡型继电器的结构变得复杂。
• 该继电器的保护可有效用于较短长度的线路。

应用领域

差动继电器的应用包括以下几个方面。

• 经常用于保护发电机和变压器免受局部故障的影响。
• 通常情况下，这些继电器主要用于保护设备免受内部故障的影响。
• 保护变压器的绕组。
• 非常适合保护紧凑型物品以及电力系统设备，如母线、发电机、电抗器、输电线路、变压器、馈线等。

总结

差动继电器是一种用于电力系统保护的重要设备，其主要作用是检测电气设备（如变压器、发电机、电缆等）中的电流差异，以便迅速检测和切断故障电路，从而保护设备免受严重损害。

差动继电器的基本工作原理是比较设备内部的电流流入和流出，如果两侧电流之差超过一定的阈值，继电器会触发保护动作。目前被广泛应用于电力系统中的各种设备，如变压器、发电机、电缆、电动机等，以保护它们免受内部故障的影响。