繼電器在高壓開(kāi)關(guān)中合理應用方案

一、概 述

目前使用的高壓開(kāi)關(guān)設備的二次系統由眾多的繼電器、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(lèi)占的比重約70％，面對紛繁復雜的繼電器類(lèi)產(chǎn)品，如何合理選擇、正確應用，是系統開(kāi)發(fā)、設計人員密切關(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)設備的二次控制部分，使用有大量的繼電器， 其在運行中也有其獨特的特殊性，選型的好壞， 直接關(guān)系到變電站設備的可靠安全運行， 萬(wàn)一發(fā)生事故將特別嚴重， 因此要做到合理選擇，正確應用，就必須充分研究分析系統的實(shí)際應用條件與實(shí)際技術(shù)參數的要求，恰如其分地提出所選用繼電器類(lèi)產(chǎn)品必須達到的技術(shù)性能， 在整個(gè)系統的設計中，根據整個(gè)系統的重要性、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、對使用的環(huán)境條件選擇

氣候應力作用要素，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行，尤其作為敞開(kāi)式高壓斷路器設備運行在室外環(huán)境，工作狀況更惡劣，并且長(cháng)年累月可靠運行的特殊性及系統關(guān)鍵部位必須選用具有高海拔、強抗電性的全密封產(chǎn)品，因為只有全密封的繼電器方能具有優(yōu)良的長(cháng)期耐受惡劣環(huán)境性能、良好的電接觸穩定、可靠的切換負載的能力。

1．溫度對繼電器的影響

繼電器是怕熱元件，高溫可加速繼電器的內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)參數衰變，可靠程度降低，由于高壓開(kāi)關(guān)內部裝有驅潮和保溫的加熱器，因此，在整個(gè)系統設計時(shí)不可將繼電器靠近驅潮和保溫的加熱器，并且應該保持良好的通風(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(chǎng)家的繼電器表明最低溫度為一25℃，但是高壓開(kāi)關(guān)應用在高寒地區也不在少數，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，適當情況下在高寒地區增加加熱器，確保繼電器在低溫下可靠運行，保證整個(gè)系統運行穩定。

2．低氣壓對繼電器的影響

在低氣壓條件下，繼電器的散熱條件變壞，線(xiàn)圈溫度升高，使繼電器給定的吸合、釋放參數發(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，針對低氣壓條件下，建議采用整機密封的方法。

3．機械應力對繼電器的影響

主要指振動(dòng)、沖擊、碰撞等應力要素對控制系統的抗地震應力作用、抗機械應力作用，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)對繼電器影響更大，應該選用平衡銜鐵機構的中問(wèn)繼電器，對于電磁繼電器簧片均為懸梁結構，固有頻率低，振蕩和沖擊可引起諧振，導致繼電器觸點(diǎn)壓力下降，容易產(chǎn)生瞬間斷開(kāi)或觸點(diǎn)出現抖動(dòng)，影響繼電器的可靠性，建議在設計中盡量采用防振措施以防產(chǎn)生諧振。

4．絕緣電壓對繼電器的影響

非密封或密封繼電器的引出端外露絕緣子長(cháng)期受塵埃、水氣污染等因素，導致其絕緣強度下降，容易引起絕緣擊穿失效，因此應注意如下幾點(diǎn)：

（1）足夠的爬電距離：一般要求不小于3 mm；

（2）足夠的絕緣強度：無(wú)電氣聯(lián)系的導體之間大于A(yíng)C2000V，同組觸點(diǎn)之間大于A(yíng)C1000V。

（3）長(cháng)期耐受氣候應力的能力：線(xiàn)圈防霉斷，絕緣抗電水平長(cháng)期穩定可靠。

5．觸點(diǎn)輸出（換接電路）負載的影響

主要是指觸點(diǎn)負載性質(zhì)，如：燈負載，電機負載，電感器、接觸器（繼電器）線(xiàn)圈，阻性負載等；觸點(diǎn)負載量值（開(kāi)路電壓量值、閉路電流量值），如：低電平負載、干電路負載、小電流負載、大電流負載等。

任何自動(dòng)化設備都必須切實(shí)認定實(shí)際所需要的負載性質(zhì)、負載量值的大小，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)能否完成所規定的切換電路功能。如切換的實(shí)際負載與所選用繼電器規定的切換負載不一致，可靠性將無(wú)從談起。

三、使用繼電器應注意的特殊問(wèn)題及分析

1．關(guān)于密封繼電器與非密封繼電器

部分工程技術(shù)人員認為非密封產(chǎn)品動(dòng)作直觀(guān)，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(guān)認定非密封產(chǎn)品比全密封產(chǎn)品更可靠，這種憑直覺(jué)認定的觀(guān)念是十分錯誤的。

非密封繼電器的優(yōu)點(diǎn)是多采用拍合式銜鐵，結構簡(jiǎn)單，制造工藝簡(jiǎn)單，安裝維修方便，工作狀態(tài)直觀(guān)，便于失效分析，價(jià)格便宜。主要缺點(diǎn)是工作可靠性對使用環(huán)境（氣候應力、機械應力）變化的敏感性強，長(cháng)期耐受氣候條件性能隨時(shí)間增長(cháng)而易受環(huán)境條件污染、損傷，電接觸穩定性、可靠性差，線(xiàn)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)是多采用平衡旋轉式銜鐵，全密封機構隔離外部氣候應力作用，抗惡劣環(huán)境性能優(yōu)良，觸點(diǎn)電接觸性能穩定可靠，線(xiàn)圈抗腐蝕、霉變，長(cháng)期可靠性能優(yōu)良，缺點(diǎn)是結構復雜，制造工藝復雜，失效分析困難，本身無(wú)法維修后重復使用，成本價(jià)格高。

因此，從長(cháng)期耐氣候應力性能、抗惡劣環(huán)境性能與電接觸穩定的可靠性考慮，全密封繼電器優(yōu)于非密封繼電器，尤其對于高壓開(kāi)關(guān)中使用繼電器的產(chǎn)品，應該選用全密封繼電器，這樣可以適應電力自動(dòng)控制、長(cháng)期穩定的特殊性要求。

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載電流，因為繼電器多組觸點(diǎn)的動(dòng)作絕對是不同時(shí)動(dòng)作的，即先接通的1組觸點(diǎn)首先切換提高后的負載，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致不能斷開(kāi)，觸點(diǎn)并聯(lián)對“斷”失誤可以降低失效率，但對“粘”失誤則相反，由于觸點(diǎn)對“斷”失誤為主要失效模式，故并聯(lián)對提高可靠性應予肯定，可使用于關(guān)鍵部位。例如：在高壓斷路器實(shí)現三極電氣聯(lián)動(dòng)時(shí)，利用繼電器動(dòng)作帶動(dòng)3對常開(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(xiàn)圈最大工作電壓，也不要低于額定電壓的90％，否則會(huì )危及線(xiàn)圈壽命和使用可靠性。

觸點(diǎn)串聯(lián)能夠提高其負載電壓，提高的倍數即為串聯(lián)觸點(diǎn)的組數，觸點(diǎn)串聯(lián)對“粘”失誤可以提高其可靠性，但對“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)，就是根據操作負載電流來(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)，因為動(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)回跳次數少，觸點(diǎn)抖動(dòng)對電路能引起不良影響，縮短觸點(diǎn)的壽命。

（2）繼電器觸點(diǎn)的正負極性應該可靠連接．對于有正負極性連接的繼電器，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，負極必須連接到負電源上，標明正負極性，否則下一級設計可能連接失誤．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)機中，由于線(xiàn)路故障缺相，電動(dòng)機缺相運轉，造成電動(dòng)機燒壞的事故，因此為解決此類(lèi)事故的發(fā)生，大多設計人員選用了具有缺相保護的熱繼電器，但熱繼電器的合理選用必須按如下要求選用：

（1）對于長(cháng)期穩定運行的電動(dòng)機，取熱繼電器整定電流的0.9~1.05倍或中間值等于電機額定電流，使用時(shí)將熱繼電器整定電流調整到電機額定電流值；

（2）通常情況下，熱繼電器的額定電流應大于電動(dòng)機的額定電流，然后根據該額定電流來(lái)選擇熱繼電器的型號，當電動(dòng)機的啟動(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整到電動(dòng)機的額定電流；當電動(dòng)機的啟動(dòng)時(shí)間長(cháng)，拖動(dòng)沖擊性負載或不允許停車(chē)時(shí)，熱元件的整定電流調整到電動(dòng)機的額定電流的1.1~1.5倍；

（3）由于線(xiàn)路發(fā)生故障或其他原因造成熱繼電器跳開(kāi)，這時(shí)就要采用復位手段進(jìn)行復位，通常熱繼電器設置有自復位和手動(dòng)復位2種規格，正常使用時(shí)建議設置到手動(dòng)復位，以確保發(fā)生故障后經(jīng)處理，熱繼電器可復位。

5．繼電器線(xiàn)圈并聯(lián)使用

在復雜的控制回路中，采用圖4所示方法將2只（或多只）不同類(lèi)型的繼電器（如接觸器K1 、小型靈敏繼電器K2）線(xiàn)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被反向重復激勵、觸點(diǎn)誤動(dòng)作等實(shí)際問(wèn)題。因為在直流控制回路中，K1、K2線(xiàn)圈所貯存磁能的可能相差很大。當開(kāi)關(guān)Q斷開(kāi)后，K1（磁能大）的貯能將通過(guò)K2（磁能?。┑木€(xiàn)圈泄放，產(chǎn)生反向電流。從而導致K1釋放時(shí)問(wèn)延長(cháng)，觸點(diǎn)斷弧速度遲緩，觸點(diǎn)間燃弧時(shí)間延長(cháng)；K2的釋放時(shí)間短，隨后被反向泄放電流所激勵，甚至釋放后瞬間重復吸合，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。這是因為在每個(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(xiàn)圈串聯(lián)的使用

不少電力系統用戶(hù)采用多個(gè)繼電器線(xiàn)圈串聯(lián)后，再用DC220V電源去激勵（如圖6所示），這種激勵方式盡量不要采用。

（1）對相同類(lèi)型、相同規格繼電器產(chǎn)品而言，由于各線(xiàn)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)分壓激勵方式使用問(wèn)題不大，實(shí)踐證明也是可行的。

（2）對不同類(lèi)型或不同規格的繼電器．由于不同繼電器線(xiàn)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)激勵瞬間，各繼電器線(xiàn)圈上所分得的激勵電壓（由瞬時(shí)分壓比決定）差值必然很大，勢必出現有的繼電器處于過(guò)壓激勵狀態(tài)，有的則處于欠壓激勵狀態(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 )出現動(dòng)作先、后、快、慢顛倒，開(kāi)關(guān)不可靠等情況。因此，不同類(lèi)型、不同規格的繼電器線(xiàn)圈不宜采用串聯(lián)分壓激勵方式。

四、結 論

國內外長(cháng)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)，必須認真對待繼電器的觸點(diǎn)問(wèn)題，相信只要經(jīng)過(guò)精心設計選型。了解不同類(lèi)型的繼電器的工作狀況，繼電器就會(huì )很好地應用在高壓開(kāi)關(guān)類(lèi)產(chǎn)品上。