繼電器在高壓開關(guān)中合理應(yīng)用方案

一、概 述

目前使用的高壓開關(guān)設(shè)備的二次系統(tǒng)由眾多的繼電器、多觸點輔助開關(guān)、行程開關(guān)及壓力開關(guān)等元器件組成，其中繼電器類占的比重約70％，面對紛繁復(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)開發(fā)、設(shè)計人員密切關(guān)注并且必須優(yōu)先解決的實際問題，尤其作為高壓開關(guān)設(shè)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(shè)備的可靠安全運行， 萬一發(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)的實際應(yīng)用條件與實際技術(shù)參數(shù)的要求，恰如其分地提出所選用繼電器類產(chǎn)品必須達到的技術(shù)性能， 在整個系統(tǒng)的設(shè)計中，根據(jù)整個系統(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，考慮到高壓開關(guān)在很多惡劣工作狀況下運行，尤其作為敞開式高壓斷路器設(shè)備運行在室外環(huán)境，工作狀況更惡劣，并且長年累月可靠運行的特殊性及系統(tǒng)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(nèi)部塑料及絕緣材料的老化，觸點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，由于高壓開關(guān)內(nèi)部裝有驅(qū)潮和保溫的加熱器，因此，在整個系統(tǒng)設(shè)計時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，但是過低的溫度也不能忽視，低溫可使觸點冷粘作用加劇，觸點表面起露，很多廠家的繼電器表明最低溫度為一25℃，但是高壓開關(guān)應(yīng)用在高寒地區(qū)也不在少數(shù)，因此建議選型時注意留有余地，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行，保證整個系統(tǒng)運行穩(wěn)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，觸點熄弧困難，容易使觸點燒熔，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(yīng)力對繼電器的影響

主要指振動、沖擊、碰撞等應(yīng)力要素對控制系統(tǒng)的抗地震應(yīng)力作用、抗機械應(yīng)力作用，高壓開關(guān)中斷路器的自振及分合閘操作引起的振動對繼電器影響更大，應(yīng)該選用平衡銜鐵機構(gòu)的中問繼電器，對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)致繼電器觸點壓力下降，容易產(chǎn)生瞬間斷開或觸點出現(xiàn)抖動，影響繼電器的可靠性，建議在設(shè)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期受塵埃、水氣污染等因素，導(dǎo)致其絕緣強度下降，容易引起絕緣擊穿失效，因此應(yīng)注意如下幾點：

（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：無電氣聯(lián)系的導(dǎo)體之間大于AC2000V，同組觸點之間大于AC1000V。

（3）長期耐受氣候應(yīng)力的能力：線圈防霉斷，絕緣抗電水平長期穩(wěn)定可靠。

5．觸點輸出（換接電路）負載的影響

主要是指觸點負載性質(zhì)，如：燈負載，電機負載，電感器、接觸器（繼電器）線圈，阻性負載等；觸點負載量值（開路電壓量值、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。

任何自動化設(shè)備都必須切實認定實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，主要指觸點能否完成所規(guī)定的切換電路功能。如切換的實際負載與所選用繼電器規(guī)定的切換負載不一致，可靠性將無從談起。

三、使用繼電器應(yīng)注意的特殊問題及分析

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)品動作直觀，失效分析方便，而全密封產(chǎn)品動作過程看不見摸不透，主觀認定非密封產(chǎn)品比全密封產(chǎn)品更可靠，這種憑直覺認定的觀念是十分錯誤的。

非密封繼電器的優(yōu)點是多采用拍合式銜鐵，結(jié)構(gòu)簡單，制造工藝簡單，安裝維修方便，工作狀態(tài)直觀，便于失效分析，價格便宜。主要缺點是工作可靠性對使用環(huán)境（氣候應(yīng)力、機械應(yīng)力）變化的敏感性強，長期耐受氣候條件性能隨時間增長而易受環(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)點是多采用平衡旋轉(zhuǎn)式銜鐵，全密封機構(gòu)隔離外部氣候應(yīng)力作用，抗惡劣環(huán)境性能優(yōu)良，觸點電接觸性能穩(wěn)定可靠，線圈抗腐蝕、霉變，長期可靠性能優(yōu)良，缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造工藝復(fù)雜，失效分析困難，本身無法維修后重復(fù)使用，成本價格高。

因此，從長期耐氣候應(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，尤其對于高壓開關(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)電力自動控制、長期穩(wěn)定的特殊性要求。

2．繼電器觸點的并聯(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的動作絕對是不同時動作的，即先接通的1組觸點首先切換提高后的負載，而并聯(lián)的另外觸點還沒動作，很容易使觸點損壞而不接觸或熔焊導(dǎo)致不能斷開，觸點并聯(lián)對“斷”失誤可以降低失效率，但對“粘”失誤則相反，由于觸點對“斷”失誤為主要失效模式，故并聯(lián)對提高可靠性應(yīng)予肯定，可使用于關(guān)鍵部位。例如：在高壓斷路器實現(xiàn)三極電氣聯(lián)動時，利用繼電器動作帶動3對常開觸點閉合，再分別帶動3個單極的電磁鐵完成分合閘操作，這時候的繼電器即分合閘繼電器的3對常開觸點可以2個1組進行并聯(lián)，起到關(guān)鍵作用，見圖1所示。使用的工作電壓不要高于繼電器線圈最大工作電壓，也不要低于額定電壓的90％，否則會危及線圈壽命和使用可靠性。

觸點串聯(lián)能夠提高其負載電壓，提高的倍數(shù)即為串聯(lián)觸點的組數(shù)，觸點串聯(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關(guān)的觸點并聯(lián)或者串聯(lián)，就是根據(jù)操作負載電流來決定的。為了操作更加可靠，建議將輔助開關(guān)觸點均并聯(lián)，確保動作的可靠，起到關(guān)鍵保護作用，見圖2，3所示，建議用圖3并聯(lián)型式。

3．繼電器觸點的正確連接

（1）在電力自動化控制操作中，盡量多用動合觸點，少用動斷觸點，也就是在繼電器觸點連接時，應(yīng)盡量多采用動合觸點的連接方式．少用動斷觸點，因為動合觸點的繼電器比動斷觸點的繼電器在動作時的觸點回跳次數(shù)少，觸點抖動對電路能引起不良影響，縮短觸點的壽命。

（2）繼電器觸點的正負極性應(yīng)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(biāo)明正負極性，否則下一級設(shè)計可能連接失誤．造成繼電器不動作或失效。

4．繼電器的選擇

在三相交流電動機中，由于線路故障缺相，電動機缺相運轉(zhuǎn)，造成電動機燒壞的事故，因此為解決此類事故的發(fā)生，大多設(shè)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）對于長期穩(wěn)定運行的電動機，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，使用時將熱繼電器整定電流調(diào)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(yīng)大于電動機的額定電流，然后根據(jù)該額定電流來選擇熱繼電器的型號，當(dāng)電動機的啟動電流為其額定電流的6倍或啟動時間超過5s時，熱元件的整定電流調(diào)整到電動機的額定電流；當(dāng)電動機的啟動時間長，拖動沖擊性負載或不允許停車時，熱元件的整定電流調(diào)整到電動機的額定電流的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，這時就要采用復(fù)位手段進行復(fù)位，通常熱繼電器設(shè)置有自復(fù)位和手動復(fù)位2種規(guī)格，正常使用時建議設(shè)置到手動復(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)使用的情況時有發(fā)生，在這種情況下，有可能產(chǎn)生K1，延遲釋放、觸點斷弧能力下降，K2被反向重復(fù)激勵、觸點誤動作等實際問題。因為在直流控制回路中，K1、K2線圈所貯存磁能的可能相差很大。當(dāng)開關(guān)Q斷開后，K1（磁能大）的貯能將通過K2（磁能小）的線圈泄放，產(chǎn)生反向電流。從而導(dǎo)致K1釋放時問延長，觸點斷弧速度遲緩，觸點間燃弧時間延長；K2的釋放時間短，隨后被反向泄放電流所激勵，甚至釋放后瞬間重復(fù)吸合，產(chǎn)生誤動作故障。

為了消除上述因素的影響，建議改用圖5所示的控制回路。這是因為在每個繼電器回路上串聯(lián)各自的輔助常閉接點后，由于開關(guān)Q斷開后，K1、K2失電，其各自回路上的輔助常閉接點變?yōu)殚_接點，這樣K1、K2等繼電器就不會相互影響產(chǎn)生誤動作。

6．關(guān)于繼電器線圈串聯(lián)的使用

不少電力系統(tǒng)用戶采用多個繼電器線圈串聯(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題不大，實踐證明也是可行的。

（2）對不同類型或不同規(guī)格的繼電器．由于不同繼電器線圈的阻抗不一致，且差值隨瞬時感抗的不同而相差很大，故串聯(lián)激勵瞬間，各繼電器線圈上所分得的激勵電壓（由瞬時分壓比決定）差值必然很大，勢必出現(xiàn)有的繼電器處于過壓激勵狀態(tài)，有的則處于欠壓激勵狀態(tài)．各繼電器觸點的開關(guān)時序與速度將會發(fā)生本質(zhì)性變化。必然會出現(xiàn)動作先、后、快、慢顛倒，開關(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)分壓激勵方式。

四、結(jié) 論

國內(nèi)外長期的實踐證明。約75％繼電器的故障發(fā)生在觸點上，因此在選擇繼電器的同時，必須認真對待繼電器的觸點問題，相信只要經(jīng)過精心設(shè)計選型。了解不同類型的繼電器的工作狀況，繼電器就會很好地應(yīng)用在高壓開關(guān)類產(chǎn)品上。