继电器

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继电器(Relay)

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什么是继电器[1]

  继电器是一种电子控制器件,它具有控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路),通常应用于自动控制电路中,它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“断路器”,故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

  继电器是指当输入量(或激励量)满足某些规定的条件时,能在一个或多个电器输出电路中产生跃变的一种器件。

  继电器输入量和输出量之间在整个变化过程中的相互关系成为继电器的继电特征或控制特征。用算表示输入回路量,Y表示输出回路的输出量,如图所示。

  Image:图继电器的继电特性.jpg

  当输入量算连续变化到一定量xa时,输出量Y发生跃变,由0增加到Ya值,这时输入量继续增加时,输出保持不变。相反,当输入量减少到xb时,Y又突然由Ya减少到0。xa被称为继电器的动作值,xb被称为继电器的释放值,Ya即是继电器的负载。

继电器类型[2]

  根据电力系统保护应用的目的,可以将继电器分为以下几类:

  (1)过电流继电器(简称过流继电器)。当电流超过设定值时,继电器将会动作或者闭合触点。

  过流继电器可以速断或者无人为的时间延迟。下图是不同反时限继电器的运行特性。注意到,继电器的反时限特性是指电流越大,动作的时间就越短。过流继电器是所有继电保护装置中最简单的一类,因为它只有电流这一个变量来决定继电器的动作。虽然看起来很简单,但是很多不同的继电器特性就是在时问和电流两个变量的基础上发展起来的。在实际应用中,通常根据实际情况及和其他装置(熔断器或者继电器)之间协调动作的需要来选择合适的继电器。

  Image:不同反时限继电器的运行特性.jpg

  过流继电器没有考虑方向性,其测量的电流不能指出电流的方向,因此还需要其他变量来明确电流的极性,即给测量电流提供一个参考方向。有时候可以利用功率表同时测量线路电压和电流来确定功率的流向。

  过电流继电器可以应用在辐射状配电网保护中,辐射状线路中的电流的方向总是已知的。在这种情况下,继电器须和许多装置(包括熔断器、电路重合开关等)协调工作。具有最快反时限特性的继电器特性和熔断器的时问——电流特性不同,因此这种类型的继电器通常用于有熔断器保护的支路和负荷中心的配电馈线中。在另一极端情况下,当系统运行条件在最大值和最小值之间大范围变化,从而造成故障电流也变化时,可选用定时限一过流继电器。由于这种继电器在一个相当宽的范围内的继电时问近似于一个常数,因此可以和其他类型的继电器配合工作来满足特定的需要。例如,和快速反时限型的继电器配合可以得到清除大故障电流时的高速度,因为这时可以利用定时限一过流继电器来限定在低电流范围内的时间特性。

  在最快反时限继电器和定时限过流继电器这两个极端之间的是普通反时限特性继电器。这种特性的继电器通常可以用于诸如随着离电源侧的距离增加可用故障电流减小的辐射状配电系统中的。

  (2)差动继电器。是指设计或者使用继电器时根据保护装置的输入量和输出量的差值来决定动作的继电器。

  图是差动继电器在母线、发电机变压器的保护中的典型应用情况。

  (3)方向继电器。根据电流与其他电流或参考电压的相对相位角来动作的继电器。例如,在下图所示的高压输电线路末端的继电器可以使用方向继电器。因为在这种电路中故障电流是从两端的发电机流出,知道电流的方向可以帮助设计一个具有选择性的和高可靠性的保护方案。

  Image:典型的电力系统保护区域图.jpg

  (4)距离继电器。这个专业术语是指这类继电器的输入量基本上是继电器安装地和故障点之间距离的函数。距离继电器可以用来反应电流、电压、和电流电压问的相位角差。通过这些量可以计算出输入继电器的与离故障地点距离成正比的阻抗。发电机差动保护

  通常在R-X复平面上利用阻抗表示距离继电器的特性,如下图1和图2所示。

  Image:图1距离继电器的通用动作特性.jpg

  Image:图2具有内在方向性的距离继电器通用动作特性.jpg

  注意,可以设计出如图2所示的具有方向性的距离继电器。

  通道保护是指通过一个通信通道来比较线路终端电量的一种线路保护形式。通道继电器也常以实际应用的通信媒介来命名,如双绞线通道、载波、微波、光纤保护系统。下图是一个电力线载波控制系统布置图。通信信号通过耦合电容或者cVT作为高频载波和电力线相耦合。耦合电容对于电力线路的频率来说是高阻抗,但对于通信频率载波而言是短接的。混合线圈(HYB)被用作电子装置和CVT之间的阻抗匹配。PLC也是一种常见的传输线路继电器的控制方案。和仅限于获取当地信息的保护相比,通道保护提供了关于所观察的扰动的更多的信息,因为它是从线路的两个终端发来的信息相比较来得到故障的地点。

  Image:图含方向比较的电力载波继电器系统.jpg

  继电器通常也可根据它们物理构造来分类。因此,可以把继电器分为机电继电器、静态继电器、数字继电器等。

参考文献

  1. 李英姿.低压电器应用技术.机械工业出版社,2009.08.
  2. (美)P.M.Anderson.电力系统保护.中国电力出版社,2009.12.
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