繼電器在高壓開關中的應用
一、概 述
目前使用的高壓開關設備的二次係統由眾多的繼電器、多觸點輔助開關、行程開關及壓力開關等元器件組成，其中繼電器類占的比重約70%，麵對紛繁複雜的繼電器類產品，如何合理選擇、正確應用，是係統開發、設計人員密切關注並且必須優先解決的實際問題，尤其作為高壓開關設備的二次控製部分，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， 直接關係到變電站設備的可靠**運行， 萬一發生事故將特彆嚴重， 因此要做到合理選擇，正確應用，就必須充分研究分析係統的實際應用條件與實際技術參數的要求，恰如其分地提出所選用繼電器類產品必須達到的技術性能， 在整個係統的設計中，根據整個係統的重要性、可靠程度、所使用的環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)、沙塵汙染、化學氣體和電磁乾擾等因素，考慮到高壓開關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備運行在室外環境，工作狀況更惡劣，並且長年累月可靠運行的特殊性及係統關鍵部位必須選用具有高海拔、強抗電性的全密封產品，因為隻有全密封的繼電器方能具有優良的長期耐受惡劣環境性能、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，觸點被氧化腐蝕而熄弧困難，電元件技術參數衰變，可靠程度降低，由於高壓開關內部裝有驅潮和保溫的加熱器，因此，在整個係統設計時不可將繼電器靠近驅潮和保溫的加熱器，並且應該保持良好的通風條件。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，觸點表麵起露，很多廠家的繼電器表明*低溫度為一25℃，但是高壓開關應用在高寒地區也不在少數，因此建議選型時注意留有餘地，避免繼電器由於低溫而不可靠，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，保證整個係統運行穩定。
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，線圈溫度升高，使繼電器給定的吸合、釋放參數發生變化，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.機械應力對繼電器的影響
主要指振動、衝擊、碰撞等應力要素對控製係統的抗地震應力作用、抗機械應力作用，高壓開關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，應該選用平衡銜鐵機構的中問繼電器，對於電磁繼電器簧 片均為懸梁結構，固有頻率低，振蕩和衝擊可引起諧振，導致繼電器觸點壓力下降，容易產生瞬間斷開或觸點出現抖動，影響繼電器的可靠性，建議在設計中儘量采用防振措施以防產生諧振。
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、水氣汙染等因素，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：
(1)足夠的爬電距離：一般要求不小於3 mm;
(2)足夠的絕緣強度：無電氣聯係的導體之間大於AC2000V，同組觸點之間大於AC1000V。(3)長期耐受氣候應力的能力：線圈防黴斷，絕緣抗電水平長期穩定可靠。
5.觸點輸出(換接電路)負載的影響
主要是指觸點負載性質，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、乾電路負載、小電流負載、大電流負載等。
任何自動化設備都必須切實認定實際所需要的負載性質、負載量值的大小，選用合適的繼電器產品尤為重要。繼電器的失效或可靠不可靠，主要指觸點能否完成所規定的切換電路功能。如切換的實際負載與所選用繼電器規定的切換負載不一致，可靠性將無從談起。
三、使用繼電器應注意的特殊問題及分析
部分工程技術人員認為非密封產品動作直觀，失效分析方便，而全密封產品動作過程看不見摸不透，主觀認定非密封產品比全密封產品更可靠，這種憑直覺認定的觀念是十分錯誤的。
非密封繼電器的優點是多采用拍合式銜鐵，結構簡單，製造工藝簡單，安裝維修方便，工作狀態直觀，便於失效分析，價格便宜。主要缺點是工作可靠性對使用環境(氣候應力、機械應力)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境條件汙染、損傷，電接觸穩定性、可靠性差，線圈易受潮、雜質汙染產生電腐蝕、黴變而失效。
全密封繼電器優點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，抗惡劣環境性能優良，觸點電接觸性能穩定可靠，線圈抗腐蝕、黴變，長期可靠性能優良，缺點是結構複雜，製造工藝複雜，失效分析困難，本身無法維修後重複使用，成本價格高。
因此，從長期耐氣候應力性能、抗惡劣環境性能與電接觸穩定的可靠性考慮，全密封繼電器優於非密封繼電器，尤其對於高壓開關中使用繼電器的產品，應該選用全密封繼電器，這樣可以適應電力自動控製、長期穩定的特殊性要求。
2.繼電器觸點的並聯和串聯
繼電器觸頭並聯的使用不能提高其負載電流，因為繼電器多組觸點的動作優良是不同時動作的，即先接通的1組觸點先切換提高後的負載，而並聯的另外觸點還冇動作，很容易使觸點損壞而不接觸或熔焊導致不能斷開，觸點並聯對“斷”失誤可以降低失效率，但對“粘”失誤則相反，由於觸點對“斷”失誤為主要失效模式，故並聯對提高可靠性應予肯定，可使用於關鍵部位。例如：在高壓斷路器實現三極電氣聯動時，利用繼電器動作帶動3對常開觸點閉合，再分彆帶動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組進行並聯，起到關鍵作用，見圖1所示。使用的工作電壓不要高於繼電器線圈*大工作電壓，也不要低於額定電壓的90%，否則會危及線圈壽命和使用可靠性。
觸點串聯能夠提高其負載電壓，提高的倍數即為串聯觸點的組數，觸點串聯對“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的觸點並聯或者串聯，就是根據操作負載電流來決定的。為了操作更加可靠，建議將輔助開關觸點均並聯，確保動作的可靠，起到關鍵保護作用，見圖2，3所示，建議用圖3並聯型式。
3.繼電器觸點的正確連接
(1)在電力自動化控製操作中，儘量多用動合觸點，少用動斷觸點，也就是在繼電器觸點連接時，應儘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少，觸點抖動對電路能引起不佳影響，縮短觸點的壽命。
(2)繼電器觸點的正負極性應該可靠連接.對於有正負極性連接的繼電器，正極必須連接到正Q1～輔助開關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，否則下上等設計可能連接失誤.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，由於線路故障缺相，電動機缺相運轉，造成電動機燒壞的事故，因此為解決此類事故的發生，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)對於長期穩定運行的電動機，取熱繼電器整定電流的0.9～1.05倍或中間值等於電機額定電流，使用時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於電動機的額定電流，然後根據該額定電流來選擇熱繼電器的型號，當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整到電動機的額定電流;當電動機的啟動時間長，拖動衝擊性負載或不允許停車時，熱元件的整定電流調整到電動機的額定電流的1.1～1.5倍；
(3)由於線路發生故障或其他原因造成熱繼電器跳開，這時就要采用複位手段進行複位，通常熱繼電器設置有自複位和手動複位2種規格，正常使用時建議設置到手動複位，以確保發生故障後經處理，熱繼電器可複位。
5.繼電器線圈並聯使用
在複雜的控製回路中，采用圖4所示方法將2隻(或多隻)不同類型的繼電器(如接觸器K1 、小型靈敏繼電器K2)線圈並聯使用的情況時有發生，在這種情況下，有可能產生K1，延遲釋放、觸點斷弧能力下降，K2被反向重複激勵、觸點誤動作等實際問題。因為在直流控製回路中，K1、K2線圈所貯存磁能的可能相差很大。當開關Q斷開後，K1(磁能大)的貯能將通過K2(磁能小)的線圈泄放，產生反向電流。從而導致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，隨後被反向泄放電流所激勵，甚至釋放後瞬間重複吸合，產生誤動作故障。
為了消除上述因素的影響，建議改用圖5所示的控製回路。這是因為在每個繼電器回路上串聯各自的輔助常閉接點後，由於開關Q斷開後，K1、K2失電，其各自回路上的輔助常閉接點變為開接點，這樣K1、K2等繼電器就不會相互影響產生誤動作。
6.關於繼電器線圈串聯的使用
不少電力係統用戶采用多個繼電器線圈串聯後，再用DC220V電源去激勵(如圖6所示)，這種激勵方式儘量不要采用。
(1)對相同類型、相同規格繼電器產品而言，由於各線圈的阻抗(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格的繼電器.由於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，勢必出現有的繼電器處於過壓激勵狀態，有的則處於欠壓激勵狀態.各繼電器觸點的開關時序與速度將會發生本質性變化。必然會出現動作先、後、快、慢顛倒，開關不可靠等情況。因此，不同類型、不同規格的繼電器線圈不宜采用串聯分壓激勵方式。
四、結 論
國內外長期的實踐證明。約75%繼電器的故障發生在觸點上，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，相信隻要經過精心設計選型。了解不同類型的繼電器的工作狀況，繼電器就會很好地應用在高壓開關類產品上。
