继电器在高压开关中的合理应用

摘 要：阐述了继电器在高压开关中应用选型是关系到系统运行可靠性的关键问题，结合高压开关系统的工作特性和工作环境及继电器的特性，论述了继电器的选型原则及使用准则，并对继电器在应用中应该注意的问题及安全技术作了分析。
关键词：高压开关； 继电器； 应用选型
一、概 述
　　目前使用的高压开关设备的二次系统由众多的继电器、多触点辅助开关、行程开关及压力开关等元器件组成，其中继电器类占的比重约70％，面对纷繁复杂的继电器类产品，如何合理选择、正确应用，是系统开发、设计人员密切关注并且必须优先解决的实际问题，尤其作为高压开关设备的二次控制部分，使用有大量的继电器， 其在运行中也有其独特的特殊性，选型的好坏， 直接关系到变电站设备的可靠安全运行， 万一发生事故将特别严重， 因此要做到合理选择，正确应用，就必须充分研究分析系统的实际应用条件与实际技术参数的要求，恰如其分地提出所选用继电器类产品必须达到的技术性能， 在整个系统的设计中，根据整个系统的重要性、可靠程度、所使用的环境条件及成本等因素综合考虑选择合理的继电器。
二、对使用的环境条件选择
　　气候应力作用要素，主要是指温度、湿度、大气压力（海拔高度）、沿海大气（盐雾腐蚀）、沙尘污染、化学气体和电磁干扰等因素，考虑到高压开关在很多恶劣工作状况下运行，尤其作为敞开式高压断路器设备运行在室外环境，工作状况更恶劣，并且长年累月可靠运行的特殊性及系统关键部位必须选用具有高海拔、强抗电性的全密封产品，因为只有全密封的继电器方能具有优良的长期耐受恶劣环境性能、良好的电接触稳定、可靠的切换负载的能力。
1．温度对继电器的影响
　　继电器是怕热元件，高温可加速继电器的内部塑料及绝缘材料的老化，触点被氧化腐蚀而熄弧困难，电元件技术参数衰变，可靠程度降低，由于高压开关内部装有驱潮和保温的加热器，因此，在整个系统设计时不可将继电器靠近驱潮和保温的加热器，并且应该保持良好的通风条件。虽然继电器是怕热元件，但是过低的温度也不能忽视，低温可使触点冷粘作用加剧，触点表面起露，很多厂家的继电器表明最低温度为一25℃，但是高压开关应用在高寒地区也不在少数，因此建议选型时注意留有余地，避免继电器由于低温而不可靠，适当情况下在高寒地区增加加热器，确保继电器在低温下可靠运行，保证整个系统运行稳定。
2．低气压对继电器的影响
　　在低气压条件下，继电器的散热条件变坏，线圈温度升高，使继电器给定的吸合、释放参数发生变化，影响继电器的正常工作，低气压还可使继电器绝缘电阻降低，触点熄弧困难，容易使触点烧熔，影响继电器的可靠性，针对低气压条件下，建议采用整机密封的方法。
3．机械应力对继电器的影响
　　主要指振动、冲击、碰撞等应力要素对控制系统的抗地震应力作用、抗机械应力作用，高压开关中断路器的自振及分合闸操作引起的振动对继电器影响更大，应该选用平衡衔铁机构的中问继电器，对于电磁继电器簧片均为悬梁结构，固有频率低，振荡和冲击可引起谐振，导致继电器触点压力下降，容易产生瞬间断开或触点出现抖动，影响继电器的可靠性，建议在设计中尽量采用防振措施以防产生谐振。
4．绝缘电压对继电器的影响
　　非密封或密封继电器的引出端外露绝缘子长期受尘埃、水气污染等因素，导致其绝缘强度下降，容易引起绝缘击穿失效，因此应注意如下几点：
　　（1）足够的爬电距离：一般要求不小于3 mm；
　　（2）足够的绝缘强度：无电气联系的导体之间大于AC2000V，同组触点之间大于AC1000V。（3）长期耐受气候应力的能力：线圈防霉断，绝缘抗电水平长期稳定可靠。
5．触点输出（换接电路）负载的影响
　　主要是指触点负载性质，如：灯负载，电机负载，电感器、接触器（继电器）线圈，阻性负载等；触点负载量值（开路电压量值、闭路电流量值），如：低电平负载、干电路负载、小电流负载、大电流负载等。
　　任何自动化设备都必须切实认定实际所需要的负载性质、负载量值的大小，选用合适的继电器产品尤为重要。继电器的失效或可靠不可靠，主要指触点能否完成所规定的切换电路功能。如切换的实际负载与所选用继电器规定的切换负载不一致，可靠性将无从谈起。
三、使用继电器应注意的特殊问题及分析
1．关于密封继电器与非密封继电器
　　部分工程技术人员认为非密封产品动作直观，失效分析方便，而全密封产品动作过程看不见摸不透，主观认定非密封产品比全密封产品更可靠，这种凭直觉认定的观念是十分错误的。
　　非密封继电器的优点是多采用拍合式衔铁，结构简单，制造工艺简单，安装维修方便，工作状态直观，便于失效分析，价格便宜。主要缺点是工作可靠性对使用环境（气候应力、机械应力）变化的敏感性强，长期耐受气候条件性能随时间增长而易受环境条件污染、损伤，电接触稳定性、可靠性差，线圈易受潮、杂质污染产生电腐蚀、霉变而失效。
　　全密封继电器优点是多采用平衡旋转式衔铁，全密封机构隔离外部气候应力作用，抗恶劣环境性能优良，触点电接触性能稳定可靠，线圈抗腐蚀、霉变，长期可靠性能优良，缺点是结构复杂，制造工艺复杂，失效分析困难，本身无法维修后重复使用，成本价格高。
　　因此，从长期耐气候应力性能、抗恶劣环境性能与电接触稳定的可靠性考虑，全密封继电器优于非密封继电器，尤其对于高压开关中使用继电器的产品，应该选用全密封继电器，这样可以适应电力自动控制、长期稳定的特殊性要求。
2．继电器触点的并联和串联
　　继电器触头并联的使用不能提高其负载电流，因为继电器多组触点的动作绝对是不同时动作的，即先接通的1组触点首先切换提高后的负载，而并联的另外触点还没动作，很容易使触点损坏而不接触或熔焊导致不能断开，触点并联对“断”失误可以降低失效率，但对“粘”失误则相反，由于触点对“断”失误为主要失效模式，故并联对提高可靠性应予肯定，可使用于关键部位。例如：在高压断路器实现三极电气联动时，利用继电器动作带动3对常开触点闭合，再分别带动3个单极的电磁铁完成分合闸操作，这时候的继电器即分合闸继电器的3对常开触点可以2个1组进行并联，起到关键作用，见图1所示。使用的工作电压不要高于继电器线圈最大工作电压，也不要低于额定电压的90％，否则会危及线圈寿命和使用可靠性。



　　触点串联能够提高其负载电压，提高的倍数即为串联触点的组数，触点串联对“粘”失误可以提高其可靠性，但对“断”失误则相反。
　　例如：有的高压断路器分合闸操作回路中将辅助开关的触点并联或者串联，就是根据操作负载电流来决定的。为了操作更加可靠，建议将辅助开关触点均并联，确保动作的可靠，起到关键保护作用，见图2，3所示，建议用图3并联型式。



3．继电器触点的正确连接
　　（1）在电力自动化控制操作中，尽量多用动合触点，少用动断触点，也就是在继电器触点连接时，应尽量多采用动合触点的连接方式．少用动断触点，因为动合触点的继电器比动断触点的继电器在动作时的触点回跳次数少，触点抖动对电路能引起不良影响，缩短触点的寿命。
　　（2）继电器触点的正负极性应该可靠连接．对于有正负极性连接的继电器，正极必须连接到正Q1～辅助开关SB1一近控按钮 K1一电磁铁电源上，负极必须连接到负电源上，标明正负极性，否则下一级设计可能连接失误．造成继电器不动作或失效。
4．继电器的选择
　　在三相交流电动机中，由于线路故障缺相，电动机缺相运转，造成电动机烧坏的事故，因此为解决此类事故的发生，大多设计人员选用了具有缺相保护的热继电器，但热继电器的合理选用必须按如下要求选用：
　　（1）对于长期稳定运行的电动机，取热继电器整定电流的0．9～1．05倍或中间值等于电机额定电流，使用时将热继电器整定电流调整到电机额定电流值；
　　（2）通常情况下，热继电器的额定电流应大于电动机的额定电流，然后根据该额定电流来选择热继电器的型号，当电动机的启动电流为其额定电流的6倍或启动时间超过5s时，热元件的整定电流调整到电动机的额定电流；当电动机的启动时间长，拖动冲击性负载或不允许停车时，热元件的整定电流调整到电动机的额定电流的1．1～1．5倍；
　　（3）由于线路发生故障或其他原因造成热继电器跳开，这时就要采用复位手段进行复位，通常热继电器设置有自复位和手动复位2种规格，正常使用时建议设置到手动复位，以确保发生故障后经处理，热继电器可复位。
5．继电器线圈并联使用
　　在复杂的控制回路中，采用图4所示方法将2只（或多只）不同类型的继电器（如接触器K1 、小型灵敏继电器K2）线圈并联使用的情况时有发生，在这种情况下，有可能产生K1，延迟释放、触点断弧能力下降，K2被反向重复激励、触点误动作等实际问题。因为在直流控制回路中，K1、K2线圈所贮存磁能的可能相差很大。当开关Q断开后，K1（磁能大）的贮能将通过K2（磁能小）的线圈泄放，产生反向电流。从而导致K1释放时问延长，触点断弧速度迟缓，触点间燃弧时间延长；K2的释放时间短，随后被反向泄放电流所激励，甚至释放后瞬间重复吸合，产生误动作故障。




　　为了消除上述因素的影响，建议改用图5所示的控制回路。这是因为在每个继电器回路上串联各自的辅助常闭接点后，由于开关Q断开后，K1、K2失电，其各自回路上的辅助常闭接点变为开接点，这样K1、K2等继电器就不会相互影响产生误动作。



6．关于继电器线圈串联的使用
　　不少电力系统用户采用多个继电器线圈串联后，再用DC220V电源去激励（如图6所示），这种激励方式尽量不要采用。




　　（1）对相同类型、相同规格继电器产品而言，由于各线圈的阻抗（含直流电阻与瞬时感抗）大体相同，差值较小，故采用串联分压激励方式使用问题不大，实践证明也是可行的。
　　（2）对不同类型或不同规格的继电器．由于不同继电器线圈的阻抗不一致，且差值随瞬时感抗的不同而相差很大，故串联激励瞬间，各继电器线圈上所分得的激励电压（由瞬时分压比决定）差值必然很大，势必出现有的继电器处于过压激励状态，有的则处于欠压激励状态．各继电器触点的开关时序与速度将会发生本质性变化。必然会出现动作先、后、快、慢颠倒，开关不可靠等情况。因此，不同类型、不同规格的继电器线圈不宜采用串联分压激励方式。


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