電子式互感器的使用中的相關注意事項

標簽：模擬 電子 IT 電路

1.傳感器的高壓端電子電路供能問題的研究

對電子式互感器的輸出信號在高壓側(cè)實現(xiàn)就地數(shù)字化，目的為了使被測量在信息傳輸過程中，不會產(chǎn)生新的誤差，不受負荷影響。因此，對高壓端信號處理部分的電子電路的供能是保證傳感器可靠、穩(wěn)定工作的關鍵因素，也是各種混合式電子互感器都普遍存在的技術難題。而且高壓側(cè)電源必須是懸浮式的，才能保證實現(xiàn)高低壓側(cè)電信號的完全隔離。根據(jù)目前國內(nèi)外許多單位都在對混合式光電互感器高電位側(cè)的電源供電問題進行研究情況，可行的技術方案由以下幾種：(1)線圈從母線采電的供能方式。該供電方式是利用電磁感應原理，通過普通鐵磁式互感器從高壓母線上感應得到交流電電能，再經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓后為高壓側(cè)電路供電。(2)高壓電容分壓器的供電方式。在高壓母線與地之間連接高壓電容分壓器，從高壓母線上直接取得能量，經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓后，向高壓側(cè)電路供電。(3)蓄電池供能方式。這是一種采用蓄電池對高電位側(cè)的電子線路進行供電的方式。

2.電子式電壓互感器的電磁兼容設計

電子式互感器一般安裝于戶外線路上，其工作環(huán)境惡劣，電子線路會受到來自外部環(huán)境的和電子式互感器自身的各種電磁干擾的影響，這些沖擊電壓或靜電放電的干擾都會危害電子式互感器的設備安全，因此提高電子式互感器電磁兼容(EMC)能力，是保證其在電力系統(tǒng)現(xiàn)場能安全可靠的運行的重要步驟。對電子式互感器的抗干擾能力的設計，目前只能從已有的經(jīng)驗出發(fā)，盡量減少電磁干擾所造成的不利影響，降低對電力系統(tǒng)的安全運行的危害。

由于傳感元件的電子線路處于高壓端，電磁環(huán)境復雜，外界的電磁干擾信號比較強，干擾源較多，因此在所采用的抗干擾設計中，目前最常用的手段就是利用屏蔽技術來阻擋或減少電磁輻射干擾能量傳輸。屏蔽是采用導電或?qū)Т朋w的封閉面(例如鐵或鋁材料的金屬盒)將其內(nèi)外兩側(cè)的空間進行電磁性隔離，將從一側(cè)空間向另一側(cè)空間傳輸?shù)碾姶拍芰恳种频搅藰O小量，從而達到減弱外部干擾信號的效果。接地是提高電子設備電磁兼容能力的另一種重要方法。在電子式互感器的設計中采用浮地技術，將信號處理的抗干擾接線接在一個公共屏蔽層，盡量減少電源線同機殼之間的分布電容，可以使得在電磁干擾作用時，工作電源同機殼的電位同步浮動，大大降低了干擾造成的流過電源的浪涌電流，從而增加了抗共模干擾的能力。若利用雙屏蔽電纜進行信號傳輸，可以采用在電纜兩側(cè)各用一層屏蔽電纜接地;外層屏蔽兩側(cè)接地，內(nèi)層屏蔽一側(cè)接地;外層屏蔽一側(cè)接地，另一側(cè)通過一個電容接地，內(nèi)層屏蔽一側(cè)接地等3種方法解決變電站電纜的EMC要求。對于工作電源的干擾的抑制，主要是采用電源濾波器的方法實現(xiàn)。同時對電源部分進行屏蔽以消除其輻射干擾;另外，數(shù)字電源與模擬電源的分開對于信號處理電路的工作亦大有裨益。

3.電子式互感器的保護措施

在日趨龐大而復雜的電力系統(tǒng)中，直擊雷和感應雷的沖擊、電力系統(tǒng)運行方式變化、開關頻繁操作、負荷突變以及系統(tǒng)短路故障等現(xiàn)象發(fā)生頻繁，使得電力系統(tǒng)中互感器及二次電能計量系統(tǒng)出現(xiàn)過電壓的幾率大大提高。由于電子式互感器中會采用電壓敏感性微電子芯片、半導體元件等，在沖擊電壓作用下，受破壞的機率急劇增加。作為電力系統(tǒng)不可缺少的一個重要組成部分，電能計量系統(tǒng)會因過電壓的侵害會導致無法工作，因此必須采用二次計量系統(tǒng)過電壓保護裝置來防止因為電能表的損耗而導致的PT二次斷路器開斷，避免計量系統(tǒng)的癱瘓所帶來巨大損失。

作用在PT二次計量系統(tǒng)的過電壓有感應雷過電壓、操作過電壓、系統(tǒng)短路故障過電壓、諧振過電壓和禍合過電壓。其中以感應雷過電壓和操作過電壓在PT二次系統(tǒng)產(chǎn)生的過電壓危害最大。此類過電壓幅值高、沖擊時間短，極易損壞PT二次系統(tǒng)計量設備。過電壓保護器可分為開關型和限壓型。

開關型保護器的主要元件為放電管限壓型保護器的主要元件為瞬態(tài)抑制(TVS)二極管以及氧化鋅壓敏電阻(MOV)。氣體放電管的特點是泄流大，平時工作處于斷開狀態(tài)，無漏電流，但是其放電反應慢，放電時間長。TVS二極管反應最快，可達10.125，但是承受浪涌能力弱，關斷時間長。MOV殘壓低，無續(xù)流，動作時延小，陡波響應特定好，流通容量大，吸收過電壓的能力強，可作為保護器限壓主元件。根據(jù)電能計量系統(tǒng)準確性、穩(wěn)定性、連續(xù)性和安全可靠的運行的工作特點，采用合理且經(jīng)濟的保護設備。

4.阻容分壓型電子式電壓互感器系統(tǒng)設計

從上面可知，阻容分壓型傳感元件是應用于高壓及超高壓電力網(wǎng)絡進行電壓測量的優(yōu)良方案，同時作為新型電子式互感器的一種，必須考慮其對信號的有效傳輸。

如果二次側(cè)的測量儀表采用模擬接口，在傳感元件后聯(lián)接小功率PT 實現(xiàn)電氣隔離，然后在PT的二次側(cè)增加積分環(huán)節(jié)以及模數(shù)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)等。采用這種方法主要優(yōu)點是高壓側(cè)阻容分壓互感器作為無源元件傳變電壓，簡化了傳感頭部分的電路，信號處理電路在低壓側(cè)，便于實現(xiàn)。缺點是前端作為模擬信號輸出，信號傳輸電路采用銅導線，強電磁環(huán)境中抗干擾性能差。

電網(wǎng)自動化的迅速開展使得數(shù)字化一次設備的開發(fā)應用越來越受重視。因此對考慮阻容分壓型互感器的數(shù)字化接口時，應當在高壓側(cè)進行信號處理后，再由光纜向合并單元進行信號傳輸。高壓側(cè)的信號處理包括濾波、積分、A/D轉(zhuǎn)換等部分在現(xiàn)有條件下宜采用模擬積分器來實現(xiàn)對微分信號的還原。直接A/D轉(zhuǎn)換相較于 VFC的轉(zhuǎn)換方式，技術比較成熟和完善，轉(zhuǎn)換精度不受系統(tǒng)諧波分量變化及頻率波動的影響，采樣方法相對可靠，是一種適合于測量和保護控制通用目的的信號處理方案。

5.結語

本文探討了復合式電壓/電流傳感器的實用化過程中出現(xiàn)的高壓端電子電路供能問題、電磁兼容設計和電子式互感器的保護措施，并提出阻容分壓型電子式互感器的設計構想。