電源CT與無源繼保配合的缺陷分析及解決方案

　　摘要：在電力系統(tǒng)中為了實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)，需要對(duì)電網(wǎng)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)遙信、遙測(cè)、遙控，以及其他故障檢測(cè)與保護(hù)等功能，必須在每個(gè)節(jié)點(diǎn)出安裝相應(yīng)的自動(dòng)化裝置。在線路上安裝裝置時(shí)，經(jīng)常因電源問題得不到解決或解決成本過高，而無法實(shí)施。采用電流互感器取電的配電自動(dòng)化電源因體積小、成本低、便于安裝等特點(diǎn)受到關(guān)注。

　　關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)、取電CT、配電自動(dòng)化

　　引言：

　　無源繼保的作用是：當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障或異常工況時(shí)，在可能實(shí)現(xiàn)的最短時(shí)間和最小區(qū)域內(nèi)，自動(dòng)將故障設(shè)備從系統(tǒng)中切除，或發(fā)出信號(hào)由值班人員消除異常工況根源，以減輕或避免設(shè)備的損壞和對(duì)相鄰地區(qū)供電的影響。其中：“無源”是指繼電保護(hù)裝置可以通過內(nèi)部電池和電纜上取出的電能驅(qū)動(dòng)電路，不需要其他形式的電源驅(qū)動(dòng)。目前常用的電纜取電方式主要使用的是電流互感器供電，具有安裝方便，性能可靠等優(yōu)點(diǎn)。

　　一、常規(guī)取電模式帶來的問題：

　　1.實(shí)例：

　　最近，某公司使用取電CT電源智能自供電保護(hù)裝置的電源輸入，在運(yùn)行一段時(shí)間后出現(xiàn)了無源繼保內(nèi)部電路燒毀，設(shè)備無法工作的情況。為此技術(shù)人員前往事故現(xiàn)場進(jìn)行技術(shù)分析確認(rèn)，見圖1：

　　圖1

　　2.初步故障診

　　很明顯，圖中的電路板燒毀是由于電壓過高的引起的，技術(shù)人員進(jìn)行了以下調(diào)查：

　　1)用萬用表對(duì)取電CT的開口電壓進(jìn)行了測(cè)量，有效值為25V左右，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能對(duì)繼電保護(hù)器造成損害的。

　　2)技術(shù)人員仔細(xì)閱讀該型號(hào)無源繼電保護(hù)器的使用說明書，表1為無源繼電保護(hù)器廠商對(duì)取電CT的要求：

　　可知，該電流互感器的參數(shù)是嚴(yán)格按照無源繼保廠商要求來設(shè)計(jì)的，但為什么還會(huì)出現(xiàn)供電設(shè)備燒毀的情況呢?

　　3.深入的故障診斷：

　　我司的技術(shù)人員注意到，說明書中提供的參數(shù)值均為萬用表測(cè)量值，也就是有效值。但在實(shí)際使用過程中，電壓波形不可能是標(biāo)準(zhǔn)的的正弦波，電網(wǎng)電流的波動(dòng)，環(huán)境干擾，會(huì)在已有正弦波上疊加多次諧波。所以，實(shí)際電壓的峰值是遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)正弦波峰值的。針對(duì)這個(gè)問題，我司技術(shù)人員回廠后進(jìn)行了多組對(duì)比試驗(yàn)，終于發(fā)現(xiàn)了問題：

　　我們找到了與該型號(hào)CT對(duì)應(yīng)的鐵芯，繞制了多個(gè)不同變比的線圈，對(duì)開口電壓的有效值和峰峰值進(jìn)行了測(cè)量(使用示波器)。得到了表2：

　　分析圖表中參數(shù)：

　　1)電流互感器開路運(yùn)行時(shí)，電壓波形并不是正弦波型，而是有明顯諧波干擾的波峰，此時(shí)的峰峰值一般比有效值的10倍還要大。

　　2)當(dāng)線圈匝數(shù)越多時(shí)，峰峰值與有效值的比值越大。

　　由此，基本可以推斷是由于電網(wǎng)的波動(dòng)，取電CT產(chǎn)生較高的峰峰值，長時(shí)間的工作在過電壓的環(huán)境下，導(dǎo)致電路板燒毀。而根據(jù)無源繼保廠商的有效值要求，根據(jù)以上測(cè)試數(shù)據(jù)，要達(dá)到無源繼保廠商對(duì)有效電壓數(shù)值的技術(shù)要求，必須選用變比為400:1的制造方案，這時(shí)峰峰值必然過高，沒有進(jìn)行處理的電壓信號(hào)必然對(duì)設(shè)備造成極大的危害。

　　4.常見解決辦法：

　　要從根本上降低峰峰值，有兩個(gè)途徑：增加鐵芯的截面積和降低線圈匝數(shù)。由于空間限制和電壓有效值的要求，上述兩個(gè)途徑是無法做較大改進(jìn)的。所以，取電CT感應(yīng)的二次電壓是摻有較大諧波的，只能通過后續(xù)的電路進(jìn)行消諧處理。

　　二、常規(guī)解決方案及其缺陷：

　　現(xiàn)在市場上的無源繼保種類繁多，為此我司技術(shù)人員對(duì)幾種常用的無源繼保的電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究分析。大多數(shù)無源繼保廠商的做法是使用TVS和NMOS在直流側(cè)組成直流限壓電路，在交流接口處采用壓敏電阻預(yù)防浪涌，這種方式要求整流橋的容量足夠，并且對(duì)整流橋的開關(guān)速度也有一定要求。但是因成本問題，而選用的慢速整流橋，開關(guān)速度慢，則會(huì)燒毀壓敏電阻，但一般不會(huì)對(duì)設(shè)備運(yùn)行造成太大影響;如果因空間受限，選用的整流橋容量不夠，則會(huì)燒壞整流橋，引起設(shè)備停止供電，而不能正常運(yùn)行;

　　三、我司技術(shù)人員的解決方案：

　　為了使保護(hù)模塊的保護(hù)范圍更加全面，保護(hù)性能更加穩(wěn)定，可將保護(hù)模塊分離出來，放置在整流橋之前，這樣設(shè)計(jì)后整流橋的開關(guān)性能將不會(huì)影響保護(hù)模塊的保護(hù)性能，即使出現(xiàn)故障使保護(hù)模塊燒毀，后續(xù)的電路也不會(huì)受到影響，保護(hù)模塊的更換也更加方便。

　　四、結(jié)論：

　　1.由于取電CT工作在半飽和區(qū)域，加上電網(wǎng)的波動(dòng)等環(huán)境因素，CT二次端的電壓峰峰值較高的問題無法從根本上消除，建議在安裝空間允許的情況下，選用鐵芯截面積較大的取電CT，并相應(yīng)的減小線圈的匝數(shù)，這樣可以有效的減小CT輸出的峰峰值。

　　2.無源繼保廠商除了對(duì)取電CT的電壓有效值進(jìn)行確認(rèn)和要求外，還應(yīng)對(duì)電壓峰峰值做出具體的參數(shù)要求，并且設(shè)計(jì)更為穩(wěn)定、可靠的保護(hù)電路。

　　文章作者：微能匯通 黎明，孫學(xué)剛，成欣

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