【中心議題】

• 介紹了電子式電壓互感器的電磁兼容設(shè)計(jì)
• 闡述了電子式互感器的保護(hù)措施及相應(yīng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

【解決方案】

• 采用二次計(jì)量系統(tǒng)過電壓保護(hù)裝置
• 阻容分壓型傳感元件的合理運(yùn)用

1傳感器的高壓端電子電路供能問題的研究

對(duì)電子式互感器的輸出信號(hào)在高壓側(cè)實(shí)現(xiàn)就地?cái)?shù)字化,目的為了使被測(cè)量在信息傳輸過程中,不會(huì)產(chǎn)生新的誤差,不受負(fù)荷影響。因此,對(duì)高壓端信號(hào)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(guān)鍵因素,也是各種混合式電子互感器都普遍存在的技術(shù)難題。而且高壓側(cè)電源必須是懸浮式的,才能保證實(shí)現(xiàn)高低壓側(cè)電信號(hào)的完全隔離。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外許多單位都在對(duì)混合式光電互感器高電位側(cè)的電源供電問題進(jìn)行研究情況,可行的技術(shù)方案由以下幾種:(l)線圈從母線采電的供能方式。該供電方式是利用電磁感應(yīng)原理,通過普通鐵磁式互感器從高壓母線上感應(yīng)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(duì)高電位側(cè)的電子線路進(jìn)行供電的方式。

2電子式電壓互感器的電磁兼容設(shè)計(jì)

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(huì)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(huì)危害電子式互感器的設(shè)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(chǎng)能安全可靠的運(yùn)行的重要步驟。對(duì)電子式互感器的抗干擾能力的設(shè)計(jì),目前只能從已有的經(jīng)驗(yàn)出發(fā),盡量減少電磁干擾所造成的不利影響,降低對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)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(fù)雜,外界的電磁干擾信號(hào)比較強(qiáng),干擾源較多,因此在所采用的抗干擾設(shè)計(jì)中,目前最常用的手段就是利用屏蔽技術(shù)來阻擋或減少電磁輻射干擾能量傳輸。屏蔽是采用導(dǎo)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(jìn)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(dá)到減弱外部干擾信號(hào)的效果。接地是提高電子設(shè)備電磁兼容能力的另一種重要方法。在電子式互感器的設(shè)計(jì)中采用浮地技術(shù),將信號(hào)處理的抗干擾接線接在一個(gè)公共屏蔽層,盡量減少電源線同機(jī)殼之間的分布電容,可以使得在電磁干擾作用時(shí),工作電源同機(jī)殼的電位同步浮動(dòng),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(jìn)行信號(hào)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(gè)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(duì)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(shí)現(xiàn)。同時(shí)對(duì)電源部分進(jìn)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(duì)于信號(hào)處理電路的工作亦大有裨益。

3電子式互感器的保護(hù)措施

在日趨龐大而復(fù)雜的電力系統(tǒng)中,直擊雷和感應(yīng)雷的沖擊、電力系統(tǒng)運(yùn)行方式變化、開關(guān)頻繁操作、負(fù)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(jì)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(huì)采用電壓敏感性微電子芯片、半導(dǎo)體元件等,在沖擊電壓作用下,受破壞的機(jī)率急劇增加。作為電力系統(tǒng)不可缺少的一個(gè)重要組成部分,電能計(jì)量系統(tǒng)會(huì)因過電壓的侵害會(huì)導(dǎo)致無法工作,因此必須采用二次計(jì)量系統(tǒng)過電壓保護(hù)裝置來防止因?yàn)殡娔鼙淼膿p耗而導(dǎo)致的PT二次斷路器開斷,避免計(jì)量系統(tǒng)的癱瘓所帶來巨大損失。

作用在PT二次計(jì)量系統(tǒng)的過電壓有感應(yīng)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(yīng)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(shí)間短,極易損壞PT二次系統(tǒng)計(jì)量設(shè)備。過電壓保護(hù)器可分為開關(guān)型和限壓型。

開關(guān)型保護(hù)器的主要元件為放電管限壓型保護(hù)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(diǎn)是泄流大,平時(shí)工作處于斷開狀態(tài),無漏電流,但是其放電反應(yīng)慢,放電時(shí)間長(zhǎng)。TVS二極管反應(yīng)最快,可達(dá)10.125,但是承受浪涌能力弱,關(guān)斷時(shí)間長(zhǎng)。MOV殘壓低,無續(xù)流,動(dòng)作時(shí)延小,陡波響應(yīng)特定好,流通容量大,吸收過電壓的能力強(qiáng),可作為保護(hù)器限壓主元件。根據(jù)電能計(jì)量系統(tǒng)準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性、連續(xù)性和安全可靠的運(yùn)行的工作特點(diǎn),采用合理且經(jīng)濟(jì)的保護(hù)設(shè)備。

4阻容分壓型電子式電壓互感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

從上面可知,阻容分壓型傳感元件是應(yīng)用于高壓及超高壓電力網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行電壓測(cè)量的優(yōu)良方案,同時(shí)作為新型電子式互感器的一種,必須考慮其對(duì)信號(hào)的有效傳輸。

如果二次側(cè)的測(cè)量?jī)x表采用模擬接口,在傳感元件后聯(lián)接小功率PT實(shí)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(diǎn)是高壓側(cè)阻容分壓互感器作為無源元件傳變電壓,簡(jiǎn)化了傳感頭部分的電路,信號(hào)處理電路在低壓側(cè),便于實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)是前端作為模擬信號(hào)輸出,信號(hào)傳輸電路采用銅導(dǎo)線,強(qiáng)電磁環(huán)境中抗干擾性能差。

電網(wǎng)自動(dòng)化的迅速開展使得數(shù)字化一次設(shè)備的開發(fā)應(yīng)用越來越受重視。因此對(duì)考慮阻容分壓型互感器的數(shù)字化接口時(shí),應(yīng)當(dāng)在高壓側(cè)進(jìn)行信號(hào)處理后,再由光纜向合并單元進(jìn)行信號(hào)傳輸。高壓側(cè)的信號(hào)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(shí)現(xiàn)對(duì)微分信號(hào)的還原。直接A/D轉(zhuǎn)換相較于VFC的轉(zhuǎn)換方式,技術(shù)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(dòng)的影響,采樣方法相對(duì)可靠,是一種適合于測(cè)量和保護(hù)控制通用目的的信號(hào)處理方案。

5結(jié)語

本文探討了復(fù)合式電壓/電流傳感器的實(shí)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(shè)計(jì)和電子式互感器的保護(hù)措施,并提出阻容分壓型電子式互感器的設(shè)計(jì)構(gòu)想。