電源CT與無源繼保配合的缺陷分析及解決方案

　　摘要：在電力系統中為了實現智能電網，需要對電網中的各個節點，能實現遙信、遙測、遙控，以及其他故障檢測與保護等功能，必須在每個節點出安裝相應的自動化裝置。在線路上安裝裝置時，經常因電源問題得不到解決或解決成本過高，而無法實施。采用電流互感器取電的配電自動化電源因體積小、成本低、便于安裝等特點受到關注。

　　關鍵詞：智能電網、取電CT、配電自動化

　　引言：

　　無源繼保的作用是：當電力系統發生故障或異常工況時，在可能實現的最短時間和最小區域內，自動將故障設備從系統中切除，或發出信號由值班人員消除異常工況根源，以減輕或避免設備的損壞和對相鄰地區供電的影響。其中：“無源”是指繼電保護裝置可以通過內部電池和電纜上取出的電能驅動電路，不需要其他形式的電源驅動。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，性能可靠等優點。

　　一、常規取電模式帶來的問題：

　　1.實例：

　　最近，某公司使用取電CT電源智能自供電保護裝置的電源輸入，在運行一段時間后出現了無源繼保內部電路燒毀，設備無法工作的情況。為此技術人員前往事故現場進行技術分析確認，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，技術人員進行了以下調查：

　　1)用萬用表對取電CT的開口電壓進行了測量，有效值為25V左右，是遠遠不能對繼電保護器造成損害的。

　　2)技術人員仔細閱讀該型號無源繼電保護器的使用說明書，表1為無源繼電保護器廠商對取電CT的要求：

　　可知，該電流互感器的參數是嚴格按照無源繼保廠商要求來設計的，但為什么還會出現供電設備燒毀的情況呢?

　　3.深入的故障診斷：

　　我司的技術人員注意到，說明書中提供的參數值均為萬用表測量值，也就是有效值。但在實際使用過程中，電壓波形不可能是標準的的正弦波，電網電流的波動，環境干擾，會在已有正弦波上疊加多次諧波。所以，實際電壓的峰值是遠高于標準正弦波峰值的。針對這個問題，我司技術人員回廠后進行了多組對比試驗，終于發現了問題：

　　我們找到了與該型號CT對應的鐵芯，繞制了多個不同變比的線圈，對開口電壓的有效值和峰峰值進行了測量(使用示波器)。得到了表2：

　　分析圖表中參數：

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

　　2)當線圈匝數越多時，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的波動，取電CT產生較高的峰峰值，長時間的工作在過電壓的環境下，導致電路板燒毀。而根據無源繼保廠商的有效值要求，根據以上測試數據，要達到無源繼保廠商對有效電壓數值的技術要求，必須選用變比為400:1的制造方案，這時峰峰值必然過高，沒有進行處理的電壓信號必然對設備造成極大的危害。

　　4.常見解決辦法：

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

　　二、常規解決方案及其缺陷：

　　現在市場上的無源繼保種類繁多，為此我司技術人員對幾種常用的無源繼保的電路結構進行了研究分析。大多數無源繼保廠商的做法是使用TVS和NMOS在直流側組成直流限壓電路，在交流接口處采用壓敏電阻預防浪涌，這種方式要求整流橋的容量足夠，并且對整流橋的開關速度也有一定要求。但是因成本問題，而選用的慢速整流橋，開關速度慢，則會燒毀壓敏電阻，但一般不會對設備運行造成太大影響;如果因空間受限，選用的整流橋容量不夠，則會燒壞整流橋，引起設備停止供電，而不能正常運行;

　　三、我司技術人員的解決方案：

　　為了使保護模塊的保護范圍更加全面，保護性能更加穩定，可將保護模塊分離出來，放置在整流橋之前，這樣設計后整流橋的開關性能將不會影響保護模塊的保護性能，即使出現故障使保護模塊燒毀，后續的電路也不會受到影響，保護模塊的更換也更加方便。

　　四、結論：

　　1.由于取電CT工作在半飽和區域，加上電網的波動等環境因素，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，并相應的減小線圈的匝數，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取電CT的電壓有效值進行確認和要求外，還應對電壓峰峰值做出具體的參數要求，并且設計更為穩定、可靠的保護電路。

　　文章作者：微能匯通 黎明，孫學剛，成欣

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