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慮本力對互感器問題的探討
本文由上海慮本電氣科技有限公司探討了復(fù)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(shè)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(shè)計構(gòu)想。
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(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，才能保證實現(xiàn)高低壓側(cè)電信號的*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(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(shè)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(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)場能安全可靠的運行的重要步驟。對電子式互感器的抗*力的設(shè)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(fù)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(shè)計中，目前*常用的手段就是利用屏蔽技術(shù)來阻擋或減少電磁輻射*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(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)計中采用浮地技術(shù)，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(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)運行方式變化、開關(guān)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(dǎo)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)*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(dǎo)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(dǎo)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(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*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(shè)備。過電壓保護器可分為開關(guān)型和限壓型。
開關(guān)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(yīng)慢，放電時間長。TVS二極管反應(yīng)*快，可達10.125，但是承受浪涌能力弱，關(guān)斷時間長。MOV殘壓低，無續(xù)流，動作時延小，陡波響應(yīng)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(shè)備。
4、阻容分壓型電子式電壓互感器系統(tǒng)設(shè)計
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(dǎo)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(shè)備的開發(fā)應(yīng)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(yīng)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(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。