220kV及以下電纜CT感應(yīng)取電供能系統(tǒng)的改進(jìn)研究與實(shí)踐

國(guó)網(wǎng)河南新密市供電公司 李會(huì)利 裴啟剛 梁鋒偉 王源鑠

南京德軟信息科技發(fā)展有限公司 林 江

220kV及以下電纜CT感應(yīng)取電供能系統(tǒng)的改進(jìn)研究與實(shí)踐

國(guó)網(wǎng)河南新密市供電公司 李會(huì)利 裴啟剛 梁鋒偉 王源鑠

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電纜取電供能系統(tǒng)（裝置）的可靠性直接影響電纜及其環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測(cè)和預(yù)警系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。本文重點(diǎn)分析CT感應(yīng)取電線圈及整流模塊存在的問(wèn)題和后果，并據(jù)此提出改進(jìn)思路，通過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證其先進(jìn)性。

電纜；取電供能；多CT 整流模組

1.應(yīng)用現(xiàn)狀及主要問(wèn)題分析

為了保障電力系統(tǒng)一次設(shè)備的正常運(yùn)行，供電企業(yè)配置了眾多的監(jiān)測(cè)裝置，針對(duì)電纜及其環(huán)境的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和預(yù)警裝置就是其中一種。近年來(lái)電纜（井/隧道）安全事故頻發(fā)，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重的社會(huì)影響，供電企業(yè)更加關(guān)注電纜及其環(huán)境的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和預(yù)警工作。電纜及其環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警裝置受其安裝環(huán)境限制，常規(guī)方法取電困難且不現(xiàn)實(shí)。為解決取電供能問(wèn)題，國(guó)內(nèi)很多研究人員、專家、學(xué)者開(kāi)展了一系列的研究和應(yīng)用，取得了較好的研究應(yīng)用成果。其中有提出基于CT感應(yīng)原理的取電供能方案和技術(shù)，是當(dāng)前廣獲認(rèn)可的一種，國(guó)內(nèi)已有一些廠家基于這種思路和技術(shù)，研發(fā)了基于CT感應(yīng)取電原理的取電供能系統(tǒng)（裝置），目前在各地都有一定的試用和應(yīng)用。

筆者針對(duì)這類CT感應(yīng)取電供能系統(tǒng)，開(kāi)展了國(guó)內(nèi)調(diào)研和專利、論文和報(bào)道檢索?？偟膩?lái)看，現(xiàn)有的CT感應(yīng)取電供能系統(tǒng)已經(jīng)較為成熟，但是仍存在一個(gè)明顯的問(wèn)題：?jiǎn)蜟T或主備雙CT及其配套單整流模塊或主備整流模塊設(shè)計(jì)模式存在不足，主要原因是CT感應(yīng)取電供能系統(tǒng)受電纜運(yùn)行電流大小及取能轉(zhuǎn)化效率影響。

暫時(shí)拋開(kāi)取能轉(zhuǎn)化效率這一技術(shù)不談，本文重點(diǎn)研究取電環(huán)節(jié)，眾所周知，電纜的供能功率（電流、電壓）隨季節(jié)、氣候、節(jié)假日、早晚等影響，整體的變化波動(dòng)較為頻繁，且幅值差距百分比較大。在電纜負(fù)載高峰階段，CT取電供能系統(tǒng)供能過(guò)剩，負(fù)載低谷階段則供能不足，這種情況必將無(wú)法提供合適電能，以保障電纜及其環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。

為解決這一問(wèn)題，目前國(guó)內(nèi)常用的方式是配備儲(chǔ)能（蓄電池）單元，在CT取電供能系統(tǒng)供能過(guò)剩時(shí)向儲(chǔ)能單元充電，供能不足時(shí)由儲(chǔ)能單元聯(lián)合供能或蓄電池獨(dú)立供能。儲(chǔ)能單元配合方案雖然可以有效輔助解決供能不穩(wěn)的問(wèn)題，但是額外增加初始投入成本，且控制策略更為復(fù)雜，而且需要進(jìn)行電池管理。目前國(guó)際國(guó)內(nèi)的電池管理BMS系統(tǒng)尚沒(méi)有特別完善的，包括世界著名廠商特斯拉。因此，儲(chǔ)能單元的加入，按照總體可靠性等于各子可靠性乘積來(lái)判斷，CT取電供能裝置整體的可靠性會(huì)因此而降低。另外，常規(guī)蓄電池儲(chǔ)能單元技術(shù)雖然成熟，但是不環(huán)保，而且體積大，新型蓄電池如磷酸鐵鋰電池、聚合物電池，體積小，但是技術(shù)不夠完善，容易發(fā)生事故，存在安全隱患，可能會(huì)造成嚴(yán)重后果。此外，不管哪種蓄電池，在沒(méi)有更可靠、更安全、更經(jīng)濟(jì)的電池出現(xiàn)之前，現(xiàn)有蓄電池都存在明顯的不足，而且蓄電池有壽命周期，需要定期更換，這在一定程度上增加了供電企業(yè)的運(yùn)維成本。

另外一方面，采用CT取電線圈設(shè)計(jì)，取電線圈的可靠性是影響CT取電供能系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要因素。經(jīng)過(guò)檢索得知，現(xiàn)有CT取電供能系統(tǒng)一般都采用單CT或主備雙CT及其配套單整流模塊或雙整流模塊，無(wú)法兼顧有效取能與運(yùn)行熱備用，沒(méi)有后備元件和應(yīng)急手段，因此可靠性有較大的提高空間。

2.改進(jìn)思路與方案

針對(duì)上文重點(diǎn)闡述的CT取電供能裝置所存在的關(guān)鍵問(wèn)題，本文提出以下改進(jìn)思路和方案：

CT取電供能裝置采用多CT取電線圈設(shè)計(jì)，各個(gè)CT參數(shù)可以獨(dú)立配置，并設(shè)定常用CT和備用CT（備用CT始終處于熱備用狀態(tài)）。其次，與多CT相配套，采取多整流模塊的組合設(shè)計(jì)，由主控單元自動(dòng)分配給CT取電線圈配合運(yùn)行。CT取電線圈和整流模塊采取各自獨(dú)立設(shè)計(jì)，任一單體損壞，不影響整體CT取電供能系統(tǒng)的運(yùn)行。同時(shí)，CT取電線圈和整流模組投入采用負(fù)載均衡機(jī)制，保證投入的合理性，避免單一個(gè)體長(zhǎng)期運(yùn)行帶來(lái)的電損傷和機(jī)械損傷，提高CT取電供能系統(tǒng)的可靠性，有效延長(zhǎng)使用壽命。

此外，針對(duì)CT取電線圈及整流模組的狀態(tài)，采用在線監(jiān)測(cè)及相應(yīng)的保護(hù)設(shè)計(jì)。采集各個(gè)CT取電線圈和整流模塊的運(yùn)行數(shù)據(jù)，判斷其運(yùn)行狀態(tài)，如運(yùn)行異常，自動(dòng)閉鎖退出運(yùn)行并告警。告警輸出采用RS232/485通訊接口設(shè)計(jì)，可外接標(biāo)準(zhǔn)透?jìng)髂Ｊ降腉PRS模塊，規(guī)約支持CDT和遠(yuǎn)動(dòng)101，方便集成到第三發(fā)平臺(tái)。

3.實(shí)踐方案

220kV及以下電纜CT取電供能系統(tǒng)（裝置）由CT取電線圈、取電供能控制器和儲(chǔ)能單元（可選）組成。CT取電線圈兼容現(xiàn)有常規(guī)產(chǎn)品，建議配置防開(kāi)路設(shè)計(jì)。取電供能控制器由數(shù)據(jù)采集單模塊、主控模塊、整流模塊、供能模塊、顯示模塊和存儲(chǔ)模塊（Flash）組成，提供RS232/485通訊接口，支持CDT和遠(yuǎn)動(dòng)101規(guī)約。主控單元采取64位高速處理器，程序采用Qt跨平臺(tái)編程工具開(kāi)發(fā)。儲(chǔ)能單元（如有）由充電保護(hù)模塊（建議配置）和蓄電池組成。

系統(tǒng)的流程原理如下：首先主控單元配置CT取電線圈參數(shù)和儲(chǔ)能單元參數(shù)（如有），配置取供比（取電/供能，常系數(shù)，默認(rèn)1.1，可自定義），供能輸出模式（橫流、恒牙、自適應(yīng)，可自定義），默認(rèn)保護(hù)策略無(wú)需修改；其次，數(shù)據(jù)采集單元采集外部數(shù)據(jù)，包括：CT取電線圈參數(shù)、負(fù)載和儲(chǔ)能單元（如有）運(yùn)行數(shù)據(jù)，傳輸給主控單元；然后，主控單元接收數(shù)據(jù)采集單元上傳數(shù)據(jù)，采集整流模塊群組運(yùn)行數(shù)據(jù)，評(píng)估CT取電線圈、整流模塊、儲(chǔ)能單（如有）元狀態(tài)，得出可控對(duì)象并建立序列，啟動(dòng)預(yù)測(cè)CT取電線圈、負(fù)載、儲(chǔ)能單元（如有）變化趨勢(shì)，最終優(yōu)化決策控制策略（CT取電線圈和整流模組投入/退出、供能模塊輸出控制、儲(chǔ)能單元（如有）聯(lián)合供能策略）。流程原理圖見(jiàn)圖1。

圖1　

關(guān)于儲(chǔ)能單元，支持選配儲(chǔ)能單元。主控單元采集儲(chǔ)能單元運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)電池管理BMS，支持參數(shù)設(shè)定（包括容量、充電平臺(tái)電壓、放電平臺(tái)電壓、蓄電池類型），保證儲(chǔ)能單元（蓄電池）可靠運(yùn)行。

主控單元看門(mén)狗自檢設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題自動(dòng)重啟，連續(xù)3次（可自定義）失敗則發(fā)出告警信號(hào)，系統(tǒng)退出運(yùn)行，進(jìn)入安全模式。

4.小結(jié)

220kV及以下電纜CT取電供能系統(tǒng)能夠兼容現(xiàn)有常規(guī)CT取電線圈，建議盡量選擇具備防開(kāi)路功能的產(chǎn)品，如果不具備防開(kāi)路設(shè)計(jì)，投運(yùn)前需確認(rèn)取電供能控制器的防開(kāi)路功能處于有效狀態(tài)。多CT和整流模組設(shè)計(jì)能夠有效提高整體系統(tǒng)的的可靠性，有效保障電纜及其環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測(cè)預(yù)警裝置的可靠、穩(wěn)定供能。

關(guān)于CT取電供能系統(tǒng)要做的工作還有一些，比如復(fù)雜環(huán)境的電纜溝中，需要進(jìn)一步研究其能效轉(zhuǎn)化效率、IP防護(hù)等級(jí)、通信抗干擾和信號(hào)增強(qiáng)以及統(tǒng)一的管控平臺(tái)。筆者下一步將繼續(xù)深入研究，歡迎廣大讀者、專家和學(xué)者不吝賜教。

李會(huì)利（1976- ），男，工程師，主要從事變電檢修與管理工作。

裴啟剛（1975- ），男，工程師，主要從事電氣工程技術(shù)研究與應(yīng)用工作。

梁鋒偉（1978- ），男，工程師，電力系統(tǒng)自動(dòng)化專業(yè)。

王源鑠（1988- ），男，助理工程師，電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)。

林江（1980- ），男，高級(jí)工程師，主要從事電力運(yùn)行與管理研究工作。