配網(wǎng)一二次融合用電源設(shè)計(jì)與應(yīng)用

吳興燕 陸漢兵

摘 ? 要：配網(wǎng)的發(fā)展離不開電力資源，基于此，該文淺析的內(nèi)容屬于電源技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，是涉及一種能夠從高壓側(cè)取電作為動(dòng)力電源的基于電容分壓技術(shù)的高壓取電裝置。設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)，輸入電壓范圍寬，電壓供電，穩(wěn)定可靠;體積小，重量輕，可融合設(shè)計(jì);徹底避免鐵磁諧振。通過增大電容量，電流增加，電壓不變提升功率，同時(shí)需要同低功耗產(chǎn)品配合。

關(guān)健詞：配網(wǎng)一二次融合;繼電保護(hù);電源設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TM77 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

常見的高壓取電方法有電流互感器取電、電壓互感器取電。電流互感器取電需要在互感器二次側(cè)串聯(lián)阻抗才能獲取電壓和電能，阻抗上的電壓與一次電流成正比，因此基于電流互感器取電技術(shù)的電源不容易實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。電壓互感器主要有電磁式電壓互感器和電容電壓互感器，電磁式電壓互感器體積大，安裝不方便，而且成本高。電容電壓互感器主要由電容分壓器和中壓變壓器組成，是由串聯(lián)電容器抽取電壓，再經(jīng)變壓器變壓作為計(jì)量、繼電保護(hù)等的電壓源，取電電路會(huì)對(duì)電容分壓比產(chǎn)生影響，影響測(cè)量的精確度，且?guī)лd能力有限，取電能力受限制。

1 研發(fā)目標(biāo)

（1）智能電網(wǎng)建立在集成的、高速的雙向通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)之上，其運(yùn)行需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，包括各種電力設(shè)備的運(yùn)行狀況，然后反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)做出分析后發(fā)出指令以實(shí)現(xiàn)智能運(yùn)行。智能電器作為智能電網(wǎng)的一部分，其運(yùn)行狀態(tài)的反饋以及控制電路都需要電源驅(qū)動(dòng)，電源電壓小到幾伏，大到幾十伏，不能直接利用高壓交流電。電器設(shè)備的控制和通信所需電能若通過互感器二次繞組取電，則由于互感器帶載能力有限，負(fù)載變化對(duì)測(cè)量精度產(chǎn)生很大影響，并且電網(wǎng)停電時(shí)無法進(jìn)行取電。若以蓄電池作為儲(chǔ)能裝置，將取得的電能存儲(chǔ)到蓄電池，作為斷電時(shí)驅(qū)動(dòng)通信和控制電路電壓源，則由于蓄電池容量小，長期浮充會(huì)大大地縮短蓄電池的使用壽命。此外，對(duì)于某些開關(guān)電器需要電機(jī)帶動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)來完成分合閘，顯然一般的互感器是無法滿足電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的負(fù)載要求。

（2）為了克服傳統(tǒng)取電方式的不足，通過電容分壓從高壓母線取電，并將電能存儲(chǔ)到超級(jí)電容中，不僅能為通信、檢測(cè)、保護(hù)和控制電路提供電源，同時(shí)也可以作為電機(jī)的動(dòng)力電源，大大提高了帶載能力。該設(shè)計(jì)及應(yīng)用綜合考慮各方面因素，設(shè)計(jì)了一種電容分壓取電裝置，通過電容和電感側(cè)向串聯(lián)配合來實(shí)現(xiàn)高壓取電功能，將取得的電能存儲(chǔ)到超級(jí)電容器組中，再由超級(jí)電容器組為負(fù)載供電，這樣的取電方式不會(huì)影響測(cè)量回路，取電功率大，鐵磁諧振小，安全可靠，且超級(jí)電容器組充放電速度快，帶載能力強(qiáng)，壽命長。不僅可以在相對(duì)地之間取電，還可以在相間取電，為高壓側(cè)設(shè)備供電。

（3）該文淺析的目的在于提供一種可為通信、控制、繼電保護(hù)、電機(jī)、配網(wǎng)一二次融合用等電路系統(tǒng)供電的電源裝置。

2 研發(fā)設(shè)計(jì)

2.1 柱上開關(guān)用電源設(shè)備

這種基于電容分壓的高壓取電裝置，采用一種獨(dú)立的高壓取電裝置，將取電和測(cè)量分開，不用考慮超級(jí)電容充電對(duì)測(cè)量的影響，既保證了測(cè)量精度又保證了電容充電速度。包括高壓、取電電容、氧化鋅避雷器、變壓器、分壓電容、匹配電抗器、交直流轉(zhuǎn)換電源模塊、超級(jí)電容器組、負(fù)載。在高電壓取電回路中，高壓取電電容的一端連接高電壓一側(cè)，另一端連接氧化鋅避雷器一端;氧化鋅避雷器的另一端連接高電壓另一側(cè);變壓器的一次側(cè)繞組與氧化鋅避雷器并聯(lián)，變壓器的二次側(cè)繞組與分壓電容并聯(lián);匹配電抗器一端連接分壓電容的一端，另一端連接交直流轉(zhuǎn)換電源模塊的輸入側(cè)電源引腳;交直流轉(zhuǎn)換電源模塊的輸入側(cè)地引腳連接分壓電容的另一端，交直流轉(zhuǎn)換電源模塊的輸出側(cè)與超級(jí)電容器組并聯(lián);超級(jí)電容器組的兩端作為取電回路的輸出與負(fù)載相連。

本電源設(shè)計(jì)的效果是，將分壓電容和匹配電抗器放置在變壓器的二次繞組側(cè)，降低了傳統(tǒng)電容分壓取電回路中對(duì)分壓電容和匹配電抗器的耐壓等級(jí)要求，減小了取電裝置的體積，提高了安全性;使用超級(jí)電容器組，提高了儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電速度和帶載能力，提高了儲(chǔ)能系統(tǒng)壽命;即可以接在相間也可以接在相地之間取電給高壓側(cè)或低壓側(cè)的等電位設(shè)備供電。

具體實(shí)施方式。

所述取電裝置依次由1—高壓取電電容;2—氧化鋅避雷器;3—變壓器;4—分壓電容;5—匹配電抗器;6—交直流轉(zhuǎn)換電源模塊;7—超級(jí)電容器組連接而成，取電裝置與大地等電位。電流由母線經(jīng)高壓取電電容流經(jīng)變壓器的一次繞組，流入地電位;變壓器的一次側(cè)電壓由二次側(cè)的分壓電容和匹配電抗器及負(fù)載決定，氧化鋅避雷器起到過壓保護(hù)作用;變壓器的二次繞組輸出交流電，經(jīng)過匹配電抗器流入交直流轉(zhuǎn)換電源模塊，將交流電轉(zhuǎn)換成電壓穩(wěn)定的直流電;直流轉(zhuǎn)換電源模塊輸出的直流電流入超級(jí)電容器組進(jìn)行充電。

2.2 環(huán)網(wǎng)柜用電源設(shè)備

該電源設(shè)計(jì)的實(shí)施按柱上取能方案延伸，電源包括兩路高壓取電裝置，分別插入環(huán)網(wǎng)柜輸入電纜中，安裝方便免維護(hù)。其中高壓取電電容3為5 nF/10 kV的高壓電容;變壓器為220 V/27 V，10 W;交直流轉(zhuǎn)換電源模塊為交流27V轉(zhuǎn)直流24 V;超級(jí)電容器組容量30 F，額定電壓為24 V。

2.3 開關(guān)電源供應(yīng)器

此開關(guān)電源是配網(wǎng)一二次融合電源的智能系列配件之一。該產(chǎn)品具有效率高、輸入電壓范圍寬，工作環(huán)境適應(yīng)范圍寬、隔離輸出，安裝輸出，安裝靈活、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，更具有高可靠、保護(hù)功能齊全等優(yōu)點(diǎn)。

2.4 電源原理結(jié)構(gòu)圖（圖1）

3 應(yīng)用與結(jié)論

以上所述，僅為該文的具體實(shí)施方式，任何熟悉該技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在該文淺析的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)該文技術(shù)方案及其實(shí)用新型構(gòu)思加以等同替換或改變，更能適合電源方案的實(shí)施，均能為配網(wǎng)一二融合電源設(shè)計(jì)作出貢獻(xiàn)。該實(shí)施方案為配網(wǎng)一二次融合帶來革命性的提升，樹立配網(wǎng)一二次融合新標(biāo)桿。

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