CT供电系统可行性及不同CT模型取电能力分析

发输变电·　ＣＴ供电系统可行性及不同ＣＴ模型取电能力分析　王琦　（上海华建电力设备股份有限公司，２０１３１４，上海）　在电力系统中，输电线路及变电站中许多二次　测控设备由于各种原因存在供电困难的问题。此种　情况下，常采用电池供电、激光供电、电场供电和　ＺＬ　路，如图３所示。　磁场供电等供电方式。电池供电、激光供电、电场　供电等方式都有较难克服的缺陷，比较而言，使用　ＲＬ　电流互感器取电的磁场供电方式再结合电池及超级　电容等储能元件的供电系统具有较好的工程应用价　值。下面从ＣＴ（电流互感器）供电理论上的可行　性、不同ＣＴ模型的取电能力等方面对ＣＴ供电系　统进行分析，并提出了ＣＴ关键参数的检测方法，　以供系统设计之用。　１　ＣＴ供电可行性分析　图１为电流互感器取电电路模型，虚线框内等　效于电流互感器二次电路，忽略了电流互感器二次　绕组漏感及阻值，图中　为电流互感器一次侧电　流，Ⅳ２为电流互感器二次线圈绕组匝数（一次线　ｉ　圈绕组匝数为１，即互感器二次电流为Ｘ　？－），ｉ　为　』Ｖ２　电流互感器励磁电流，ｉ　．为电流互感器二次电流，　为电流互感器励磁电感，Ｒ　为表征电流互感器　铁芯磁滞损耗的电阻，　为等效负载的电阻，　。　为电流互感器二次电压。　电流互感器实质上是一种特殊的变压器，它也　．　是基于变压器原理而工作的，二次电流－５　－－可看作　』Ｔ２　一个受一次电流ｉ　控制的受控电流源，而为了更　为有效的电流传变，其励磁回路的励磁阻抗往往设　ｉ　计得很大，这使得　，即负荷电流流过负荷阻　』Ｖ２　抗形成二次电压‰并实现互感器的功率传输。　由于输电线及变电站二次测控设备都由直流电　供电，因而ＣＴ供电的二次交流电能须通过整流变　成直流电，如图２，图中ｃ为滤波电容。文献［ｉ］　通过精确的电路时域分析法及实验验证得到图２的　相关结论：　。可近似为正弦波，其幅值为“　，相　位与ｉ　相同，这样如忽略整流电路功耗并根据负　载损耗功率相等的原则可得到图２的近似等效电　雩世零（２０１８—４）　）　，　图１　ＣＴ供电交流模型图　图２　ＣＴ供电直流模型图　一　／ｄＯ　ｌ１　ＲＬ＝１ＲＬｄ　Ｎ２　）１　图３　ＣＴ供电直流模型等效电路　由于电流互感器二次电流受一次负载电流影　响，故其二次输出电压在负载一定时也是变化的，　而电力系统二次测控设备要求供电电压稳定，故通　常采取在电流互感器二次整流输出之后增加一个直　流变换电路，即ＤＣ／ＤＣ电路，如图４所示。此电　路也为略去了过压过流等保护电路及储能元件的　ＣＴ供电系统通用电路。　文献［２—３］研究了ＤＣ／ＤＣ电路的输入输出　阻抗特性，并给出了输入输出阻抗的算式，由其输　入闭环阻抗算式可知其值与输出负载电阻ＪＲ璐及　ＤＣ／ＤＣ电路的输出滤波电感电容参数有关，即：　Ｚｉ＝　Ｌ　，Ｃ　，Ｒ　）　（１）　Ｌ　ｃ　为ＤＣ／ＤＣ电路的输出滤波电感、电　容。这样结合图２、３、４可得ＣＴ供电系统通用电　路等效电路如图５所示。　匝卫　发输变电·　图４　ＣＴ供电系统通用电路　广　ｌ＿ｊ　Ｊ　；　＝＝）　‰　ｔｌ０　：　ｚ　　Ｉｌ　；　＆　，　图５　ＧＴ供电系统通用电路等效电路　札　由图５的等效电路可得最终负载由ＣＴ供电的　功率为：　Ｐ＿，Ｉ　＿ｉ）　ＲＥ（　１　ｉ）（２）　式中：，Ｌ——电流互感器二次电流有效值　，　——电流互感器一次电流有效值　Ｅ（　ｚｉ）——　ｚｉ的实部　２　ＣＴ模型与取电能力比较分析　文献［４—５］基于图ｌ的取电ＣＴ模型，在忽　略磁滞损耗（认为图１中　为无穷大）的条件　下，得出了当ＣＴ二次负载Ｒ　．取值为励磁电抗值　础　时二次负载尺。．可获得最大的电功率，即此时　ＣＴ取电能力最强。　文献［１］利用电机学中测量电机及变压器励　磁参数的实验原理设计了测量ＣＴ励磁电感　及　磁滞损耗电阻尺　的实验电路，如图６所示。　图６测定ＣＴ励磁参数的空载实验接线图　图６中，　：　、Ｒ　为ｃＴ二次侧漏感及绕组等　值电阻，其值远小于　及　，通过测量不同电压　“。下的ｉ　及功率Ｐ值，可得由　：　￡　、　等构成的总阻抗值，忽略　Ｒ：　的影响，则得到　由　ｍ、Ｒ　构成的阻抗值ｚ　，并可进一步计算出　￡ｍ、　。　文献［１］实测了两个不同的实际ＣＴ，实验　结果显示励磁电抗值　及磁滞损耗电阻值　为　同一数量级，　只略小于Ｒ　，因而文献［４—５］　忽略Ｒ　的ＣＴ取电能力的算法可能造成较大的误　差。文献［１］进而在图１的模型基础上获得了一　个更大取电能力的电路，如图７所示。　）　ｌＲＬ　Ｌ　图７更大ＣＴ取电能力的电路设计　图７中，Ｃ　为匹配电容，其取值与励磁电感　构成并联谐振，即　＝　１，　为基波角　频率。　ｆ『　Ｉ　一　Ｉ、　’图８图７的等值电路　实际上重画图７的电路于图８，可更好地理解　图７获得更大的ＣＴ取电能力的本质。图８中，ｃ　与　如构成并联谐振，则二者构成的并联总阻抗　为无穷大，则二次电流ｉ　＝　ｔ，１完全由磁滞损耗电阻　』　２　Ｒ　及负载电阻Ｒ　分流，并且由最大传输功率条件　可知，当Ｒ　：Ｒ　时，负载在一定的一次电流下可　获得最大的负载功率。　３小结　论文从ＣＴ供电的理论可行性及ＣＴ取电能力　两方面对ＣＴ供电系统进行了分析论述，并得出几　点结论：　（１）ＣＴ二次电流可看作受一次负荷电流控制　的可控电流源，通过ＣＴ的二次负载及后续的整流　雩世晕（２０１８—４）　·发输变电·　直流充馈电屏不停电更换改造方法　李传红　（莱钢集团有限公司设备检修中心，２７１１０４，山东莱芜）　１　问题的提出　额定电流有５　Ａ、１０　Ａ、２０　Ａ、３０　Ａ等几种。对于　大多数变电站而言，选择１０　Ａ即可满足要求。根　智能高频开关直流电源系统已在变电站得到了　广泛应用。随着运行年限的增加，直流电源系统性　据原直流电源屏控制电源实际负荷电流大小，选用　控制负荷电流大小及电池容量合适的直流电源转接　柜，防止控母负荷过渡至直流电源转接柜后出现过　载情况，导致供电模块或硅链降压模块烧坏。选用　的直流电源转接柜包括充馈电柜和电池柜，均为可　移动式，可临时就地安装运行。　（２）直流电源转接柜安装、调试运行。直流电　源转接柜安装在原直流充馈电屏就近的位置，并考　虑合母及控母的各路出线电缆长度，以方便过渡接　线为宜。电池柜各电池内部已连线，充馈电柜配置　能逐渐下降，可靠性也逐渐降低。在３５　ｋＶ及以下　和部分１１０　ｋＶ电压等级的变电站中，直流电源系　统一般配置一套。由于直流电源产品技术升级较　快，很多产品的备件已不生产，因此，对使用年限　较长的直流电源屏一般采取直接更换的方式。在控　制室内，直流电源屏常和微机保护测控屏、计量　屏、电池屏等排列安装。受限于场地空间狭小或控　制、合闸等二次电缆长度不够等因素，直流充馈电　屏无法实现易地更换改造。同时，针对变电站高压　供电设备无法实现全部停电这一普遍存在的实际状　况，研究了一种不停电更换直流充馈电屏的方法。　该方法能够在高压供电设备不停电的情况下，在原　地实施直流充馈电屏的更换，从而满足设备安全稳　定运行对直流电源可靠性的要求。下面详细介绍该　方法，供同行参考。　２改造实施步骤　直流充馈电屏更换流程图如图１所示。　下面结合图１介绍不停电更换直流充馈电屏的　有四路控制电源出线空气断路器和两路合闸电源出　线空气断路器。根据要求，充馈电柜需要临时外接　２２０　Ｖ或３８０　Ｖ交流电源，以实现对电池组均充和　浮充电。送电后，对直流电源转接柜进行调试　运行。　（３）原直流充馈电屏合母出线过渡至直流电源　转接柜。将原直流充馈电屏合母各路出线电缆、接　线端子逐一进行名称、线号标记后，分别断开合母　各路出线空气断路器，从端子排上拆除正负二次接　线，逐一过渡接线至直流电源转接柜合母出线空气　断路器。出线空气断路器不够用时，可以并压　接线。　（４）原直流充馈电屏控母出线过渡至直流电源　具体实施步骤。　（１）根据直流控制电源负荷，选用合适的直流　电源转接柜。一般，变电站直流充馈电屏控母输出　及ＤＣ／ＤＣ变换电路完全可构成一个输出电压稳定　转接柜。对原直流充馈电屏控母各路出线电缆、　州：浙江大学，２０１５．　并有一定输出功率的直流供电电源。　（２）为了在一定的一次电流下获得更大的ＣＴ　二次供电功率，可在ＣＴ二次负载侧并接匹配电　容，该匹配电容的理论设计值为ＣＴ励磁电感的谐　振值。在做实际的ＣＴ供电系统设计时，可根据供　电指标设计制作好ＣＴ之后，根据实测电路来得到　该匹配电容值。　参考文献　［２］　马瑜，邱苍宇．全桥ＤＣ／ＤＣ变流器模块阻抗特性研究　［Ｊ］．电工技术学报，２００７，２２（７）：４２—４６．　［３］邱苍宇．ＤＣ／ＤＣ模块阻抗特性研究［Ｄ］．杭州：浙江　大学，２００７．　［４］　刘亚东，王又佳．基于功率控制法的电流互感器取电　电源设计［Ｊ］．电力系统自动化，２０１０（３）：７０—７４．　［５］　徐质彬，王武．电流互感器取电的最大功率点跟踪控　制算法的研究［Ｊ］．电气技术，２００５（５）：３５－４３．　（编辑志　皓）　【电流互感器［１］　王智博．电流互感器取电电源的研究与设计［Ｄ］．杭　供电设计】　雩世幂（２０１８－４）