配網一二次融合用電源設計與應用

吳興燕 陸漢兵

摘 ? 要：配網的發展離不開電力資源，基于此，該文淺析的內容屬于電源技術領域，更具體地說，是涉及一種能夠從高壓側取電作為動力電源的基于電容分壓技術的高壓取電裝置。設計優點，輸入電壓范圍寬，電壓供電，穩定可靠;體積小，重量輕，可融合設計;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，同時需要同低功耗產品配合。

關健詞：配網一二次融合;繼電保護;電源設計

中圖分類號：TM77 ? ? ? ? 文獻標志碼：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串聯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的電源不容易實現穩壓。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，是由串聯電容器抽取電壓，再經變壓器變壓作為計量、繼電保護等的電壓源，取電電路會對電容分壓比產生影響，影響測量的精確度，且帶載能力有限，取電能力受限制。

1 研發目標

（1）智能電網建立在集成的、高速的雙向通信網絡基礎之上，其運行需要實時監測電力系統的運行狀態，包括各種電力設備的運行狀況，然后反饋給控制系統，控制系統做出分析后發出指令以實現智能運行。智能電器作為智能電網的一部分，其運行狀態的反饋以及控制電路都需要電源驅動，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，負載變化對測量精度產生很大影響，并且電網停電時無法進行取電。若以蓄電池作為儲能裝置，將取得的電能存儲到蓄電池，作為斷電時驅動通信和控制電路電壓源，則由于蓄電池容量小，長期浮充會大大地縮短蓄電池的使用壽命。此外，對于某些開關電器需要電機帶動操動機構來完成分合閘，顯然一般的互感器是無法滿足電機啟動時的負載要求。

（2）為了克服傳統取電方式的不足，通過電容分壓從高壓母線取電，并將電能存儲到超級電容中，不僅能為通信、檢測、保護和控制電路提供電源，同時也可以作為電機的動力電源，大大提高了帶載能力。該設計及應用綜合考慮各方面因素，設計了一種電容分壓取電裝置，通過電容和電感側向串聯配合來實現高壓取電功能，將取得的電能存儲到超級電容器組中，再由超級電容器組為負載供電，這樣的取電方式不會影響測量回路，取電功率大，鐵磁諧振小，安全可靠，且超級電容器組充放電速度快，帶載能力強，壽命長。不僅可以在相對地之間取電，還可以在相間取電，為高壓側設備供電。

（3）該文淺析的目的在于提供一種可為通信、控制、繼電保護、電機、配網一二次融合用等電路系統供電的電源裝置。

2 研發設計

2.1 柱上開關用電源設備

這種基于電容分壓的高壓取電裝置，采用一種獨立的高壓取電裝置，將取電和測量分開，不用考慮超級電容充電對測量的影響，既保證了測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、交直流轉換電源模塊、超級電容器組、負載。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，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;變壓器的一次側繞組與氧化鋅避雷器并聯，變壓器的二次側繞組與分壓電容并聯;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換電源模塊的輸入側電源引腳;交直流轉換電源模塊的輸入側地引腳連接分壓電容的另一端，交直流轉換電源模塊的輸出側與超級電容器組并聯;超級電容器組的兩端作為取電回路的輸出與負載相連。

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

具體實施方式。

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—交直流轉換電源模塊;7—超級電容器組連接而成，取電裝置與大地等電位。電流由母線經高壓取電電容流經變壓器的一次繞組，流入地電位;變壓器的一次側電壓由二次側的分壓電容和匹配電抗器及負載決定，氧化鋅避雷器起到過壓保護作用;變壓器的二次繞組輸出交流電，經過匹配電抗器流入交直流轉換電源模塊，將交流電轉換成電壓穩定的直流電;直流轉換電源模塊輸出的直流電流入超級電容器組進行充電。

2.2 環網柜用電源設備

該電源設計的實施按柱上取能方案延伸，電源包括兩路高壓取電裝置，分別插入環網柜輸入電纜中，安裝方便免維護。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;交直流轉換電源模塊為交流27V轉直流24 V;超級電容器組容量30 F，額定電壓為24 V。

2.3 開關電源供應器

此開關電源是配網一二次融合電源的智能系列配件之一。該產品具有效率高、輸入電壓范圍寬，工作環境適應范圍寬、隔離輸出，安裝輸出，安裝靈活、使用方便等優點，更具有高可靠、保護功能齊全等優點。

2.4 電源原理結構圖（圖1）

3 應用與結論

以上所述，僅為該文的具體實施方式，任何熟悉該技術領域的技術人員在該文淺析的技術范圍內，根據該文技術方案及其實用新型構思加以等同替換或改變，更能適合電源方案的實施，均能為配網一二融合電源設計作出貢獻。該實施方案為配網一二次融合帶來革命性的提升，樹立配網一二次融合新標桿。

參考文獻

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