常用的电缆取电方式带来的问题

我是吃货

  无源继保的作用是：当电力系统发生故障或异常工况时，在可能实现的最短时间和最小区域内，自动将故障设备从系统中切除，或发出信号由值班人员消除异常工况根源，以减轻或避免设备的损坏和对相邻地区供电的影响。其中：“无源”是指继电保护装置可以通过内部电池和电缆上取出的电能，不需要其他形式的电源驱动。目前常用的电缆取电方式主要使用的是电流互感器供电，具有安装方便，性能可靠等优点。

  一、常规取电模式带来的问题：

  1.实例：

  最近，某公司使用取电CT电源智能自供电保护装置的电源输入，在运行一段时间后出现了无源继保内部电路烧毁，设备无法工作的情况。为此技术人员前往事故现场进行技术分析确认，见下图：

  电路故障图

  2.初步故障诊

  很明显，图中的烧毁是由于电压过高的引起的，技术人员进行了以下调查：

  1)用万用表对取电CT的开口电压进行了测量，有效值为25V左右，是远远不能对继电保护器造成损害的。

  2)技术人员仔细阅读该型号无源继电保护器的使用说明书，表1为无源继电保护器厂商对取电CT的要求：

  可知，该电流互感器的参数是严格按照无源继保厂商要求来设计的，但为什么还会出现供电设备烧毁的情况呢?

  3.深入的故障诊断：

  我司的技术人员注意到，说明书中提供的参数值均为万用表测量值，也就是有效值。但在实际使用过程中，电压波形不可能是标准的的正弦波，电网电流的波动，环境干扰，会在已有正弦波上叠加多次谐波。所以，实际电压的峰值是远高于标准正弦波峰值的。针对这个问题，我司技术人员回厂后进行了多组对比试验，终于发现了问题：

  我们找到了与该型号CT对应的铁芯，绕制了多个不同变比的线圈，对开口电压的有效值和峰峰值进行了测量(使用示波器)。得到了表2：

  分析图表中参数：

  1)电流互感器开路运行时，电压波形并不是正弦波型，而是有明显谐波干扰的波峰，此时的峰峰值一般比有效值的10倍还要大。

  2)当线圈匝数越多时，峰峰值与有效值的比值越大。

  由此，基本可以推断是由于电网的波动，取电CT产生较高的峰峰值，长时间的工作在过电压的环境下，导致烧毁。而根据无源继保厂商的有效值要求，根据以上测试数据，要达到无源继保厂商对有效电压数值的技术要求，必须选用变比为400:1的制造方案，这时峰峰值必然过高，没有进行处理的电压信号必然对设备造成极大的危害。

  4.常见解决办法：

  要从根本上降低峰峰值，有两个途径：增加铁芯的截面积和降低线圈匝数。由于空间限制和电压有效值的要求，上述两个途径是无法做较大改进的。所以，取电CT感应的二次电压是掺有较大谐波的，只能通过后续的电路进行消谐处理。

  二、常规解决方案及其缺陷：

  现在市场上的无源继保种类繁多，为此我司技术人员对几种常用的无源继保的电路结构进行了研究分析。大多数无源继保厂商的做法是使用TVS和NMOS在直流侧组成直流限压电路，在交流接口处采用压敏电阻预防浪涌，这种方式要求整流桥的容量足够，并且对整流桥的开关速度也有一定要求。但是因成本问题，而选用的慢速整流桥，开关速度慢，则会烧毁压敏电阻，但一般不会对设备运行造成太大影响;如果因空间受限，选用的整流桥容量不够，则会烧坏整流桥，引起设备停止供电，而不能正常运行;

  三、解决方案：

  为了使保护模块的保护范围更加全面，保护性能更加稳定，可将保护模块分离出来，放置在整流桥之前，这样设计后整流桥的开关性能将不会影响保护模块的保护性能，即使出现故障使保护模块烧毁，后续的电路也不会受到影响，保护模块的更换也更加方便。

  四、结论：

  1.由于取电CT工作在半饱和区域，加上电网的波动等环境因素，CT二次端的电压峰峰值较高的问题无法从根本上消除，建议在安装空间允许的情况下，选用铁芯截面积较大的取电CT，并相应的减小线圈的匝数，这样可以有效的减小CT输出的峰峰值。

  2.无源继保厂商除了对取电CT的电压有效值进行确认和要求外，还应对电压峰峰值做出具体的参数要求，并且设计更为稳定、可靠的保护电路。