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高压开关柜中传感器CT取电可行性分析

发布时间:2014年12月23日

CT取电可行性 无源无线传感 自取电可行性

  电力传输系统中,高压开关柜作为其中的核心枢纽部分,起着关键性的作用。开关柜内的众多接触点会由于长期使用导致氧化腐蚀,螺栓松动等而导致接触电阻增大,从而导致设备过热甚至出现严重故障。因此,实行温度在线监测很有必要。
  由于开关柜内有裸露高压,并且空间狭小,在柜内安装监测点,首先需要解决的就是供电问题。电力开关柜在正常工作时,会带有一定的负载,这样,在铜排上会有一个随负载大小而波动的电流流过,通常电力开关柜设计的通流容量为最大1250A,实际正常应用时电流值介于50A到1000A之间。因此从理论上来说,可以采用一个磁路闭合的CT套在铜排或触头臂上通过感应电流的方式来取电供设备工作。
  当开关柜负载正常时,一次电流变化相对来说处于一个比较平稳的状态,电磁干扰也相对处于一个较稳定状态,此时采用CT取电稳压处理后供给监测设备确实是一种值得考量的方案。无需外加电源,并且设备处于实时工作状态,当监测到温度异常时,能及时报警提醒。但是,从客观上来说,这种应用方案也存在很多弊端,导致在电力部门很少应用。以下逐点进行阐述:


1、 安装方式繁琐,不利于批量使用
  由于CT取电的原理是利用闭合的磁场回路来感应铜排母线电流,采用的为穿心式互感器,本身结构不设一次绕组,载流(负荷电流)导线由L1至L2穿过由硅钢片擀卷制成的圆形(或其他形状)铁心起一次绕组作用,由于开关柜发到现场后,结构都已经固定,铜排和触头不可能单独拆卸让厂家去将这种穿心CT进行套接,因此在现场安装时,还需要根据铜排或触臂的尺寸现场绕制,这会带来两个方面的问题,首先,一致性和可靠性很难得到保证。其次,安装繁琐,时间周期太长。尤其是当监测点数量较多时,整个施工周期会很长,而在某些变电站由于涉及到运行问题,不可能长时间停电安装。


2、硬件可靠性难以得到保证
  采用小CT和磁饱和技术,取母线一次电流供电,是较为理想的供电方式,但必须选择好小CT制作的最佳参数并控制好磁饱和曲线,参数选择不当时,会损坏传感器部分的电路,影响可靠性。而在现场绕制,CT的可靠性很难得到保证。此外这种CT供电的方式必须要求母线一次电流处于一个正常的状态,一般要保证大于50A。绕制完成时,变比就已经确定了,当母线电流较小时,CT的二次侧感应的电流很微弱,而监测设备由于上面带有无线发送模块,再加上其它外围电路,在射频发送时,一般需要最少几十mA的瞬间电流,显然,此时CT感应的电流不能供监测设备正常工作。对于这种问题,当然可以采取减少匝比来增大二次感应电流的方式来解决,但这样又会带来新的问题,当负载很大或者有瞬间短路故障发生时,此时母线电流会相当大。CT取电由于变比固定,导致感应的电流也相应会在一个很宽的范围内变动,这就要求供电电路部分必须具备一个很完善的保护电路,但通常这种电路只能针对持续时间很短的瞬变冲击,而开关柜一旦出现故障,一般都不会在极微小的时间段内解除,这样就会导致对供电电路有一个持续的冲击而导致设备损坏。而此时却恰恰是正需要监测设备能正常及时地报警的时候,这也是最初安装无线测温在线监测系统的意义所在。根据某些应用区域反馈的结果,现场安装应用两年左右,损坏率在30%左右,也证明了这种取电方式时硬件确实存在一些问题。


3、 硬件电路的稳定性不能得到保证
  在上面也提到过,这种方案的应用,是将感应出的二次电流经保护和稳压处理后的电源作为监测设备的工作电源,而高压开关柜里环境比较复杂,存在着很强的电磁干扰,这些干扰也同样会被CT感应到,从而在供电电源和电路的参考地之间叠加上这些干扰信号,这也直接导致了某些电路工作异常。
  综上所述,这种方案的应用相比较来说还是弊大于利,在高压开关柜这种特殊场合应用时,电池供电是一个值得推荐的方案,首先是因为将电池集成到监测设备中后,安装非常方便。其次,电池出来的直流电源不会受到电磁干扰的影响。之所以之前很多人对这种供电方式存在一些疑虑,主要是担心高压开关柜内存在故障时,温度会上升到很高,从而导致电池爆炸。此外电池容量有限,不能长时间工作。这些疑惑在现在这种电子电路飞速发展的时期,已经都不存在任何技术难点。锂电池由于主要成分为锂离子,在高温状态下会由于活性较强而产生急剧变化导致产生爆炸,但是通常锂电池只应用于民用行业,在工业应用领域,特别是这种高温高电磁干扰的环境里,应用较多的还是锂氩电池,这种电池采用了特殊的工艺,并且成分也和普通的锂电池不一样,存放时间可达到十年以上,且填充物为不可燃物质,活性低,能工作于很高的温度,即使当温度严重超标时,也只会存在从顶盖处轻微渗漏电解液的现象,这也是它的一种保护应用模式。确保它不会有爆炸的情况发生。此外,随着现在低功耗技术的应用,采用脉冲电流工作的模式,平时处于正常应用时,实时监测温度数据,硬件系统处于休眠模式,当发生报警或需要发送数据时,才从休眠状态唤醒,启动发送,通过对硬件电路和软件程序进行合理的低功耗设计,通常一节电池能保证6-8年的工作,甚至更长。电池供电在现在的电表,煤气表和水表等无线抄表场合已经有很成熟并且大批量的应用,电池使用寿命均超过6年。


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