高压侧电容取能电源的研究

1、高压侧电容取能电源的研究武可王静丽陈晓瑞2唐立文,曹胜利1平高安川开关电器有限公司2.平周集团有限公司英键词：高压电容取花/上:，/匕I，控制分析了目前几种供电方案，提出了一种改进的高压侧线上供电方案， 该方案通过绝缘性能优良的高压陶密电容进行在线取能，外加电路保护及 电压控制等回路，克服了现存高压取能技术的种种弊端，很好地实现了高 压侧在线取能功能。图1所示，磁成应线圈原理图如图2所示。其基本原理如卜图1取能电源原理框图K着高压输电线路等级及容量的不断提高， 线路中的短路电流越来越大，从而使得传 统的电磁式电压互感器因铁磁请振及磁饱和等因素易 发生爆炸等安全事故，严重影响了高压线路的正常有

2、序进行也阻碍了智能电网的健康长远发展，即测量 及保护装置安全运行对于整个电力系统的安全生产及 稳定运行是至关重要的，因此，对于高压防线上取能 领域的研究具有重耍的实用价值。目前常用的高压在线供电方式为电磁式电压互成 器、电流互感器、蓄邨也、 激光及刘臃等，各有优缺点， 文章中取长补短，提出了一种利用高压陶鎏电容器进 行取能供电的方案，并进行了研究分析。1常用供电方式的分析对比(1)母线电流取彘供电母线电流取能供电方式是利用电磁感应原理通 过取能线圈从高压母线上感应交流电压，然后经过整 流、滤波后为高压侧测量系统等供电“假设输出电压的峰值为U可得U=444fNWm(1)人(2)式中"为

3、线圈激励电流的频率；必为特制线圈绕制 匝数；以为线圈横截面的磁通量幅值；圾为磁感应 强度幅值；S为铁心截面积：人为铁心叠片系数。由安培环路定律HJ=NJ(3)式中为磁场强度幅值；乂为一次绕组匝数，此处值为1 ；L为平均磁K各长度。见与的关系为8“尸业r Hm(4)式中，为为真空磁导率：,为相对磁导率。Research & Reviews 设计研发U 尸 C/(C1+G)U=KU(1)电源总体要求在线测量系统要能实现正常工作，取能装置的性(2)电容电流取能供电电容电流取能供电是利用 电容分压原理从高压母线周围存在的电场中进行取箍，该种供电方式与母线 电流供电方式类似其工作原理如图3所示。

4、图中， U为高压母线电压；C为分压电容器；/为流经分压电 容器和变压器T一次电流；N和N 2是取能变压器的 一次和取能变压器的二次绕组匝数。该方法中有诸多问题需要加以考虑，首先是如何 保证取跳电路和后续电路之间的电气隔离这需要严 格的过电压防护和电磁兼容设计；其次是该方法有诸 多误差来源，例如温度、杂散电容等，都将影响该方 法的性能：再者就是采用此方法得到的功率十分有限， 虽然可通过改变电容C的大小来调整输出功率的大小， 但是过大的电容将会带来更多的问题。高压俯 ('旭辉 LJDC/DC J 给 4 特换嬴L知出5厂二处.书性源图4激光供电原理图能起着重要作用， 因此，高压到电容在线取

5、能装置需要解决四个问题； 提供安全稳定的电能以供测量系统使用：高压电容器的绝缘问题要加以考虑；当线路发 生过电压时，取罐电路中要有能量泄放回路；稳定电 压的输出要以电压控制电路等为前提。(2)高低压电容的选择电容分压式取能原理图如图5所示，其中，G为高压陶瓷电容器；G为低压金属化聚丙烯膜电容器。高乐陶姿电容器直接与高压配网线路相接触，从 高压电路获取电能，再利用电容分压原理，线路从低 压电容器两端取能。(3)激光取能供电激光供电主要是采用激光或其 他光源从低电位侧借助光纤将光能量传送到高电位恻，再由光电转换器 件将光能量转换为电箍量，经过DC/DC变换后提供稳 定的电源输出，如图4所示。这种供

6、电方式比较新颖，其突出优点是能量以光 的形式通过光纤传输到高压，完全实现高、低压间 的电气隔离，从而不受电磁干扰的影晌提高了稳定性。 但其设计的难点在于激光的发光波长及输出功率都受 温度影响，必须采取措施对温度进行自动控制；受激 光输出功率的限制，特别是光电转换效率的影响，该 方法提供的能量有限，而且制作成本高，目前激光供 能很难实用化。图5电容分压式取能原理图 式中，u为配网架空线路电压；K =C./(C1+C2)为分压比。以安全可靠，使用寿命长为目 标，高压电容器采用高压陶直电容 器，其电容容量损耗随温度频率变 化具有极高稳定性，并且特殊的串 联结构适合于在高电压下长期可靠 地工作，并具有

7、高电流爬升速率且 适用于大电流回路并无感性结构； 低压取箍电容采用金属化聚丙烯膜电容器，其具有绝绿电阻高、电容量损耗小和自愈性 强等优点，从而提高了该装宜的安全系数。(3)电压保护与能量泄放为了防止线路中的各种过电压及大电流冲 击电源电路，电路前端会加装在敏电阻以对电路进行保护。线路中，整流滤波 后的电压会随着前端母线电流的升高而升高当铁心饱和后，感应出的电压也比较 高，因此用加装电压保护及能量泄放回路，以使后续 电路免受破坏。如图6所示为电压保护与能量泄放电 路，当电压较高时，稳压二极管D被击穿，此时 额定电流为10 A的大功率晶体管开始工作.将线路中2014年第6 制造I 55图7电在控制

8、电路图9低压电容器C2两端电压(下转第60页)多余的能量进行泄放：当电压较低时，稳压二极 管D不会被击穿此时不会影响线路中的起动电流以 及该装置在小电流下的正常工作。(4)电压控制电压控制指限定初级储能的最大 电压，只有当初级储能的电压达到该最大电压值时，初级储能元件才 进行放电；当初级储能元件的电压达不到该电压最大 值时，初级储能元件继续储能“四。电压控制电路如图7所示采用阻抗、晶闸管及 双向触发管进行组合，其中，晶闸管的正负极分别连 接初级储能及应用储能电容，所接的电抗器R也能起 到限流作用。(5) DC/DC转换电容分压取能后，经过整流、滤波 之后所得到的直流电压会随着电网电压及电流的波

9、动而波动，因此 在此装置中加装了 DC/DC转换电路，以保证直流电压 的稳定。本电源DC/DC模块电压输入为宽范围输入、 且具有高的转化效率，能进一步地降低启动电流，从而 提高电源的输出效率。3电源测试通过上述取能电源总体设计构想，高压恻电容取 能电源总体电路图如图8所示。图中，C,为高压陶密电容器：G为低压金属化聚 丙烯膜电容器；R为熔断器：凡 '用及R为电抗器； G为初级储能电容：C,为应用储能电容。利用A1P及EWB电路仿真软件，测得低压电容 两端电压及最终直流电压”的仿真图如图9、图10 所示。由上可知经过整流滤波可获得直流24 V电压，用 以供给输入电压为直流24 V的在线监

10、控及测量装置工 作，顺利地完成了高压物电容取能工作。令经过熔断 器后流入大地的电流值如图11所示，电流表显示值峰 值为38.5 mA 有效值为27.2 mA 此值不影响线路的 正常运行，不对总体线路的泄漏电流产生影响。目前与国外相比没有本鹿的差别，但是从工艺水平、 装备条件、技术管理'环保考虑、品质指标和产品质 量等方面与国外先进水平比较仍有不少差距。本文主 耍介绍了均匀化着色电源的开发研制和现场投运情况， 包括电源的详细技术指标和实测波形、旨在分享研发 成果，促进相关工艺技术和行业进步0经过现场的应用及检晚，本设计的均匀化着色电 源箍完全满足电解着色工艺的要求，并大幅度降低了 设备采

11、购成本，达到了取代同类进口产品，满足市场 需求的预期与目的。参考文献“朱祖芳.铝合金建筑型材表面处理技术发展问题之我见UL轻合金加工技术，2007，35(11):8-11.2朱祖芳.中国建筑铝型材表面处理工业现状UL有色金 属加工'2004 33(3):30.33.13李淑华，尹玉军，李树堂，等.铝及其合金的表面处理技 术 UI.材料保护'2001 34(3):20-22.4蓝文蟀.建筑铝型材表面处理电源简介|J.材料保护， 2003，36(1):29-30.5蔡昌文，张波.基于Simulink三相电压型整流器的系统 仿真 UL 电气应用'2007，26(8):48-5

12、2.|6张宪平，赵栋利，林资旭，等.LCL滤波的PWM整流 器新型控制策略研究UL电气应用.2007.26(3):49.52.刘勇，李阿 文劲宇-等.柔性功率调节器用PWM整 流器的设计川.电气应用 2007，26(5):56-59.网杨海林，胡冰心.大功率整流装党谐波治理UL电气应 用，2007，26(7):58-60.9许敬涛，梁永万.均匀化着色电源的研究及应用【AL2012 (第三届)广东铝加工技术(国际)研讨会暨广东有色金 国工业发展论坛论文集C，2012:452-156.(收槁 H 期：EM(上接第56页)图11主回路流通电流4结论通过对现有高压取能技术进行比对分析、提出了 一种高压

13、线路电容分压式取能方法，并对该方法进行 了理论分析与仿真研究，能保证电网在线测量系统的 正常运行，同时该方法原理简单、投资低，对于高压 取能领域来说具有一定的参考价值及可行性，即获 得结论如下。1)高压陶竞电容器具有良好的绝?象性优，能保证 电路的安全可靠运行，即高压电容器采用高压陶委电 容器，其电容容量损耗随温度频率变化具有极高的稳 定性，且特殊的串联结构适合于在高电压下长期可弃 地工作并具有高电流爬升速率且适用于大电流回路 并无感性结构；低压取跳电容采用金属化服丙烯膜电 容器，其具有绝统电阻高、电容量损耗小和自愈性强 等优点、提高了该装置的安全系数。2)高压侧电容取能电源，通过调节高压电容

14、与低 压电容的分压，能使正常工作情况卜；为测量装置提供 较低但仍能使测量装苣正常工作的电压，以便于在故障 情况卜.线路电压升高时测量控装置仍然茹够正常工作。3)电路中的电压保护及能量泄放电路以及电压控 制单元都很好地保证了该装置的安全可靠运行。参考文献HI刘振亚.智能电网技术IMI.北京：中国电力出版，2010.2任晓东，陈树勇，姜涛.电子式电流互感器高压则取能装置的设计人电网技术，2008, 32(18): 67-71.13钱政.有源电子式互成器特制线圈供能方法J.高电任技 木，2008，34(2) : 260-263.4林莘.现代高乐电器技术|M.北京：机械工业出版社'2011.15Liu Jian. Song Zhen. Cheng Hongli. et al. A current transformer feeding power supply for distribution automation syste