开关电源在永磁真空开关无功补偿装置的应用

冼冀

(广东电网有限责任公司茂名高州供电局，广州 高州 525200)



开关电源在永磁真空开关无功补偿装置的应用

冼冀

(广东电网有限责任公司茂名高州供电局，广州 高州 525200)

因永磁真空开关无功补偿装置克服接触器型、双向晶闸管型、复合开关型无功补偿装置现有的缺点，故在低压配电网的无功补偿得到了广泛应用。永磁真空开关无功补偿装置的运行环境复杂，因而对其内部开关电源的应用可靠性要求高，特别在EMC和EMI方面，故在结合永磁真空开关无功补偿装置运行环境的基础上，重点对其开关电源在EMC和EMI方面的可靠性展开分析，并提出改善措施，提高永磁真空开关无功补偿装置运行的可靠性。

开关电源；永磁真空开关；无功补偿

1 引言

由于无功补偿装置对提高电网功率因数、降低线损、改善电能质量具有重要作用，因而在配电网中得到了广泛的应用。目前，无功补偿装置主要有接触器型、双向晶闸管型、复合开关型。但它们应用中均存在着不如意的地方，其中接触器型的无功补偿装置投切过程中触头易弹跳、触点易烧蚀、伴有涌流，双向晶闸管型无功补偿装置投切过程中晶闸管发热量大易备击穿，而复合开关型无功补偿装置投切过程中还是会存在晶闸管被击穿的可能[1-2]。因而，兼容上述现有三类型无功补偿装置并克服其各缺点的永磁真空开关型无功补偿装置应运而生。

在永磁真空开关无功补偿装置中，开关电源是其关键的部分。开关电源的可靠性高低将直接影响整套装置的稳定、安全运行。本文主要对低压配电网中永磁真空开关无功补偿装置的开关电源应用分析与研究。

2 永磁真空开关无功补偿装置结构

永磁真空开关无功补偿装置的结构如图1所示，主要由真空接触器、永磁运行开关、无功补偿控制器、电力电容器、开关电源等构成，其工作的基本原理如下：无功补偿控制器根据电网无功功率的缺额状况，进而控制真空接触器和永磁运行开关的投切，进而使得电力电容器对电网无功补偿。

由图1可知，永磁真空开关无功补偿装置在运行中，开关电源要为无功补偿控制器、永磁运行开关、真空接触器提供5V、12V、24V的直流电压，其中真空接触的功率需要80W，无功补偿控制器和永磁运行开关的功率需要25W，电源直接从电网中取相电压。

图1 永磁真空开关无功补偿装置结构图

3 永磁真空开关无功补偿装置的开关电源

根据上述的分析，可知永磁真空开关无功补偿装置开关电源的特性要求，三路稳压输出，且输出功率超过100W，并具备良好的EMC和EMI的防护。图2为永磁真空开关无功补偿装置开关电源的原理方框图。

图2 永磁真空开关无功补偿装置开关电源的原理方框图

3.1 开关电源的原理

由图2可知，在永磁真空开关无功补偿装置应用的开关电源采用反激式电路，其基本原理如下：从低压配电网直接取220V相电压，并整流滤波，同时由电流模式控制器控制开关管的导通与关断，通过变压器耦合，使得变压器二次侧输出直流电压。变压器采用五绕组，其中三绕组为输出绕组，一绕组为电流模式控制器的辅助绕组，另一绕组为一次侧绕组。反馈电路主要是稳定直流输出。采样电路主要为电流模式控制器提供开关管的工作状态信息，若开关管被损坏或击穿，则产生大电流，采样电路则将其采样的电压送至电流模式控制器，电流模式控制器根据所得到的采用电压，中止输出开关管的导通。

3.2 开关电源在永磁真空开关无功补偿装置应用的可靠性分析

由于永磁真空开关无功补偿装置直接运行于环境复杂的低压配电网，且永磁真空开关无功补偿装置在无功补偿投切电力电容器中因谐波或其他因素干扰导致过零投切不准确而经常引发投切电流、电压涌流，而其开关电源则直接从低压配电网取电且紧靠无功补偿线路，因而其开关电源易成为受害者，故其开关电源的可靠性要求特别高，特别在EMC方面。

目前，其EMC的防护电路主要是将浪涌防护电路与EMI滤波电路相互配合应用，由保险管、NTC热敏电阻、压敏电阻、X电容、共模电感及Y电容构成，引入滤波环节能对雷电暂态过电压波中的高频分量进行一定的衰减[3]。但在实际的应用过程中，防护效果并不太理想。根据统计分析，永磁真空开关无功补偿装置的开关电源的70%损坏集中在EMC的防护元器件中，热敏电阻烧毁，压敏电阻击穿炸毁，以及其一些相关元器件的关联失效。

根据其开关电源EMC防护元器件的失效现象，其EMC防护设计的等级需要进一步提高。由于NTC热敏电阻在热态下重新启动时，对浪涌电流起不到限制作用，根据永磁真空开关无功补偿装置投切电力电容器的频繁特性，故牺牲开关电源的少许效率前提下在NTC热敏电阻之前接入一个2Ω5W的绕线电阻以增强浪涌电流的防护能力。根据环境复杂的低压配电网的电压波动频繁及永磁真空开关无功补偿装置投切电力电容器的频繁特性，将其开关电源的原有的471KD10压敏电阻改成561KD20压敏电阻，因为低压配电网电压的频繁波动和永磁真空开关无功补偿装置的频繁投切电力电容器，易经常引发471KD10压敏电阻动作，导致压敏电阻因随着动作次数增多漏电流变大进而影响其寿命，而561KD20压敏电阻则由于阈值为560V，故在应用中能避免此问题，且其承受的浪涌电压的能力也进一步加强。在改变压敏电阻的过程，同时要加大整流桥及开关管的瞬态耐压水平，否则整流桥和开关管在运行过程中易被击穿损坏。在上述改变后的运行中，其开关电源因浪涌电流、浪涌电压导致的损坏情况较之前明显降低。

此外，由于永磁真空开关无功补偿装置通常接在公用变压器或专用变压器，电磁干扰相对较严重，而无功补偿控制器的位置与开关电源的位置相邻，若其开关电源的EMI防护设计不当不仅开关电源要受到外部的电磁干扰，而且开关电源因外部的电磁干扰进而影响相邻的无功补偿控制器的正常运行。因而，需将来自电网的共模干扰和差模干扰滤除，差模电感和跨线路的X电容抑制差模干扰，共模电感和线间旁路Y电容抑制共模干扰[4]，具体如图3所示。

图3 开关电源的EMI抑制电路

4 结语

由于永磁真空开关无功补偿装置既兼容了现有的接触器型、双向晶闸管型、复合开关型无功补偿装置，又克服了这三种类型无功补偿装置现有的缺点，因而在低压配电网的无功补偿中得到了不错的应用。而永磁真空开关无功补偿装置中的开关电源是其运行的关键的部分，本文结合永磁真空开关无功补偿的特点及应用环境，重点分析了开关电源在应用过程中EMC和EMI的可靠性，提出相应的改善措施，确保永磁真空开关无功补偿装置安全、稳定运行。

[1] 贾华，王巍，吕海霞.永磁真空开关在低压无功补偿装置的应用[J].电源技术，2013,37(7)：485-487,491.

[2] 刘建初.永磁真空开关投切低压无功补偿装置的研究和应用[J].电气技术，2010(10)：47-49,51.

[3] 周德泰，杨志民，郭海涛，等.大电流低电压开关电源的设计[J].电测与仪表，2008，45(510)：43-45.

[4] 沙占友，李玮.开关电源输入端保护元件及电路设计[J].电源技术应用，2009,12(11)：1-5.

Application of Switching Power Supply in the Reactive Power Compensation Device of the Permanent Magnet Vacuum Switch

XIANJi

( Maoming Gaozhou Power Supply Bureau,Guangdong Grid Co.Ltd.,Gaozhou 525200，China)

Because of the advantages of the permanent magnet vacuum switch reactive power compensation device overcome the reactive power compensation device of the contactor type,the triac type and complex switching type,so it has been widely used in reactive power compensation of the low voltage distribution network.The operating environment of the permanent magnet vacuum switch reactive power compensation device is complex,thus,the reliability requirement of the applications of its internal switching power supply is stringent,particularly in EMC and EMI.So this paper mainly analyzes the reliability of the switching power supply in EMC and EMI,which bases on the operating environment of the permanent magnet vacuum switch reactive compensation device,and proposes measures to improve the operation reliability of permanent magnet vacuum switch reactive power compensation device.

switching power supply;permanent magnet vacuum switch;reactive power compensation

1004-289X(2015)04-0095-03

TM71

B

2014-06-05

冼冀(1987-)，男，硕士研究生，研究方向:电力系统综合自动化。