220kV及以下电缆CT感应取电供能系统的改进研究与实践

国网河南新密市供电公司 李会利 裴启刚 梁锋伟 王源铄

南京德软信息科技发展有限公司 林 江

220kV及以下电缆CT感应取电供能系统的改进研究与实践

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南京德软信息科技发展有限公司 林 江

电缆取电供能系统（装置）的可靠性直接影响电缆及其环境状态监测和预警系统运行的稳定性。本文重点分析CT感应取电线圈及整流模块存在的问题和后果，并据此提出改进思路，通过实践验证其先进性。

电缆；取电供能；多CT 整流模组

1.应用现状及主要问题分析

为了保障电力系统一次设备的正常运行，供电企业配置了众多的监测装置，针对电缆及其环境的状态监测和预警装置就是其中一种。近年来电缆（井/隧道）安全事故频发，造成巨大的经济损失和严重的社会影响，供电企业更加关注电缆及其环境的状态监测和预警工作。电缆及其环境监测预警装置受其安装环境限制，常规方法取电困难且不现实。为解决取电供能问题，国内很多研究人员、专家、学者开展了一系列的研究和应用，取得了较好的研究应用成果。其中有提出基于CT感应原理的取电供能方案和技术，是当前广获认可的一种，国内已有一些厂家基于这种思路和技术，研发了基于CT感应取电原理的取电供能系统（装置），目前在各地都有一定的试用和应用。

笔者针对这类CT感应取电供能系统，开展了国内调研和专利、论文和报道检索。总的来看，现有的CT感应取电供能系统已经较为成熟，但是仍存在一个明显的问题：单CT或主备双CT及其配套单整流模块或主备整流模块设计模式存在不足，主要原因是CT感应取电供能系统受电缆运行电流大小及取能转化效率影响。

暂时抛开取能转化效率这一技术不谈，本文重点研究取电环节，众所周知，电缆的供能功率（电流、电压）随季节、气候、节假日、早晚等影响，整体的变化波动较为频繁，且幅值差距百分比较大。在电缆负载高峰阶段，CT取电供能系统供能过剩，负载低谷阶段则供能不足，这种情况必将无法提供合适电能，以保障电缆及其环境监测装置的稳定运行。

为解决这一问题，目前国内常用的方式是配备储能（蓄电池）单元，在CT取电供能系统供能过剩时向储能单元充电，供能不足时由储能单元联合供能或蓄电池独立供能。储能单元配合方案虽然可以有效辅助解决供能不稳的问题，但是额外增加初始投入成本，且控制策略更为复杂，而且需要进行电池管理。目前国际国内的电池管理BMS系统尚没有特别完善的，包括世界著名厂商特斯拉。因此，储能单元的加入，按照总体可靠性等于各子可靠性乘积来判断，CT取电供能装置整体的可靠性会因此而降低。另外，常规蓄电池储能单元技术虽然成熟，但是不环保，而且体积大，新型蓄电池如磷酸铁锂电池、聚合物电池，体积小，但是技术不够完善，容易发生事故，存在安全隐患，可能会造成严重后果。此外，不管哪种蓄电池，在没有更可靠、更安全、更经济的电池出现之前，现有蓄电池都存在明显的不足，而且蓄电池有寿命周期，需要定期更换，这在一定程度上增加了供电企业的运维成本。

另外一方面，采用CT取电线圈设计，取电线圈的可靠性是影响CT取电供能系统稳定性的重要因素。经过检索得知，现有CT取电供能系统一般都采用单CT或主备双CT及其配套单整流模块或双整流模块，无法兼顾有效取能与运行热备用，没有后备元件和应急手段，因此可靠性有较大的提高空间。

2.改进思路与方案

针对上文重点阐述的CT取电供能装置所存在的关键问题，本文提出以下改进思路和方案：

CT取电供能装置采用多CT取电线圈设计，各个CT参数可以独立配置，并设定常用CT和备用CT（备用CT始终处于热备用状态）。其次，与多CT相配套，采取多整流模块的组合设计，由主控单元自动分配给CT取电线圈配合运行。CT取电线圈和整流模块采取各自独立设计，任一单体损坏，不影响整体CT取电供能系统的运行。同时，CT取电线圈和整流模组投入采用负载均衡机制，保证投入的合理性，避免单一个体长期运行带来的电损伤和机械损伤，提高CT取电供能系统的可靠性，有效延长使用寿命。

此外，针对CT取电线圈及整流模组的状态，采用在线监测及相应的保护设计。采集各个CT取电线圈和整流模块的运行数据，判断其运行状态，如运行异常，自动闭锁退出运行并告警。告警输出采用RS232/485通讯接口设计，可外接标准透传模式的GPRS模块，规约支持CDT和远动101，方便集成到第三发平台。

3.实践方案

220kV及以下电缆CT取电供能系统（装置）由CT取电线圈、取电供能控制器和储能单元（可选）组成。CT取电线圈兼容现有常规产品，建议配置防开路设计。取电供能控制器由数据采集单模块、主控模块、整流模块、供能模块、显示模块和存储模块（Flash）组成，提供RS232/485通讯接口，支持CDT和远动101规约。主控单元采取64位高速处理器，程序采用Qt跨平台编程工具开发。储能单元（如有）由充电保护模块（建议配置）和蓄电池组成。

系统的流程原理如下：首先主控单元配置CT取电线圈参数和储能单元参数（如有），配置取供比（取电/供能，常系数，默认1.1，可自定义），供能输出模式（横流、恒牙、自适应，可自定义），默认保护策略无需修改；其次，数据采集单元采集外部数据，包括：CT取电线圈参数、负载和储能单元（如有）运行数据，传输给主控单元；然后，主控单元接收数据采集单元上传数据，采集整流模块群组运行数据，评估CT取电线圈、整流模块、储能单（如有）元状态，得出可控对象并建立序列，启动预测CT取电线圈、负载、储能单元（如有）变化趋势，最终优化决策控制策略（CT取电线圈和整流模组投入/退出、供能模块输出控制、储能单元（如有）联合供能策略）。流程原理图见图1。

图1　

关于储能单元，支持选配储能单元。主控单元采集储能单元运行数据，实现电池管理BMS，支持参数设定（包括容量、充电平台电压、放电平台电压、蓄电池类型），保证储能单元（蓄电池）可靠运行。

主控单元看门狗自检设计，发现问题自动重启，连续3次（可自定义）失败则发出告警信号，系统退出运行，进入安全模式。

4.小结

220kV及以下电缆CT取电供能系统能够兼容现有常规CT取电线圈，建议尽量选择具备防开路功能的产品，如果不具备防开路设计，投运前需确认取电供能控制器的防开路功能处于有效状态。多CT和整流模组设计能够有效提高整体系统的的可靠性，有效保障电缆及其环境状态监测预警装置的可靠、稳定供能。

关于CT取电供能系统要做的工作还有一些，比如复杂环境的电缆沟中，需要进一步研究其能效转化效率、IP防护等级、通信抗干扰和信号增强以及统一的管控平台。笔者下一步将继续深入研究，欢迎广大读者、专家和学者不吝赐教。

李会利（1976- ），男，工程师，主要从事变电检修与管理工作。

裴启刚（1975- ），男，工程师，主要从事电气工程技术研究与应用工作。

梁锋伟（1978- ），男，工程师，电力系统自动化专业。

王源铄（1988- ），男，助理工程师，电气工程及其自动化专业。

林江（1980- ），男，高级工程师，主要从事电力运行与管理研究工作。