配网一二次融合用电源设计与应用

吴兴燕 陆汉兵

摘   要：配网的发展离不开电力资源，基于此，该文浅析的内容属于电源技术领域，更具体地说，是涉及一种能够从高压侧取电作为动力电源的基于电容分压技术的高压取电装置。设计优点，输入电压范围宽，电压供电，稳定可靠;体积小，重量轻，可融合设计;彻底避免铁磁谐振。通过增大电容量，电流增加，电压不变提升功率，同时需要同低功耗产品配合。

关健词：配网一二次融合;继电保护;电源设计

中图分类号：TM77         文献标志码：A

0 引言

常见的高压取电方法有电流互感器取电、电压互感器取电。电流互感器取电需要在互感器二次侧串联阻抗才能获取电压和电能，阻抗上的电压与一次电流成正比，因此基于电流互感器取电技术的电源不容易实现稳压。电压互感器主要有电磁式电压互感器和电容电压互感器，电磁式电压互感器体积大，安装不方便，而且成本高。电容电压互感器主要由电容分压器和中压变压器组成，是由串联电容器抽取电压，再经变压器变压作为计量、继电保护等的电压源，取电电路会对电容分压比产生影响，影响测量的精确度，且带载能力有限，取电能力受限制。

1 研发目标

（1）智能电网建立在集成的、高速的双向通信网络基础之上，其运行需要实时监测电力系统的运行状态，包括各种电力设备的运行状况，然后反馈给控制系统，控制系统做出分析后发出指令以实现智能运行。智能电器作为智能电网的一部分，其运行状态的反馈以及控制电路都需要电源驱动，电源电压小到几伏，大到几十伏，不能直接利用高压交流电。电器设备的控制和通信所需电能若通过互感器二次绕组取电，则由于互感器带载能力有限，负载变化对测量精度产生很大影响，并且电网停电时无法进行取电。若以蓄电池作为储能装置，将取得的电能存储到蓄电池，作为断电时驱动通信和控制电路电压源，则由于蓄电池容量小，长期浮充会大大地缩短蓄电池的使用寿命。此外，对于某些开关电器需要电机带动操动机构来完成分合闸，显然一般的互感器是无法满足电机启动时的负载要求。

（2）为了克服传统取电方式的不足，通过电容分压从高压母线取电，并将电能存储到超级电容中，不仅能为通信、检测、保护和控制电路提供电源，同时也可以作为电机的动力电源，大大提高了带载能力。该设计及应用综合考虑各方面因素，设计了一种电容分压取电装置，通过电容和电感侧向串联配合来实现高压取电功能，将取得的电能存储到超级电容器组中，再由超级电容器组为负载供电，这样的取电方式不会影响测量回路，取电功率大，铁磁谐振小，安全可靠，且超级电容器组充放电速度快，带载能力强，寿命长。不仅可以在相对地之间取电，还可以在相间取电，为高压侧设备供电。

（3）该文浅析的目的在于提供一种可为通信、控制、继电保护、电机、配网一二次融合用等电路系统供电的电源装置。

2 研发设计

2.1 柱上开关用电源设备

这种基于电容分压的高压取电装置，采用一种独立的高压取电装置，将取电和测量分开，不用考虑超级电容充电对测量的影响，既保证了测量精度又保证了电容充电速度。包括高压、取电电容、氧化锌避雷器、变压器、分压电容、匹配电抗器、交直流转换电源模块、超级电容器组、负载。在高电压取电回路中，高压取电电容的一端连接高电压一侧，另一端连接氧化锌避雷器一端;氧化锌避雷器的另一端连接高电压另一侧;变压器的一次侧绕组与氧化锌避雷器并联，变压器的二次侧绕组与分压电容并联;匹配电抗器一端连接分压电容的一端，另一端连接交直流转换电源模块的输入侧电源引脚;交直流转换电源模块的输入侧地引脚连接分压电容的另一端，交直流转换电源模块的输出侧与超级电容器组并联;超级电容器组的两端作为取电回路的输出与负载相连。

本电源设计的效果是，将分压电容和匹配电抗器放置在变压器的二次绕组侧，降低了传统电容分压取电回路中对分压电容和匹配电抗器的耐压等级要求，减小了取电装置的体积，提高了安全性;使用超级电容器组，提高了储能系统的充放电速度和带载能力，提高了储能系统寿命;即可以接在相间也可以接在相地之间取电给高压侧或低压侧的等电位设备供电。

具体实施方式。

所述取电装置依次由1—高压取电电容;2—氧化锌避雷器;3—变压器;4—分压电容;5—匹配电抗器;6—交直流转换电源模块;7—超级电容器组连接而成，取电装置与大地等电位。电流由母线经高压取电电容流经变压器的一次绕组，流入地电位;变压器的一次侧电压由二次侧的分压电容和匹配电抗器及负载决定，氧化锌避雷器起到过压保护作用;变压器的二次绕组输出交流电，经过匹配电抗器流入交直流转换电源模块，将交流电转换成电压稳定的直流电;直流转换电源模块输出的直流电流入超级电容器组进行充电。

2.2 环网柜用电源设备

该电源设计的实施按柱上取能方案延伸，电源包括两路高压取电装置，分别插入环网柜输入电缆中，安装方便免维护。其中高压取电电容3为5 nF/10 kV的高压电容;变压器为220 V/27 V，10 W;交直流转换电源模块为交流27V转直流24 V;超级电容器组容量30 F，額定电压为24 V。

2.3 开关电源供应器

此开关电源是配网一二次融合电源的智能系列配件之一。该产品具有效率高、输入电压范围宽，工作环境适应范围宽、隔离输出，安装输出，安装灵活、使用方便等优点，更具有高可靠、保护功能齐全等优点。

2.4 电源原理结构图（图1）

3 应用与结论

以上所述，仅为该文的具体实施方式，任何熟悉该技术领域的技术人员在该文浅析的技术范围内，根据该文技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，更能适合电源方案的实施，均能为配网一二融合电源设计作出贡献。该实施方案为配网一二次融合带来革命性的提升，树立配网一二次融合新标杆。

参考文献

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