電流變送器在變電所進線開關(guān)中的應(yīng)用

本文以南化公司環(huán)己酮D25#變電所的設(shè)計為例，闡述電流變送器在變電所進線開關(guān)中的應(yīng)用。

一、選用電流變送器

1.電流變送器的分類及特點

電流變送器分直流電流變送器和交流電流變送器兩種。

交流電流變送器是一種能將被測交流電流轉(zhuǎn)換成按線性比例輸出直流電壓或直流電流的儀器，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于電力、石油、煤炭、冶金等部門的電氣裝置、自動控制以及調(diào)度系統(tǒng)。

交流電流、電壓變送器具有單路、三路組合結(jié)構(gòu)形式，有以下特點:

(1)準確度高。

(2)整個量程范圍都有極高的線性度。

(3)集成化程度高，結(jié)構(gòu)簡單，優(yōu)良的溫度特性和長期工作穩(wěn)定性。

直流電流變送器將被測信號變換成一電壓，經(jīng)線性光耦直接變換成一個與被測信號成極好線性關(guān)系并且完全隔離的電壓，再經(jīng)恒壓(流)至輸出。具有原理非常簡單，線路設(shè)計精練，可靠性高，安裝方便等優(yōu)點。

2.電流變送器的工作原理及接線方式

(1)工作原理。交流電流變送器芯片含有通用功能的電路比如電壓激勵源、電流激勵流、穩(wěn)壓電路、儀表放大器等，所以可以很方便地把傳感器的信號轉(zhuǎn)化為4～20mA的信號。交流電流變送器的原理圖如圖1所示。

圖1交流電流變送器原理圖

4～20mA電流環(huán)在結(jié)構(gòu)上由兩部分即變送器和接收器組成，變送器一般位于現(xiàn)場端、傳感器端或模塊端，而接收器一般在plc和計算機端，它一般在控制器內(nèi)。

(2)接線方式。4～20mA電流變送器有二線制、三線制和四線制三種接線方式。接線方式如圖2所示。

圖2 電流變送器的三種接線方式

兩線制是指現(xiàn)場變送器與控制室儀表聯(lián)系僅用兩根線，這兩根線既是電源線又是信號線。兩線制與三線制(一根正電源線，兩根信號線，其中一根公用GND)和四線制(兩根正負電源線，兩根信號線，其中一根公用GND)相比，有以下幾點優(yōu)點:

一是不易受寄生熱電偶和沿電線電阻壓降和溫漂的影響，可用非常便宜的更細導(dǎo)線，可節(jié)約大量電纜線和安裝費用。

二是在電流輸出電阻足夠大時，經(jīng)磁場耦合感應(yīng)到導(dǎo)線環(huán)路內(nèi)的電壓，不會產(chǎn)生顯著影響，因為干擾源引起的電流極小，一般利用雙絞線就能降低干擾。三線制和四線制必須用屏蔽線，屏蔽線的屏蔽層必須可靠接地。

三是電容干擾會導(dǎo)致接受器電阻有誤差，對于4～20mA兩線路環(huán)路接受器電阻通常為250Ω， 電阻轉(zhuǎn)換成DC 1～5V，這個電阻小到不足以產(chǎn)生顯著誤差，因此允許的電線長度比電壓遙測系統(tǒng)更長更遠。

四是將4mA用于零電平，可以很方便地判斷開路與短路。

五是變送器的出口非常容易增設(shè)防雷防浪涌器件，有利于安全防雷防爆。

二、環(huán)己酮D25#變電所進線開關(guān)改造方案

在開關(guān)改造現(xiàn)場，發(fā)現(xiàn)用一個儀表放大器來完成信號的調(diào)理并進行長線傳輸，會產(chǎn)生以下問題:第一，由于傳輸?shù)男盘柺请妷盒盘枺瑐鬏斁€會受到噪聲的干擾;第二，傳輸線的分布電阻會產(chǎn)生電壓降;第三，在現(xiàn)場如何提供儀表放大器的工作電壓也是個問題。

為了解決上述問題和避開相關(guān)噪聲的影響，我們采用電流來傳輸信號，因為電流對噪聲并不敏感。因此決定采用電流變送器接在斷路器1QF、2QF側(cè)的電流互感器二次側(cè)，電流變送器是用4mA表示零信號，用20mA表示信號的滿刻度，而低于4mA或高于20mA的信號用于各種故障的報警。電流變送器采用兩線制接線方式。

三、電流變送器在環(huán)己酮D25#變電所進線開關(guān)的應(yīng)用

環(huán)己酮D25#所采用低壓母線分段運行的控制方式，正常運行時，兩段母線分別運行，每臺主變壓器各帶一條母線。環(huán)己酮D25#所在設(shè)計時#1、#2進線變壓器在生產(chǎn)滿負荷情況下不能獨立運行，主控室無法看到#1、#2進線負荷電流。如有一段負荷過大，這時操作工要倒一臺功率較大的設(shè)備，就會出現(xiàn)因起動電流過大使這段進線開關(guān)跳閘，造成環(huán)己酮裝置停車的事故。

現(xiàn)在#1、#2進線斷路器處加兩臺電流變送器，把#1、#2進線檢測的負荷電流送至DCS。操作工可在DCS顯示器上就能看到電流值，他們在倒功率較大的設(shè)備之前可以根據(jù)每段負荷大小進行調(diào)整。在需要調(diào)整負荷時利用斷路器3QF進行倒閘操作，先把需起動大功率設(shè)備的線路中負荷調(diào)整到另一條線路中，再起動大功率設(shè)備，這樣就避免會出現(xiàn)因起動電流過大使這段進線開關(guān)跳閘，造成環(huán)己酮裝置停車的事故。環(huán)己酮D25#所系統(tǒng)電路圖如圖3所示。

四、改造后環(huán)己酮D25#新變電所進線系統(tǒng)的特點

第一，交流電流變送器原副邊高度絕緣隔離，使用時無需改動主回路，直接將被測主回路交流電流轉(zhuǎn)換成按線性比例輸出的DC4～20mA(通過250Ω 電阻轉(zhuǎn)換DC 1～5V)恒流環(huán)標準信號，然后通過一對雙絞線送到監(jiān)測系統(tǒng)的接收裝置DCS顯示器。雙絞線同時也將位于監(jiān)測系統(tǒng)的DC24V工作電源送到電流變送器中。

第二，采用兩線制輸出接線，輔助工作電源+24V與輸出信號線DC4～20mA共用，測量信號與電源在雙絞線上同時傳送，既節(jié)約電纜費用，而且信號以電流形式傳輸，抗干擾能力強。

第三，電流變送器具有六種保護功能，即輸入過載保護、輸出過流限制保護、輸出電流長時間短路保護、兩線制端口瞬態(tài)感應(yīng)雷與浪涌電流TVS抑制保護、工作電源過壓極限保護≤35V、工作電源反接保護，從而也保護了環(huán)己酮D25#變電所的進線系統(tǒng)。

這個項目實施后，不僅避免了在倒功率較大的設(shè)備的情況下，因負荷過大造成進線斷路器跳閘，也避免了環(huán)己酮裝置的非計劃停車。環(huán)己酮裝置的非計劃停車一次將造成的經(jīng)濟損失約20萬元。環(huán)己酮裝置避免一次非計劃停車，不僅降低了生產(chǎn)成本，也降低了對周圍環(huán)境的污染。

(作者單位:江蘇省南京市南京化工高級技工學校)