電流變送器在變電所進線開關中的應用

本文以南化公司環己酮D25#變電所的設計為例，闡述電流變送器在變電所進線開關中的應用。

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換成按線性比例輸出直流電壓或直流電流的儀器，產品廣泛應用于電力、石油、煤炭、冶金等部門的電氣裝置、自動控制以及調度系統。

交流電流、電壓變送器具有單路、三路組合結構形式，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，結構簡單，優良的溫度特性和長期工作穩定性。

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

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電流環在結構上由兩部分即變送器和接收器組成，變送器一般位于現場端、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。

(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

兩線制是指現場變送器與控制室儀表聯系僅用兩根線，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線，可節約大量電纜線和安裝費用。

二是在電流輸出電阻足夠大時，經磁場耦合感應到導線環路內的電壓，不會產生顯著影響，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。

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

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防雷防浪涌器件，有利于安全防雷防爆。

二、環己酮D25#變電所進線開關改造方案

在開關改造現場，發現用一個儀表放大器來完成信號的調理并進行長線傳輸，會產生以下問題:第一，由于傳輸的信號是電壓信號，傳輸線會受到噪聲的干擾;第二，傳輸線的分布電阻會產生電壓降;第三，在現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側的電流互感器二次側，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、電流變送器在環己酮D25#變電所進線開關的應用

環己酮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。環己酮D25#所在設計時#1、#2進線變壓器在生產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備，就會出現因起動電流過大使這段進線開關跳閘，造成環己酮裝置停車的事故。

現在#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備之前可以根據每段負荷大小進行調整。在需要調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備的線路中負荷調整到另一條線路中，再起動大功率設備，這樣就避免會出現因起動電流過大使這段進線開關跳閘，造成環己酮裝置停車的事故。環己酮D25#所系統電路圖如圖3所示。

四、改造后環己酮D25#新變電所進線系統的特點

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換成按線性比例輸出的DC4～20mA(通過250Ω 電阻轉換DC 1～5V)恒流環標準信號，然后通過一對雙絞線送到監測系統的接收裝置DCS顯示器。雙絞線同時也將位于監測系統的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、兩線制端口瞬態感應雷與浪涌電流TVS抑制保護、工作電源過壓極限保護≤35V、工作電源反接保護，從而也保護了環己酮D25#變電所的進線系統。

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

(作者單位:江蘇省南京市南京化工高級技工學校)