開關電源在永磁真空開關無功補償裝置的應用

冼冀

(廣東電網有限責任公司茂名高州供電局，廣州 高州 525200)

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開關電源在永磁真空開關無功補償裝置的應用

冼冀

(廣東電網有限責任公司茂名高州供電局，廣州 高州 525200)

因永磁真空開關無功補償裝置克服接觸器型、雙向晶閘管型、復合開關型無功補償裝置現有的缺點，故在低壓配電網的無功補償得到了廣泛應用。永磁真空開關無功補償裝置的運行環境復雜，因而對其內部開關電源的應用可靠性要求高，特別在EMC和EMI方面，故在結合永磁真空開關無功補償裝置運行環境的基礎上，重點對其開關電源在EMC和EMI方面的可靠性展開分析，并提出改善措施，提高永磁真空開關無功補償裝置運行的可靠性。

開關電源；永磁真空開關；無功補償

1 引言

由于無功補償裝置對提高電網功率因數、降低線損、改善電能質量具有重要作用，因而在配電網中得到了廣泛的應用。目前，無功補償裝置主要有接觸器型、雙向晶閘管型、復合開關型。但它們應用中均存在著不如意的地方，其中接觸器型的無功補償裝置投切過程中觸頭易彈跳、觸點易燒蝕、伴有涌流，雙向晶閘管型無功補償裝置投切過程中晶閘管發熱量大易備擊穿，而復合開關型無功補償裝置投切過程中還是會存在晶閘管被擊穿的可能[1-2]。因而，兼容上述現有三類型無功補償裝置并克服其各缺點的永磁真空開關型無功補償裝置應運而生。

在永磁真空開關無功補償裝置中，開關電源是其關鍵的部分。開關電源的可靠性高低將直接影響整套裝置的穩定、安全運行。本文主要對低壓配電網中永磁真空開關無功補償裝置的開關電源應用分析與研究。

2 永磁真空開關無功補償裝置結構

永磁真空開關無功補償裝置的結構如圖1所示，主要由真空接觸器、永磁運行開關、無功補償控制器、電力電容器、開關電源等構成，其工作的基本原理如下：無功補償控制器根據電網無功功率的缺額狀況，進而控制真空接觸器和永磁運行開關的投切，進而使得電力電容器對電網無功補償。

由圖1可知，永磁真空開關無功補償裝置在運行中，開關電源要為無功補償控制器、永磁運行開關、真空接觸器提供5V、12V、24V的直流電壓，其中真空接觸的功率需要80W，無功補償控制器和永磁運行開關的功率需要25W，電源直接從電網中取相電壓。

圖1 永磁真空開關無功補償裝置結構圖

3 永磁真空開關無功補償裝置的開關電源

根據上述的分析，可知永磁真空開關無功補償裝置開關電源的特性要求，三路穩壓輸出，且輸出功率超過100W，并具備良好的EMC和EMI的防護。圖2為永磁真空開關無功補償裝置開關電源的原理方框圖。

圖2 永磁真空開關無功補償裝置開關電源的原理方框圖

3.1 開關電源的原理

由圖2可知，在永磁真空開關無功補償裝置應用的開關電源采用反激式電路，其基本原理如下：從低壓配電網直接取220V相電壓，并整流濾波，同時由電流模式控制器控制開關管的導通與關斷，通過變壓器耦合，使得變壓器二次側輸出直流電壓。變壓器采用五繞組，其中三繞組為輸出繞組，一繞組為電流模式控制器的輔助繞組，另一繞組為一次側繞組。反饋電路主要是穩定直流輸出。采樣電路主要為電流模式控制器提供開關管的工作狀態信息，若開關管被損壞或擊穿，則產生大電流，采樣電路則將其采樣的電壓送至電流模式控制器，電流模式控制器根據所得到的采用電壓，中止輸出開關管的導通。

3.2 開關電源在永磁真空開關無功補償裝置應用的可靠性分析

由于永磁真空開關無功補償裝置直接運行于環境復雜的低壓配電網，且永磁真空開關無功補償裝置在無功補償投切電力電容器中因諧波或其他因素干擾導致過零投切不準確而經常引發投切電流、電壓涌流，而其開關電源則直接從低壓配電網取電且緊靠無功補償線路，因而其開關電源易成為受害者，故其開關電源的可靠性要求特別高，特別在EMC方面。

目前，其EMC的防護電路主要是將浪涌防護電路與EMI濾波電路相互配合應用，由保險管、NTC熱敏電阻、壓敏電阻、X電容、共模電感及Y電容構成，引入濾波環節能對雷電暫態過電壓波中的高頻分量進行一定的衰減[3]。但在實際的應用過程中，防護效果并不太理想。根據統計分析，永磁真空開關無功補償裝置的開關電源的70%損壞集中在EMC的防護元器件中，熱敏電阻燒毀，壓敏電阻擊穿炸毀，以及其一些相關元器件的關聯失效。

根據其開關電源EMC防護元器件的失效現象，其EMC防護設計的等級需要進一步提高。由于NTC熱敏電阻在熱態下重新啟動時，對浪涌電流起不到限制作用，根據永磁真空開關無功補償裝置投切電力電容器的頻繁特性，故犧牲開關電源的少許效率前提下在NTC熱敏電阻之前接入一個2Ω5W的繞線電阻以增強浪涌電流的防護能力。根據環境復雜的低壓配電網的電壓波動頻繁及永磁真空開關無功補償裝置投切電力電容器的頻繁特性，將其開關電源的原有的471KD10壓敏電阻改成561KD20壓敏電阻，因為低壓配電網電壓的頻繁波動和永磁真空開關無功補償裝置的頻繁投切電力電容器，易經常引發471KD10壓敏電阻動作，導致壓敏電阻因隨著動作次數增多漏電流變大進而影響其壽命，而561KD20壓敏電阻則由于閾值為560V，故在應用中能避免此問題，且其承受的浪涌電壓的能力也進一步加強。在改變壓敏電阻的過程，同時要加大整流橋及開關管的瞬態耐壓水平，否則整流橋和開關管在運行過程中易被擊穿損壞。在上述改變后的運行中，其開關電源因浪涌電流、浪涌電壓導致的損壞情況較之前明顯降低。

此外，由于永磁真空開關無功補償裝置通常接在公用變壓器或專用變壓器，電磁干擾相對較嚴重，而無功補償控制器的位置與開關電源的位置相鄰，若其開關電源的EMI防護設計不當不僅開關電源要受到外部的電磁干擾，而且開關電源因外部的電磁干擾進而影響相鄰的無功補償控制器的正常運行。因而，需將來自電網的共模干擾和差模干擾濾除，差模電感和跨線路的X電容抑制差模干擾，共模電感和線間旁路Y電容抑制共模干擾[4]，具體如圖3所示。

圖3 開關電源的EMI抑制電路

4 結語

由于永磁真空開關無功補償裝置既兼容了現有的接觸器型、雙向晶閘管型、復合開關型無功補償裝置，又克服了這三種類型無功補償裝置現有的缺點，因而在低壓配電網的無功補償中得到了不錯的應用。而永磁真空開關無功補償裝置中的開關電源是其運行的關鍵的部分，本文結合永磁真空開關無功補償的特點及應用環境，重點分析了開關電源在應用過程中EMC和EMI的可靠性，提出相應的改善措施，確保永磁真空開關無功補償裝置安全、穩定運行。

[1] 賈華，王巍，呂海霞.永磁真空開關在低壓無功補償裝置的應用[J].電源技術，2013,37(7)：485-487,491.

[2] 劉建初.永磁真空開關投切低壓無功補償裝置的研究和應用[J].電氣技術，2010(10)：47-49,51.

[3] 周德泰，楊志民，郭海濤，等.大電流低電壓開關電源的設計[J].電測與儀表，2008，45(510)：43-45.

[4] 沙占友，李瑋.開關電源輸入端保護元件及電路設計[J].電源技術應用，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，碩士研究生，研究方向:電力系統綜合自動化。