智能高壓開關設備小電流信號測量的干擾消除方法

魏義利

摘 要：針對高壓開關設備，以儲能電機電流、操作線圈電流作為關鍵特征參量，在測量時，可通過消除干擾，確保數據的準確性，提高設備健康判斷的準確性。主要分析了小電流信號測量的干擾消除方法。

關鍵詞：智能高壓開關設備；小電流；信號測量；干擾消除

中圖分類號：TM564 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.06.158

針對高壓斷路器設備，通過電機線圈電流，可控制機構進行儲能，通過控制操作線圈電流通斷，可控制電流分合動作，進而控制斷路器的動作。所以，針對高壓開關設備，通過對儲能電機電流及操作線圈電流進行測量，可反映出智能高壓開關設備的健康情況。

1 霍爾電流傳感器原理分析

霍爾電流傳感器按電磁感應原理制成，其原邊繞組串接于一次電路中，副邊繞組與測量儀表和繼電器的電流線圈串連，副邊繞組的電流按一定的變比反應原邊電路的電流，電流互感器的原副繞組之間無電的聯系。與電壓互感器的情況相似，電流互感器的副繞組也必須有一點接地。串接在副邊繞組里的負載阻抗都很小，所以，電流互感器在正常運行時接近于短路狀態。

現階段，在高壓開關設備中，通常選擇閉環霍爾電流傳感器測量儲能電機、操作線圈的電流。根據磁補償式原理，控制副邊圈電流，補償原邊電流磁場，確保霍爾元件是一種零磁通狀態。如果原副邊電流出現磁場，且處于平衡狀態，通過二次線圈補償、二次線圈匝數的電流補償，可測算電流具體數值。上述原理表明，選擇霍爾電流傳感器對電流信號進行測量時，外界電磁會干擾測量值，測量結果存在一定偏差。因此，針對儲能電機電流、操作線圈電流，需研究一種抗干擾方法。

2 電流測量問題分析

高壓斷路器是發電站、變電所配電裝置中的重要電氣設備，它用來切斷和接通負荷電路，以及切斷故障電路，防止事故擴大，保證安全運行，提高電網運行的可靠性。

在電流測量中，如果存在電磁干擾和電纜信號干擾，會降低信號的完整性。干擾主要包含輻射干擾、傳導干擾兩種方式。傳導干擾是利用導電介質，通過電網絡產生信號耦合至另一電網絡。輻射干擾利用干擾源將空間信號耦合至另一網絡。同時，智能高壓開關的儲能電機、操作線圈的電流測量主要為三組傳感器測量，包含三相電流，每組傳感器為一個儲能電流傳感器、兩個操作線圈傳感器。采取小電流傳感器可測量儲能電機、分合閘線圈的電流，通過接收裝置，可采集相關輸出信號，繪制電流曲線，掌握運行狀況。根據小電流的信號測試結果，在重合閘時，電流波形上存在干擾信號。在合閘線圈、分閘線圈傳感器中，就受到干擾信號影響。因此，在重合閘動作后，干擾信號存在周期性，且只有儲能電機在運作時，分閘、合閘、儲能電機三者線圈未采取同一根導線。所以，在初步判定中，儲能電機電流屬于干擾源，且主要為輻射干擾。

3 消除干擾方法

根據實踐、理論可以得出，無論何種電磁干擾，均需三個基本前提條件，分別是干擾源、干擾能量傳播渠道、被干擾對象，稱為電磁干擾三要素。針對干擾傳播渠道，信號傳導通過控制線、信號與電源向外耦合產生干擾。根據耦合性質，包含差模耦合、共模耦合，信號輻射是利用外殼開孔、缺口、槽縫等向外泄露，在空間中開放輻射。處于近場內，輻射包含磁場、電場輻射，處于遠場內，主要為電磁波輻射。傳統消除電磁干擾方法主要選擇電磁屏蔽、干擾濾波器，而因成本、智能組件空間等因素，將濾波器方法排除。電磁干擾屬于電磁信號，在大氣傳輸時，由于大氣吸收、散射電磁波，因此儲能電機電流與操作線圈遠離之后，會減弱電磁干擾，隨著距離增大，衰減量越大。根據試驗驗證，將霍爾電流傳感器拆除，遠離操作線圈之后，可消除干擾。試驗顯示，合理布線之后，通過線圈傳感器、儲能電機傳感器可消除電流測量影響。

4 實施方案

為防止儲能電機影響操作線圈電流，可改變原來的布線方式，根據被測量類型布線，在改動之前，通過單組傳感器進行布線。例如圖1、圖2和圖3所示。

經過改動之后，采取儲能電機、主分線圈、合閘的傳感器進行布線，采取這三種主分線圈導線布線方式。同時，經過改動之后，選擇合閘線圈與副分線圈布線，通過副分線圈、合閘線圈導線進行布線，最后通過儲能電機、操作線圈傳感器，拉開安裝位置距離，即可設置新型布線方式。

5 試驗驗證

經過改動的布線方式要進行驗證性試驗，通過霍爾電流傳感器測算電流波形。試驗表明，改動布線方式之后，可繪制平滑電流曲線，不存在干擾現象。在測量儲能電機電流時，即可查看電流的趨勢狀態，至于儲能電機電流的影響，可視為零。實踐結果表明，采取上述改動方案是可行的，可達到預期消除效果。

6 結束語

按照測量要求與測量特性，如果單純依靠新型屏蔽器、干擾濾波器消除信號干擾，降低干擾消耗，合理設置測量布線方式，就可解決儲能電機的測量干擾，進而避免操作線圈出現電流干擾問題。

參考文獻

[1]李偉，許勝杰，張海貝，等.智能高壓開關設備小電流信號測量的干擾消除方法[J].黑龍江科技信息，2013（21）：91.

[2]申成兵.高壓開關柜局部放電在線監測系統的研究[D].鎮江：江蘇科技大學，2013.

〔編輯：王霞〕