電子式電流互感器采集單元上下電缺陷分析及改進

王軍，夏利民，陳磊

（1.電子科技大學 中山學院，廣東 中山 528402；2.中南大學 信息科學與工程學院，湖南 長沙 410075；3.江蘇西電南自智能電力設備有限公司，江蘇 南京 211100）

電子式電流互感器采集單元上下電缺陷分析及改進

王軍1,2，夏利民2，陳磊3

（1.電子科技大學 中山學院，廣東 中山 528402；2.中南大學 信息科學與工程學院，湖南 長沙 410075；3.江蘇西電南自智能電力設備有限公司，江蘇 南京 211100）

針對廣西翡翠220kV變電站電子式電流互感器在上下電過程中出現異常波形的現象，結合采集單元的軟硬件設計對問題原因進行了分析。指出采集單元的硬件設計是引起異常波形的主要原因，并提出了相應的改進措施。整改后的運行情況表明改進措施有效解決了采集單元的設計缺陷，對其他電力自動化裝置的設計有一定的參考價值。

電子式電流互感器；采集單元；上下電時序

廣西翡翠220kV智能化變電站采用新型電子式電流互感器。2015年8月現場調試時，當開、合安裝于匯控柜中采集單元的電源開關時，對應間隔的繼電保護、測控裝置會發現有異常波形產生。本文對上述異常現象進行分析，提出硬件、軟件上改進措施，較好地解決了采集單元在電源上下電時出現的異常情況，提高了電子式電流互感器產品的可靠性。

1 電子式電流互感器原理

目前大多數有源電子式電流互感器利用電磁感應原理的Rogowski線圈和低功率線圈實現保護電流和測量電流的傳變，較傳統互感器有測量精度高、暫態特性優越、數據傳輸可靠、無CT開路問題等優勢而得到一定程度上的推廣使用。

采集單元對保護、測量電流等信號進行模數轉換和處理后，上送到合并單元；合并單元對這些數字量進行合并處理，并按IEC61850-9-2標準轉換成以太網數據，再通過光纖輸出到過程層網絡或相關智能電子設備。

2 缺陷分析

在調試階段，開、合采集單元供電電源開關時保護和測控裝置均發現有如圖1、2所示異常波形產生。經分析，異常波形與電流互感器一次本體和合并單元部分無關，缺陷根源定位在采集器。

采集單元電源系統包括4種電源，即差動放大器和硬件積分器（即運算放大器）所需的±15V電源、CPU系統和ADC芯片工作所需的3.3V電源、ADC芯片的2.5V參考電源、光發器件及其他電路所需的+5V電源，如圖3所示。

圖1 上電波形

圖2 下電時異常波形

圖3 采集單元電源系統

用示波器捕捉采集單元上4種電源的上、下電時序，如圖4、5所示。圖中CH1、CH2、CH3和CH4分別表示+5V、-15V、+15V、2.5V，用黃色、藍色、紫色和綠色表示。

圖4 采集單元電源上電時序

圖5 采集單元電源下電時序

根據圖4及示波器顯示，電源上電后，+5V和2.5V幾乎10ms內就可以建立完成，因此采集單元的CPU系統、A/D轉換、數據發送等回路的初始化工作很快結束；上電120ms后MAX743芯片才開始工作，但之前其boost升壓電路，將輸入的+5V直接輸出，故圖4紫色通道CH3在5V電平上停留了120ms左右的時間；上電170ms后MAX743輸出的±15V幾乎同時建立起來。在±15V電源沒有同步建立的時間內，硬件積分器的正電源大于負電源，OP放大器的輸出為正值，正負輸入引腳電平為正值，并對積分電容進行充電，此時采集單元產生類似上沖的異常波形。由于測量通道沒有硬件積分器，所以沒有類似上沖的異常波形，見圖1。由于+5V、2.5V電源首先建立完成，運放的正電源先于負電源建立，因此整個硬件系統不會發生過壓和閂鎖狀況。

當輸入電壓低于3.8～4.2V時，MAX743欠壓閉鎖，不再輸出±15V電源。同理，當輸入電壓分別低于3.5V、4.5V時，TPS76033和ADR421芯片工作異常，3.3V和2.5V電源異常。采集單元實時監測+5V、2.5V、±15V電源，當上述電源電壓絕對值分別小于4.75V、2.42V、+13V時，將通道Ia_+5V、Ia_參考電源、Ia_+15V和Ia_-15V的品質位由有效變位為無效位。通過對電源異常時間點、品質位變位時刻分析，印證了采集單元+5V下電過程中，A/D轉換電路、硬件積分器、濾波調理電路和CPU系統依次工作異常，遂產生圖2所示的異常波形。結合圖5，在采集單元下電過程中硬件系統不會發生過壓和閂鎖狀態，但正常工作的CPU系統可能會將異常的A/D轉換數據上送合并單元。

3 改進措施

如前述，在上、下電過程中，采集單元硬件系統工作欠穩定便將異常波形上送至合并單元，對電力系統的穩定運行構成威脅。因此需要采取措施避免生成此類波形，或者在電源系統穩定之前采集單元不能上送數據。在上電過程中，±15V電源建立過程不同步產生圖1所示異常波形。為了使±15V電源同步建立，將MAX743的+15V電源輸出回路加PMOS管作為開關，電阻R1和R2的分壓作為該PMOS管的開門電壓。只要PMOS管的開門電壓在1.7V以上，并且+15V電源軌的輸出電平大于5V后，+15V電源才能有輸出。經測試，電路整改后圖1異常波形不再出現。如前述，只要5V電源保持在4.5V以上，采集單元的電源系統就能正常工作。應用MAX803LEXR芯片實現對5V電源的監視。當5V電源電壓低于MAX803LEXR復位閾值電平（即4.56V～4.70V），采集單元的CPU還能正常工作，MAX803LEXR開漏輸出的PWR_MON信號變為低電平，采集單元上送電源電壓偏低的報警信息并置錯誤標。

與上述改進措施相對應的是，采集單元軟件系統做如下整改：（1）修改采集單元程序，實時監測電源系統各電源的運行工況并上報合并單元；（2）如果一個或幾個電源工作異常，采集單元置錯誤標，上送合并單元，通知保護測控裝置采樣數據異常，避免保護裝置誤動；（3）合并單元接收到錯誤標后，即刻開始對采集單元上送的數據錄波。

4 結語

本文對廣西翡翠220kv變電站采集單元上下電時產生的異常波形進行分析，指出了問題根源并提出了改進措施。經過整改，采集單元未再出現類似問題，系統運行的可靠性得到保證。

[1]GB/T 20840.8—2007 互感器第8部分：電子式電流互感器[S]，2007.

[2]劉延冰，李紅斌，葉國雄等.電子式互感器原理、技術及應用[M].北京：北京科學出版社，2003.

[3]ANALOG DEVICES Website.電源時序控制, [DB/OL].

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1671-0711（2017）06（下）-0043-02