國網(wǎng)河南新密市供電公司 李會利 裴啟剛 梁鋒偉 王源鑠

南京德軟信息科技發(fā)展有限公司 林 江

220kV及以下電纜CT感應取電供能系統(tǒng)的改進研究與實踐

國網(wǎng)河南新密市供電公司 李會利 裴啟剛 梁鋒偉 王源鑠

南京德軟信息科技發(fā)展有限公司 林 江

電纜取電供能系統(tǒng)（裝置）的可靠性直接影響電纜及其環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測和預警系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。本文重點分析CT感應取電線圈及整流模塊存在的問題和后果，并據(jù)此提出改進思路，通過實踐驗證其先進性。

電纜；取電供能；多CT 整流模組

1.應用現(xiàn)狀及主要問題分析

為了保障電力系統(tǒng)一次設備的正常運行，供電企業(yè)配置了眾多的監(jiān)測裝置，針對電纜及其環(huán)境的狀態(tài)監(jiān)測和預警裝置就是其中一種。近年來電纜（井/隧道）安全事故頻發(fā)，造成巨大的經(jīng)濟損失和嚴重的社會影響，供電企業(yè)更加關注電纜及其環(huán)境的狀態(tài)監(jiān)測和預警工作。電纜及其環(huán)境監(jiān)測預警裝置受其安裝環(huán)境限制，常規(guī)方法取電困難且不現(xiàn)實。為解決取電供能問題，國內很多研究人員、專家、學者開展了一系列的研究和應用，取得了較好的研究應用成果。其中有提出基于CT感應原理的取電供能方案和技術，是當前廣獲認可的一種，國內已有一些廠家基于這種思路和技術，研發(fā)了基于CT感應取電原理的取電供能系統(tǒng)（裝置），目前在各地都有一定的試用和應用。

筆者針對這類CT感應取電供能系統(tǒng)，開展了國內調研和專利、論文和報道檢索。總的來看，現(xiàn)有的CT感應取電供能系統(tǒng)已經(jīng)較為成熟，但是仍存在一個明顯的問題：單CT或主備雙CT及其配套單整流模塊或主備整流模塊設計模式存在不足，主要原因是CT感應取電供能系統(tǒng)受電纜運行電流大小及取能轉化效率影響。

暫時拋開取能轉化效率這一技術不談，本文重點研究取電環(huán)節(jié)，眾所周知，電纜的供能功率（電流、電壓）隨季節(jié)、氣候、節(jié)假日、早晚等影響，整體的變化波動較為頻繁，且幅值差距百分比較大。在電纜負載高峰階段，CT取電供能系統(tǒng)供能過剩，負載低谷階段則供能不足，這種情況必將無法提供合適電能，以保障電纜及其環(huán)境監(jiān)測裝置的穩(wěn)定運行。

為解決這一問題，目前國內常用的方式是配備儲能（蓄電池）單元，在CT取電供能系統(tǒng)供能過剩時向儲能單元充電，供能不足時由儲能單元聯(lián)合供能或蓄電池獨立供能。儲能單元配合方案雖然可以有效輔助解決供能不穩(wěn)的問題，但是額外增加初始投入成本，且控制策略更為復雜，而且需要進行電池管理。目前國際國內的電池管理BMS系統(tǒng)尚沒有特別完善的，包括世界著名廠商特斯拉。因此，儲能單元的加入，按照總體可靠性等于各子可靠性乘積來判斷，CT取電供能裝置整體的可靠性會因此而降低。另外，常規(guī)蓄電池儲能單元技術雖然成熟，但是不環(huán)保，而且體積大，新型蓄電池如磷酸鐵鋰電池、聚合物電池，體積小，但是技術不夠完善，容易發(fā)生事故，存在安全隱患，可能會造成嚴重后果。此外，不管哪種蓄電池，在沒有更可靠、更安全、更經(jīng)濟的電池出現(xiàn)之前，現(xiàn)有蓄電池都存在明顯的不足，而且蓄電池有壽命周期，需要定期更換，這在一定程度上增加了供電企業(yè)的運維成本。

另外一方面，采用CT取電線圈設計，取電線圈的可靠性是影響CT取電供能系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要因素。經(jīng)過檢索得知，現(xiàn)有CT取電供能系統(tǒng)一般都采用單CT或主備雙CT及其配套單整流模塊或雙整流模塊，無法兼顧有效取能與運行熱備用，沒有后備元件和應急手段，因此可靠性有較大的提高空間。

2.改進思路與方案

針對上文重點闡述的CT取電供能裝置所存在的關鍵問題，本文提出以下改進思路和方案：

CT取電供能裝置采用多CT取電線圈設計，各個CT參數(shù)可以獨立配置，并設定常用CT和備用CT（備用CT始終處于熱備用狀態(tài)）。其次，與多CT相配套，采取多整流模塊的組合設計，由主控單元自動分配給CT取電線圈配合運行。CT取電線圈和整流模塊采取各自獨立設計，任一單體損壞，不影響整體CT取電供能系統(tǒng)的運行。同時，CT取電線圈和整流模組投入采用負載均衡機制，保證投入的合理性，避免單一個體長期運行帶來的電損傷和機械損傷，提高CT取電供能系統(tǒng)的可靠性，有效延長使用壽命。

此外，針對CT取電線圈及整流模組的狀態(tài)，采用在線監(jiān)測及相應的保護設計。采集各個CT取電線圈和整流模塊的運行數(shù)據(jù)，判斷其運行狀態(tài)，如運行異常，自動閉鎖退出運行并告警。告警輸出采用RS232/485通訊接口設計，可外接標準透傳模式的GPRS模塊，規(guī)約支持CDT和遠動101，方便集成到第三發(fā)平臺。

3.實踐方案

220kV及以下電纜CT取電供能系統(tǒng)（裝置）由CT取電線圈、取電供能控制器和儲能單元（可選）組成。CT取電線圈兼容現(xiàn)有常規(guī)產(chǎn)品，建議配置防開路設計。取電供能控制器由數(shù)據(jù)采集單模塊、主控模塊、整流模塊、供能模塊、顯示模塊和存儲模塊（Flash）組成，提供RS232/485通訊接口，支持CDT和遠動101規(guī)約。主控單元采取64位高速處理器，程序采用Qt跨平臺編程工具開發(fā)。儲能單元（如有）由充電保護模塊（建議配置）和蓄電池組成。

系統(tǒng)的流程原理如下：首先主控單元配置CT取電線圈參數(shù)和儲能單元參數(shù)（如有），配置取供比（取電/供能，常系數(shù)，默認1.1，可自定義），供能輸出模式（橫流、恒牙、自適應，可自定義），默認保護策略無需修改；其次，數(shù)據(jù)采集單元采集外部數(shù)據(jù)，包括：CT取電線圈參數(shù)、負載和儲能單元（如有）運行數(shù)據(jù)，傳輸給主控單元；然后，主控單元接收數(shù)據(jù)采集單元上傳數(shù)據(jù)，采集整流模塊群組運行數(shù)據(jù)，評估CT取電線圈、整流模塊、儲能單（如有）元狀態(tài)，得出可控對象并建立序列，啟動預測CT取電線圈、負載、儲能單元（如有）變化趨勢，最終優(yōu)化決策控制策略（CT取電線圈和整流模組投入/退出、供能模塊輸出控制、儲能單元（如有）聯(lián)合供能策略）。流程原理圖見圖1。

圖1　

關于儲能單元，支持選配儲能單元。主控單元采集儲能單元運行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)電池管理BMS，支持參數(shù)設定（包括容量、充電平臺電壓、放電平臺電壓、蓄電池類型），保證儲能單元（蓄電池）可靠運行。

主控單元看門狗自檢設計，發(fā)現(xiàn)問題自動重啟，連續(xù)3次（可自定義）失敗則發(fā)出告警信號，系統(tǒng)退出運行，進入安全模式。

4.小結

220kV及以下電纜CT取電供能系統(tǒng)能夠兼容現(xiàn)有常規(guī)CT取電線圈，建議盡量選擇具備防開路功能的產(chǎn)品，如果不具備防開路設計，投運前需確認取電供能控制器的防開路功能處于有效狀態(tài)。多CT和整流模組設計能夠有效提高整體系統(tǒng)的的可靠性，有效保障電纜及其環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測預警裝置的可靠、穩(wěn)定供能。

關于CT取電供能系統(tǒng)要做的工作還有一些，比如復雜環(huán)境的電纜溝中，需要進一步研究其能效轉化效率、IP防護等級、通信抗干擾和信號增強以及統(tǒng)一的管控平臺。筆者下一步將繼續(xù)深入研究，歡迎廣大讀者、專家和學者不吝賜教。

李會利（1976- ），男，工程師，主要從事變電檢修與管理工作。

裴啟剛（1975- ），男，工程師，主要從事電氣工程技術研究與應用工作。

梁鋒偉（1978- ），男，工程師，電力系統(tǒng)自動化專業(yè)。

王源鑠（1988- ），男，助理工程師，電氣工程及其自動化專業(yè)。

林江（1980- ），男，高級工程師，主要從事電力運行與管理研究工作。