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摘要：电流互感器作为真空断路器最为重要的测量和保护器件，可以获取工作电源及分闸操作电源。本文阐述了电流互感器TA二次侧不同接线方式对取电能力的影响，通过理论分析和实验验证了电流互感器TA二次侧通过两相反向并联取电效果最佳，为实现真空断路器控制设备的可靠分闸提供了参考。
关键词：电流互感器；TA取电；真空断路器；保护
ABSTEATA：In vacuum circuit breaker，the current transformer as the most impprtant measure and control component，and obtaining working power supply and trip operating power supply.This paper expounds the influence of different wiring modes of the secondary of TA to draw-out power.Through theoretical analysis and experiment，the secondary of TA reverse-parallel wiring effect of draw-out power is best，its correctness is verified by experiments.And what have done makes a reference for the trip of reliable control for vacuum circuit breaker.
KEY WORDS：current transformer；TA draw-out power；vacuum circuit breaker；protection
0引言
目前10KV馈线自动化系统中，真空断路器内的电流互感器TA广泛应用于各种测量、继电保护等，控制断路器的微机保护装置，基本上都是采用电压互感器TV供电，但是户外电压互感器价格昂贵、需要户外安装架线、安全性差，而利用断路器里的电流互感器取电、采样，对于低功耗的控制器来说是一个简便的好办法。然而对于电流互感器二次取电方案一直面临着取电能力低、带负载能力弱、安全性的问题，如何有效的从TA二次取电是业界一直面临的问题。
在配电自动化领域，断路器等的分闸能量主要通过配电终端内的分闸电容和分闸电流共同作用，对于分闸电流大于断路器内分闸电磁铁额定电流的，可以由分闸电流单独分闸。珠海某公司生产的ZW20型户外高压交流真空断路器（简称断路器）内的分闸电磁铁就是一个额定5A、2Ω的电磁机构。断路器本体内分别配置有三个特制的10VA、双绕组的电流互感器（以下简称TA）和一个脱扣分闸电磁铁、重合器等。三个TA分别为A、B、C三相的TA，变比为600：5、400：5、200：5可调，此TA通过引线供外面配电终端控制器进行取电、采样、分闸等。当断路器需要脱扣分闸时只需控制分闸电磁铁动作即可。
由于TA功率只有10VA，如何通过更有效的方式从TA取电关系到控制器的可靠运行和可靠分闸的问题。而电流互感器的二次接线方式有很多种，本文将通过分析不同的接线方式，选择一种控制器取电和继电保护最适合的方式。
1实验模型建立
以珠海某配网公司生产的ZW20型户外高压交流真空断路器为例，断路器采用的分闸电磁铁型号为TA17，天水西开电器有限公司生产，额定电流DC5A、2Ω，模型需要从TA二次侧取电、采样等，经过电流整流、控制输出供分闸电磁铁动作分闸，因为TA二次不可以长时间开路，为避免二次长时间开路，在继电器的常开触点5脚和6脚短接，由于5脚后面要经过负载才形成闭合回路，在继电器常态下，电流只从常闭触点6脚和7脚流过。本实验使用某公司最新生产的FDK无源控制器，控制器和ZW20型户外高压交流真空断路器配套，可以直接从TA二次取电、采样、整流、控制输出分闸电能。
控制器最大功耗≤1VA，小于电流互感器的标称功耗，避免电流互感器饱和或两个互感器输出不平衡而烧坏[1][3]。模型原理图如图1-1：
图1-1：整流分闸控制原理图
为了节省成本及装配效率，控制器取电方案采用A、C两相进行合成取电[2]。L、N为从A、C两相的TA二次绕组合成的输出线连接，继电器通过CPU控制闭合，输出电能量给整流器，分闸电磁铁得到整流后的电能量动作，带动断路器分闸机构动作分闸。通过测试分闸电流I和分闸电压U的大小，通过比较判断A、C两相的TA二次合成的输出能量大小。
2 TA二次侧取电脱扣分闸的电源几种连接组合理论计算及实验
断路器负载端采用三相星型接法，三相平衡时，三相合成电流为0。经过理论分析和实验总结，为了节省成本及装配效率，只采用A、C两相TA取电。由于A相和C相电流相位不同，而TA二次侧取电的应用实际上是把TA作为电流源，根据“不同电流的电流源不能串联”，所以二次绕组取电只考虑TA二次并联，比较典型的接法共有2种，分别是：
1、两相TA并联接法，即TA绕组同名端两两对接，如图2；
2、两相TA反向并联接法，即TA绕组同名端反接，如图3；
（一）两相TA并联接法
图2-2：AC两相反相并联原理图和向量图
从原理图和向量图可以计算出：
①ABC三相都有的情况下：
In=Ia∠30+Ic∠-30=1.732Ia；
②B相断路的情况下，相当于A、C两相串联，根据三相电流平衡相位角相差120度的特性，A、C相串联相当于单相B，由于互感器同名端相反，根据此感应定律，通过TAC的电流和通过TAA的电流刚好相同，合成电流为2Ia。
3对二次取电脱扣分闸的电源几种实验验证
实验条件：三相TA采用变比为600：5，一次侧电流加960A，则二次侧为8A。
图3-2：A、C相2个TA反向并联A、C相加量取电，B相断开的波形。从图中可以看出，合成输出电流最大为6.08A。
图3-4：A、C相2个TA并联A、C三相同时加量，B相断开的取电、分闸波形。
实验方法：实验通过给断路器脱扣机构供电脱扣分闸，在相同的负载下利用示波器测试分闸电磁铁两端脱扣电流和脱扣电压，通过比较各个项目脱扣电流值的大小，验证推理结果。
4总结及成果
通过理论分析和实验证明：
①TA二次侧A、C两相反向并联的取电方式，输出能力最强，合成电流值最大。即使发生B相断路情况下，输出功率依然大于单相供电能量。
②TA二次侧A、C两相并联的取电方式，虽然在三相电流平衡情况下能量也很大，但一旦发生B相断路情况下，合成电流几乎为0.
通过实验波形可以发现，在三相星型接线的电流继电保护领域，三相平衡加量的电力系统里，A、C相2个TA反向并联输出能力为单向输出的1.732倍，即使有一相故障电流互感器TA也能正常输出电能，可以为断路器的的控制器提供稳定的电源。由于电流互感器TA取电的增强，控制器在小电流下仍能正常工作和提供足够的分闸能量，为馈线自动化系统更加安全的运行提供了保障。
③电流互感器为了安全起见，电流互感器二次开路是不允许的，在利用电流互感器二次侧取电时应避免二次开路，采取的办法可以在继电器动作触点间并联二极管或电阻等。
珠海某配网公司生产的馈线保护控制器FDK就是利用ZW20断路器设备的电流互感器TA二次侧反向并联取电，不但节省了利用PT取电的成本，而且控制器取电稳定、分闸动作可靠，最小启动电流大大降低，本成套设备最小启动电流可以达到一次侧6A，已经经过型式试验验证。
参考文献：
[1]袁季修，盛和乐等（Yuan Jixiu，Sheng Hele，etc.）.保护用电力互感器应用指南（Application Manual of ProteTAion EleTAric Transformer）.北京：中国电力出版社（Beijing：China EleTAric Power Press）.2004.
[2]刘志强，郭上华（Liu Zhiqiang，Guo Shanghua）.基于电流互感器TA取电的馈线保护控制器（Feeder ProteTAion Controller Based on Current Transformer TA）[J].特区电力（S.E.Z.EleTAric Power），2008.6：53-57
[3]刘亚东，王又佳等（liu Yadong，Wang Youjia，etc.）.基于功率控制法的电流互感器取电电源设计（Current Treansformer Draw-out Power Supply Design Based on Power-controlled Method）[J].电力系统自动化（Automation of EleTAric Power Systems），2010，34（3）：70-74
论文作者:贾其领,彭钦
论文发表刊物:《电力设备》2016年第22期
论文发表时间:2017/1/20
标签：电流论文; 断路器论文; 电流互感器论文; 控制器论文; 电磁铁论文; 两相论文; 绕组论文; 《电力设备》2016年第22期论文;