广东电网有限责任公司东莞供电局
摘要：目前市场上用于中压断路器柜二次控制回路的电源装置很多、很杂，例如市面上的电源装置有UPS（Uninterruptable Power System/Uninterruptable Power Supply，不间断电源）、直流电源箱或直流电源控制屏等。这些电源装置基本上都是以蓄电池供电，存在以下缺陷：蓄电池使用不循环，易坏或更换频繁；取进线PT（potential transformer，电压互感器）电压或低压配电电压需采用直流电源箱，二次控制电缆联结繁多，施工维修困难；不能在高压无电情况下操作（试验）断路器分合闸。
利用法拉电容替代蓄电池而研发一种免维护电源装置，也可称为中压断路器柜二次控制法拉电源装置，其优点：减少直流电源箱和二次控制电缆；维修维护方便，直接安装在断路器柜二次线室内；在高压无电情况下可外接AC220V电源进行断路器分合闸；外接电源时，可防止了反送高压危险，在故障或紧急情况下，无论系统电压是否正常都可以进行手动分闸。
正常工作时，高压有电待断路器储能好后（直流电源箱也一样）可进行断路器分合闸，当有接地、过载保护或高压故障瞬时失压时，可通过法拉电容蓄存电量延时放电快速分闸，满足有故障或停电检修可手动分闸，对检修、检测或试验可接入临时电源供电，保障控制回路正常工作。
关键词：中压断路器；二次；法拉；控制电源
1绪论
1.1现在中压断路器开关的控制电源工作现状
现时中压断路器柜控制电源普遍采用交流220V UPS、高压PT输出电源或所供配变低压侧电源；小系统的直流控制220V、110V用直流电源箱；中、高系统的直流控制220V、110V用直流电源控制屏。
2 开关柜智能操控装置
2.1 开关柜智能操控装置产品功能特点
（1）功能强大智能化：用于3－35kV户内开关柜，智能化程度高，不仅可以显示开关分合状态，还可判断手车 位置是处于实验位置与工作位置之间还是处于柜体之外，并做出指示。具备分合闸回路电压监测、过热告警、智能语音防误提示和温湿度测量及显示等多功能一体。.
（2）抗干扰能力强，采用了先进的软硬件抗干扰技术。
（3）采用大屏幕图形点阵LCD液晶显示，方便用户数据浏览、观测和参数设置。
（4）高可靠性，采用工业级32位CPU作为装置系统的核心，极大提高了系统的稳定性。
（5）外观设计独特、做工精致美观、美化了开关柜面板。
（6）量身定做，根据用户不同的设计要求，量身定做不同的功能组合。
2.2 技术参数
（1）电 源：AC220V、DC220V
（2）工作环境：－10℃~+70℃
（3）控制范围：温度0℃~+99℃，湿度0%RH~99%RH
（4）测量控制：温度±1℃，湿度±3%RH.
（5）通 讯：RS485接口，MODBUS规约，波特率出厂可设定，默认为1200，否则用户订货时要说明。
（6）功 耗：10W，电压回路功耗：≤15VA
（7）抗电强度：≥AC2000V
（8）绝缘性能：≥100MΩ
（9）抗 干 扰：符合GB/T17626.8-1998标准.
2.3 安装方式
（1）仪器的安装方式：嵌入式
（2）仪器的外形尺寸图及开孔尺寸图（单位：mm）
开孔尺寸：220长*165宽 外型尺寸：238长*179宽*75高
（3）传感器的安装方式：复合式
a、采用35mm导轨式安装或螺丝固定.
b、采用固定式安装（孔距37mm，孔径4mm）
c、温湿度传感器与仪器的连线采用USB接口插件方式连接
（注：图中编号是为了说明版面的指示功能，实际仪器上无编号）
01 断路器合闸指示
02 断路器分闸指示
03①、03②工作位置指示
04①、04②试验位置指示
05 接地开关合指示
06 接地开关分指示
07 储能指示
08 带电指示（A B C）三相
09 闭锁指示
10 加热除湿指示（双温双湿）
11 液晶显示屏、功能按键
12 人体感应探头
13 远方/就地操作开关
14 语音提示
15 储能转换开关
16 分闸/合闸开关
3 中压断路器柜二次控制法拉电源装置
3.1中压断路器柜二次控制法拉电源装置的设计理念
二次控制法拉电源装置各部分模块可集装中一个小型壳体内，如中压断路柜二次控制室内部空间允许的情况下可把所有模块嵌装在内部。装置各个模块的逻辑关系见（图一）。电源装置主要由双回路输入控制模块；前置电源模块应用5M0165R芯片见（图二）；充电模块由CK-150-15晶闸管控制充电，控制模块由型号ST单片贴片8S003F3Pb、7S33和贴片1A等电子元器件综合见（图三）；法拉电容为2.7V500F用6 个串联加恒压板焊接而成；逆变模块由半导体开关管、CD4027、4071、4072芯片等电子元件组成纯正弦波交流110V或220V电压见（图四）；后置电源输出模块由型号S-350-DC110V或S-350-DC220V模块电连接构成；在壳体上设有与模块电路相连指示灯状态回路，用于指示装置工作状态的2个发光管；装设输入、输出保险及外接端子：L11、N11、L21、N21、L、N或L11、N11、L21、N21、+kM、-kM。
图四 逆变模块CD4027、4071、4072芯片应用原理图
3.2 中压断路器柜二次控制法拉电源装置的工作原理
电源装置的工作原理是采用高压PT柜供出的10KV/0.1KV或 10kV/0.22kV作为工作电源，设有备用电源切换装置，增加备用电源输入，。前置电源模块将AC110V或AC220V转换成DC12-15V，给法拉电容充电，电量控制模块监测电容充电情另外可防止临时用电或实验用电反送电对装置形成不同相位短路冲击况，控制当在法拉电容电压达到13.8V时才开启纯正弦波逆变模块，确保电容的存储电量充足，保证在系统失压时，电容能为持一定的放电时间，电量控制模块同时设定电容下限电压10.5V时关闭纯正弦波逆变模块，当系统失压时，电容电压从13.8V下降到10.5V，这形一个放电时间段过程，这时间段可确保纯正弦波逆变模块正常输出交流220V供给末端输出电源模块，根据不同中压断路柜的工作电压需要而配接相应电压等级的后置电源模块AC220/DC220、AC220/ AC 110或AC220/DC110V，稳定输出所需类型电压。电源模块延时供电时间长短是根据负荷的大小设置相应容量的法拉电容容量决定。
3.3中压断路器柜二次控制法拉电源装置的优势
中压断路器柜二次控制法拉电源装置，其优点：减少直流电源箱和二次控制电缆；维修维护方便，直接安装在断路器柜二次线室内；在高压无电情况下可外接AC220V电源进行断路器分合闸；外接电源时，可防止了反送高压危险，在故障或紧急情况下，无论系统电压是否正常都可以进行手动分闸。
正常工作时，高压有电待断路器储能好后（直流电源箱也一样）可进行断路器分合闸，当有接地、过载保护或高压故障瞬时失压时，可通过法拉电容蓄存电量延时放电快速分闸，满足有故障或停电检修可手动分闸，对检修、检测或试验可接入临时电源供电，保障控制回路正常工作。
3.4 中压断路器柜二次控制法拉电源装置实现的功能
法拉电源装置比UPS、直流电源箱或直流控制屏更容易维护，实现设备免维护，模块化组装，方便增容和维修。运行成本低，以法拉电容替换蓄电池，减少设备更换周期，不间断电源，减少电源故障带来的断路器分合闸困难，同时对中压保护控制装置有更高的电源稳定性，对过流、速断造成的线路失压，确保中压保护控制装置可靠对故障进行分闸保护，减少事故扩大，保证电网正常运行。
4 结 论
综合上述，中压断路器柜二次控制法拉电源装置，从成本上、技术上及应用上都比现有UPS、控制箱和控制屏的性能优热，体积小，能在设备内部二次室安装，各种保护功能齐全，免维护，运行寿命长，安全可靠。是未来中压断路柜控制电源变应用的主要方向。
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[4]周志敏，开关电源的应用及分类，电子质量，2001年3月.
[5]沙古友，新型单片开关电源实用技术，北京：电子工业出版社，2001年.
作者简介：
钟健强（1976--），男，广东东莞人，广东电网有限责任公司东莞供电局，研究方向：电气工程及其自动化.
欧瑞龙（1989--），男，重庆人，广东电网有限责任公司东莞供电局，研究方向：电气工程及其自动化.
萧伟云（1975--），男，广东东莞人，广东电网有限责任公司东莞供电局，研究方向：电气工程及其自动化.
陈嘉雯（1991--），女，广东东莞人，广东电网有限责任公司东莞供电局，研究方向：电气工程及其自动化.
项目名称与编号为：中压断路器开关柜嵌入式免维护电源装置研发 GDZC-031920160239
论文作者:钟健强,欧瑞龙,萧伟云,陈嘉雯
论文发表刊物:《电力技术》2016年第9期
论文发表时间:2017/1/6
标签：法拉论文; 断路器论文; 电源论文; 装置论文; 中压论文; 电容论文; 模块论文; 《电力技术》2016年第9期论文;