CT取电电源技术简介.doc

感应取电
1 电流感应电源概述
1.1 电流感应电源定义
Ø 电源的隔离变换主要依靠电磁感应原理进行，既可以进行电压变换，也可以进行电流变换；目前各类电源变换以电压变换为主，从高压发电、输电到电器内部的低电压变换，其基本结构都源自于电压变换模式。
Ø 电流感应电源和人们常见的电源不同，其理论基础源于电磁感应原理的电流变换，其能量变换的前提是一次侧（往往是输电导线）具有足够的交流电流传输，而且无论导线电流怎样波动，电源输出都必须保持稳定。

Ø 在电力系统，CT即Current Transformer的简称，即电流互感器，用于测量交流电流的大小，人们有时也利用其二次输出电流进行变换，达到电流感应电源的目的，所以在很多场合，电流感应电源被称为CT取电。

1.2 电流感应电源组成
Ø 电流感应电源至少需要由两部分组成：取能互感器和感应电源模块。
Ø 在高压、超高压及特高压输电领域，导线可能流经巨大的短时故障电流，这时电流感应电源需加装专门配套的限流器。

Ø 取能互感器的作用是通过电流的隔离变换实现部分电能从导线到感应电源模块的转移。其设计需要综合考虑唤醒电流、最小工作电流、输出功率、安装结构尺寸、短时耐受电流等多种因素，不同的应用往往需要专门的设计。
Ø 感应电源模块的作用是将来自取能互感器的电流进行控制，使之转换成目标应用所需的可控稳定输出。它是电流感应电源的核心，其控制原理、制造工艺、器件选型直接关系到产品的可用性。取电功率低、稳定性差、易于损坏都是非专业感应电源模块常见的现象。
Ø 限流器的作用是在导线承受短时大故障电流时，控制感应电源模块的输入电流在安全许可的范围内，特别是在超高压及特高压电网应用时，短路故障电流可能达40kA以上并持续数秒，如不安装专用配套限流器，常规电流感应电源很容易被损坏。
1.3 电流感应电源的应用
Ø 电流感应电源主要用于缺乏常规供电措施的高压输配电领域，在输配电网中，电压高至10kV-1150kV，工作电流达数十安至数千安，虽有巨大的电能传输，许多智能化电子设备却因缺电而无法安装，或不得不配置昂贵笨重的太阳能或风能发电设备，犹如长江边上无水可饮。
Ø 随着智能电网的开展，在高压一次设备上（如架空输电线、电缆、环网柜等）加装智能电子设备的需求增强，电流感应电源的应用日趋广泛， 包括但不限于：配电自动化、智能环网柜、架空输电线及电缆监控、高压带电维护工具及其它各种拓展应用（如野外通信基站、高压输电线指示灯等）

2 AP电流感应电源技术
2.1 关键技术
Ø 系统科学的整体设计
AP电流感应电源蕴涵全面的多项专利技术，各部件经过充分的系统优化设计，保证取能互感器、感应电源模块、限流器运行在安全、经济、可靠的最佳工况，从容应对电力系统严酷的户外环境、恶劣的电磁干扰和强大的电流冲击。
Ø 专有的电势湖技术
电网传输的是高达MW级别的强大电能流，堪比汹涌的滔滔江水，缺乏科学的手段贸然取水，很可能反被水所呛。电势湖技术在AP电流感应电源中的应用，将所取电能变得安然温顺，为你所用。

   Ø 大电流保护技术
由于拉合闸操作和短路故障等多种原因，电网会产生浪涌大电流，电流感应电源常因此被损坏，AP电流感应电源内设多重大电流保护技术，在大电流来临的前沿启动保护机制，有效抗击各种电流冲击。
Ø 限流器技术
按照规程，电流感应电源应能抵御一次设备短时耐受电流的冲击，其值可为20kA、31.5kA、40kA、50kA不等，持续时间为1s-4s；独特设计的AP限流器，可很好的保证AP电流感应电源抵御最严苛的50kA、4s短时耐受电流冲击。
Ø 防失压技术
在导线电流大幅波动时，电流感应电源可能跌入一种失压状态，表现为虽有较大导线电流，却不能承载相应负荷。有些产品投运初期较小电流即可满足运行需求，但一段时期后即使在更大电流的状况下，却不能满足负载容量要求，就是因为陷入了失压状态。我们已经发现并成功解决这一难题，使AP电流感应电源可以更好的持续高效工作。
Ø 智能储能电容管理
储能电容（如超能电容）是提升电源应用可靠性的很好选择，AP电流感应电源采用PWM控制技术进行无损式的储能电容充放电管理，仅在导线电流大于负荷容量需求时进行充电，保证了供电的持续可靠性，既延长了储能电容寿命，又提升了电源效率，并可实现储能电容的无冲击在线更换。
Ø 差量式电容能量补偿
导线电流不足时，模块电源采用间歇式脉冲输出或降压输出的方式降低电能供应，储能电容填补间歇式输出的空缺电能部分或降压输出的不足能量部分，即脉冲式补偿或差能式补偿，这两种方式能充分利用导线电流的感应能量，大幅提升储能电容的后备存续时间。

Ø 状态监视技术
电源是应用系统的心脏，电源自身的工况监视是实现设备智能化的必要措施，AP电流感应电源不仅提供多种工况（如过负载或导线电流不足、电势湖过电压等）的信号灯指示，还通过无源或有源的方式输出远程遥信节点，便于将电源工况纳入系统运行工况的监视范围。
2.2 性能特点
Ø 高效的取能互感器
免Ω垫圈设计，感应磁路大大优化
最佳工作点选择，开路电压低
高效的取电效率，取电功率准确推算
体积小、重量轻
广泛适应直径为ø10mm～ø38mm范围的架空线或电缆
Ø 可靠的工业标准设计
基于严谨理论的系统设计，安全性高
IP66工业标准，树脂灌封，不怕日晒、雨淋和部分水浸
-40℃～55℃满载、55℃～70℃下减载持续运行
允许1.5倍导线额定电流持续工作
Ø 抗超强短时耐受电流冲击
最高可达50kA、持续4s的短时耐受电流冲击
满足从10kV配网电缆、架空线路直到特高压电网的要求
Ø 导线电流利用率即功流比高
唤醒电流约10A（和断面吻合度有关）
取电功率可根据功流比测算
取电功率＝功流比×（导线电流-唤醒电流）×效率η
根据客户提供的功流比要求定制
Ø 专业电源设计水准
输出电压精度高，调整率<1%
纹波系数<5‰
设置过热保护、过载保护
最大输出功率70W，更高功率可定制
Ø 智能化的状态监视
具备状态信号显示，直观反应运行工况
具备状态远传接点，可远程电源状态，也可与其它电源实现互为备用
提前发送导线电流不足（或过载）信号，便于减负荷或其它安全措施
Ø 专业的储能电容管理
储能电容的近似无损充放电，效率高
PWM限流技术，可在线无冲击更换储能电容，安全方便
可取电功率大于负载功率时才开启储能电容充电
导线失电流时，自身控制关闭，储能电容能量100％高效供应给负载

Ø 状态监视技术
电源是应用系统的心脏，电源自身的工况监视是实现设备智能化的必要措施，AP电流感应电源不仅提供多种工况（如过负载或导线电流不足、电势湖过电压等）的信号灯指示，还通过无源或有源的方式输出远程遥信节点，便于将电源工况纳入系统运行工况的监视范围。
3 AP电流感应电源产品
3.1 智能开关柜配套大功率电源
适用于智能环网柜内需综合应用的大功率电源，典型型号包括AP48C-38 AP48CD-38等，以AP48C-38为例，其原理图如下：

  性能参数表  
项目
参数
项目
参数
互感器绝缘
3kV
主输出电压
48V±5％
唤醒电流
10A
最大输出功率
75W
功流比
0.22
输出纹波
≤±1%
50%负载一次电流
170A

最小满载一次电流
350A
储能电容耐压
54V
最大持续负荷电流
1000A
储能电容容量
任意
最大导线外径
38mm
输出短路保护
1.6A
短时耐受电流
31.5KA 1s(可扩)
告警输出
非隔离
环境温度
-40至+70ºC
散热结构
自然/辅助
储存温度
-40至+105ºC

互感器尺寸
(外径×内经×高)
Φ110×Φ38×80mm
电源模块尺寸
73×127×48mm
互感器重量
2.5kg
电源模块重量
0.6kg
注：由于开启式互感器表面吻合度差异和安装条件不同，唤醒电流和取电功率可能出现一定的差异。

面板说明

指示灯告警：
过压（红色）：电势湖电压可能失控。
过载（黄色）：感应电源模块的输出功率已趋近取能互感器在当前导线电流下的功率极限。
正常（绿色）：感应电源模块输出电压正常。
储能电容初始电压较低时因充电可能出现过载（黄色）指示灯闪烁，为正常现象，充电结束后，黄色指示灯将正常熄灭。
端子排：
OV：电势湖过压告警信号，集电极开路（OC）输出
Vcc：控制信号电源（+12V，不大于200mA输出）
Gnd：公共地
Vo+：+48V电压输出，输出电流不大于1.5A
C+： 储能电容正极，电容耐压要求不小于54V
C－：储能电容负极

实测功流曲线（参考）

AP48CD-38为双互感器输入感应电源模块，双互感器（每个互感器的电流不小于10A）取电时可将导线电流折算成对应的单互感器等效电流，然后按上图查找对应取电功率，等效单流的计算式为
等效电流（A）＝主互感器电流（A）＋辅助互感器电流（A）－10

3.2 环网柜及输配电监测电源

适用于各种架空线、电缆和环网柜智能应用，典型型号包括AP0510-38、 AP1224-38等，以AP0510为例，其原理图如下：
 性能参数表 
项目
参数
项目
参数
互感器绝缘
3kV
主输出电压
(5V/12V)±3％
唤醒电流
10A
最大输出功率
10W
功流比
0.22
输出纹波
≤5‰
50%负载一次电流
40A

最小满载一次电流
75A
储能电容耐压
54V
最大持续负荷电流
1000A
储能电容容量
不限
最大导线外径
38mm
输出短路保护值
4A
短时耐受电流
31.5kA 1s（可扩）
告警输出
隔离
环境温度
-40至+70ºC
散热结构
自然/辅助
储存温度
-40至+105ºC

互感器尺寸
（外径×内经×高）
Φ110×Φ38×80mm
电源模块尺寸
73×127×48mm
互感器重量
约2.5kg
电源模块重量
约0.6kg
注：由于开启式互感器表面吻合度差异和安装条件不同，唤醒电流和取电功率可能出现一定的差异。

面板说明
 指示灯告警：
过压（红色）：电势湖电压可能失控。
过载（黄色）：感应电源模块的输出功率已趋近取能互感器在当前导线电流下的功率极限。
正常（绿色）：感应电源模块输出电压正常。
端子排：
Com：隔离输出告警信号公共端
OV：电势湖过压告警信号，光耦隔离输出
OL：过载（或导线电流不足）信号，光耦隔离输出
C+：接外部储能电容正极，外部储能电容耐压需>55V，容量不限
Vo+：+5V电压输出，输出电流不大于2A
Vo－：主输出电压负端、外部储能电容负极

实测功流曲线

3.3 故障指示器配套专用电源
专为配网故障指示器设计，典型型号为AP24FI-38，其原理图如下：

 性能参数表 
项目
参数
项目
参数
互感器绝缘
3kV
主输出电压
24V±1％
唤醒电流
10A
满载输出功率
20W
功流比
0.22
输出纹波
≤5‰
2W负载一次电流
18A
5W负载一次电流
35A
最小满载一次电流
105A
储能电容耐压
27V
最大持续负荷电流
1000A
储能电容容量
不限
最大导线外径
38mm
输出短路保护
3A
短时耐受电流
31.5kA 1s（可扩）
告警输出
隔离
环境温度
-40至+70ºC
散热结构
自然/辅助
储存温度
-40至+105ºC

互感器尺寸
（外径×内经×高）
Φ110×Φ38×80mm
电源模块尺寸
73×127×48mm
互感器重量
约2.5kg
电源模块重量
约0.6kg

注：由于开启式互感器表面吻合度差异和安装条件不同，唤醒电流和取电功率可能出现一定的差异。

面板说明
 指示灯告警：
过压（红色）：电势湖电压可能失控。
过载（黄色）：感应电源模块的输出功率已趋近取能互感器在当前导线电流下的功率极限。
正常（绿色）：感应电源模块输出电压正常。
储能电容初始电压较低时因充电可能出现过载（黄色）指示灯闪烁，为正常现象，充电结束后，黄色指示灯将正常熄灭。
端子排：
OL1：过载（导线电流不足）告警输出端1
OL2：过载（导线电流不足）告警输出端2
Gnd：电源地
Vo+：+24V电压输出，输出电流不大于1A
C+： 储能电容正极，电容耐压要求不小于27V
C-：储能电容负极
COM1、COM2：主取能互感器输入端子
S1、S2：辅取能互感器输入端子

实测功流曲线

4 电流感应电源常见问题解答
4.1  电流感应电源与常规电源有何不同？
电源的隔离变换主要依靠电磁感应原理进行，既可以进行电压变换，也可以进行电流变换；目前各类电源变换以电压变换为主，电流感应电源和人们常见的电源不同，其理论基础源于电磁感应原理的电流变换，其能量变换的前提是一次侧（往往是输电导线）具有足够的交流电流传输，而且无论导线电流怎样波动，电源输出都必须保持稳定。
所以电流感应电源绝不可以采用常规CT，加装简单整流、稳压电路的方式进行取电。
4.2 电流感应电源为什么要满足短时耐受电流冲击要求？
电力系统由于涌流、短路故障等多种原因，会在导线上流过数倍于正常工作电流的瞬时大电流冲击，根据电网耐压等级不同，要求设备承受幅值达到20kA、31.5kA、40kA、50kA不等，持续时间1s、2s、4s不等的短时大电流冲击而不损坏，而电流感应电源往往为了追求取电效率，要求设备在十多安培时即开始正常工作，因此其承受的电流变动范围达到数千倍，如不进行专门的设计，很容易被大电流冲击而损坏，这也是普通CT取电装置难以大规模推广的主因之一。
AP电流感应电源采用独特的限流技术，可抗击50kA、4s最严苛的短时耐受电流冲击，可应用于高压、超高压以及特高压等输变电骨干主网。
4.3  电流感应电源的取电效率是否和互感器体积相关？
和互感器体积相关，更和感应电源模块的控制原理有关。由于感应电源模块控制着取电系统的运行工况，只有系统科学的设计才可以把取能互感器的电能转换效率得以充分发挥。AP电流感应电源从取能互感器到感应电源模块有着系统分析和周密设计，尽管AP取能互感器明显体积小、重量轻，但却仍可以达到优良的取电效率。
4.4  电流感应电源可否在10A以下的导线电流情况下工作？
理论上可以。但由于开启式互感器气隙的存在，普通切割工艺和安装水平往往需要10A左右的唤醒电流，如需大幅度降低唤醒电流，对切割工艺和安装水平要求大幅度提升，性价比将显著下降。对于需要在10A以下即可工作的小功率电流感应电源，建议采用非开启的穿芯式取能互感器。
4.5  电流感应电源产品的应用价值？
输配电网是传送大容量电能的通道，但常苦于无用电环境，无法在这个通道旁加装智能化用电设备，犹如生活在长江的边上，却无水源可饮。冒然从这个大容量通道上采取简单方式取电，一不留神就可被灼伤，因为它像长江水一样并不温顺。AP电流感应电源采用电势湖技术，保障了从这个大容量通道中安全可靠的获取电能，使得各种关于电网的智能化建设得以尽情发挥。
4.6  为什么有时导线电流明显大于最小满载电流却无法满载工作？
许多CT取电装置在投运初期很小电流即可正常带载运行，但一段时间后在较高的导线电流时却无法正常供电，其原因是在导线电流或负载大幅波动后，取电模块进入了某种“失压”工况，虽有电流，却无能量。AP电流感应电源采用防失压技术设计，成功解决了这一难题，使其工作更稳定、可靠。
4.7  导线电流不足以带载时电流感应电源怎么工作？
AP电流感应电源有两种工作模式：
一种间歇性的输出负载功率，即输出T1时间的负载功率，在T2时间停止输出，T1＋T2这个周期内即为该导线电流实际的输出功率极限，如感应电源模块配有储能电容或电池，在T2周期内的电能由储能电容或电池提供；
另一种为降压甩负载的模式，即电流感应电源主动降低输出电压，使得输出功率不大于此时导线电流取能的极限功率值，如感应电源模块配有储能电容或电池，由于储能电容或电池的电能补充，电压下降速度将明显较慢。
4.8  AP电流感应电源的储能电容管理有什么优势？
导线电流不足时，停止充电；
采用PWM转换技术充电，充电过程几乎无电能损耗；
限流充电，即使电容电压为零，也可实现电容的在线更换，不会产生火花与电弧，更不影响负载的正常运行；
储能电容供电时，因采用无假负载设计并停止一切电源控制模块的工作，保证储能电容储存的每一点宝贵电能用于负载。
4.9  AP电流感应电源提供哪些监视接点？
根据型号不同，AP电流感应电源提供过载（导线电流不足）、电势湖过载等监视接点，具体参照技术说明书。
4.10  双取能互感器应用时有什么限制？
AP电流感应电源采用独立的双通道设计，所以主、辅取能互感器可接至任一输电导线的任一相序上。

（范文素材和资料部分来自网络，供参考。可复制、编制，期待你的好评与关注）

15 / 15