智能高压开关设备小电流信号测量的干扰消除方法

魏义利

摘 要：针对高压开关设备，以储能电机电流、操作线圈电流作为关键特征参量，在测量时，可通过消除干扰，确保数据的准确性，提高设备健康判断的准确性。主要分析了小电流信号测量的干扰消除方法。

关键词：智能高压开关设备；小电流；信号测量；干扰消除

中图分类号：TM564 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.06.158

针对高压断路器设备，通过电机线圈电流，可控制机构进行储能，通过控制操作线圈电流通断，可控制电流分合动作，进而控制断路器的动作。所以，针对高压开关设备，通过对储能电机电流及操作线圈电流进行测量，可反映出智能高压开关设备的健康情况。

1 霍尔电流传感器原理分析

霍尔电流传感器按电磁感应原理制成，其原边绕组串接于一次电路中，副边绕组与测量仪表和继电器的电流线圈串连，副边绕组的电流按一定的变比反应原边电路的电流，电流互感器的原副绕组之间无电的联系。与电压互感器的情况相似，电流互感器的副绕组也必须有一点接地。串接在副边绕组里的负载阻抗都很小，所以，电流互感器在正常运行时接近于短路状态。

现阶段，在高压开关设备中，通常选择闭环霍尔电流传感器测量储能电机、操作线圈的电流。根据磁补偿式原理，控制副边圈电流，补偿原边电流磁场，确保霍尔元件是一种零磁通状态。如果原副边电流出现磁场，且处于平衡状态，通过二次线圈补偿、二次线圈匝数的电流补偿，可测算电流具体数值。上述原理表明，选择霍尔电流传感器对电流信号进行测量时，外界电磁会干扰测量值，测量结果存在一定偏差。因此，针对储能电机电流、操作线圈电流，需研究一种抗干扰方法。

2 电流测量问题分析

高压断路器是发电站、变电所配电装置中的重要电气设备，它用来切断和接通负荷电路，以及切断故障电路，防止事故扩大，保证安全运行，提高电网运行的可靠性。

在电流测量中，如果存在电磁干扰和电缆信号干扰，会降低信号的完整性。干扰主要包含辐射干扰、传导干扰两种方式。传导干扰是利用导电介质，通过电网络产生信号耦合至另一电网络。辐射干扰利用干扰源将空间信号耦合至另一网络。同时，智能高压开关的储能电机、操作线圈的电流测量主要为三组传感器测量，包含三相电流，每组传感器为一个储能电流传感器、两个操作线圈传感器。采取小电流传感器可测量储能电机、分合闸线圈的电流，通过接收装置，可采集相关输出信号，绘制电流曲线，掌握运行状况。根据小电流的信号测试结果，在重合闸时，电流波形上存在干扰信号。在合闸线圈、分闸线圈传感器中，就受到干扰信号影响。因此，在重合闸动作后，干扰信号存在周期性，且只有储能电机在运作时，分闸、合闸、储能电机三者线圈未采取同一根导线。所以，在初步判定中，储能电机电流属于干扰源，且主要为辐射干扰。

3 消除干扰方法

根据实践、理论可以得出，无论何种电磁干扰，均需三个基本前提条件，分别是干扰源、干扰能量传播渠道、被干扰对象，称为电磁干扰三要素。针对干扰传播渠道，信号传导通过控制线、信号与电源向外耦合产生干扰。根据耦合性质，包含差模耦合、共模耦合，信号辐射是利用外壳开孔、缺口、槽缝等向外泄露，在空间中开放辐射。处于近场内，辐射包含磁场、电场辐射，处于远场内，主要为电磁波辐射。传统消除电磁干扰方法主要选择电磁屏蔽、干扰滤波器，而因成本、智能组件空间等因素，将滤波器方法排除。电磁干扰属于电磁信号，在大气传输时，由于大气吸收、散射电磁波，因此储能电机电流与操作线圈远离之后，会减弱电磁干扰，随着距离增大，衰减量越大。根据试验验证，将霍尔电流传感器拆除，远离操作线圈之后，可消除干扰。试验显示，合理布线之后，通过线圈传感器、储能电机传感器可消除电流测量影响。

4 实施方案

为防止储能电机影响操作线圈电流，可改变原来的布线方式，根据被测量类型布线，在改动之前，通过单组传感器进行布线。例如图1、图2和图3所示。

经过改动之后，采取储能电机、主分线圈、合闸的传感器进行布线，采取这三种主分线圈导线布线方式。同时，经过改动之后，选择合闸线圈与副分线圈布线，通过副分线圈、合闸线圈导线进行布线，最后通过储能电机、操作线圈传感器，拉开安装位置距离，即可设置新型布线方式。

5 试验验证

经过改动的布线方式要进行验证性试验，通过霍尔电流传感器测算电流波形。试验表明，改动布线方式之后，可绘制平滑电流曲线，不存在干扰现象。在测量储能电机电流时，即可查看电流的趋势状态，至于储能电机电流的影响，可视为零。实践结果表明，采取上述改动方案是可行的，可达到预期消除效果。

6 结束语

按照测量要求与测量特性，如果单纯依靠新型屏蔽器、干扰滤波器消除信号干扰，降低干扰消耗，合理设置测量布线方式，就可解决储能电机的测量干扰，进而避免操作线圈出现电流干扰问题。

参考文献

[1]李伟，许胜杰，张海贝，等.智能高压开关设备小电流信号测量的干扰消除方法[J].黑龙江科技信息，2013（21）：91.

[2]申成兵.高压开关柜局部放电在线监测系统的研究[D].镇江：江苏科技大学，2013.

〔编辑：王霞〕