Разработка и исследование блока питания измерительных датчиков от первичного тока
Д.М. Идрисов, В.Д. Лебедев
Вестник ИГЭУ, 2026 г. выпуск 4, сс. 25—34
Скачать PDF
Состояние вопроса. Создание цифровых измерительных трансформаторов тока и напряжения связано с организацией системы питания электронных блоков, входящих в состав цифровых измерительных трансформаторов тока и напряжения. При реализации цифровых измерительных трансформаторов тока и напряжения классов напряжения 35 кВ и выше требуется обеспечение питания электронных компонентов на первичной стороне, т.е. на стороне высокого потенциала. Организация питания электронных модулей строится по резервированной схеме. Существуют различные подходы к решению этой задачи в виде организации питания за счет преобразования электрической энергии от цепей собственных нужд энергообъекта, например, передача энергии с помощью силы света по оптическому волокну. Также перспективным остается отбор энергии от подключенной к цифровому трансформатору линии электропередачи, который осуществляется путем преобразования как напряжения, так и тока линии. Наиболее перспективным является комплексное решение, при котором осуществляется одновременный отбор энергии от напряжения и тока, тем самым реализуется резервированная система питания. Сложность организации питания от первичного тока заключается в том, что ток постоянно меняется и зависит от режима работы линии, в отличие от напряжения, которое является практически постоянным. Подбор параметров трансформатора тока и системы защиты от перегрузки в различных режимах, включая аварийные с токами короткого замыкания, является сложной, но актуальной задачей.
Материалы и методы. В качестве методов проведения исследований выбран комбинированный подход на основе физического моделирования питающего трансформатора, работающего на нагрузку с выпрямителем и накопителями энергии в виде конденсаторов, и имитационного моделирования в программном комплексе Matlab и приложении Simulink, а также в программе Multisim. Данный подход позволяет достоверно верифицировать модели, составленные в программных комплексах, с физическими моделями.
Результаты. Рассматривается организация питания от первичного тока, проходящего через цифровые измерительные трансформаторы тока и напряжения. Разработаны математические модели питающих трансформаторов тока с нелинейной нагрузкой. Сформулирован подход к организации питания электронных блоков в широком диапазоне первичных токов. Предложена схемная реализация ограничения подачи энергии при токах короткого замыкания.
Выводы. Предложенный подход к моделированию трансформаторов тока, питающих электронную нагрузку, с помощью математических моделей с перебором параметров позволяет получить необходимые характеристики питающих трансформаторов тока в широком диапазоне исходных параметров. Предложенные методы компенсации больших токов позволяют исключить превышение напряжения при токах короткого замыкания.
1. Идрисов Д.М., Лебедев В.Д. Разработка и исследование токового блока питания с тиристорной защитой для ЦТТН // XVII Всерос. (IX Междунар.) науч.-техн. конф. студ., асп., молодых ученых «Энергия-2022»: материалы конф.: в 6 т. Т. 3. – Иваново, 2022. – С. 74.
2. Идрисов Д.М., Лебедев В.Д. Исследование динамических процессов перемагничивания насыщаемого трансформатора блока питания от первичного тока линии // XVI Всерос. (VIII Междунар.) науч.-техн. конф. студ., асп., молодых ученых «Энергия-2021»: материалы конф.: в 7 т. Т. 3. – Иваново, 2022. – С. 55.
3. Аберсон М.Л. Источники оперативного тока на подстанциях. – М.; Л.: Изд-во «Энергия», 1964. – 48 с. [Библиотечка электромонтера. Вып. 138].
4. Пат. № 2216844 С2 Российская Федерация, МПК H02M 7/12. Источник питания комбинированный: № 2001121064/09: заявл. 26.07.2001: опубл. 20.11.03 / С.В. Езерский, А.В. Миров, В.И. Потапенко, Ю.А. Алексеев. – 33 с.
5. Захаров О.Г. Источники питания для схем с цифровыми устройствами релейной защиты. – М.: НФТ «Энергопрогресс», 2011. – 102 с. [Библиотечка электротехника, приложение к журналу «Энергетик»; Вып. 2(146)].
6. Василевский Д. Дешунтирование снова в моде // 2016 [Электронный ресурс]. – URL: https://pro-rza.ru/deshuntirovanie-snova-v-mode/
7. Захаров О.Г. Аппаратная надежность устройств релейной защиты. – М.: НФТ «Энергопрогресс», 2016. – 88 с. [Библиотечка электротехника, приложение к журналу «Энергетик»; Вып. 7(211)].
8. Гельфанд Я.С. Выпрямительные блоки питания и зарядные устройства в схемах релейной защиты. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 192 с.
9. Гельфанд Я.С., Голубев М.Л., Царев М.И. Релейная защита и автоматика на переменном оперативном токе. – Изд. 2-е перераб. – М.: Энергия, 1973. – 280 с.
10. Скрипачев М.О., Кротков Е.А., Макаров Я.В. Устройство питания измерительных датчиков, расположенных на воздушной линии электропередачи // Электротехника. – 2022. – № 1. – С. 41–46. DOI: 10.53891/00135860_2021_1_41.
11. Сирота И.М. К расчету переходных процессов в трансформаторах тока по частным кривым намагничивания // Электричество. – 1959. – № 2. – С. 21–26.
12. Сирота И.М. Методы расчета переходных процессов в трансформаторах тока // Труды ин-та электротехники АН УССР. – 1959. – Вып. 16. – С. 87–112.
13. Сирота И.М. Анализ и расчет переходных режимов работы трансформаторов тока. – Киев: Наукова думка, 1972.
14. Сирота И.М. Анализ и расчет нелинейных трансформаторов тока в переходных режимах // Электричество. – 1971. – № 1. – С. 32–36.
15. Либерзон Э.М. Инженерный метод расчета переходных процессов в трансформаторах тока // Электричество. – 1968. – № 12. – С. 38–43.
16. Трансформаторы тока / В.В. Афанасьев, Н.М. Адоньев, В.М. Кибель и др. – 2-е изд., перераб. и доп. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1989. – 416 с.
17. Казанский В.Е. Измерительные преобразователи тока в релейной защите – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 240 с.
18. Лебедев В.Д., Яблоков А.А. Исследование динамических процессов в измерительных трансформаторах тока и напряжения // Вестник ИГЭУ. – 2013. – Вып. 6. – С. 98–104.
19. Лукес Ю.С. Схемы на полупроводниковых диодах / пер. с нем. – М.: Энергия, 1972. – 336 с.
20. Multisim Component Reference Guide // National Instruments Corporation / January 2007.
21. Волович Г.И. Источники питания для электронных высоковольтных измерительных трансформаторов тока // Электротехника. – 2018. – № 1. – С. 49–54.
22. Нечаев Е.В. Исследование и анализ систем питания электронных модулей цифровых измерительных трансформаторов тока // ВКР. – Иваново, 2017.