電力網絡信息系統運維智能移動終端應用

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摘要：傳統的電流互感器設計與選擇已經有一套成熟的方法，但是對于鐵路電力系統來說卻不再適用。文章針對鐵路電路系統特有的容量小、負荷小的技術特色，有針對性的開展研究，明確了鐵路電力系統電流互感器二次側的電流大小，對比了鐵路電力系統電流互感器的精度范圍和短路容量，研究了鐵路電力系統電流互感器的額定容量，可以作為后續鐵路電力系統電流互感器的設計依據。

關鍵詞：鐵路電力信號；供電系統；電流互感器；二次側；額定容量

引言

目前對于電流互感器的選擇設計已經有一套成熟的方法，但是對于鐵路電力系統來說傳統的方法不再適用。鐵路電力系統的負荷非常小，而且整個線路的負荷密度也是不到常規密度的三分之一，這就導致了鐵路電力系統的電流互感器的一次側電流基本維持在6-7A左右，這種情況下電流互感器的選擇設計必須充分考慮鐵路電力系統的實際情況，從而降低測量信息的誤差，充分保障鐵路運行的安全性。除了負荷密度小，鐵路電力系統的短路容量彈性也較大，這是由于鐵路電力系統不同的取電方式決定的，所以在選擇設計電流互感器的時候也必須充分考慮短路容量。同時伴隨著技術和工藝的發展現在的電子器件功能越來越強大，尺寸也越來越小，但是傳統的電流互感器的選擇設計都是按照傳統工藝技術設計的大尺寸器件，所以造成了不必要的浪費。基于以上提到的鐵路電力系統電流互感器選擇設計的三個問題，文章進行了系統的分析，可以為電流互感器的選擇設計提供依據。

1鐵路電力系統電流互感器二次側電流的選擇設計

對于電流互感器的常見應用場景，中低壓配電網絡的技術設計標準中電流互感器二次側電流一般都是設定為5A，這種5A電流的設定已經成為業內標準，而且也被寫進了國家標準，明確規定電流互感器二次側電流首選5A。而對于鐵路電力系統的電流互感器的設計選擇5A的時候會出現一定的技術誤差，本文選取了實際的鐵路電力系統作為研究研究對象，其中的核心電路圖見圖1，從圖中可以看到，該鐵路電力系統的電流互感器選擇的二次側電流是5A。我們通過對該電力系統進行分析發現，實際測量數據具有一定的誤差，具體數據見表1所示。表中所列數據都是某條實際鐵路中的實際測量數據，這個鐵路電力系統的核心部件是30/5穿心互感器，互感器的類型選擇是0.5級的開啟式。從表1中可以清晰的看到，對于30/5類型的穿心互感器，當一次電流是2的時候，該鐵路電力系統的就地讀取的數據有三個，分別是2，1.8，1.8，誤差分別是0，0.2，0.2；而相對應的三個RTU讀取數值分別是1.54，1.46和1.57，誤差分別是0.46，0.54，0.43。當一次電流是5的時候，該鐵路電力系統的就地讀取的數據有三個，分別是4.7，4.9，4.8，誤差分別是0.3，0.1，0.2；而相對應的三個RTU讀取數值分別是4.65，4.98和4.34，誤差分別是0.35，0.02，0.66。當一次電流是10的時候，該鐵路電力系統的就地讀取的數據有三個，分別是9，9.8，9.8，誤差分別是0.1，0.2，0.2；而相對應的三個RTU讀取數值分別是8.75，8.45和8.32，誤差分別是0.25，0.55，0.68。當一次電流是12的時候，該鐵路電力系統的就地讀取的數據有三個，分別是12，11.8，11.8，誤差分別是0，0.2，0.2；而相對應的三個RTU讀取數值分別是11.54，11.46和11.57，誤差分別是0.46，0.54，0.43。當一次電流是15的時候，該鐵路電力系統的就地讀取的數據有三個，分別是14.7，14.9，14.8，誤差分別是0.3，0.1，0.2；而相對應的三個RTU讀取數值分別是14.65，14.98和14.34，誤差分別是0.35，0.02，0.66。當一次電流是20的時候，該鐵路電力系統的就地讀取的數據有三個，分別是19.9，19.8，19.8，誤差分別是0.1，0.2，0.2；而相對應的三個RTU讀取數值分別是18.75，18.45和18.32，誤差分別是0.25，0.55，0.68。當一次電流是25的時候，該鐵路電力系統的就地讀取的數據有三個，分別是24.7，24.9，24.8，誤差分別是0.3，0.1，0.2；而相對應的三個RTU讀取數值分別是24.65，24.98和24.34，誤差分別是0.35，0.02，0.66。當一次電流是30的時候，該鐵路電力系統的就地讀取的數據有三個，分別是29.9，29.9，29.8，誤差分別是0.1，0.1，0.2；而相對應的三個RTU讀取數值分別是28.87，28.97和29.03，誤差分別是1.13，1.03，0.97。從以上讀取的數值和計算的誤差可以看到，大部分都存在著一定程度上的誤差，雖然這種誤差有的情況下比較小，但是大部分的情況集中在平均誤差0.25左右，這種情況的誤差對于鐵路電力系統而言，是應該避免的，尤其對于安全性要求比較高的鐵路電力系統。通過對上述鐵路電力系統的分析，發現造成上述誤差的主要原因是穿心式互感器造成的，具體細節是這個鐵路電力系統選用的電流互感器是10KV型，這種互感器的繞組只有一匝，而匝數比是6，造成了這個電力系統的負載阻抗與互感器的實際容量差別較大，而且這種誤差隨著低于額定電流的增加而增加，特別是低于額定電流的30%時，這種誤差會急劇增大。而且這種低匝數比的電流互感器會引起電流互感器尺寸的變小，進一步會增加穿過大尺寸電纜的難度。而這種情況在二次側電流為1A的時候可以避免，同樣的上述電力系統，當電流互感器的二次側電流是1A的時候，匝數比可以達到30，這樣也就避免了與大尺寸電纜不匹配的情況，所以對于鐵路電力系統而言，電流互感器二次側電流選擇設計的時候盡量選擇1A。

2鐵路電力系統電流互感器短路容量的選擇設計

鐵路電力系統的取電來源較多，每一種來源的額定電壓分別不同，這樣在設計鐵路電力系統電流互感器的短路容量的時候應該充分考慮各種情況，從而充分保障整個鐵路電力系統的平穩運行。對于部分鐵路電力系統采用的直接是鐵路沿線的220KV的電源，這樣對于鐵路電力系統來說短路電流最大到31.5KA，這樣大的短路電流要求電流互感器有大的動熱電流，只有足夠大動熱電流的互感器才能保障電路的穩定，這樣大的短路電流就超出了小額定電流的互感器。對于這種情況，在設計鐵路電力系統電流互感器的時候可以通過適度提高一次側電流的方法來保障穩定性，因為只有選定較大額定電流的互感器，才能夠充分降低短時電流，從而可以充分降低二次繞組的截面面積，從而提高了互感器的動熱電流，可以滿足短路容量的極限要求。比如普通的饋線的額定電流必須滿足小于100安培的要求，而與之相配套的斷路器電流如果要求31.5KA這個條件，那么普通的電流互感器就不再適用了。對于出現這種情況的時候根據我們的分析可以通過提高電流互感器的一側額定電流來滿足斷路器電流31.5KA的條件。如果我們在電器原件選擇的時候選的是電流互感器一側的額定電流是200安培，這種情況可能會部分影響電流測量的精度，所以為了充分提高電流測量的精度，我們可以通過更換電器元件來實現，具體來說可以通過將相應的電流互感器測量的級別從0.2級別的類型換成0.2S級別的類型，這種級別的電流互感器的測量誤差通過數據的分析可以得到具體的數據，具體結果如表2所示，從表中的對比分析可以看到，無論是選用200A，0.2S級的電流互感器，還是選擇100A，0.2級別的電流互感器，測量的結果基本一致，部分指標來看200A，0.2S級別的電流互感器比100A，0.2級別的電流互感器相對準確。通過提高了電流互感器一側的額定電流，造成了整個電路系統中的瞬時電流的背書大幅度降低，這就可以保障我們在選擇二次繞組橫截面的時候可以降低要求，相對應的保障在選擇電流互感器的時候對于尺寸的要求也相應的降低，從而降低了電流互感器的尺寸，提高了電流互感器的組裝便利性，而且更為重要的是通過提高電流互感器一側額定電流的大小，不僅僅可以降低電流互感器的尺寸大小，而且還大幅度提高了電流互感器的性能，提高了電流互感器的瞬時短路電流的大小，這樣可以充分提高了電流互感器的安全性，從而提高整個電路的安全性。而且進一步通過降低截面面積還可以大幅度減小互感器的大小，在節約制造成本的同時還可以降低制造電氣元器件的技術難度，從而充分保障鐵路電力系統的供電穩定性，所以在鐵路電力系統電流互感器選擇設計的時候可以通過提高一次側電流的方法來匹配短路容量。

3鐵路電力系統電流互感器額定容量的選擇設計

鐵路電力系統電流互感器額定容量的選擇設計對于電力系統的穩定運行同樣重要，總的原則就是在能夠滿足需求的情況下，不浪費，這樣可以降低電流互感器的器件尺寸和制造難度，這樣無論是對于經濟效益還是社會效益都有好處。而決定鐵路電力系統電流互感器額定容量的決定因素就是二次負荷的大小，二次負荷大需要選擇設計較大額定容量的電流互感器，二次負荷小需要選擇設計較小額定容量的電流互感器。根據多條實際鐵路線路的電力系統的參數統計，我們明確了目前常見的電子元器件的二次負荷的大小，具體的數值見表3所示。在選擇設計電流互感器的時候，繞組的容量可以盡量根據實際情況選擇0.5倍的冗余就能夠滿足電力系統的穩定性。

4結語

針對鐵路電力系統特有的容量小、負荷小的技術特色，有針對性的開展研究，當電流互感器的二次側電流是1A的時候，匝數比可以達到30，這樣也就避免了與大尺寸電纜不匹配的情況，所以對于鐵路電力系統而言，電流互感器二次側電流選擇設計的時候盡量選擇1A；在設計鐵路電力系統電流互感器的時候可以通過適度提高一次側電流的方法來保障穩定性，因為只有選定較大額定電流的互感器，才能夠充分降低短路電流，從而可以充分降低二次繞組的截面面積，從而提高了互感器的動熱電流，可以滿足短路容量的極限要求；在選擇設計電流互感器的時候繞組的容量可以盡量根據實際情況選擇0.5倍的冗余就能夠滿足電力系統的穩定性，可以作為后續鐵路電力系統電流互感器的設計依據。

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作者：侯明 粟秋成 何耀 李文靜 唐靜 單位：國網四川省電力公司巴中供電公司