电力网络信息系统运维智能移动终端应用

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摘要：传统的电流互感器设计与选择已经有一套成熟的方法，但是对于铁路电力系统来说却不再适用。文章针对铁路电路系统特有的容量小、负荷小的技术特色，有针对性的开展研究，明确了铁路电力系统电流互感器二次侧的电流大小，对比了铁路电力系统电流互感器的精度范围和短路容量，研究了铁路电力系统电流互感器的额定容量，可以作为后续铁路电力系统电流互感器的设计依据。

关键词：铁路电力信号；供电系统；电流互感器；二次侧；额定容量

引言

目前对于电流互感器的选择设计已经有一套成熟的方法，但是对于铁路电力系统来说传统的方法不再适用。铁路电力系统的负荷非常小，而且整个线路的负荷密度也是不到常规密度的三分之一，这就导致了铁路电力系统的电流互感器的一次侧电流基本维持在6-7A左右，这种情况下电流互感器的选择设计必须充分考虑铁路电力系统的实际情况，从而降低测量信息的误差，充分保障铁路运行的安全性。除了负荷密度小，铁路电力系统的短路容量弹性也较大，这是由于铁路电力系统不同的取电方式决定的，所以在选择设计电流互感器的时候也必须充分考虑短路容量。同时伴随着技术和工艺的发展现在的电子器件功能越来越强大，尺寸也越来越小，但是传统的电流互感器的选择设计都是按照传统工艺技术设计的大尺寸器件，所以造成了不必要的浪费。基于以上提到的铁路电力系统电流互感器选择设计的三个问题，文章进行了系统的分析，可以为电流互感器的选择设计提供依据。

1铁路电力系统电流互感器二次侧电流的选择设计

对于电流互感器的常见应用场景，中低压配电网络的技术设计标准中电流互感器二次侧电流一般都是设定为5A，这种5A电流的设定已经成为业内标准，而且也被写进了国家标准，明确规定电流互感器二次侧电流首选5A。而对于铁路电力系统的电流互感器的设计选择5A的时候会出现一定的技术误差，本文选取了实际的铁路电力系统作为研究研究对象，其中的核心电路图见图1，从图中可以看到，该铁路电力系统的电流互感器选择的二次侧电流是5A。我们通过对该电力系统进行分析发现，实际测量数据具有一定的误差，具体数据见表1所示。表中所列数据都是某条实际铁路中的实际测量数据，这个铁路电力系统的核心部件是30/5穿心互感器，互感器的类型选择是0.5级的开启式。从表1中可以清晰的看到，对于30/5类型的穿心互感器，当一次电流是2的时候，该铁路电力系统的就地读取的数据有三个，分别是2，1.8，1.8，误差分别是0，0.2，0.2；而相对应的三个RTU读取数值分别是1.54，1.46和1.57，误差分别是0.46，0.54，0.43。当一次电流是5的时候，该铁路电力系统的就地读取的数据有三个，分别是4.7，4.9，4.8，误差分别是0.3，0.1，0.2；而相对应的三个RTU读取数值分别是4.65，4.98和4.34，误差分别是0.35，0.02，0.66。当一次电流是10的时候，该铁路电力系统的就地读取的数据有三个，分别是9，9.8，9.8，误差分别是0.1，0.2，0.2；而相对应的三个RTU读取数值分别是8.75，8.45和8.32，误差分别是0.25，0.55，0.68。当一次电流是12的时候，该铁路电力系统的就地读取的数据有三个，分别是12，11.8，11.8，误差分别是0，0.2，0.2；而相对应的三个RTU读取数值分别是11.54，11.46和11.57，误差分别是0.46，0.54，0.43。当一次电流是15的时候，该铁路电力系统的就地读取的数据有三个，分别是14.7，14.9，14.8，误差分别是0.3，0.1，0.2；而相对应的三个RTU读取数值分别是14.65，14.98和14.34，误差分别是0.35，0.02，0.66。当一次电流是20的时候，该铁路电力系统的就地读取的数据有三个，分别是19.9，19.8，19.8，误差分别是0.1，0.2，0.2；而相对应的三个RTU读取数值分别是18.75，18.45和18.32，误差分别是0.25，0.55，0.68。当一次电流是25的时候，该铁路电力系统的就地读取的数据有三个，分别是24.7，24.9，24.8，误差分别是0.3，0.1，0.2；而相对应的三个RTU读取数值分别是24.65，24.98和24.34，误差分别是0.35，0.02，0.66。当一次电流是30的时候，该铁路电力系统的就地读取的数据有三个，分别是29.9，29.9，29.8，误差分别是0.1，0.1，0.2；而相对应的三个RTU读取数值分别是28.87，28.97和29.03，误差分别是1.13，1.03，0.97。从以上读取的数值和计算的误差可以看到，大部分都存在着一定程度上的误差，虽然这种误差有的情况下比较小，但是大部分的情况集中在平均误差0.25左右，这种情况的误差对于铁路电力系统而言，是应该避免的，尤其对于安全性要求比较高的铁路电力系统。通过对上述铁路电力系统的分析，发现造成上述误差的主要原因是穿心式互感器造成的，具体细节是这个铁路电力系统选用的电流互感器是10KV型，这种互感器的绕组只有一匝，而匝数比是6，造成了这个电力系统的负载阻抗与互感器的实际容量差别较大，而且这种误差随着低于额定电流的增加而增加，特别是低于额定电流的30%时，这种误差会急剧增大。而且这种低匝数比的电流互感器会引起电流互感器尺寸的变小，进一步会增加穿过大尺寸电缆的难度。而这种情况在二次侧电流为1A的时候可以避免，同样的上述电力系统，当电流互感器的二次侧电流是1A的时候，匝数比可以达到30，这样也就避免了与大尺寸电缆不匹配的情况，所以对于铁路电力系统而言，电流互感器二次侧电流选择设计的时候尽量选择1A。

2铁路电力系统电流互感器短路容量的选择设计

铁路电力系统的取电来源较多，每一种来源的额定电压分别不同，这样在设计铁路电力系统电流互感器的短路容量的时候应该充分考虑各种情况，从而充分保障整个铁路电力系统的平稳运行。对于部分铁路电力系统采用的直接是铁路沿线的220KV的电源，这样对于铁路电力系统来说短路电流最大到31.5KA，这样大的短路电流要求电流互感器有大的动热电流，只有足够大动热电流的互感器才能保障电路的稳定，这样大的短路电流就超出了小额定电流的互感器。对于这种情况，在设计铁路电力系统电流互感器的时候可以通过适度提高一次侧电流的方法来保障稳定性，因为只有选定较大额定电流的互感器，才能够充分降低短时电流，从而可以充分降低二次绕组的截面面积，从而提高了互感器的动热电流，可以满足短路容量的极限要求。比如普通的馈线的额定电流必须满足小于100安培的要求，而与之相配套的断路器电流如果要求31.5KA这个条件，那么普通的电流互感器就不再适用了。对于出现这种情况的时候根据我们的分析可以通过提高电流互感器的一侧额定电流来满足断路器电流31.5KA的条件。如果我们在电器原件选择的时候选的是电流互感器一侧的额定电流是200安培，这种情况可能会部分影响电流测量的精度，所以为了充分提高电流测量的精度，我们可以通过更换电器元件来实现，具体来说可以通过将相应的电流互感器测量的级别从0.2级别的类型换成0.2S级别的类型，这种级别的电流互感器的测量误差通过数据的分析可以得到具体的数据，具体结果如表2所示，从表中的对比分析可以看到，无论是选用200A，0.2S级的电流互感器，还是选择100A，0.2级别的电流互感器，测量的结果基本一致，部分指标来看200A，0.2S级别的电流互感器比100A，0.2级别的电流互感器相对准确。通过提高了电流互感器一侧的额定电流，造成了整个电路系统中的瞬时电流的背书大幅度降低，这就可以保障我们在选择二次绕组横截面的时候可以降低要求，相对应的保障在选择电流互感器的时候对于尺寸的要求也相应的降低，从而降低了电流互感器的尺寸，提高了电流互感器的组装便利性，而且更为重要的是通过提高电流互感器一侧额定电流的大小，不仅仅可以降低电流互感器的尺寸大小，而且还大幅度提高了电流互感器的性能，提高了电流互感器的瞬时短路电流的大小，这样可以充分提高了电流互感器的安全性，从而提高整个电路的安全性。而且进一步通过降低截面面积还可以大幅度减小互感器的大小，在节约制造成本的同时还可以降低制造电气元器件的技术难度，从而充分保障铁路电力系统的供电稳定性，所以在铁路电力系统电流互感器选择设计的时候可以通过提高一次侧电流的方法来匹配短路容量。

3铁路电力系统电流互感器额定容量的选择设计

铁路电力系统电流互感器额定容量的选择设计对于电力系统的稳定运行同样重要，总的原则就是在能够满足需求的情况下，不浪费，这样可以降低电流互感器的器件尺寸和制造难度，这样无论是对于经济效益还是社会效益都有好处。而决定铁路电力系统电流互感器额定容量的决定因素就是二次负荷的大小，二次负荷大需要选择设计较大额定容量的电流互感器，二次负荷小需要选择设计较小额定容量的电流互感器。根据多条实际铁路线路的电力系统的参数统计，我们明确了目前常见的电子元器件的二次负荷的大小，具体的数值见表3所示。在选择设计电流互感器的时候，绕组的容量可以尽量根据实际情况选择0.5倍的冗余就能够满足电力系统的稳定性。

4结语

针对铁路电力系统特有的容量小、负荷小的技术特色，有针对性的开展研究，当电流互感器的二次侧电流是1A的时候，匝数比可以达到30，这样也就避免了与大尺寸电缆不匹配的情况，所以对于铁路电力系统而言，电流互感器二次侧电流选择设计的时候尽量选择1A；在设计铁路电力系统电流互感器的时候可以通过适度提高一次侧电流的方法来保障稳定性，因为只有选定较大额定电流的互感器，才能够充分降低短路电流，从而可以充分降低二次绕组的截面面积，从而提高了互感器的动热电流，可以满足短路容量的极限要求；在选择设计电流互感器的时候绕组的容量可以尽量根据实际情况选择0.5倍的冗余就能够满足电力系统的稳定性，可以作为后续铁路电力系统电流互感器的设计依据。

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作者：侯明 粟秋成 何耀 李文静 唐静 单位：国网四川省电力公司巴中供电公司