電力網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)運(yùn)維智能移動(dòng)終端應(yīng)用

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摘要：傳統(tǒng)的電流互感器設(shè)計(jì)與選擇已經(jīng)有一套成熟的方法，但是對(duì)于鐵路電力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)卻不再適用。文章針對(duì)鐵路電路系統(tǒng)特有的容量小、負(fù)荷小的技術(shù)特色，有針對(duì)性的開展研究，明確了鐵路電力系統(tǒng)電流互感器二次側(cè)的電流大小，對(duì)比了鐵路電力系統(tǒng)電流互感器的精度范圍和短路容量，研究了鐵路電力系統(tǒng)電流互感器的額定容量，可以作為后續(xù)鐵路電力系統(tǒng)電流互感器的設(shè)計(jì)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：鐵路電力信號(hào)；供電系統(tǒng)；電流互感器；二次側(cè)；額定容量

引言

目前對(duì)于電流互感器的選擇設(shè)計(jì)已經(jīng)有一套成熟的方法，但是對(duì)于鐵路電力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)傳統(tǒng)的方法不再適用。鐵路電力系統(tǒng)的負(fù)荷非常小，而且整個(gè)線路的負(fù)荷密度也是不到常規(guī)密度的三分之一，這就導(dǎo)致了鐵路電力系統(tǒng)的電流互感器的一次側(cè)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(shè)計(jì)必須充分考慮鐵路電力系統(tǒng)的實(shí)際情況，從而降低測(cè)量信息的誤差，充分保障鐵路運(yùn)行的安全性。除了負(fù)荷密度小，鐵路電力系統(tǒng)的短路容量彈性也較大，這是由于鐵路電力系統(tǒng)不同的取電方式?jīng)Q定的，所以在選擇設(shè)計(jì)電流互感器的時(shí)候也必須充分考慮短路容量。同時(shí)伴隨著技術(shù)和工藝的發(fā)展現(xiàn)在的電子器件功能越來(lái)越強(qiáng)大，尺寸也越來(lái)越小，但是傳統(tǒng)的電流互感器的選擇設(shè)計(jì)都是按照傳統(tǒng)工藝技術(shù)設(shè)計(jì)的大尺寸器件，所以造成了不必要的浪費(fèi)?；谝陨咸岬降蔫F路電力系統(tǒng)電流互感器選擇設(shè)計(jì)的三個(gè)問題，文章進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，可以為電流互感器的選擇設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

1鐵路電力系統(tǒng)電流互感器二次側(cè)電流的選擇設(shè)計(jì)

對(duì)于電流互感器的常見應(yīng)用場(chǎng)景，中低壓配電網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中電流互感器二次側(cè)電流一般都是設(shè)定為5A，這種5A電流的設(shè)定已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，而且也被寫進(jìn)了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，明確規(guī)定電流互感器二次側(cè)電流首選5A。而對(duì)于鐵路電力系統(tǒng)的電流互感器的設(shè)計(jì)選擇5A的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)一定的技術(shù)誤差，本文選取了實(shí)際的鐵路電力系統(tǒng)作為研究研究對(duì)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(tǒng)的電流互感器選擇的二次側(cè)電流是5A。我們通過(guò)對(duì)該電力系統(tǒng)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)具有一定的誤差，具體數(shù)據(jù)見表1所示。表中所列數(shù)據(jù)都是某條實(shí)際鐵路中的實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)，這個(gè)鐵路電力系統(tǒng)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(jí)的開啟式。從表1中可以清晰的看到，對(duì)于30/5類型的穿心互感器，當(dāng)一次電流是2的時(shí)候，該鐵路電力系統(tǒng)的就地讀取的數(shù)據(jù)有三個(gè)，分別是2，1.8，1.8，誤差分別是0，0.2，0.2；而相對(duì)應(yīng)的三個(gè)RTU讀取數(shù)值分別是1.54，1.46和1.57，誤差分別是0.46，0.54，0.43。當(dāng)一次電流是5的時(shí)候，該鐵路電力系統(tǒng)的就地讀取的數(shù)據(jù)有三個(gè)，分別是4.7，4.9，4.8，誤差分別是0.3，0.1，0.2；而相對(duì)應(yīng)的三個(gè)RTU讀取數(shù)值分別是4.65，4.98和4.34，誤差分別是0.35，0.02，0.66。當(dāng)一次電流是10的時(shí)候，該鐵路電力系統(tǒng)的就地讀取的數(shù)據(jù)有三個(gè)，分別是9，9.8，9.8，誤差分別是0.1，0.2，0.2；而相對(duì)應(yīng)的三個(gè)RTU讀取數(shù)值分別是8.75，8.45和8.32，誤差分別是0.25，0.55，0.68。當(dāng)一次電流是12的時(shí)候，該鐵路電力系統(tǒng)的就地讀取的數(shù)據(jù)有三個(gè)，分別是12，11.8，11.8，誤差分別是0，0.2，0.2；而相對(duì)應(yīng)的三個(gè)RTU讀取數(shù)值分別是11.54，11.46和11.57，誤差分別是0.46，0.54，0.43。當(dāng)一次電流是15的時(shí)候，該鐵路電力系統(tǒng)的就地讀取的數(shù)據(jù)有三個(gè)，分別是14.7，14.9，14.8，誤差分別是0.3，0.1，0.2；而相對(duì)應(yīng)的三個(gè)RTU讀取數(shù)值分別是14.65，14.98和14.34，誤差分別是0.35，0.02，0.66。當(dāng)一次電流是20的時(shí)候，該鐵路電力系統(tǒng)的就地讀取的數(shù)據(jù)有三個(gè)，分別是19.9，19.8，19.8，誤差分別是0.1，0.2，0.2；而相對(duì)應(yīng)的三個(gè)RTU讀取數(shù)值分別是18.75，18.45和18.32，誤差分別是0.25，0.55，0.68。當(dāng)一次電流是25的時(shí)候，該鐵路電力系統(tǒng)的就地讀取的數(shù)據(jù)有三個(gè)，分別是24.7，24.9，24.8，誤差分別是0.3，0.1，0.2；而相對(duì)應(yīng)的三個(gè)RTU讀取數(shù)值分別是24.65，24.98和24.34，誤差分別是0.35，0.02，0.66。當(dāng)一次電流是30的時(shí)候，該鐵路電力系統(tǒng)的就地讀取的數(shù)據(jù)有三個(gè)，分別是29.9，29.9，29.8，誤差分別是0.1，0.1，0.2；而相對(duì)應(yīng)的三個(gè)RTU讀取數(shù)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(shù)值和計(jì)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(duì)于鐵路電力系統(tǒng)而言，是應(yīng)該避免的，尤其對(duì)于安全性要求比較高的鐵路電力系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)上述鐵路電力系統(tǒng)的分析，發(fā)現(xiàn)造成上述誤差的主要原因是穿心式互感器造成的，具體細(xì)節(jié)是這個(gè)鐵路電力系統(tǒng)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(shù)比是6，造成了這個(gè)電力系統(tǒng)的負(fù)載阻抗與互感器的實(shí)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(shí)，這種誤差會(huì)急劇增大。而且這種低匝數(shù)比的電流互感器會(huì)引起電流互感器尺寸的變小，進(jìn)一步會(huì)增加穿過(guò)大尺寸電纜的難度。而這種情況在二次側(cè)電流為1A的時(shí)候可以避免，同樣的上述電力系統(tǒng)，當(dāng)電流互感器的二次側(cè)電流是1A的時(shí)候，匝數(shù)比可以達(dá)到30，這樣也就避免了與大尺寸電纜不匹配的情況，所以對(duì)于鐵路電力系統(tǒng)而言，電流互感器二次側(cè)電流選擇設(shè)計(jì)的時(shí)候盡量選擇1A。

2鐵路電力系統(tǒng)電流互感器短路容量的選擇設(shè)計(jì)

鐵路電力系統(tǒng)的取電來(lái)源較多，每一種來(lái)源的額定電壓分別不同，這樣在設(shè)計(jì)鐵路電力系統(tǒng)電流互感器的短路容量的時(shí)候應(yīng)該充分考慮各種情況，從而充分保障整個(gè)鐵路電力系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。對(duì)于部分鐵路電力系統(tǒng)采用的直接是鐵路沿線的220KV的電源，這樣對(duì)于鐵路電力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)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(dòng)熱電流，只有足夠大動(dòng)熱電流的互感器才能保障電路的穩(wěn)定，這樣大的短路電流就超出了小額定電流的互感器。對(duì)于這種情況，在設(shè)計(jì)鐵路電力系統(tǒng)電流互感器的時(shí)候可以通過(guò)適度提高一次側(cè)電流的方法來(lái)保障穩(wěn)定性，因?yàn)橹挥羞x定較大額定電流的互感器，才能夠充分降低短時(shí)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(dòng)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(gè)條件，那么普通的電流互感器就不再適用了。對(duì)于出現(xiàn)這種情況的時(shí)候根據(jù)我們的分析可以通過(guò)提高電流互感器的一側(cè)額定電流來(lái)滿足斷路器電流31.5KA的條件。如果我們?cè)陔娖髟x擇的時(shí)候選的是電流互感器一側(cè)的額定電流是200安培，這種情況可能會(huì)部分影響電流測(cè)量的精度，所以為了充分提高電流測(cè)量的精度，我們可以通過(guò)更換電器元件來(lái)實(shí)現(xiàn)，具體來(lái)說(shuō)可以通過(guò)將相應(yīng)的電流互感器測(cè)量的級(jí)別從0.2級(jí)別的類型換成0.2S級(jí)別的類型，這種級(jí)別的電流互感器的測(cè)量誤差通過(guò)數(shù)據(jù)的分析可以得到具體的數(shù)據(jù)，具體結(jié)果如表2所示，從表中的對(duì)比分析可以看到，無(wú)論是選用200A，0.2S級(jí)的電流互感器，還是選擇100A，0.2級(jí)別的電流互感器，測(cè)量的結(jié)果基本一致，部分指標(biāo)來(lái)看200A，0.2S級(jí)別的電流互感器比100A，0.2級(jí)別的電流互感器相對(duì)準(zhǔn)確。通過(guò)提高了電流互感器一側(cè)的額定電流，造成了整個(gè)電路系統(tǒng)中的瞬時(shí)電流的背書大幅度降低，這就可以保障我們?cè)谶x擇二次繞組橫截面的時(shí)候可以降低要求，相對(duì)應(yīng)的保障在選擇電流互感器的時(shí)候?qū)τ诔叽绲囊笠蚕鄳?yīng)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(guò)提高電流互感器一側(cè)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(shí)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(gè)電路的安全性。而且進(jìn)一步通過(guò)降低截面面積還可以大幅度減小互感器的大小，在節(jié)約制造成本的同時(shí)還可以降低制造電氣元器件的技術(shù)難度，從而充分保障鐵路電力系統(tǒng)的供電穩(wěn)定性，所以在鐵路電力系統(tǒng)電流互感器選擇設(shè)計(jì)的時(shí)候可以通過(guò)提高一次側(cè)電流的方法來(lái)匹配短路容量。

3鐵路電力系統(tǒng)電流互感器額定容量的選擇設(shè)計(jì)

鐵路電力系統(tǒng)電流互感器額定容量的選擇設(shè)計(jì)對(duì)于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)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(fèi)，這樣可以降低電流互感器的器件尺寸和制造難度，這樣無(wú)論是對(duì)于經(jīng)濟(jì)效益還是社會(huì)效益都有好處。而決定鐵路電力系統(tǒng)電流互感器額定容量的決定因素就是二次負(fù)荷的大小，二次負(fù)荷大需要選擇設(shè)計(jì)較大額定容量的電流互感器，二次負(fù)荷小需要選擇設(shè)計(jì)較小額定容量的電流互感器。根據(jù)多條實(shí)際鐵路線路的電力系統(tǒng)的參數(shù)統(tǒng)計(jì)，我們明確了目前常見的電子元器件的二次負(fù)荷的大小，具體的數(shù)值見表3所示。在選擇設(shè)計(jì)電流互感器的時(shí)候，繞組的容量可以盡量根據(jù)實(shí)際情況選擇0.5倍的冗余就能夠滿足電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4結(jié)語(yǔ)

針對(duì)鐵路電力系統(tǒng)特有的容量小、負(fù)荷小的技術(shù)特色，有針對(duì)性的開展研究，當(dāng)電流互感器的二次側(cè)電流是1A的時(shí)候，匝數(shù)比可以達(dá)到30，這樣也就避免了與大尺寸電纜不匹配的情況，所以對(duì)于鐵路電力系統(tǒng)而言，電流互感器二次側(cè)電流選擇設(shè)計(jì)的時(shí)候盡量選擇1A；在設(shè)計(jì)鐵路電力系統(tǒng)電流互感器的時(shí)候可以通過(guò)適度提高一次側(cè)電流的方法來(lái)保障穩(wěn)定性，因?yàn)橹挥羞x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(dòng)熱電流，可以滿足短路容量的極限要求；在選擇設(shè)計(jì)電流互感器的時(shí)候繞組的容量可以盡量根據(jù)實(shí)際情況選擇0.5倍的冗余就能夠滿足電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可以作為后續(xù)鐵路電力系統(tǒng)電流互感器的設(shè)計(jì)依據(jù)。

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作者：侯明 粟秋成 何耀 李文靜 唐靜 單位：國(guó)網(wǎng)四川省電力公司巴中供電公司