淺談雙抽頭式電流互感器二次接線方式

陳永琪

淺談雙抽頭式電流互感器二次接線方式

陳永琪

介紹了雙抽頭式電流互感器的工作原理和正確的接線方式，通過(guò)對(duì)錯(cuò)誤接線方式的分析，同時(shí)結(jié)合工程實(shí)際應(yīng)用情況，提出了合理的建議。

電流互感器；雙抽頭；變比；接線方式

0 引言

鐵路牽引變電所中，通常采用固定變比的電流互感器采集二次電流用以電能計(jì)量、電流測(cè)量及微機(jī)保護(hù)。近年來(lái)，隨著高速鐵路及客運(yùn)專線的蓬勃發(fā)展，為了滿足鐵路運(yùn)營(yíng)方式的改變導(dǎo)致負(fù)荷增大的需要，節(jié)省重新購(gòu)置電流互感器的資金投入和更換電流互感器的時(shí)間投入，雙抽頭式電流互感器在220 kV牽引變電所中得到了更加廣泛的應(yīng)用。

雙抽頭式電流互感器是一次繞組固定不變，二次繞組有2個(gè)抽頭的電流互感器，其優(yōu)點(diǎn)是擁有2個(gè)變比（大小為2倍的關(guān)系），使用這種電流互感器可以根據(jù)具體負(fù)荷電流大小，調(diào)整二次接線端子的接線，從而改變其變比，而不需要更換電流互感器，給運(yùn)營(yíng)提供了方便。

1 雙抽頭式電流互感器的結(jié)構(gòu)和接線方式

1.1 雙抽頭式電流互感器的結(jié)構(gòu)原理

雙抽頭式電流互感器由固定不變的一次繞組和繞在同一鐵心上且頭尾相連的2個(gè)二次繞組組成。2個(gè)二次繞組匝數(shù)相等，繞向一致，繞組兩端及中間連接處引出3個(gè)接線端子，分別為s1、s2、s3。其電氣原理圖如圖1所示。設(shè)一次繞組的匝數(shù)為N1，一次電流為I1，2個(gè)二次繞組的匝數(shù)分別為、，=，二次電流為′，Z為電流互感器二次負(fù)載（電度表、測(cè)量表計(jì)或微機(jī)保護(hù)裝置電流回路的阻抗）。

圖1 雙抽頭式電流互感器電氣原理圖

由圖1 a可以看出，當(dāng)二次負(fù)載Z連接在s1和s2時(shí)，鐵心中的磁勢(shì)平衡方程式為

此時(shí)，流過(guò)電流互感器的一次電流與二次電流的比例關(guān)系為

由圖1 b可以看出，當(dāng)二次負(fù)載Z連接在s1和s3時(shí)，鐵心中的磁勢(shì)平衡方程式為

因?yàn)?N′=2N′′，所以此時(shí)流過(guò)電流互感器的一次電流與二次電流的比例關(guān)系為

比較式（2）和式（4）可以看出，當(dāng)二次負(fù)載Z接在電流互感器s1和s3時(shí)，電流互感器的變比為Z接在s1和s2時(shí)的2倍。

1.2 雙抽頭式電流互感器的接線方式

從雙抽頭式電流互感器的結(jié)構(gòu)和原理可以得到該類電流互感器的正確接線方式：當(dāng)使用電流互感器小變比時(shí)，從s1、s2引出到負(fù)載對(duì)應(yīng)的端子；當(dāng)使用電流互感器大變比時(shí)，從s1、s3引出到負(fù)載對(duì)應(yīng)的端子，s2應(yīng)懸空。

以哈大高鐵文官屯220 kV牽引變電所為例，220 kV電流互感器額定變比為500/1、1 000/1。投運(yùn)初期設(shè)計(jì)院按照流互變比為500/1計(jì)算整定值，根據(jù)前面論述，變電所投運(yùn)前應(yīng)該將二次線從s1、s2引出接至電度表或保護(hù)裝置相應(yīng)的端子，s3端子應(yīng)懸空。如果此后運(yùn)行方式發(fā)生改變，上線列車大幅增多，該電流互感器預(yù)留將變比調(diào)整為1 000/1的條件，改造時(shí)將二次線從s1、s3引出至電度表或保護(hù)裝置相應(yīng)的端子，s2端子懸空，并調(diào)整相應(yīng)的整定值即可。

那么，雙抽頭式電流互感器在使用過(guò)程中有一個(gè)端子懸空并未違背“電流二次回路嚴(yán)禁開路”這一基本原則，這是因?yàn)橐詓1、s2、s3為引出點(diǎn)的二次繞組共用一個(gè)鐵心。雖然s3端子空著，但在s1和s2端子之間有二次電流存在，其產(chǎn)生的二次磁通對(duì)一次磁通同樣起去磁的作用，所以不會(huì)在2個(gè)端子之間感應(yīng)出高電壓，不會(huì)產(chǎn)生破壞互感器絕緣的熱量，也不會(huì)影響電流互感器的角差和比差。

2 雙抽頭式電流互感器錯(cuò)誤接線方式分析

2.1 雙抽頭式電流互感器的錯(cuò)誤接線方式

筆者在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，牽引變電所初期投運(yùn)時(shí)，一般使用雙抽頭式電流互感器的小變比，作業(yè)隊(duì)施工技術(shù)人員在接完s1、s2端子上的二次線后，往往擔(dān)心s2和s3兩個(gè)端子之間空著沒(méi)有導(dǎo)線連接違背了“電流互感器二次回路嚴(yán)禁開路”的基本原則，鐵心磁通飽和而感應(yīng)出極高電壓，于是就仿照多鐵心多次級(jí)的電流互感器那樣，畫蛇添足地將s2和s3兩個(gè)端子用導(dǎo)線短封起來(lái)或?qū)3重復(fù)接地（接地與短封效果相同），如圖2所示。這種錯(cuò)誤的接線方式使電流互感器的變比發(fā)生很大的改變，造成嚴(yán)重的計(jì)量、測(cè)量、保護(hù)誤差，留下了極其嚴(yán)重的安全隱患。

2.2 錯(cuò)誤接線方式所產(chǎn)生的后果

如圖2所示，設(shè)一次繞組的匝數(shù)為N1，一次電流為I1，2個(gè)二次繞組的匝數(shù)分別為2N′、2N′′，N2′=N2′′。二次電流為I2′，s2和s3之間的電流為I2′′，Z為二次負(fù)載。當(dāng)一次繞組通過(guò)交流電流I1時(shí)，鐵心中的磁勢(shì)方程式為

此時(shí)，流過(guò)電流互感器的一次電流與二次電流的比例關(guān)系為

由式（6）可以看出，在使用這種電流互感器的s1和s2接線時(shí)，若s2和s3端子短封或?qū)3端子重復(fù)接地，則電流互感器的二次電流I2由流過(guò)電度表或保護(hù)裝置電流線圈的電流2I′和流過(guò)短封導(dǎo)線的電流組成，一次電流I1等于額定變比乘以2個(gè)二次繞組電流之和。由于二次電流沒(méi)有全部通過(guò)電度表或保護(hù)裝置等負(fù)載，僅有2I′流過(guò)電度表或保護(hù)裝置，2I′′并沒(méi)有計(jì)入電流采樣，故二次采樣電流要小于正確接線的計(jì)算電流，因此造成了電能計(jì)量或保護(hù)裝置電流采樣差錯(cuò)。

由于用于短封s2和s3端子的連接導(dǎo)線（或接地線）的阻抗遠(yuǎn)大于電度表或保護(hù)裝置電流二次回路的阻抗，所以2I′′在數(shù)值上要大于2I′，也就是說(shuō)實(shí)際采集到的電流2I′要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于正確接線的二次電流I2。

圖2 雙抽頭式電流互感器錯(cuò)誤接線圖

筆者在武廣客運(yùn)專線廣州南220 kV牽引變電所做過(guò)試驗(yàn)，該變電所采用的電流互感器為雙抽頭式電流互感器，變比為750/1（二次線接s1和s3時(shí)變比為1 500/1），將測(cè)試線由s1和s2端子引出，s3端子懸空，試驗(yàn)結(jié)果顯示互感器角差和比差均誤差符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。然后將s2和s3端子用導(dǎo)線短封，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 武廣客運(yùn)專線廣州南220 kV牽引變電所錯(cuò)誤接線時(shí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

由表1數(shù)據(jù)可以得出，當(dāng)發(fā)生錯(cuò)誤接線時(shí)，實(shí)際流入電度表或保護(hù)裝置的二次電流不到理論值的一半，而計(jì)算出來(lái)的互感器變比為額定變比的2.5倍左右。該種接線方式造成的后果就是導(dǎo)致采樣電流大大減小。對(duì)于計(jì)量回路來(lái)說(shuō)，這屬于變相的“偷電”行為，將會(huì)給供電局和鐵路運(yùn)營(yíng)單位帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)損失。對(duì)于保護(hù)回路來(lái)說(shuō)，采樣電流減小會(huì)影響電氣故障時(shí)保護(hù)裝置正確的動(dòng)作，存在牽引變電所內(nèi)或接觸網(wǎng)電氣設(shè)備燒毀的風(fēng)險(xiǎn)。

3 相關(guān)建議

（1）電流互感器供貨商應(yīng)在雙抽頭式電流互感器二次端子箱內(nèi)明顯位置加上警示語(yǔ)：“當(dāng)使用s1和s2時(shí)，s2和s3端子之間不得短接且s3端子不得重復(fù)接地”。

（2）項(xiàng)目部技術(shù)主管部門需給施工班組做好技術(shù)交底，對(duì)這種新技術(shù)、新工藝要進(jìn)行特別的培訓(xùn)和宣貫，讓一線員工從原理上掌握每件設(shè)備的施工方法。

（3）在雙抽頭式電流互感器投運(yùn)前的交接試驗(yàn)中一定要進(jìn)行升流試驗(yàn)（一次通流），確保互感器變比正確無(wú)誤。

（4）送電前要做好檢查工作，特別是電流、電壓回路，一定要逐個(gè)檢查，防止試驗(yàn)后現(xiàn)場(chǎng)施工人員為了害怕“電流回路開路”而恢復(fù)不該有的短封線或接地線。

4 結(jié)語(yǔ)

電氣化鐵路牽引變電所內(nèi)的設(shè)備隨著鐵路的發(fā)展也發(fā)生了日新月異的變化，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的電氣設(shè)備種類越來(lái)越多，產(chǎn)品更新也越來(lái)越快，這就要求技術(shù)人員適時(shí)地進(jìn)行技術(shù)總結(jié)分析，從結(jié)構(gòu)和原理上了解新型產(chǎn)品的性能、指標(biāo)，并能給基層施工人員做好技術(shù)交底，這樣才能確保牽引變電所內(nèi)電氣設(shè)備安全可靠的運(yùn)行。

The working principle and correct wiring mode for double tap current transformer are introduced, and adequate proposals are put forward on basis of analysis of wrong wiring mode and with reference of actual engineering application.

Current transformer; double tap; transformation ratio; wiring mode

U224.2+4

B

1007-936X(2015)02-0025-03

2014-08-28

陳永琪.中鐵電氣化局集團(tuán)第一工程有限公司，工程師，電話：13921176567。