小電阻接地系統(tǒng)零序電流不同獲取方法的比較研究

摘 要：小電阻接地系統(tǒng)中零序電流的精確提取是其零序保護(hù)正確動(dòng)作的前提，該文結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況詳細(xì)分析不同零序電流獲取方法的優(yōu)缺點(diǎn)，并給出其適用范圍，對實(shí)際工程應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：零序電流 電流互感器 小電阻接地系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TM711 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2012）12（c）-00-02

近年來隨著城市電網(wǎng)的高速發(fā)展，越來越多的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)城市中壓電網(wǎng)采用了中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地的運(yùn)行方式。由于中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式在我國投入運(yùn)行時(shí)間不長，許多問題尚有待深入研究。對于小電阻接地系統(tǒng)而言，在發(fā)生接地故障時(shí)零序分量明顯，通常配置零序電流保護(hù)實(shí)現(xiàn)其接地故障的快速切除。因此，零序電流保護(hù)是確保小電阻接地系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障。而零序電流保護(hù)的動(dòng)作性能則主要依賴于零序電流的精確提取。

在工程實(shí)際中，對于零序電流的獲取，主要可有兩種方式：一種是將零序電流互感器直接套在三相的封裝電纜中，以感應(yīng)出總的零序電流，多見于電纜出線的配網(wǎng)；另一種是分別從三相饋線的電流互感器中獲取相電流，然后在保護(hù)裝置上合成零序電流，多見于架空線出線的配網(wǎng)。該文將結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況詳細(xì)分析上述兩種零序電流獲取方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

1 零序CT獲取零序電流的誤差分析

對于電纜線路可通過零序CT獲取零序電流，如圖1所示。

電流互感器獲取電流后，將通過AD轉(zhuǎn)換器等采集環(huán)節(jié)，在這個(gè)過程中，必然產(chǎn)生一定的量化誤差、漂移誤差等。為此，對應(yīng)直接由零序電流CT獲得零序電流，結(jié)合電流互感器的誤差分析理論可得：

式中：為保護(hù)裝置實(shí)際獲取的零序電流，為一次側(cè)零序電流，為互感器二次側(cè)漏電抗，為勵(lì)磁阻抗，為二次負(fù)載阻抗，為變比。

由此可見其結(jié)果將帶有兩種誤差：CT傳感誤差和保護(hù)采樣、量化等測量誤差。

2 三相CT獲取零序電流的誤差分析

零序電流還可以通過相CT得到的三相電流，然后在保護(hù)裝置內(nèi)部合成零序電流，如圖2所示。

對于每一相CT，不難得到其二次側(cè)電流大小為：

流入零序保護(hù)的三相電流同樣必須通過AD轉(zhuǎn)換器采集后，再提取出相應(yīng)的零序電流，為此可得此時(shí)獲取的零序電流大小為：

式中：為保護(hù)裝置實(shí)際獲取的零序電流，為互感器二次側(cè)漏電抗，為勵(lì)磁阻抗，為二次負(fù)載阻抗，為變比。

3 零序電流不同獲取方法的比較

利用上面的誤差分析，可知不同方法獲取的零序電流都包含了CT本身的傳感誤差和保護(hù)采樣、量化等測量誤差，下面具體分析。

根據(jù)CT的傳變誤差特點(diǎn)，可得如下

特點(diǎn)。

3.1 從變比上看

相CT平時(shí)要流過正常的負(fù)載電流，在故障時(shí)還要流過較大數(shù)值的短路電流，因此其變比一般做得比較大。零序CT平時(shí)僅流過不平衡電流，故障時(shí)才出現(xiàn)零序，為了保證零序的靈敏型，其變比一般選擇比較小。從前面小節(jié)分析可知，同樣勵(lì)磁阻抗下，變比大的CT其傳變誤差更小。

3.2 從不平衡電流上看

由三相CT產(chǎn)生的，三相CT傳變特性的差異均將產(chǎn)生零序不平衡電流。而零序CT不存在不平衡電流。

3.3 從輕微故障時(shí)精度看

零序CT比相CT更能反映于絕緣失效、經(jīng)較大過渡電阻接地等零序電流較小的情況。這是因?yàn)檩^小變比的零序CT能夠在一次零序電流發(fā)生微小變化時(shí)也能引起二次側(cè)電流較大的改變，而相CT靈敏度沒那么高。

3.4 從嚴(yán)重故障時(shí)精度看

相CT比零序CT有更寬的線性工作范圍。當(dāng)小電阻接地系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，所產(chǎn)生數(shù)百安培的短路電流，對相CT來說仍然處于誤差較小的工作區(qū)域（30%～100%），而對零序CT來說則處于誤差較大的工作區(qū)域，因此相CT傳變誤差更小。

因此，零序CT較靈敏，不平衡電流較小，但易于飽和，傳變誤差較大；相CT靈敏度稍差，不平衡電流較大，但線性范圍大，不易飽和，傳變誤差較小。

對于保護(hù)裝置的測量誤差，必須考慮AD的兩個(gè)物理量—分辨率和精度。其中分辨率對應(yīng)于一定位數(shù)AD裝置的量化誤差，可以用兩種方式表示，一種是直接用AD轉(zhuǎn)換器的位數(shù)n，另一種是用最小測量刻度表示，也就是

而精度不同于分辨率，其對應(yīng)的是AD測量值與輸入實(shí)際值的差異。一般而言，由于AD裝置除了量化會(huì)產(chǎn)生誤差外，還存在溫度漂移、參考電壓漂移等多方面誤差影響，實(shí)際精度位數(shù)要在轉(zhuǎn)換位數(shù)基礎(chǔ)上至少還要扣除兩位，因此實(shí)際精度

對保護(hù)裝置而言，由于相保護(hù)和零序保護(hù)測量值的最小刻度LSB不同，因此測量精度差別較大。以同樣有14位AD的保護(hù)為例，假設(shè)量程能達(dá)到CT額定一次電流的10倍，同時(shí)相CT變比為1000：1，而零序電流變比為100：1。那么接于零序CT的保護(hù)和接于相CT的保護(hù)精度分

別為：

可見接于零序CT保護(hù)的精度比較高，可以反映于少于1A的（一次）零序電流的變化。而接于相CT的保護(hù)精度則低得多。

4 結(jié)語

對于零序電流的兩種獲取方式各有其自身的特點(diǎn)。一般零序CT較靈敏，內(nèi)部不平衡電流較小，但當(dāng)零序電流很大時(shí)易于飽和，傳變誤差增大；而三相CT靈敏度稍差，總的不平衡電流較大，但優(yōu)點(diǎn)是線性范圍大，能耐受較大數(shù)值的短路電流而不易飽和，相對傳變誤差較小。

基于不同CT的傳變特點(diǎn)，在現(xiàn)場應(yīng)用的時(shí)候應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要合理選擇零序電流的獲得方式。在對靈敏度要求較高的情況下（特別是小電流接地系統(tǒng)），宜使用靈敏度較高的零序互感器；反之，在故障零序電流很大，常規(guī)零序互感器較易飽和的情況下，若保護(hù)裝置支持內(nèi)部零序電流的合成，應(yīng)考慮使用線性范圍較大的相電流互感器。

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