小電阻接地系統零序電流不同獲取方法的比較研究

摘 要：小電阻接地系統中零序電流的精確提取是其零序保護正確動作的前提，該文結合現場實際情況詳細分析不同零序電流獲取方法的優缺點，并給出其適用范圍，對實際工程應用具有指導意義。

關鍵詞：零序電流 電流互感器 小電阻接地系統

中圖分類號：TM711 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）12（c）-00-02

近年來隨著城市電網的高速發展，越來越多的經濟發達城市中壓電網采用了中性點經小電阻接地的運行方式。由于中性點經小電阻接地方式在我國投入運行時間不長，許多問題尚有待深入研究。對于小電阻接地系統而言，在發生接地故障時零序分量明顯，通常配置零序電流保護實現其接地故障的快速切除。因此，零序電流保護是確保小電阻接地系統安全穩定運行的重要保障。而零序電流保護的動作性能則主要依賴于零序電流的精確提取。

在工程實際中，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，以感應出總的零序電流，多見于電纜出線的配網；另一種是分別從三相饋線的電流互感器中獲取相電流，然后在保護裝置上合成零序電流，多見于架空線出線的配網。該文將結合現場實際情況詳細分析上述兩種零序電流獲取方法的優缺點。

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轉換器等采集環節，在這個過程中，必然產生一定的量化誤差、漂移誤差等。為此，對應直接由零序電流CT獲得零序電流，結合電流互感器的誤差分析理論可得：

式中：為保護裝置實際獲取的零序電流，為一次側零序電流，為互感器二次側漏電抗，為勵磁阻抗，為二次負載阻抗，為變比。

由此可見其結果將帶有兩種誤差：CT傳感誤差和保護采樣、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，然后在保護裝置內部合成零序電流，如圖2所示。

對于每一相CT，不難得到其二次側電流大小為：

流入零序保護的三相電流同樣必須通過AD轉換器采集后，再提取出相應的零序電流，為此可得此時獲取的零序電流大小為：

式中：為保護裝置實際獲取的零序電流，為互感器二次側漏電抗，為勵磁阻抗，為二次負載阻抗，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采樣、量化等測量誤差，下面具體分析。

根據CT的傳變誤差特點，可得如下

特點。

3.1 從變比上看

相CT平時要流過正常的負載電流，在故障時還要流過較大數值的短路電流，因此其變比一般做得比較大。零序CT平時僅流過不平衡電流，故障時才出現零序，為了保證零序的靈敏型，其變比一般選擇比較小。從前面小節分析可知，同樣勵磁阻抗下，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產生的，三相CT傳變特性的差異均將產生零序不平衡電流。而零序CT不存在不平衡電流。

3.3 從輕微故障時精度看

零序CT比相CT更能反映于絕緣失效、經較大過渡電阻接地等零序電流較小的情況。這是因為較小變比的零序CT能夠在一次零序電流發生微小變化時也能引起二次側電流較大的改變，而相CT靈敏度沒那么高。

3.4 從嚴重故障時精度看

相CT比零序CT有更寬的線性工作范圍。當小電阻接地系統發生接地故障時，所產生數百安培的短路電流，對相CT來說仍然處于誤差較小的工作區域（30%～100%），而對零序CT來說則處于誤差較大的工作區域，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。

對于保護裝置的測量誤差，必須考慮AD的兩個物理量—分辨率和精度。其中分辨率對應于一定位數AD裝置的量化誤差，可以用兩種方式表示，一種是直接用AD轉換器的位數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，其對應的是AD測量值與輸入實際值的差異。一般而言，由于AD裝置除了量化會產生誤差外，還存在溫度漂移、參考電壓漂移等多方面誤差影響，實際精度位數要在轉換位數基礎上至少還要扣除兩位，因此實際精度

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

別為：

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

4 結語

對于零序電流的兩種獲取方式各有其自身的特點。一般零序CT較靈敏，內部不平衡電流較小，但當零序電流很大時易于飽和，傳變誤差增大；而三相CT靈敏度稍差，總的不平衡電流較大，但優點是線性范圍大，能耐受較大數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，在現場應用的時候應根據實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），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，常規零序互感器較易飽和的情況下，若保護裝置支持內部零序電流的合成，應考慮使用線性范圍較大的相電流互感器。

參考文獻

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