小电阻接地系统零序电流不同获取方法的比较研究

小电阻接地系统零序电流不同获取方法的比较研究摘要：小电阻接地系统中零序电流的精确提取是其零序保护正确动作的前提，该文结合现场实际情况详细分析不同零序电流获取方法的优缺点，并给出其适用范围，对实际工程应用具有指导意义。关键词：零序电流电流互感器小电阻接地系统近年来随着城市电网的高速发展，随着中低压配电网中电力电缆数量的增加以及用电负荷的增大,系统中性点采用小电（略）或消弧线圈(非有效性)接地方式已取代过去的不接地方式成为中低压配电网运行方式的主流.由于中性点经小电阻接地方式在我国投入运行时间不长，许多问题尚有待深入研究。对于小电阻接地系统而言，在发生接地故障时零序分量明显，通常配置零序电流保护实现其接地故障的快速切除。因此，零序电流保护是确保小电阻接地系统安全稳定运行的重要保障。而零序电流保护的动作性能则主要依赖于零序电流的精确提取。在工程实际中，对于零序电流的获取，主要可有两种方式：一种是将零序电流互感器直接套在三相的封装电缆中，以感应出总的零序电流，多见于电缆出线的配网；另一种是分别从三相馈线的电流互感器中获取相电流，然后在保护装置上合成零序电流，多见于架空线出线的配网。该文将结合现场实际情况详细分析上述两种零序电流获取方法的优缺点。1零序CT获取零序电流的误差分析对于电缆线路可通过零序CT获取零序电流，如图1所示。电流互感器获取电流后，将通过AD转换器等采集环节，在这个过程中，必然产生一定的量化误差、漂移误差等。为此，对应直接由零序电流CT获得零序电流，结合电流互感器的误差分析理论可得：式中：为保护装置实际获取的零序电流，为一次侧零序电流，为互感器二次侧漏电抗，为励磁阻抗，为二次负载阻抗，为变比。由此可见其结果将带有两种误差：CT传感误差和保护采样、量化等测量误差。2三相CT获取零序电流的误差分析零序电流还可以通过相CT得到的三相电流，然后在保护装置内部合成零序电流，如图2所示。对于每一相CT，不难得到其二次侧电流大小为：流入零序保护的三相电流同样必须通过AD转换器采集后，再提取出相应的零序电流，为此可得此时获取的零序电流大小为：式中：为保护装置实际获取的零序电流，为互感器二次侧漏电抗，为励磁阻抗，为二次负载阻抗，为变比。3零序电流不同获取方法的比较利用上面的误差分析，可知不同方法获取的零序电流都包含了CT本身的传感误差和保护采样、量化等测量误差，下面具体分析。根据CT的传变误差特点，可得如下特点。3.1从变比上看相CT平时要流过正常的负载电流，在故障时还要流过较大数值的短路电流，因此其变比一般做得比较大。零序CT平时仅流过不平衡电流，故障时才出现零序，为了保证零序的灵敏型，其变比一般选择比较小。从前面小节分析可知，同样励磁阻抗下，变比大的CT其传变误差更小。3.2从不平衡电流上看由三相CT产生的，三相CT传变特性的差异均将产生零序不平衡电流。而零序CT不存在不平衡电流。3.3从轻微故障时精度看零序CT比相CT更能反映于绝缘失效、经较大过渡电阻接地等零序电流较小的情况。这是因为较小变比的零序CT能够在一次零序电流发生微小变化时也能引起二次侧电流较大的改变，而相CT灵敏度没那么高。3.4从严重故障时精度看相CT比零序CT有更宽的线性工作范围。当小电阻接地系统发生接地故障时，所产生数百安培的短路电流，对相CT来说仍然处于误差较小的工作区域（30%～100%），而对零序CT来说则处于误差较大的工作区域，因此相CT传变误差更小。因此，零序CT较灵敏，不平衡电流较小，但易于饱和，传变误差较大；相CT灵敏度稍差，不平衡电流较大，但线性范围大，不易饱和，传变误差较小。对于保护装置的测量误差，必须考虑AD的两个物理量―分辨率和精度。其中分辨率对应于一定位数AD装置的量化误差，可以用两种方式表示，一种是直接用AD转换器的位数n，另一种是用最小测量刻度表示，也就是而精度不同于分辨率，其对应的是AD测量值与输入实际值的差异。一般而言，由于AD装置除了量化会产生误差外，还存在温度漂移、参考电压漂移等多方面误差影响，实际精度位数要在转换位数基础上至少还要扣除两位，因此实际精度对保护装置而言，由于相保护和零序保护测量值的最小刻度LSB不同，因此测量精度差别较大。以同样有14位AD的保护为例，假设量程能达到CT额定一次电流的10倍，同时相CT变比为1000：1，而零序电流变比为100：1。那么接于零序CT的保护和接于相CT的保护精度分别为：可见接于零序CT保护的精度比较高，可以反映于少于1A的（一次）零序电流的变化。而接于相CT的保护精度则低得多。4结语对于零序电流的两种获取方式各有其自身的特点。一般零序CT较灵敏，内部不平衡电流较小，但当零序电流很大时易于饱和，传变误差增大；而三相CT灵敏度稍差，总的不平衡电流较大，但优点是线性范围大，能耐受较大数值的短路电流而不易饱和，相对传变误差较小。基于不同CT的传变特点，在现场应用的时候应根据实际需要合理选择零序电流的获得方式。在对灵敏度要求较高的情况下（特别是小电流接地系统），宜使用灵敏度较高的零序互感器；反之，在故障零序电流很大，常规零序互感器较易饱和的情况下，若保护装置支持内部零序电流的合成，应考虑使用线性范围较大的相电流互感器。参考文献[1]任元会，姚家帏.工业与民用配电设计手册[M].3版.中国电力出版社，2005：130-153.[2]王丽华，郑树展.保护用电流互感器误差分析与计算方法的研究[J].电工电气，2010（2）：33-37.[3]袁季修.保护用电流互感器应用指南[M].中国电力出版社，2003：129-135.