配電網零序電流獲取方法綜述

國網山東省電力公司臨沂供電公司 亓富軍 李玉峰臨沂大學 田質廣

配電網零序電流獲取方法綜述

國網山東省電力公司臨沂供電公司 亓富軍 李玉峰臨沂大學 田質廣

電力系統利用零序電流分量構成的繼電保護原理中,均需獲取零序電流.本文介紹配電網中零序電流的獲取方法,總結電磁式電流互感器的零序電流檢測方法和電子式電流互感器電流檢測原理.電子式電流互感器各方面品質大多優于電磁式電流互感器,其將檢測到的各相瞬時電流相加即可檢測出線路零序電流.兩種零序電流的檢測方法在當前時期的配電網中均廣泛應用,了解兩者的檢測原理和各自的優缺點對配電網建設具有重要的意義.

配電網;零序電流;測量

0 引言

電流互感器(CT)是一種將電力系統一次側大電流變為二次側小電流的一次設備,其目的一方面在于使電力系統二次側設備(測量儀表和保護裝置等)標準化、小型化,并使其結構輕巧、價格便宜和便于安裝維護;另一方面在于使二次側設備隔離高電壓與大電流,互感器一次側與二次側沒有直接的電的聯系,且二次側均接地,保證了設備和人參安全.

電流互感器從測量原理上可以分為傳統電磁式電流互感器和電子式電流互感器,兩者在測量零序電流原理上均為將同一時刻三相電流瞬時值相加得到零序電流瞬時值,本文將對電磁式電流互感器零序電流檢測方法和電子式電流互感器電流檢測原理進行總結.

1 傳統配電網零序電流獲取方法

傳統配電網廣泛使用電磁式電流互感器測量配電網一次側電流.電磁式電流互感器由閉合的鐵心和繞組組成,通過電磁感應原理測量電流.對零序電流的檢測大多分為以下三種方法[1,2]:

(1)三相CT零序電流測量法:在三相電力線路每一相上各裝一只電流互感器,將3只CT二次回路的極性端、非極性端分別連接起來,然后再與負載相連,其原理圖接線圖如圖1所示.

由圖1可知,流入零序測量回路的電流為:

圖1 三CT零序電流測量法

(2)一CT(零序CT)零序電流測量法:讓三相電力線路穿過同一只電流互感器,其二次側輸出即為零序電流,該方法主要用于電纜出線,其原理圖如圖2所示.

圖2 一CT零序電流測量法

(3)中性線零序電流測量法:在三相四線制線路中,中性線流過零序電流,可以在中性線上安裝一只電流互感器測量零序電流,其原理圖如圖3所示.中性點直接接地系統的中性點對地回路安裝一只電流互感器測量零序電流原理同上.

圖3 中性線零序電流測量法

6-10kV配電網架空出線通常只在A、C兩相安裝兩只電流互感器,當線路發生單相接地故障時,以上三種方法并不能實現對零序電流的檢測.為獲取出線的零序電流,可以在出線空缺相(B相)增設1只電流互感器,與另外兩相電流互感器組成零序電流過濾器來獲取零序電流[3].該方法屬于第一種零序電流測量法.

文獻[4]通過推導A、C兩相與B相之間暫態電流的關系,提出了一種適用于僅安裝A、C兩相CT線路的零序電流構造方法,具體過程如下:

1)根據母線電壓互感器二次側電壓幅值判斷接地相;

2)若A相接地,則任意線路的B相電流由式(2)構造;

3)若C相接地,則任意線路的B想電流由式(3)構造;

4)得到構造的B相電流后根據A、C相電流的采樣值計算得出暫態零序電流.

2 智能配電網零序電流獲取方法

現代電力系統正在走向智能化,作為智能電網的重要組成部分,智能變電站需要以光纖傳輸方式輸出數字信號的互感器.傳感準確化、傳輸光纖化和輸出數字化的互感器主流趨勢必然導致了電子式互感器的誕生.但并不是所有場合下,電子式互感器都要求數字量輸出.配電網用10~35kV中壓互感器主要以模擬量輸出為主.原因是:

1)中壓互感器一般為開關柜內使用,信號傳輸距離近,一般在10米以內.

2)中壓電子式互感器的二次小電壓信號可直接進綜保裝置.

3)若改為數字輸出,則成本會大大增加;增加了A/D轉換,互感器就地數字化,還需要電源供電,則會增加故障率,抗干擾能力也會降低.

電子式電流互感器獲取零序電流的原理與傳統電流互感器的原理相同,由三相相電流根據式(1)計算而得,或由零序電流互感器檢測而得.檢測一次側電流的傳感器和二次側信號處理的方式不同.

中壓電子式電流互感器主要有采用Rogowski線圈的電流互感器和采用低功率線圈(感應式寬帶線圈)原理的電流互感器兩種.

采用Rogowski線圈的電流互感器由Rogowski線圈、積分器、A/D轉換等單元組成,將一次側大電流轉換成二次的低電壓模擬量輸出或數字量輸出,其工作原理如圖5所示.

圖5 Rogowski線圈組成的電子式電流互感器原理

鐵心線圈式低功率電流互感器(LPCT)是傳統電磁式電流互感器的一種發展,其原理如圖6所示.

圖6 低功率線圈電流互感器原理圖

它由一次繞組、小鐵芯和損耗最小化的二次繞組組成.二次繞組上連接著分流電阻Ra,該電阻是電流互感器一體化元件,分流電阻Ra是以使互感器消耗的功率接近為零這種方式設計的.二次電流I2在分流電阻Ra兩端的電壓降U2與一次電流I1成比例,U2可以根據需要設計在0-5V之間,這種互感器比傳統互感器的電流測量范圍大很多,甚至同一個線圈可以同時滿足測量和保護的要求.

LPCT仍然是基于電磁感應原理的鐵芯CT,它實際上代表了傳統CT的發展.特別之處在于所用的鐵芯材料是超微晶合金鐵芯 ,并且集成了一個取樣電阻,將電流輸出轉換成電壓輸出.

3 總結

電磁式電流互感器是配電網應用最廣泛的電流檢測設備,了解其工作原理和零序電流檢測方法是當前配電網零序電流檢測的必要內容.

電子式電流互感器是配電網未來電流檢測設備的發展方向,相比于傳統的電磁式電流互感器有不可替代的優越性,將在現代電力系統中發揮重要的基礎測量作用.

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