配電網(wǎng)零序電流獲取方法綜述

國網(wǎng)山東省電力公司臨沂供電公司 亓富軍 李玉峰臨沂大學(xué) 田質(zhì)廣

配電網(wǎng)零序電流獲取方法綜述

國網(wǎng)山東省電力公司臨沂供電公司 亓富軍 李玉峰臨沂大學(xué) 田質(zhì)廣

電力系統(tǒng)利用零序電流分量構(gòu)成的繼電保護(hù)原理中,均需獲取零序電流.本文介紹配電網(wǎng)中零序電流的獲取方法,總結(jié)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(zhì)大多優(yōu)于電磁式電流互感器,其將檢測到的各相瞬時(shí)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(dāng)前時(shí)期的配電網(wǎng)中均廣泛應(yīng)用,了解兩者的檢測原理和各自的優(yōu)缺點(diǎn)對配電網(wǎng)建設(shè)具有重要的意義.

配電網(wǎng);零序電流;測量

0 引言

電流互感器(CT)是一種將電力系統(tǒng)一次側(cè)大電流變?yōu)槎蝹?cè)小電流的一次設(shè)備,其目的一方面在于使電力系統(tǒng)二次側(cè)設(shè)備(測量儀表和保護(hù)裝置等)標(biāo)準(zhǔn)化、小型化,并使其結(jié)構(gòu)輕巧、價(jià)格便宜和便于安裝維護(hù);另一方面在于使二次側(cè)設(shè)備隔離高電壓與大電流,互感器一次側(cè)與二次側(cè)沒有直接的電的聯(lián)系,且二次側(cè)均接地,保證了設(shè)備和人參安全.

電流互感器從測量原理上可以分為傳統(tǒng)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(shí)刻三相電流瞬時(shí)值相加得到零序電流瞬時(shí)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(jìn)行總結(jié).

1 傳統(tǒng)配電網(wǎng)零序電流獲取方法

傳統(tǒng)配電網(wǎng)廣泛使用電磁式電流互感器測量配電網(wǎng)一次側(cè)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(yīng)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(fù)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(cè)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(diǎn)直接接地系統(tǒng)的中性點(diǎn)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(wǎng)架空出線通常只在A、C兩相安裝兩只電流互感器,當(dāng)線路發(fā)生單相接地故障時(shí),以上三種方法并不能實(shí)現(xiàn)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(shè)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(xiàn)[4]通過推導(dǎo)A、C兩相與B相之間暫態(tài)電流的關(guān)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(gòu)造方法,具體過程如下:

1)根據(jù)母線電壓互感器二次側(cè)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(gòu)造;

3)若C相接地,則任意線路的B想電流由式(3)構(gòu)造;

4)得到構(gòu)造的B相電流后根據(jù)A、C相電流的采樣值計(jì)算得出暫態(tài)零序電流.

2 智能配電網(wǎng)零序電流獲取方法

現(xiàn)代電力系統(tǒng)正在走向智能化,作為智能電網(wǎng)的重要組成部分,智能變電站需要以光纖傳輸方式輸出數(shù)字信號的互感器.傳感準(zhǔn)確化、傳輸光纖化和輸出數(shù)字化的互感器主流趨勢必然導(dǎo)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(shù)字量輸出.配電網(wǎng)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(guān)柜內(nèi)使用,信號傳輸距離近,一般在10米以內(nèi).

2)中壓電子式互感器的二次小電壓信號可直接進(jìn)綜保裝置.

3)若改為數(shù)字輸出,則成本會大大增加;增加了A/D轉(zhuǎn)換,互感器就地?cái)?shù)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(tǒng)電流互感器的原理相同,由三相相電流根據(jù)式(1)計(jì)算而得,或由零序電流互感器檢測而得.檢測一次側(cè)電流的傳感器和二次側(cè)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(yīng)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(zhuǎn)換等單元組成,將一次側(cè)大電流轉(zhuǎn)換成二次的低電壓模擬量輸出或數(shù)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(tǒng)電磁式電流互感器的一種發(fā)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(shè)計(jì)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(jù)需要設(shè)計(jì)在0-5V之間,這種互感器比傳統(tǒng)互感器的電流測量范圍大很多,甚至同一個(gè)線圈可以同時(shí)滿足測量和保護(hù)的要求.

LPCT仍然是基于電磁感應(yīng)原理的鐵芯CT,它實(shí)際上代表了傳統(tǒng)CT的發(fā)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(gè)取樣電阻,將電流輸出轉(zhuǎn)換成電壓輸出.

3 總結(jié)

電磁式電流互感器是配電網(wǎng)應(yīng)用最廣泛的電流檢測設(shè)備,了解其工作原理和零序電流檢測方法是當(dāng)前配電網(wǎng)零序電流檢測的必要內(nèi)容.

電子式電流互感器是配電網(wǎng)未來電流檢測設(shè)備的發(fā)展方向,相比于傳統(tǒng)的電磁式電流互感器有不可替代的優(yōu)越性,將在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中發(fā)揮重要的基礎(chǔ)測量作用.

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