王慶軍,王貽平,朱勝龍,劉 靜
(國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司 電力科學(xué)研究院,安徽 合肥 230022 )
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配電系統(tǒng)電容電流的測(cè)量
王慶軍,王貽平,朱勝龍,劉靜
(國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司 電力科學(xué)研究院,安徽 合肥230022 )
摘要:配電系統(tǒng)電容電流過大,如不采取措施,容易產(chǎn)生間歇性弧光接地過電壓,而配電線路復(fù)雜,應(yīng)通過實(shí)測(cè)掌握相關(guān)情況。文章介紹配電系統(tǒng)電容電流的常用測(cè)量方法,比較其優(yōu)缺點(diǎn),并應(yīng)用中性點(diǎn)外加電容法、附加電容法及中性點(diǎn)外施異頻信號(hào)法,測(cè)量某變電所35 kV配電系統(tǒng)電容電流。
關(guān)鍵詞:配電系統(tǒng);電容電流;測(cè)量
隨著城市電網(wǎng)的擴(kuò)大,系統(tǒng)電容電流增加較快,當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí),系統(tǒng)單相接地電容電流往往很大,易產(chǎn)生間歇性弧光接地過電壓[1-2]。我國(guó)電氣設(shè)備設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定35 kV電網(wǎng)電容電流大于10 A,3~10 kV由鋼筋混凝土或金屬桿塔的架空線路構(gòu)成的系統(tǒng)電容電流大于10 A時(shí),要加消弧線圈進(jìn)行補(bǔ)償,所以有必要了解高壓配電網(wǎng)系統(tǒng)單相接地電容電流測(cè)試方法[3-9]。
1測(cè)試方法
1.1單相金屬接地法
這種方法是直接測(cè)量電容電流的方法,通過短時(shí)將系統(tǒng)三相逐相金屬接地,測(cè)量其單相接地電流,其缺點(diǎn)是中性點(diǎn)電壓將升高到相電壓,另兩相將升高到線電壓,易造成兩相對(duì)地短路及鐵磁諧振過電壓,對(duì)于人身、設(shè)備安全風(fēng)險(xiǎn)較大。
1.2中性點(diǎn)外加電容法
該方法是在系統(tǒng)中性點(diǎn)上外加電容,通過測(cè)量其上電壓值,間接計(jì)算出電容電流,其接線方式如圖1所示。
圖1 中性點(diǎn)外加電容法接線圖
當(dāng)中性點(diǎn)未加電容時(shí),中性點(diǎn)電壓主要由系統(tǒng)不對(duì)稱引起,其中,有三相電容不對(duì)稱,也有電源三相不對(duì)稱。此時(shí)中性點(diǎn)電壓為
(1)
中性點(diǎn)接入電容Cf后,中性點(diǎn)電壓為
(2)
(1)式除以(2)式,得
(3)
三相電容相等,均為C,由此計(jì)算出三相對(duì)地電容,即
(4)
系統(tǒng)單相接地時(shí)的電容電流為
(5)
其中,Uφ為系統(tǒng)平均相對(duì)地電壓,該方法只要在中性點(diǎn)測(cè)量2次電壓。Cf的選擇可取為系統(tǒng)對(duì)地電容估計(jì)值的1~4倍,但其缺點(diǎn)是系統(tǒng)要有中性點(diǎn)引出;當(dāng)不對(duì)稱電壓中含有大量的高次諧波分量時(shí),測(cè)量誤差較大,其測(cè)量受系統(tǒng)參數(shù)影響較大,因此,該方法不能測(cè)量各相對(duì)的電容值。
1.3附加電容法
該方法的測(cè)試接線方式如圖2所示,測(cè)試時(shí)先測(cè)量中性點(diǎn)的電壓U0,然后將附加電容Cf分別通過閑置開關(guān)接入A、B、C相,同時(shí)測(cè)量中性點(diǎn)電壓U0A、U0B、U0C,它可以直接測(cè)量,也可通過測(cè)量母線壓變開口三角電壓得到。
圖2 附加電容法測(cè)量接線圖
由此建立下列公式為
(6)
(7)
(8)
(9)
近似認(rèn)為三相電壓對(duì)稱,取其幅值為三相相電壓幅值的平均值Uφ,可以得到一個(gè)關(guān)于CA、CB、CC的方程組,并按照以下步驟計(jì)算分析。
(2) 計(jì)算a、b、c,即
(3) 由a、b、c計(jì)算CA、CB、CC,即CA=(a+c)/3,CB=(3b+2c-a-3Cf)/6,CC=(2c-3b-a-3Cf)/6。
附加電容Cf的選取宜取為每相對(duì)地電容估計(jì)值的1~2倍,以使中性點(diǎn)電壓偏移不超過相電壓的25%,同時(shí)又使之有一定偏移,試驗(yàn)時(shí)可通過閑置開關(guān)投切電容Cf。
此種方法優(yōu)點(diǎn)是可以分別計(jì)算出三相對(duì)地電容,便于指導(dǎo)換線;可應(yīng)用于三角或星形接線系統(tǒng);相比金屬接地法,中性點(diǎn)電壓偏移小,安全性較高。缺點(diǎn)是記錄參數(shù)較多,實(shí)際測(cè)量時(shí)可以先進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算,判斷是否符合實(shí)際,另外附加電容選擇要滿足安全要求。
1.4外施異頻信號(hào)法
外施異頻信號(hào)法是由異頻信號(hào)恒流源通過消弧線圈的電壓測(cè)量繞組,或通過電壓互感器開口三角繞組注入到被測(cè)電網(wǎng),計(jì)算出三相對(duì)地電容,再計(jì)算出電容電流。此種方法簡(jiǎn)便、安全,但從電壓互感器開口三角繞組注入信號(hào)法測(cè)量誤差較大,一般約為10%,這主要是因?yàn)殡妷夯ジ衅鞯穆┛馆^大所致。
2實(shí)例測(cè)量
以某220 kV變電所35 kV系統(tǒng)單相接地電容電流測(cè)量為例,測(cè)量采用3種方法進(jìn)行,此變電所35 kV系統(tǒng)分為Ⅰ、Ⅱ兩段,這里進(jìn)行Ⅱ段的電容電流測(cè)量,Ⅱ段上架空線路為31.7 km,電纜線路為2.5 km。
2.1電容電流估算
測(cè)量前必須對(duì)電容電流進(jìn)行估算[10],以選擇合適的外加電容。由于單位長(zhǎng)度的電纜線路電容電流遠(yuǎn)大于架空線路,其值與電纜的截面積、結(jié)構(gòu)及電壓等級(jí)等因素有關(guān)。在缺少詳細(xì)資料的情況下,可以用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算,即
(10)
其中,S為電纜芯線截面積,單位為mm2;U線為額定線電壓,單位為kV;當(dāng)缺少截面積資料時(shí),IC可取4.5 A/km。
一般3~35 kV架空線路每相對(duì)地電容為5 000~6 000 pF/km,由此可以估算不同電壓等級(jí)線路每公里的單相接地電容電流值。但是,同桿雙回路架空線的電容電流并非為單回路的2倍,其電容電流通常是單回路的1.4~1.6倍,這樣得到10 kV系統(tǒng)架空線路電容電流為0.03 A/km,35 kV系統(tǒng)為0.1 A/km。
考慮變電所內(nèi)設(shè)備對(duì)電容電流的影響,可以按10 kV系統(tǒng)增大16%,35 kV系統(tǒng)增大13%,綜合估算Ⅱ段電容電流約為15 A。
2.2中性點(diǎn)附加電容法
測(cè)試中采用電容量為2.69 μF的低壓電容,測(cè)量計(jì)算結(jié)果見表1所列。
表1 中性點(diǎn)附加電容法測(cè)量結(jié)果
2.3異頻信號(hào)注入法
試驗(yàn)中采用某廠生產(chǎn)的電容電流測(cè)試儀測(cè)量,通過電壓互感器開口三角繞組注入異頻信號(hào),測(cè)得Ⅱ段電容電流為13.6 A。
2.4附加電容法
測(cè)試方法如前所述,測(cè)試結(jié)果見表2所列。
表2 附加電容法測(cè)量結(jié)果
按照附加電容法,先計(jì)算出A、B、C三相電容分別為0.677、0.666、0.666 μF,這樣計(jì)算得到的單相接地電容電流為13.8 A??梢姰愵l信號(hào)注入法、附加電容法測(cè)量結(jié)果相差較小,與估算結(jié)果相差約為8%。
3結(jié)論
(1) 配電系統(tǒng)電容電流的測(cè)量方法較多,除本文介紹的4種方法,還有外加電壓法和變頻法等方法,測(cè)量中可根據(jù)實(shí)際情況實(shí)施。
(2) 附加電容法適應(yīng)范圍較廣,同時(shí)可以計(jì)算出三相對(duì)地電容,對(duì)于線路施工換位具有指導(dǎo)意義。
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收稿日期:2016-03-07
作者簡(jiǎn)介:王慶軍(1973-),男,安徽金寨人,碩士,國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司電力科學(xué)研究院高級(jí)工程師.
中圖分類號(hào):TM727.2
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
文章編號(hào):1673-5781(2016)02-0161-03