趙 憲，章 彪，劉海龍

（國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司湘潭供電公司，湖南 湘潭 411100）

配電線路電容電流測(cè)量方法比較

趙 憲，章 彪，劉海龍

（國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司湘潭供電公司，湖南 湘潭 411100）

隨著配電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，特別是電纜線路的廣泛應(yīng)用，使得電容電流迅速增長(zhǎng)，因此很有必要加強(qiáng)電容電流的整治，以防電容電流超標(biāo)，對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行構(gòu)成威脅。實(shí)現(xiàn)電容電流的準(zhǔn)確測(cè)量，為是否需要安裝消弧線圈以及消弧線圈的容量選擇提供了依據(jù)。目前，湘潭供電公司主要采用了TV開口三角信號(hào)注入法、中性點(diǎn)外加電容法和中性點(diǎn)注入信號(hào)法來實(shí)現(xiàn)電容電流的測(cè)量，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用情況，比較幾種電容電流測(cè)量方法的優(yōu)缺點(diǎn)，可為電容電流的測(cè)量提供參考。

電容電流；測(cè)試方法；接地方式

0 引言

供電質(zhì)量直接關(guān)系電力客戶的切身利益。配網(wǎng)線路故障率最高的為單相接地故障。當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，流經(jīng)接地點(diǎn)的電流很大，如果不能自行熄弧，弧光過電壓將可能導(dǎo)致設(shè)備損壞，威脅系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。單相接地時(shí)，若消弧線圈提供的感性電流能抵消電容電流的影響，將對(duì)電網(wǎng)及其設(shè)備起到良好的保護(hù)效果。因此，實(shí)現(xiàn)電容電流準(zhǔn)確測(cè)量，為消弧線圈選型提供根據(jù)，對(duì)于電容電流治理具有深刻意義。

目前，電容電流測(cè)量方法較多，主要分為直接測(cè)量法和間接測(cè)量法兩種［1］。直接測(cè)量法是人為制造一個(gè)金屬性接地，通過接入的電流互感器測(cè)量電容電流值，該方法危險(xiǎn)性較高，操作難度較大，目前已經(jīng)很少使用。隨著電容電流測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，間接法已經(jīng)成為主流。本文提到的電壓互感器（TV）開口三角信號(hào)注入法、中性點(diǎn)外加電容法和中性點(diǎn)注入信號(hào)法都可以歸結(jié)為間接測(cè)量法。

介紹幾種常用電容電流測(cè)量方法的基本原理，并就目前的應(yīng)用情況對(duì)幾種常用電容電流方法進(jìn)行對(duì)比，分析各自的優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)變電站的實(shí)際情況，提出合適的測(cè)量方法。

1 電容電流理論計(jì)算

1.1 電纜線路的理論計(jì)算

電纜線路的電容電流計(jì)算公式為［2］

式中：IC為電容電流值，A；S 是電纜截面積，mm2；UN為系統(tǒng)額定電壓，kV；L是線路長(zhǎng)度，km。

1.2 架空線路的理論計(jì)算

無架空地線線路的電容電流計(jì)算值為［3］

有架空地線的線路電容電流值為

理論計(jì)算值是依據(jù)現(xiàn)有的配電線路資料，統(tǒng)計(jì)線路的長(zhǎng)度和截面積，再帶入式（1）~（3）進(jìn)行求解，應(yīng)用過程中可以與實(shí)際測(cè)量值對(duì)比，為電容電流測(cè)量的判斷提供參考。

2 TV開口三角注入信號(hào)法

2.1 測(cè)量基本原理

在10kV電壓互感器開口三角測(cè)量電容電流的原理如圖1所示，解開TV二次開口三角，接入試驗(yàn)儀器，注入正弦電流I0，則在三相TV一次側(cè)感應(yīng)出電流分別為IA、IB、IC，該電流流經(jīng)零序回路，不在負(fù)荷與電源之間流通。為了分析方便，認(rèn)為三相線路對(duì)地電容、TV參數(shù)均相同。

圖1 TV開口三角注入法測(cè)量原理

零序電流流過，在TV一次側(cè)感應(yīng)出電壓，根據(jù)TV變比（設(shè)TV的變比為n），可以計(jì)算二次側(cè)的零序電壓值U0與注入電流值I0的關(guān)系［4］。以A相TV為例，等效電路如圖2所示，L為電壓互感器等效電感，R為電壓互感器等效電阻，C為系統(tǒng)對(duì)地等效電容。

圖2 A相零序回路等值電路

根據(jù)變比，可知在A相感應(yīng)的電流為

在A相TV一次側(cè)感應(yīng)的電壓為

由于TV和電容量三相參數(shù)一致，故二次側(cè)開口三角電壓為

通過式（6）求出電容量，含有3個(gè)未知量，使用的HC-1便攜式電容電流測(cè)試儀，測(cè)量原理是在開口三角注入一個(gè)5Hz的恒定方波信號(hào)，對(duì)注入的方波信號(hào)進(jìn)行傅立葉分解［5］，可得到

在電壓互感器二次側(cè)開口三角進(jìn)行采樣和數(shù)據(jù)處理，分別可以得到電壓和電流的關(guān)系為

聯(lián)立（9）~（10）方程組，計(jì)算出電容量 C，再根據(jù)IC=3ωCUφ計(jì)算電容電流值，其中Uφ為系統(tǒng)相電壓。

2.2 誤差分析

從上述測(cè)量基本原理可知，注入信號(hào)的頻率、TV變比準(zhǔn)確度、中性點(diǎn)接線情況直接影響電容電流測(cè)量準(zhǔn)確性。

若中性點(diǎn)接有消諧電阻器、消弧線圈等零序設(shè)備，則相當(dāng)于在零序回路增加了一個(gè)數(shù)值未知的零序阻抗，該阻抗的存在必定會(huì)使流經(jīng)零序回路的電流變小，而儀器的設(shè)計(jì)并未考慮此類設(shè)備的影響，若此時(shí)不退出零序設(shè)備，測(cè)量數(shù)據(jù)不可靠。

3 中性點(diǎn)處測(cè)量方法

3.1 中性點(diǎn)外加電容法

試驗(yàn)時(shí)外加電容選取3個(gè)電容量為等差數(shù)列關(guān)系的電容器，分別測(cè)量一次，電容電流測(cè)量結(jié)果取3次測(cè)量值的算術(shù)平均值［6］。中性點(diǎn)外加電容法測(cè)量原理如圖3所示。

圖3 中性點(diǎn)外加電容法測(cè)量原理

UHC為中性點(diǎn)不平衡電壓，將選定的電容C0接入中性點(diǎn)，則圖3可以簡(jiǎn)化為圖4。

圖4 中性點(diǎn)接C0后的等值電路

據(jù)此，可以得到被測(cè)電容及電容電流

式中：C為三相被測(cè)電容之和；C0為外加電容；U0為電容器上電壓；UHC為三相對(duì)地不對(duì)稱電壓；ω為角頻率；Uφ為被測(cè)系統(tǒng)相電壓。

3.2 中性點(diǎn)信號(hào)注入法

目前湘潭公司所使用的中性點(diǎn)信號(hào)注入法的試驗(yàn)儀器為GW2005型電容電流測(cè)量?jī)x，其基本原理如圖5所示。

電源模塊上接入電源并具有開機(jī)自檢功能，CPU主板參數(shù)（電壓等級(jí)、測(cè)試日期、變電站代碼、中性點(diǎn)類型）設(shè)置完畢之后，將引線接入中性點(diǎn)，然后可進(jìn)行測(cè)量。信號(hào)板經(jīng)副機(jī)（10kV電容器和高阻電路）向系統(tǒng)中性點(diǎn)注入信號(hào)電流矢量，經(jīng)副機(jī)采集零序電壓矢量，通過濾波放大電路、矢量修正、A／D轉(zhuǎn)換及信號(hào)調(diào)校模塊調(diào)節(jié)流過測(cè)試儀內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)電容的電流，改變標(biāo)準(zhǔn)電容的電壓［7］。經(jīng)CPU換算得到分布電容值C及電容電流。

圖5 GW2005測(cè)量?jī)x原理

3.3 測(cè)量中的注意事項(xiàng)

中性點(diǎn)處測(cè)量不受TV和中性點(diǎn)消諧器的影響，但必須在有中性點(diǎn)的系統(tǒng)才能測(cè)量，如果測(cè)量時(shí)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障，中性點(diǎn)電壓升為相電壓，對(duì)試驗(yàn)人員安全構(gòu)成威脅。因此盡量選在晴朗無風(fēng)的天氣測(cè)量，避免單相接地故障的發(fā)生［8］；在測(cè)量過程中，必須采取必要的安全措施，宜加裝過壓保護(hù)裝置，測(cè)量回路有熔斷器，并使用絕緣桿、戴絕緣手套或站在絕緣墊上進(jìn)行操作。當(dāng)系統(tǒng)沒有中性點(diǎn)引出時(shí)，則無法測(cè)量，中性點(diǎn)外加電容法，電容選取要適當(dāng)，否則測(cè)量結(jié)果會(huì)存在較大偏差。

4 應(yīng)用情況

4.1 中性點(diǎn)測(cè)量方法

在110kV某變電站，10kV系統(tǒng)接線如圖6所示，用中性點(diǎn)注入信號(hào)法和外加電容法測(cè)量了電容電流，通過與周邊變電站配合，變更變電站出線方式，依次測(cè)量了系統(tǒng)的電容電流，并與理論值進(jìn)行對(duì)比。

圖6 某變電站10kV配電系統(tǒng)

第1次測(cè)量的運(yùn)行方式為：開關(guān)306、308、312（不含九奔線，環(huán)網(wǎng)柜合環(huán)）、314、322、336 閉合。

第2次測(cè)量的運(yùn)行方式為：開關(guān)306、308、312（含九奔線，環(huán)網(wǎng)柜開環(huán)）、314、322、336 閉合。

第3次測(cè)量的運(yùn)行方式為：開關(guān)306、308、314、322、336閉合，開關(guān)312斷開。

第4次測(cè)量的運(yùn)行方式為：開關(guān)306、308、322、336閉合，開關(guān)312、314斷開。

第5次測(cè)量的運(yùn)行方式為：開關(guān)306、322、336閉合，開關(guān) 308、312、314 斷開。

表1 不同運(yùn)行方式下電容電流測(cè)試值A(chǔ)

從不同的運(yùn)行方式的測(cè)量結(jié)果來看，中性點(diǎn)注入信號(hào)法和中性點(diǎn)外加電容法測(cè)量結(jié)果比較一致。兩種方法相互驗(yàn)證，測(cè)量結(jié)果可信程度較高。

通過5次不同運(yùn)行方式的測(cè)量結(jié)果，可以計(jì)算出單條線路的電容電流值，與理論值比較的結(jié)果如表2所示。

表2 電容電流理論計(jì)算值與測(cè)試值比較 A

由表2可知，實(shí)際測(cè)量結(jié)果與理論值接近一致，進(jìn)一步驗(yàn)證了中性點(diǎn)注入信號(hào)法和中性點(diǎn)外加電容法的測(cè)量方法比較可靠。

4.2 TV開口三角注入法

目前，為了保護(hù)電壓互感器，越來越多的變電站TV一次側(cè)中性點(diǎn)安裝了消諧電阻器或電壓互感器，分別如圖7和圖8所示。中性點(diǎn)消諧電阻和TV的存在，將在開口三角側(cè)測(cè)得一個(gè)較高的電壓值（1~5 V），而中性點(diǎn)直接接地的開口三角電壓通常在0.5 V以下。消諧器的存在對(duì)TV開口三角的測(cè)量影響非常大，測(cè)量數(shù)據(jù)經(jīng)常出現(xiàn)紊亂，或者是得出明顯錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)。

圖7 母線TV裝有消諧裝置

圖8 4TV接線方式

湘潭地區(qū)110kV某變電站含有兩段母線，母線TV中性點(diǎn)均是經(jīng)消諧器接地。在未退出中性點(diǎn)消諧器時(shí)，實(shí)時(shí)系統(tǒng)顯示Ⅰ段母線A、B、C三相電壓分別為5.85kV、5.45kV、6.3kV，Ⅱ段母線分別為6.02kV、5.61kV、6.19kV，Ⅰ、Ⅱ段母線三相電壓不平衡，開口三角電壓偏大，在Ⅰ段和Ⅱ段分別測(cè)量時(shí)，測(cè)量數(shù)據(jù)存在錯(cuò)誤。

使用TV開口三角注入信號(hào)法測(cè)量時(shí)，需要將中性點(diǎn)消諧器或中性點(diǎn)TV退出運(yùn)行，保證中性點(diǎn)直接接地，才能進(jìn)行有效測(cè)量。

在退出消諧器時(shí)，需要進(jìn)行倒閘操作，涉及停電要辦理一張第一種工作票，測(cè)量電容電流辦理一張第二種工作票，測(cè)量完畢恢復(fù)初始狀態(tài)需要辦理另外一張第一種工作票，操作較為復(fù)雜，電容電流測(cè)量工作可能會(huì)要持續(xù)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，效率降低。

TV中性點(diǎn)消諧器退出之后，分別測(cè)量Ⅰ、Ⅱ段母線電容電流，測(cè)量數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 某變電站電容電流測(cè)量結(jié)果A

TV開口三角處測(cè)量的實(shí)際數(shù)值，與監(jiān)控裝置比較接近，兩者相互驗(yàn)證，可認(rèn)為此次的測(cè)量結(jié)果接近真實(shí)的電容電流值。

然而在另外一個(gè)110kV變電站測(cè)量，其10kV系統(tǒng)TV未含消諧器，用開口三角法測(cè)量，不需要進(jìn)行消諧器退出的操作，與中性點(diǎn)注入信號(hào)法所測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比，測(cè)量結(jié)果如表4所示。

表4 某變電站測(cè)量結(jié)果對(duì)比 A

從測(cè)量數(shù)據(jù)可以看到，TV開口三角測(cè)量結(jié)果與中性點(diǎn)注入信號(hào)法的結(jié)果相差較大，但理論值計(jì)算結(jié)果更支持中性點(diǎn)注入信號(hào)法的測(cè)量結(jié)果，同時(shí)考慮到中性點(diǎn)注入信號(hào)法比較準(zhǔn)確，所以認(rèn)為此次TV開口三角處測(cè)量數(shù)據(jù)存在偏差。

5 結(jié)語

為了保證電容電流測(cè)量的準(zhǔn)確性，最好能采用非同樣原理的測(cè)量方法與其比對(duì)，當(dāng)兩者測(cè)試結(jié)果一致，才可以認(rèn)為此次電容電流測(cè)量結(jié)果是有效的。

TV開口三角的測(cè)量方法不接觸一次設(shè)備，接線簡(jiǎn)單，但湘潭電網(wǎng)10kV TV中性點(diǎn)含有消諧器的情況比較普遍，退出消諧器操作較為復(fù)雜，且測(cè)量時(shí)易受TV變比、注入信號(hào)頻率等影響，測(cè)量數(shù)據(jù)波動(dòng)性較大。

中性點(diǎn)處測(cè)量結(jié)果較為準(zhǔn)確，局限性較少，測(cè)量時(shí)無需對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行倒閘操作，符合電網(wǎng)的實(shí)際情況，有中性點(diǎn)的系統(tǒng)應(yīng)盡量采用，但在測(cè)量過程中需要加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)的控制與防范。

［1］ 全國(guó)高電壓試驗(yàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化分技術(shù)委員會(huì).中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)電容電流測(cè)試規(guī)程：DL／T308—2012［S］．北京：中國(guó)電力出版社，2012.

［2］ 易文韜，李甦康．配電網(wǎng)電容電流測(cè)量方法探討［J］．江西電力，2010，34（1）：13-17．

［3］ 鐘新華．配電網(wǎng)電容電流估算公式的修正 ［J］．現(xiàn)代電力，2004，21（1）：45-49．

［4］ 朱全生．中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中電容電流的危害及測(cè)量方法探討［J］．機(jī)電信息，2013（24）：38-39．

［5］ 梁曉紅，劉永青．防止中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)鐵磁諧振的措施［J］．電工技術(shù)，2012（4）：27-28，30．

［6］ 馬寧．哈爾濱市松北區(qū)10kV系統(tǒng)單相接地電容電流分析與補(bǔ)償［J］．黑龍江電力，2008，30（2）：128-130，136．

［7］ 萬玉良，劉欽永．伊敏地區(qū)35kV系統(tǒng)電容電流計(jì)算與消弧線圈選擇［J］．內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2009，27（1）：43-44．

［8］ 丁柏林，張建權(quán)，張捷．6~35kV中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)電容電流的危害及其對(duì)策［J］．安徽電力，2008，25（3）：24-27．

Comparison on Frequently-used Methods of Capacitive Current Measurement on Power Distribution Lines

ZHAO Xian，ZHANG Biao，LIU Hailong
（State Grid Xiangtan Power Supply Company，Xiangtan 411100，China）

With the development of power distribution network，especially widespread use of cable lines，the capacitive current has been increasing rapidly in recent years.It’s necessary to strengthen the capacitive current management for avoiding the threat to the safe operation of the power system brought by the capacitive current.Accurate measurement of the capacitive current can help to select arc suppression coil correctly，enhancing the management of capacitive current efficiently.Several methods for measuring the capacitive current are introduced，including open-delta connection of TV，neutral point joined capacitance and neutral point injected signal，which have been used in Xiangtan Power Supply Company.This article compared merits and faults of these methods based on the practical situation of measuring capacitive current.It provides a certain reference value for the capacitive current measurement.

capacitive current；measurement methods；grounding mode

TM835.4

：B

：1007－9904（2017）07－0043－05

2017-03-10

趙 憲（1986），男，工程師，從事高電壓試驗(yàn)和電氣設(shè)備性能技術(shù)監(jiān)督工作；

章 彪（1985），男，工程師，從事電氣試驗(yàn)管理工作；劉海龍（1986），男，工程師，從事生產(chǎn)管理工作。