杜國楨

(陜西煤礦安全監(jiān)察局，陜西西安 710001)

0 引言

單相接地電容電流的測試方法較多，大致有金屬性直接接地法、偏置電容法、單相經(jīng)電阻接地法等，具體由測試方法原理的不同決定其適用的范圍?，F(xiàn)場測試人員在開展測試工作中應根據(jù)實際情況選用適宜的測試方法，安全、準確地測取礦井高壓電網(wǎng)實際的單相接地電容電流值，有效指導企業(yè)及時治理礦井高壓電網(wǎng)單相接地電容電流超限問題。

1 測試方法概述

單相接地電容電流的測試方法較多，按測試原理大致可分為直接測試法和間接測試法兩類。其中直接測試法又稱為單相金屬接地法，是較為傳統(tǒng)的測試手段，早期曾為大多數(shù)礦井技術管理人員采用。間接測試方法分為好幾種，大致有偏置電容法、單相經(jīng)電阻接地法、信號注入法等?？紤]到單相金屬接地法對不同接地方式、有無補償裝置的電網(wǎng)均適用，測試方法也相對簡單，因此在文中重點予以介紹。同時考慮到偏置電容法、單相經(jīng)電阻接地法、信號注入法的優(yōu)點，兼顧到不同人員需求，將對這3種方法做簡單敘述，現(xiàn)場實施時可根據(jù)具體情況選用適宜的方法，只要在保證安全的前提下能準確地測取到真實的數(shù)據(jù)，采用何種方法均可。

2 直接測試法

單相金屬接地法為較傳統(tǒng)的一種測試方法，曾廣泛被有關科研院所、檢測機構、企業(yè)等采用。為使方法更具可操作性，文中按照無消弧線圈補償?shù)碾娋W(wǎng)和裝設消弧線圈補償?shù)碾娋W(wǎng)兩種情況分別給出了測試方法原理圖，分別如圖1、圖2所示。

圖1 無消弧線圈的電網(wǎng)測試原理圖

圖2 裝設消弧線圈的電網(wǎng)測試原理圖

測試時按圖1或圖2進行接線，確認電網(wǎng)系統(tǒng)絕緣狀態(tài)良好，閉合測試控制開關，同時快速記錄各測試顯示儀表讀數(shù)，數(shù)據(jù)采集后立即斷開測試控制開關。

考慮到現(xiàn)場實際測試時的電網(wǎng)電壓和頻率可能與電網(wǎng)額定電壓及頻率不完全一致，兩種情況下均應按照公式(1)將測取的接地電容電流值進行換算，最終得到電網(wǎng)額定參數(shù)下的數(shù)值。

式中:ICe、IC—額定參數(shù)下及實際參數(shù)下的換算值及實測值，A;Ue、fe—電網(wǎng)額定電壓 V及頻率Hz;Uav—電網(wǎng)線電壓實測值，V;f—電網(wǎng)頻率實測值，Hz。

電網(wǎng)裝有消弧線圈時，根據(jù)圖2測取的有關數(shù)據(jù)由公式(2)計算出電網(wǎng)單相接地電容電流值。

式中:IC—電網(wǎng)實際參數(shù)狀態(tài)下單相接地電容電流，A;P1、P3—殘余電流和補償電流的有功功率，W;Q2、Q4—殘余電流和補償電流的無功功率，VA;U0—中性點不對稱電壓，V;K1、K2—CT變比。

3 間接測試方法

間接測試單相接地電容電流的常用方法包括單相經(jīng)電阻接地法、偏置電容法、信號注入法。上述試驗方法與金屬直接接地法一樣，均為目前技術人員現(xiàn)場常用方法，每種方法均有其具體適用范圍，也各有其優(yōu)缺點，所以在此簡單予以敘述，檢驗人員實際操作時可根據(jù)現(xiàn)場具體情況選取適宜的方法。

3．1 單相經(jīng)電阻接地法

本方法適用于額定電壓6 kV、10 kV電網(wǎng)且中性點非接地系統(tǒng)及經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，測試原理圖如圖3所示。

圖3 單相經(jīng)電阻接地法測試原理圖

測試時按圖3進行接線，合上測試控制開關，記錄測試顯示儀表示值，數(shù)據(jù)采集后立即斷開測試回路，按公式(3)計算單相接地電容電流值。

式中:IC—單相接地電容電流，A;IR—接地電阻回路中實測電流，A;Un—PT低壓側線電壓，V;U0—電網(wǎng)PT二次側開口三角電壓，V。

實際測試時接地電阻功率不應低于6 kW，電阻器絕緣水平應按10 kV電壓設計;對電網(wǎng)中性點非接地的6 kV系統(tǒng)及10 kV系統(tǒng)，電阻器阻值分別可參照按表1、表2規(guī)定選取。

表1 6 kV電網(wǎng)系統(tǒng)電阻器電阻參照值

表2 10 kV電網(wǎng)系統(tǒng)電阻器電阻參照值

對電網(wǎng)中性點裝有消弧線圈的系統(tǒng)，依據(jù)表1、表2給出的參考數(shù)據(jù)，按照由大至小的順序選取電阻。具體試驗時可根據(jù)電網(wǎng)電纜敷設長度、電纜材質(zhì)、電壓等級及變電所配置情況等粗略估算單相接地電容電流所處區(qū)間，選定接地電阻值。

3．2 偏置電容法

本方法適用于6 kV、10 kV電網(wǎng)中性點不接地系統(tǒng)，測試原理圖如圖4所示。

圖4 偏置電容法測試原理圖

測試時按圖4接線，合上測試控制開關，快速讀取測試顯示儀表數(shù)值，數(shù)據(jù)采集后立即斷開測試回路，根據(jù)測取的數(shù)據(jù)按公式(4)計算電網(wǎng)單相接地電容電流。

式中:IC—實測接地電容電流，A;I'C—偏置電容回路中實測電流值，A;Un—PT低壓側線電壓，V;U0—電網(wǎng)PT二次側開口三角電壓，V。

偏置電容絕緣水平應按10 kV電壓等級設計，接入偏置電容測試回路后應保證電網(wǎng)中性點偏移電壓以5%～10%相電壓為宜，基于此原則偏置電容容值選取建議為三相對地電容總容值的5%～8%。

3．3 信號注入法

本方法適用于6 kV、10 kV電網(wǎng)中性點不接地系統(tǒng)，該方法測試步驟相對簡單，測試時只需在電網(wǎng)PT的低壓開口三角處注入不同頻率的信號，便可直接測取到電網(wǎng)單相接地電容電流值。測試方法原理圖如圖5所示。

圖5 信號注入法測試原理圖

除信號注入法外其余4種試驗方法均為高壓試驗項目，每次試驗均對電網(wǎng)存有一定的潛在危害性。為確保試驗能夠順利進行，試驗時測試人員應嚴格按照規(guī)定試驗步驟進行。尤其是金屬直接接地法，考慮到試驗是在系統(tǒng)單相直接接地情況下進行的，當系統(tǒng)一相接地時，其余兩相對地電壓升高為線電壓，在測試前應當普查電纜及設備的絕緣狀況，發(fā)現(xiàn)缺陷必須及時予以消除，以免在電壓升高時非接地相對地絕緣擊穿，形成兩相接地短路事故。

4 測試方法優(yōu)缺點及注意事項

4．1 直接測試法

優(yōu)點:①測試原理簡單，易于技術人員接受;②適用范圍廣，對有無消弧線圈、不同補償原理的消弧線圈系統(tǒng)、復雜電網(wǎng)和簡單電網(wǎng)均適用;③測試數(shù)據(jù)準確，能真實反映礦井電網(wǎng)單相接地電容電流數(shù)據(jù)，可有效指導礦井安全生產(chǎn);④測試儀表及配件為市面常用標準器件，便于技術人員實際操作。

缺點:①試驗時，非接地相對地電壓升高為線電壓，對電網(wǎng)絕緣要求相對較高;②在測試前必須確認電網(wǎng)系統(tǒng)絕緣狀況，不適用于電網(wǎng)絕緣存在缺陷系統(tǒng);③試驗時，非接地相電壓升高，增加了非接地相對地絕緣擊穿的概率，可形成兩相接地短路事故，特殊情況下會影響礦井安全生產(chǎn);④直接接地時接地電容電流相對較大，對測試回路要求相對嚴格，對測試人員專業(yè)技術能力要求相對較高。

4．2 間接測試法

優(yōu)點:①測試時，實測回路中流過的電流比直接接地法偏小，對測試回路沖擊性相對較小;②安全性相對較高，尤其是信號注入法對測試現(xiàn)場人員人身安全及被測電網(wǎng)幾乎無任何影響;③測試方法更易于現(xiàn)場試驗人員接受，對測試人員專業(yè)技術能力要求低;④部分測試方法測試時，非接地相電壓升高不是太大，對電網(wǎng)破壞性相對較少，不易造成相間短路，測試工作對礦井電網(wǎng)安全運行影響甚小;⑤部分測試方法前期準備工作少，可操作性及實用性強。

缺點:①部分測試方法適用范圍受限，對部分電網(wǎng)不適用;②部分測試方法對個別測試設備選型有較高要求，如偏置電容器電容值、串接電阻器電阻值、專用測試儀器精度等;③部分測試原理相對復雜，部分理論需要較高的專業(yè)技術知識做支撐;④部分方法中間計算環(huán)節(jié)多，測試準確度相對降低。

4．3 測試注意事項

測試時應注意:①測試前應確保電網(wǎng)系統(tǒng)絕緣水平滿足有關標準要求，試驗時機宜在電網(wǎng)每年的電氣預防性試驗合格后進行;②現(xiàn)場實驗時應將測試控制開關的斷路器的三相觸頭進行串聯(lián)，將開關速斷保護動作值整定為保護瞬時動作電流Ic的5倍左右;③為保證測試數(shù)值準確度，測試時選用的儀器儀表精度應高于0．5級，測試選用的PT、CT精度應高于1級;④測試現(xiàn)場應具有當測試控制開關無法斷電時的備用停電措施;⑤測試回路選用的連接導線材質(zhì)應為銅芯，截面積應大于15 mm2;⑥合上測試控制開關后應在系統(tǒng)穩(wěn)定后迅速讀取測試數(shù)據(jù)，盡量縮短系統(tǒng)電網(wǎng)單相接地時間。

5 結語

掌握并正確運用單相接地電容電流的測試方法、適用范圍及其利弊可實現(xiàn)安全準確測取有關數(shù)據(jù)的作用，可為企業(yè)制定相應措施提供依據(jù)和技術支持，對治理礦井電網(wǎng)單相接地電容電流危害具有重要的意義，進而為礦井的安全運行提供技術保障。