偏移電容法測量原理與誤差分析

王善立，姜 壇，韓業騰

（安徽恒凱電力保護設備有限公司，安徽 合肥 230088）

偏移電容法測量原理與誤差分析

王善立，姜 壇，韓業騰

（安徽恒凱電力保護設備有限公司，安徽 合肥 230088）

在小電流接地系統中，3～10kV系統電容電流大于30A，20kV以上中壓電網的電容電流大于10A時，要求系統采取消弧措施，使接地電弧迅速熄滅，避免因弧光接地過電壓造成事故的擴大。目前常用的消弧措施有消弧線圈與消弧柜，電容電流是消弧線圈與消弧柜設計過程中必需確定的重要參數。本文以目前常用的偏移電容法為例，給廠礦的現場技術人員作了原理說明和舉例計算。

配電網；小電流接地系統；電容電流；間接測量；偏移電容法；消弧線圈；消弧柜

1 引言

現有電力系統的中性點接地方式是一個綜合性的技術問題，隨著我國現有配電網中線路長度的增加，以及架空線路被電纜的取代，系統的電容電流越來越大，按DL/T620-1997《 交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》的規定，在3～10kV系統電容電流大于30A；20kV以上中壓電網的電容電流大于10A時，要求系統采取消弧措施；使接地電弧迅速熄滅，避免因弧光接地過電壓造成事故的擴大［1］。但電容電流大小的確定是困擾現場工作人員的一個比較普遍的問題。

對于3～35kV的中性點不直接接地的供配電系統中，現有消除弧光接地過電壓保護設備有消弧線圈［2］和消弧及過電壓保護裝置（消弧柜）；對于選擇消弧柜內的限流熔斷器、消弧線圈的參數確定來說，需了解系統接地電容電流的大小，而系統接地電容電流的大小與輸電電纜（含架空線路）的長度、條數成正比，與電力系統的運行方式、設備的絕緣、保護的配置以及接地裝置等問題有密切的關系［3］。因此，對于已運行的系統來說，在安裝消弧及過電壓保護裝置，確定裝置內熔斷器的額定電流時，測量其接地電容電流是非常必要的。

目前的電容電流測量方法主要有直接測量法、工程計算法和間接測量法［4-5］，測量接地電容電流的方法很多，早期采用的容性電流測量方法為直接測量法—單相金屬接地法，通過將配電網線路進行人為地金屬接地試驗，從面直接測量流入大地的容性電流［6］。但是直接測量法由于具有一定的操作危險性，除非必要，不宜采用；工程計算法一般用于評估新建項目的電容電流［7］；間接測量法包括有偏移電容法、人工中性點法、諧振法及變頻法等，由于間接測量法中的偏移電容法測量電容電流可使用變電所原有的電壓互感器，具有測量中使用的設備少、接線簡單、極易實施的特點，同時該方案可改變直接接地測量法的不安全性和一般間接測量法的復雜性，具有簡單實用、準確率高的優點。所以，我們在用戶現場一般在設計改造前都選用間接測量法來測量配電網的接地電流。盡管DL/T308《中性點不接地系統電容電流測試規程》中對于測試方法有所說明，但現場工作人員對測試過程及原理不甚明白，因此，詳細說明該測試的接線方法及工作原理有著一定的現實意義。

2 間接測量——偏移電容法的原理與計算

2.1 接線原理圖及接線方案

偏移電容法的接線方案如下圖1所示，圖中，Cf為試驗中需在變電所的10kV母線上附加電力移相電容器，在試驗過程中，該電容會通過變電站內的備用斷路器DL分別接在系統中的A、B、C相上，另一端串聯一電流表A接地。Ca、Cb、Cc為系統中三相對地的等效電容，試驗開始時，將電容器Cf如圖1所示接在備用斷路器的A相上，將斷路器合閘后，由于電容器Cf接入系統，造成系統的容性負載不對稱，系統的三相對地電壓在接入偏移電容后發生明顯的改變，產生零序電壓，通過現場其它電壓互感器柜的電壓表，測出系統中的零序電壓U0及三相的相電壓Ua、Ub、Uc，通過附加電力電容器的電流表測出流過附加電容上的電流ICf。

圖1 偏移電容法接線原理圖

2.2 單相接地電容電流的計算

如圖1，根據DL/T308《中性點不接地系統電容電流測試規程》，根據測量原理圖，現在我們按照系統三相對地電容相等來考慮，試驗中將附加電容分別接在備用斷路器的輸出端A相、B相、C相上，通過測量外加不平衡電容前、后各相對地電壓Uφ、（在PT柜內PT的二次進行測量），經計算得到被測系統的三相對地電容之和ΣC為：

計算出三相對地電容之和ΣC后，可根據下式計算出系統的電容電流Ic為：

2.3 附加電容器的選擇

可在測量前，根據系統中電纜及架空線的長度，估算出系統的電流電流，則式（2）中，Ic、ω、均為已知。則可計算出：

按照式（3）可以計算出ΣC，Cf按照ΣC的10%到50%選取即可。

3 變電所單相接地電容電流測量實例

3.1 偏移電容法使用實例

我們用偏移電容法對馬鋼動力廠73#變電所的電容電流進行測量，為安全起見，外加電容的投入和退出通過備用斷路器柜1012來實施，在系統正常運行方式下進行試驗。

間接測量實際接線如圖1所示，我們利用變電所的電壓互感器柜1008（PT柜）為測量點，用高壓開關柜中的備用斷路器柜內的斷路器（DL）作為附加電容的投入、退出開關，用萬用表（V）分別測出電壓互感器二次電壓、通過電壓互感器的變比計算出：系統外加不平衡電容前該相對地電壓，外加不平衡電容后該相對地電壓等。在試驗前，將備用斷路器柜的繼電保護電流一段的一次動作值設定為1000A，以防止在試驗過程中電容器損壞或者其它原因造成故障。

3.2 附加電力電容器的選擇

根據現場人員介紹，現場的6kV系統的電纜較長，系統6kV電纜總長度約為80～90km，6kV電纜按照電容電流為0.6A/km考慮，折中考慮，則電容電流可估算為50A。則按式（2）可得：

Cf為10%～50%ΣC，因此Cf的電容值可選取4.4～20μF之間的電容器。

3.3 測量步驟

（1）外加電容Cf投入1012柜斷路器出線的A相。在外加電容接線完畢后，通過1008柜的PT，測量A相的相對地電壓、記錄并折算出一次的電壓；合上斷路器，將Cf投入A相，通過1008柜的PT，測量A相的相對地電壓，記錄并計算出一次的電壓；重復試驗3次，測出平均值。

（2）外加電容Cf投入1012柜斷路器出線的B相。在外加電容接線完畢后，通過1008柜的PT，測量B相的相對地電壓、記錄并折算出一次的電壓；合上斷路器，將Cf投入B相，通過1008柜的PT，測量B相的相對地電壓，記錄并計算出一次的電壓；重復試驗3次，計算出平均值。

（3）外加電容Cf投入1012柜斷路器出線的C相。在外加電容接線完畢后，通過1008柜的PT，測量C相的相對地電壓、記錄并折算出一次的電壓；合上斷路器，將Cf投入C相，通過1008柜的PT，測量C相的相對地電壓，記錄并計算出一次的電壓；重復試驗3次，計算出平均值。

（4）取三相測量的平均值為本次測量的結果。

3.4 計算

測得PT二次正常相電壓為59.8V，如上所述，電容Cf為5.28μF，按照式（1）和式（2），計算系統此時的總電容ΣC和系統的電容電流Ic。試驗記錄與計算結果如表1所示

表1 電容電流記錄表

3.5 直接測量法測量結果

測量后，立即將安裝在系統中的消弧柜進行金屬接地測試，測得電容電流為43.83A，誤差為3.87%，滿足測量中對于誤差的要求。

4 結論及注意事項

本試驗方法，測得系統的電容電流為45.60A，分相測試，C相誤差最大，為2.8%；試驗中共測試9次，誤差最大為18.9%。與直接接地方案對比試驗，誤差為3.87%。試驗的誤差主要原因為：一是試驗中，相電壓始終是按定值考慮、計算的，造成誤差；二是測試時系統在正常運行，本系統安裝有電容補償裝置，在運行過程中，電容補償裝置有可能會造成測試誤差。

采用上述方法試驗，備用柜、萬用表、電容器等均為變電站常有設備，且接線簡單、操作方便，系統中運行中對系統也無不良影響；但在試驗中，電容器安裝在備用斷路器柜外部時，需做好安全措施。同時，斷路器柜的速斷保護需投入，防止試驗中出現意外情況［8-9］，總之，采用偏移電容法測量電容具有以下特點：

（1）偏移電容法使用變電所的電壓互感器和高壓開關柜中的一些原有設備，所需測量儀器較少，接線簡單易行［10］，多次測量，取平均值后，準確率高。

（2）與直接接地測量法相比，人體作業時不靠近高電壓，沒有觸電的危險。就有較高的安全性。

（3）測量時應注意避免在大風、雷雨、大霧的天氣中進行，以防系統突然接地的意外發生。

（4）測量結束后應將電容器放電。

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Measuring Principle and Error Analysis of Offset Capacitance Method

WANG Shan-li， JIANG Tan， HAN Ye-teng
（Anhui Heng Kai Power Protection Equipment Co.LTD， Hefei 230088 Anhui， China）

In order to extinguish the ground arc and avoid the accidents caused by arc grounding overvoltage， the arc suppression system is required in a small current grounding system， when the capacitive current of the 3～10kV voltage system is greater than 30A or the capacitive current of the above 20kV voltage system is greater than 10A.There are two kinds of products which can be used to suppress the electrical arc， such as the arc suppression coil and arc suppression cabinet.The capacitance current of the system is an important value to the design of the arc suppression cabinet.In this paper， the principle based on the current offset capacitance method is introduced and the calculation procedure is presented.

power distribution network；small current grounding system；capacitive current；indirect measurement；offset capacitive current；arc suppression coil；arc suppression ark

TM93

A

1009-3842（2015）06-0058-03

2015-09-08

王善立（1968-），男，安徽合肥人，學士，從事過電壓保護、過電流保護、弧光保護設備的生產制造工作。E-mail：120814151@qq.com