配電系統電容電流的測量

王慶軍，王貽平，朱勝龍，劉　靜

(國網安徽省電力公司 電力科學研究院，安徽 合肥　230022 )

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配電系統電容電流的測量

王慶軍，王貽平，朱勝龍，劉靜

(國網安徽省電力公司 電力科學研究院，安徽 合肥230022 )

摘要：配電系統電容電流過大，如不采取措施，容易產生間歇性弧光接地過電壓，而配電線路復雜，應通過實測掌握相關情況。文章介紹配電系統電容電流的常用測量方法，比較其優缺點，并應用中性點外加電容法、附加電容法及中性點外施異頻信號法，測量某變電所35 kV配電系統電容電流。

關鍵詞：配電系統；電容電流；測量

隨著城市電網的擴大,系統電容電流增加較快,當發生單相接地故障時,系統單相接地電容電流往往很大,易產生間歇性弧光接地過電壓[1-2]。我國電氣設備設計規范規定35 kV電網電容電流大于10 A,3～10 kV由鋼筋混凝土或金屬桿塔的架空線路構成的系統電容電流大于10 A時,要加消弧線圈進行補償,所以有必要了解高壓配電網系統單相接地電容電流測試方法[3-9]。

1測試方法

1.1單相金屬接地法

這種方法是直接測量電容電流的方法,通過短時將系統三相逐相金屬接地,測量其單相接地電流,其缺點是中性點電壓將升高到相電壓,另兩相將升高到線電壓,易造成兩相對地短路及鐵磁諧振過電壓,對于人身、設備安全風險較大。

1.2中性點外加電容法

該方法是在系統中性點上外加電容,通過測量其上電壓值,間接計算出電容電流,其接線方式如圖1所示。

圖1　中性點外加電容法接線圖

當中性點未加電容時,中性點電壓主要由系統不對稱引起,其中,有三相電容不對稱,也有電源三相不對稱。此時中性點電壓為

(1)

中性點接入電容Cf后,中性點電壓為

(2)

(1)式除以(2)式,得

(3)

三相電容相等,均為C,由此計算出三相對地電容,即

(4)

系統單相接地時的電容電流為

(5)

其中,Uφ為系統平均相對地電壓,該方法只要在中性點測量2次電壓。Cf的選擇可取為系統對地電容估計值的1～4倍,但其缺點是系統要有中性點引出;當不對稱電壓中含有大量的高次諧波分量時,測量誤差較大,其測量受系統參數影響較大,因此,該方法不能測量各相對的電容值。

1.3附加電容法

該方法的測試接線方式如圖2所示,測試時先測量中性點的電壓U0,然后將附加電容Cf分別通過閑置開關接入A、B、C相,同時測量中性點電壓U0A、U0B、U0C,它可以直接測量,也可通過測量母線壓變開口三角電壓得到。

圖2　附加電容法測量接線圖

由此建立下列公式為

(6)

(7)

(8)

(9)

近似認為三相電壓對稱,取其幅值為三相相電壓幅值的平均值Uφ,可以得到一個關于CA、CB、CC的方程組,并按照以下步驟計算分析。

(2) 計算a、b、c,即

(3) 由a、b、c計算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地電容估計值的1～2倍,以使中性點電壓偏移不超過相電壓的25%,同時又使之有一定偏移,試驗時可通過閑置開關投切電容Cf。

此種方法優點是可以分別計算出三相對地電容,便于指導換線;可應用于三角或星形接線系統;相比金屬接地法,中性點電壓偏移小,安全性較高。缺點是記錄參數較多,實際測量時可以先進行簡化計算,判斷是否符合實際,另外附加電容選擇要滿足安全要求。

1.4外施異頻信號法

外施異頻信號法是由異頻信號恒流源通過消弧線圈的電壓測量繞組,或通過電壓互感器開口三角繞組注入到被測電網,計算出三相對地電容,再計算出電容電流。此種方法簡便、安全,但從電壓互感器開口三角繞組注入信號法測量誤差較大,一般約為10%,這主要是因為電壓互感器的漏抗較大所致。

2實例測量

以某220 kV變電所35 kV系統單相接地電容電流測量為例,測量采用3種方法進行,此變電所35 kV系統分為Ⅰ、Ⅱ兩段,這里進行Ⅱ段的電容電流測量,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

測量前必須對電容電流進行估算[10],以選擇合適的外加電容。由于單位長度的電纜線路電容電流遠大于架空線路,其值與電纜的截面積、結構及電壓等級等因素有關。在缺少詳細資料的情況下,可以用經驗公式進行估算,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;當缺少截面積資料時,IC可取4.5 A/km。

一般3～35 kV架空線路每相對地電容為5 000～6 000 pF/km,由此可以估算不同電壓等級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系統架空線路電容電流為0.03 A/km,35 kV系統為0.1 A/km。

考慮變電所內設備對電容電流的影響,可以按10 kV系統增大16%,35 kV系統增大13%,綜合估算Ⅱ段電容電流約為15 A。

2.2中性點附加電容法

測試中采用電容量為2.69 μF的低壓電容,測量計算結果見表1所列。

表1　中性點附加電容法測量結果

2.3異頻信號注入法

試驗中采用某廠生產的電容電流測試儀測量,通過電壓互感器開口三角繞組注入異頻信號,測得Ⅱ段電容電流為13.6 A。

2.4附加電容法

測試方法如前所述,測試結果見表2所列。

表2　附加電容法測量結果

按照附加電容法,先計算出A、B、C三相電容分別為0.677、0.666、0.666 μF,這樣計算得到的單相接地電容電流為13.8 A。可見異頻信號注入法、附加電容法測量結果相差較小,與估算結果相差約為8%。

3結論

(1) 配電系統電容電流的測量方法較多,除本文介紹的4種方法,還有外加電壓法和變頻法等方法,測量中可根據實際情況實施。

(2) 附加電容法適應范圍較廣,同時可以計算出三相對地電容,對于線路施工換位具有指導意義。

〔參考文獻〕

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[10]董逸俊,謝邦鵬,沈光敏,等.電纜線路電容電流實用化估算方法及應用[J].供用電,2012,29(4):68-71.

收稿日期：2016-03-07

作者簡介：王慶軍(1973-)，男，安徽金寨人，碩士，國網安徽省電力公司電力科學研究院高級工程師．

中圖分類號：TM727.2

文獻標識碼：A

文章編號：1673-5781(2016)02-0161-03