配電系統電容電流測量方法的研究

王偉 鄒磊 歐陽進 孫澤文

摘 要：在配網系統中，隨著系統規模的擴大和電纜線路的大量投入，使得電容電流越來越大，如何精確測量電容電流是決定裝設消弧線圈與否和正確選擇消弧線圈容量的前提。目前電容電流測量方法很多，有單相金屬接地法、中性點外加電容法、TV開口三角信號注入法、中性點信號注入法等。本文詳細介紹上述幾種測量方法，并結合現場實際，比較各種方法的優缺點。目前電力系統中采用的電容電流測試儀多種多樣，本文也簡要介紹了一套全自動電容電流測試儀校驗裝置，通過該裝置可以甄別出各廠家電容電流測試儀產品的優劣，能為今后電容電流測試儀設備的選購提供參考依據，也可以對現有儀器進行效驗工作。

關鍵詞：配電系統；電容電流；測量方法；校驗裝置

配網系統一般直接面向用戶進行供電，配網的可靠性決定了供電的可靠性，而配網的故障很大程度是由于線路單相接地時電容電流過大，接地電弧無法自行熄滅所引起的，為了限制這種間歇性燃弧產生的過電壓，規程規定：當10kV和35kV系統電流分別大于30A和10A時，應裝設消弧線圈補償電容電流。因此，測量系統電容電流是決定裝設消弧線圈與否和正確選擇消弧線圈容量的根據。因此對電容電流采取有效的限制勢在必行，而前提是必須對系統的電容電流進行準確測算。目前電容電流測量方法很多，本文詳細介紹了幾種測量方法，并結合現場實際情況，比較各種方法的優缺點。此外，目前電容電流測試儀產品存在部分產品測試不準的現象，對電容電流測試儀進行校驗勢在必行，本文介紹了一款電容電流測試儀校驗裝置。

1 電容電流基礎知識

電容電流的產生：電力系統中的線路和設備都存在一定的對地分布電容，在交流電壓作用下，就會產生電容電流，特別是在配網系統中，隨著系統規模的擴大、電力線路和設備不斷增加以及電纜線路的大量投運，使得電容電流越來越大。

系統電容電流主要包括線路對地電容的電流和設備對地的分布電容產生的電流，一般情況下，架空線路的電容電流比同樣長度下的電纜電容電流小的多，而電力設備的電容電流比電力線路小得多，故通常只計算電纜和架空線路的電容電流。

大量資料表明，10kV配電網系統單相接地時電容電流的工程計算法為：

（1）電纜線路：

式中為電容電流，A；為系統線電壓，kV；I為電纜長度，km；，其中S為電纜芯線截面，。

（2）絕緣架空線路：

式中為電容電流，A；為電壓，kV；I為電纜長度，km。

（3）普通架空裸導線系統線

當電網穩定運行時，在不考慮系統參數和相電壓誤差的情況下，三相對地電容大小相等，相位相差120度，其矢量和為0，中性點無電流流入。

圖1 配電網一次模擬圖

由于配網系統往往直接面向用戶供電，系統情況復雜，系統參數也不可能完全對稱，因此，運行中的配網系統中總是存在電容電流。更為嚴重的情況是當系統發生單相接地或間歇性電弧接地時，中性點電位升為相電壓，其他兩相電壓將在震蕩過程后上升為線電壓，流過接地點的電容電流為其他兩相電壓在其對地電容上產生的電流矢量和。

圖2 配網系統發生單相短路時電流流向圖

在不穩定單相接地過程中，將對電網造成間隙性電弧接地過電壓，這種過電壓的幅值有時可達相電壓的3～5倍或更高，往往會造成電網薄弱環節被擊穿，甚至發展成相間短路，還可能引起電纜著火、避雷器爆炸等事故。另外，當配網系統出現單相接地故障時，非故障相電壓升高，可能造成系統中的電磁式電壓互感器鐵芯飽和，引起互感器燒毀等事故，嚴重威脅電網的安全穩定運行。

2 電容電流測量方法

目前電容電流測量方法很多，有單相金屬接地法、中性點外加電容法、TV開口三角信號注入法、中性點信號注入法等。本文詳細介紹上述幾種測量方法，并結合現場實際，比較各種方法的優缺點。

2.1 單相金屬接地法

在較早時期，測量電容電流一般采用單相金屬接地法。這種方法利用一個斷路器來操作，在配電線路上人為造成一個單相金屬性接地點，利用電流互感器直接測量入地點的電容電流。這種方法需要的操作及安全措施非常繁雜，而且有可能在試驗過程中危及非接地相絕緣薄弱處的絕緣，造成相間短路，很不安全。整個試驗工作對試驗人員和配網系統的安全均構成危險。由于這種方法存在上述的缺點，20世紀80年代后一般很少采用。目前均使用更為安全的方法測量電容電流——間接測量法。

圖3 單相金屬測量法原理圖

2.2 中性點外加電容法

中性點外加電容法測量系統的電容電流應在系統無補償的情況下，在變壓器或者接地站用變的中性點對地接入適當的電容量，測量中性點的對地電容，然后用計算的方法間接得到系統的電容電流。

圖4 中性點外加電容法原理圖

中性點不接地系統在正常運行時，由于三相不可能完全對稱，系統中性點對地電壓并不等于0，由中性點KCL定律可得（2.1）式。當在中性點串入一個電容量為的電容器時，此時中性點KCL定律為（2.2）式。

圖5 中性點外加電容法電流流向圖

（2.1）

（2.2）

將式（2.1）簡化得式（2.3）：

（2.3）

將式（2.2）簡化得式（2.4）：

（2.4）

將式（2.3）除以式（2.4）得式（2.5）：

（2.5）

令，得式（2.6）：

（2.6）

其中為加了外加電容中性點的不平衡電壓，為沒有加外加電容中性點的平衡電壓。

電容電流 （2.7）

2.3 TV開口三角信號注入法

圖6 TV開口三角信號注入法原理圖