10kV不接地系統電容電流測試研究

肖明，宋銳，李絢絢，馬勇飛，張杰

(1.國網青海省電力公司電力科學研究院，青海　西寧　810000; 2.國網青海省電力公司經濟技術研究院，青海　西寧　810000)

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10kV不接地系統電容電流測試研究

肖明1，宋銳1，李絢絢2，馬勇飛1，張杰1

(1.國網青海省電力公司電力科學研究院，青海西寧810000; 2.國網青海省電力公司經濟技術研究院，青海西寧810000)

介紹了一種基于中性點信號注入的電容電流測試法來測量中性點不接地系統電容電流;以青海某變電站10kV母線電流測試為例，將測量值與理論計算值進行比較，驗證了測量值的準確性，指出實測值和理論值二者存在較大偏差是由于現場測試方法不當、系統運行方式的變化等原因造成的。

電容電流;中性點不接地;變電站;測試方法

1　引言

對于中性點非有效接地的系統，在發生單相接地故障時，單相接地電流的大小決定于另兩相的電容電流。如果系統對地電容電流不大，接地電流能自行熄滅。當接地電流較大時，電弧不易熄滅，從而產生弧光接地過電壓[1]，其結果可能使健全相的絕緣損壞，從而造成兩相接地短路，或者直接由接地電弧引起相間短路，造成停電和設備損壞事故。《中性點不接地系統電容電流測試規范》中規定，當3～10kV系統單相接地故障電流大于30A，20kV及以上系統接地電流故障大于10A時，應裝設消弧線圈。

近年來隨著工業經濟的迅猛發展，用電需求與日俱增，電網規模不斷擴大，許多變電站原有消弧線圈補償容量已不能滿足補償要求，而部分原來沒有安裝消弧線圈的變電站進行了擴容和線路電纜化改造后，電容電流已超過標準，需安裝消弧線圈進行補償。為進一步掌握配電網系統電容電流基礎數據，不但要開展大量的現場測試工作，同時還要對電容電流實測值進行理論校驗。

2　電容電流的理論計算

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得多，而電力設備的電容電流比電力線路小得更多，故通常只計算電纜和架空線路的電容電流，電力設備引起的電容電流乘以一個合理的增量系數。

配電網系統單相接地時電容電流的理論計算公式為[2-3]：

2.1電纜線路

IC=KULL

(1)

式中：IC為電容電流A;單位為A;UL為系統線電壓，單位為kV;L為線路長度，單位為km。

(1)式中k的取值為：

(2)

式(2)中s為電纜芯線截面，單位為mm2。

當10kV電力電纜芯線的截面積為300mm2時，IC=2.3A/km。

2.2絕緣架空線路

IC=62UL×10-3

(3)

2.3普通架空裸線

Ic=(2.7～3.3)UL×10-3

(4)

式(4)中2.7 指系統是無架空地線的線路;3.3 指系統是有架空地線的線路。

2.4變電站電容電流增加計算表

對于變電所的設備所增加的電容電流,可以增加一個附加百分數加以考慮,具體可參照表1。

表1　變電站電容電流增加計算表

3　測試原理

信號注人法從電壓互感器(PT)開口三角處注入的是微弱的異頻測試信號,再測量其在開口三角側的電壓大小和相位,從而計算出電網的電容電流。Ea、Eb、Ec為電源側，C0為單相系統對地電容，AX為PT一次繞組,ax為PT二次繞組,NL為PT開口三角,測試信號即從NL輸人。從PT開口三角注人的信號為異頻電流信號I,即非50Hz的交流電流,這樣可消除工頻電壓的干擾。同時,該信號即可在電壓互感器三相的高壓側就感應出按變比減小的電流I′[4-5]。

圖1　信號注入法原理圖

在如圖2所示的PT等值電路中,勵磁阻抗Zm(大約幾MΩ)比繞組電阻R和漏抗XL(大約幾kΩ)大很多,而線路單相對地電容一般在0.1～30μF之間,對應的阻抗為幾百Ω至幾十kΩ，因此，PT的勵磁電流幾乎為零，所以可以忽略不計。這樣PT高壓側三相流出的電流是相等的，它的大小由注入的電流I確定。由于I′是零序電流，不能在電源和負載間流通，只能通過線路對地電容形成回路，這就為從PT二次側測量電容電流創造了條件。

圖2　電壓互感器等值電路圖

當一個恒定電壓I從PT的開口三角側注入時，就會有3個大小相等、相位相同的電流I′從PT的高壓側流出，這3個電流將分別在PT三相的繞組電阻R、漏抗XL和導線對地電容上產生壓降。一般地，三相PT的參數(繞組電阻R、漏抗XL)是對稱的，而且三相導線對地電容C0也基本上是相等的，因此三相電流I′分別在三相PT與導線對地電容中產生的壓降基本是相同的，即UA=UB=UC,這時，在PT開口三角形就可以側到一零序電壓U0:

(5)

從上述分析中可得出從PT開口三角端注入的電流I與電壓U0的關系式如下：

(6)

式(6)中C0為單相對地電容。

上式中有三個未知數，即R、XL、C0,要想求出線路對地電容C0，必須有3個方程，為此在PT開口三角端注入3個頻率不同但幅值相同的恒定電流，將得到3個方程，求解方程組即可求出電容電流C，也就可以計算出電容電流值。當在開口三角側分別注入3個不同頻率fi(i=1,2,3)的恒定電流時，將在開口三角端測得3個零序電壓值U0i(i=1,2,3)。由式(6)可得下列方程組：

(7)

(8)

因此通過檢測測量信號就可以測量出三相對地電容3C0，再根據公式I=3ωC0Uφ(Uφ為被測系統的相電壓)，從而可以計算出配系統的電容電流。

4　測試方法及注意事項

系統PT即中性點不接地系統自身配置的PT，測量信號由系統PT開口三角形注入，如圖1所示。注意事項：

(1)測量檢測用的PT高壓側中性點是否安裝高阻消諧器，如果有，將其短接。

(2)檢查消弧線圈是否全部退出運行。存有電氣連接的被測電壓等級系統中所有消弧線圈均要退出運行，并非考慮該變電站的消弧線圈。同時只考慮被測電壓等級的情況，無需考慮其他電壓等級的情況。

(3)退出PT開口三角形的消諧裝置。

(4)如果PT二次側并列運行，應改為單獨運行。

(5)確保注入信號正確接到圖1所示系統PT的開口三角N-L上。一般在二次端子的編號為N600和L630。為了確保連接正確，可以按一下方法進行檢查：①用萬用表分別測量PT二次側三相電壓和開口三角電壓；②將三相電壓中的最大值減去最小值得到的差和開口三角形電壓比較，如果兩者值差不多，就說明找到的開口三角形是正確的，反之則是錯誤的。

5　理論計算值與現場測試結果對比分析

現在以青海某110kV變電站為例，分析理論計算值和現場測試結論。

測試時10kVⅠ、Ⅱ分段運行，10kV母線銀一線、銀三線、銀五線、銀七線投入運行，銀二線、銀四線、銀六線投入運行，銀八線、銀十線退出運行。現場測試結果如下：

10kVⅠ段母線：C=10.65μF，I=19.33A;

10kVⅡ段母線：C=3.851μF，I=6.985A;

經過計算得：10kVⅠ段母線：I=18.53A;10kVⅡ段母線：I=6.12A。

理論計算值與實測值存在偏差的原因:

(1)現場測試方法不當。這種情況往往二者差值較大，通過采取適合的測試方法可以解決。

(2)系統運行方式的變化。計算時是按最大運行方式考慮的，而實際運行方式并不一定是最大方式，導致計算值和現場測試結果產生差異，建議采取逐條出線校驗的方式，以減小校驗誤差。

(3)理論計算公式經驗系數的選取不合理。特別是用戶側設備的技術資料本身不完善，計算時所掌握的又只是其中的一部分，對低壓側影響的估算沒有依據，只能全憑經驗，導致計算結果與實測結果產生偏差。對于接有工業用戶的，因為對其內部線路狀況、用電設備的性質和接線方式等不能準確掌握，理論計算值和實測值可能會有較大偏差。

(4)城區內環網和T 接線路較多，所掌握的資料不全，在統計時易產生遺漏。

(5)理論計算值可以為現場測試提供參考，如果二者相差較大，則應通過不同運行方式下的多種測試方法所得到的數據來進行綜合判斷。

6　結論

本文闡述了10kV配電網母線電容電流的計算方法和基于信號注入法的母線電容電流測試方法的原理和方法，取青海某110kV變電站進行理論值和實測值的校驗，也分析了實測值和理論計算值存在偏差的原因，同時提出：

(1)理論計算只能估算出一個范圍，作為實測值的校驗手段，不能取代現場測試，若二者之間偏差較大，則應通過不同運行方式下的多種測試方法所得到的數據來進行綜合判斷。

(2)實測值與理論值之間存在偏差的原因為：現場測試方法不當；系統運行方式的變化；理論計算公式中經驗系數的選取不合理；城區內環網和T接線路較多，掌握的資料不全，在統計時易產生遺漏；對用戶側的技術資料掌握不全，導致對低壓側影響的估算不準確。

(3)對于電容電流較大，消弧線圈擴容后原安裝地點已不滿足安裝條件的變電站，建議采用分散補償的方式。

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[4]楊蕓.基于信號注人法的中性點不接地系統電容電流測試方法[C]//2010年云南電力技術論壇文集:100-103.

[5]陳進，劉新宇，李欣宇，等.10kV系統電容電流測量研究分析[J].新疆電力技術，2012，3:1-3.

Discussion on Capacitive Current Testing for 10kV Non-grounded System

XIAOMing1，SONGRui1,LIXuan-xuan2，MAYong-fei1，ZHANGJie1

(1.Qinghai Electric Power Research Institute，Xining 810000，China; 2.Institute of Economic and Technical Research of Qinghai Electric Power Company，Xining 810000，China)

In this paper,the signal injection method to test capacitive current is introduced to test the capacitive current of non-grounded neutral system.Taking the test of capacitive current of a 10kV substation in Qinghai as an example，verify the accuracy of the measured value，and point out that the difference between the measured and theoretical values is due to the factors of improper test method,change of system′s operation mode and so on.

capacitance current;non-ground neutral system;substation;test method

1004-289X(2016)02-0051-03

TM71

B

2015-11-08

肖明(1984-)，男，工學碩士，研究方向為電力系統穩定與控制、機 網協調技術研究。