基于二次掃頻法的配電網對地電容測量

摘 要：針對配電網不能準確測量對地電容問題，提出二次掃頻的測量方法。傳統掃頻法注入掃頻信號步長大，不能產生精確諧振。本文所采用二次掃頻法，在一次掃頻時，掃頻時間短、范圍大，保證諧振頻率在掃頻范圍內，二次掃頻時縮小掃頻范圍與步長，使注入信號精確諧振。經算例分析，該方法能有效減少測量誤差，準確測量出配電網對地電容。

關鍵詞：配電網對地電容;掃頻法;注入信號;諧振頻率

中圖分類號：TM72 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）25-0147-02

配電網作為與用戶連接的最后一環，其運行環境復雜，極易發生單相接地故障。當發生單相接地故障時，若故障電流過大，可能造成接地點過電壓，對系統產生極大危害，甚至擴大故障范圍，威脅人身安全。配電網對地電容越大，系統對地電容電流就越大，因此，3～10kV鋼筋混凝土或金屬桿塔的架空線路，當單相接地故障電容電流超過10A時;或3～10kV電纜線路，當單相接地故障電容電流超過30A時，必須采用中性點經消弧線圈接地[1]。配電網對地電容的準確測量，不僅能對中性點接地方式選擇提供參考，而且當采用中性點經消弧線圈接地時，可對消弧線圈的調節進行指導。

目前，國內外對地電容測量方法主要為間接法，包括：外加電容法、最大位移電壓法、變頻法和注入信號法等。利用注入信號法對配電網對地電容進行測量，對系統本身不會產生影響，同時不直接接觸一次設備，對人身安全有較大保障。在中性點處注入幅值相等、頻率均勻變化的小電流信號，當消弧線圈與對地電容處于諧振狀態，即可通過公式計算出對地電容大小。其因原理簡單、測量迅速而有很高的應用價值。本文提出的二次掃頻法對傳統掃頻進行了優化處理，能有效減少測量誤差。

2 二次掃頻法

二次掃頻法的提出，主要基于掃頻信號的步長很難做到掃頻速度與掃頻精度并重。當配電網對地電容未知時，為使消弧線圈電感L與電容C在某一頻率下能發生并聯諧振，必須保證掃頻范圍足夠大。同時，考慮到測量速度，又必須使頻率變化速度增大，但在這種情況下，測量精度又無法得到保證。本文所提出的二次掃頻法，首先利用快速變化的頻率信號定位諧振頻率，其次使用精確度較高的頻率變化信號，準確測量諧振頻率，既節省了測量時間，又保證了測量準確性。

具體過程為：以傳統掃頻法對配電網對地電容進行測量，選擇其掃頻范圍為[[fm]，[fn]]，掃頻速度為20Hz/s，得到諧振頻率[fx1]，然后以[fx1]為中心，選擇掃頻范圍為[[fa]，[fb]]，其中[fa]>[fm]，[fb]<[fn]，掃頻速度為0.1Hz/s，得到精確的諧振頻率[fx2][2]。由于消弧線圈電感值已知，根據公式（1）可計算出準確的配電網電容值。

3 算例分析

本文以三相平衡系統為例，利用MATLAB/Simulink，根據圖1搭建10kV配電網仿真模型，消弧線圈電感值0.2H，單相對地電容分別為1.5、3.5、5.5、7.5μF和10.5μF。由于10kV配電網多采用中性點不接地方式，進行掃頻法測量對地電容時，在接地變壓器的消弧線圈處注入掃頻信號。

一次掃頻選取頻率變化范圍為0～300Hz，頻率變化速度為20Hz/s，則掃頻時間為15s。其掃頻結果如表1所示。

實際工程應用中，多使用諧振法測量對地電容，即通過調整消弧線圈電抗值大小，根據所測出不同的電壓電流值列方程計算。在實驗中，采用線路懸掛電容器的方法模擬電網對地電容，分別改變電容值進行實驗測量，其結果如表3所示。

4 結論

通過分析測量結果可得出以下結論：①通過傳統掃頻法，能確定大致諧振頻率，為二次掃頻提供參考;②二次掃頻時縮小掃頻范圍，減小掃頻步長，將測量結果與傳統掃頻方法測量結果對比可知，該方法能在測量誤差上作出改進;③與實驗測量結果對比，能有效減少測量誤差，具有良好的應用價值。

參考文獻：

[1]陳先飛，何山，王維慶，等.10kV配電網掃頻法測量電容電流有效性分析[J].四川電力技術，2017（3）：1-4.

[2]嚴干貴，李果雪，張正茂，等.基于掃頻法配電網電容電流測量裝置研制[J].電力自動化設備，2007（3）：64-68.