配电线路电容电流测量方法比较

配电线路电容电流测量方法比较
赵宪;章彪;刘海龙
【摘要】随着配电网规模的不断扩大,特别是电缆线路的广泛应用,使得电容电流迅速增长,因此很有必要加强电容电流的整治,以防电容电流超标,对电网安全运行构成威胁.实现电容电流的准确测量,为是否需要安装消弧线圈以及消弧线圈的容量选择提供了依据.目前,湘潭供电公司主要采用了TV开口三角信号注入法、中性点外加电容法和中性点注入信号法来实现电容电流的测量,结合现场实际应用情况,比较几种电容电流测量方法的优缺点,可为电容电流的测量提供参考.
【期刊名称】《山东电力技术》
【年(卷),期】2017(044)007
【总页数】5页(P43-47)
【关键词】电容电流;测试方法;接地方式
【作者】赵宪;章彪;刘海龙
【作者单位】国网湖南省电力公司湘潭供电公司,湖南湘潭411100;国网湖南省电力公司湘潭供电公司,湖南湘潭411100;国网湖南省电力公司湘潭供电公司,湖南湘潭411100
【正文语种】中文
【中图分类】TM835.4
供电质量直接关系电力客户的切身利益。

配网线路故障率最高的为单相接地故障。

当发生单相接地时，流经接地点的电流很大，如果不能自行熄弧，弧光过电压将可
能导致设备损坏，威胁系统稳定运行。

单相接地时，若消弧线圈提供的感性电流能抵消电容电流的影响，将对电网及其设备起到良好的保护效果。

因此，实现电容电流准确测量，为消弧线圈选型提供根据，对于电容电流治理具有深刻意义。

目前，电容电流测量方法较多，主要分为直接测量法和间接测量法两种［1］。

直接测量法是人为制造一个金属性接地，通过接入的电流互感器测量电容电流值，该方法危险性较高，操作难度较大，目前已经很少使用。

随着电容电流测量技术的发展，间接法已经成为主流。

本文提到的电压互感器（TV）开口三角信号注入法、
中性点外加电容法和中性点注入信号法都可以归结为间接测量法。

介绍几种常用电容电流测量方法的基本原理，并就目前的应用情况对几种常用电容电流方法进行对比，分析各自的优缺点，根据变电站的实际情况，提出合适的测量方法。

1.1 电缆线路的理论计算
电缆线路的电容电流计算公式为［2］
式中：IC为电容电流值，A；S 是电缆截面积，mm2；UN为系统额定电压，kV；L是线路长度，km。

1.2 架空线路的理论计算
无架空地线线路的电容电流计算值为［3］
有架空地线的线路电容电流值为
理论计算值是依据现有的配电线路资料，统计线路的长度和截面积，再带入式（1）~（3）进行求解，应用过程中可以与实际测量值对比，为电容电流测量的判断提
供参考。

2.1 测量基本原理
在10kV电压互感器开口三角测量电容电流的原理如图1所示，解开TV二次开口三角，接入试验仪器，注入正弦电流I0，则在三相TV一次侧感应出电流分别为
IA、IB、IC，该电流流经零序回路，不在负荷与电源之间流通。

为了分析方便，认为三相线路对地电容、TV参数均相同。

零序电流流过，在TV一次侧感应出电压，根据TV变比（设TV的变比为n），
可以计算二次侧的零序电压值U0与注入电流值I0的关系［4］。

以A相TV为例，等效电路如图2所示，L为电压互感器等效电感，R为电压互感器等效电阻，C为系统对地等效电容。

根据变比，可知在A相感应的电流为
在A相TV一次侧感应的电压为
由于TV和电容量三相参数一致，故二次侧开口三角电压为
通过式（6）求出电容量，含有3个未知量，使用的HC-1便携式电容电流测试仪，测量原理是在开口三角注入一个5Hz的恒定方波信号，对注入的方波信号进行傅
立叶分解［5］，可得到
在电压互感器二次侧开口三角进行采样和数据处理，分别可以得到电压和电流的关系为
联立（9）~（10）方程组，计算出电容量 C，再根据IC=3ωCUφ计算电容电流值，其中Uφ为系统相电压。

2.2 误差分析
从上述测量基本原理可知，注入信号的频率、TV变比准确度、中性点接线情况直
接影响电容电流测量准确性。

从TV开口三角注入的电流频率选择要适当，频率不同，直接影响着线路对地电容的容抗和TV感抗jωL的大小。

若注入频率过高，感抗较大，容抗较小，此时电容量的计算偏差会比较大；若注入频率过低，在计算时，则需将TV励磁回路的影响考虑进来，将导致测量结果误差增大。

若中性点接有消谐电阻器、消弧线圈等零序设备，则相当于在零序回路增加了一个
数值未知的零序阻抗，该阻抗的存在必定会使流经零序回路的电流变小，而仪器的设计并未考虑此类设备的影响，若此时不退出零序设备，测量数据不可靠。

3.1 中性点外加电容法
试验时外加电容选取3个电容量为等差数列关系的电容器，分别测量一次，电容
电流测量结果取3次测量值的算术平均值［6］。

中性点外加电容法测量原理如图
3所示。

UHC为中性点不平衡电压，将选定的电容C0接入中性点，则图3可以简化为图4。

据此，可以得到被测电容及电容电流
式中：C为三相被测电容之和；C0为外加电容；U0为电容器上电压；UHC为三
相对地不对称电压；ω为角频率；Uφ为被测系统相电压。

3.2 中性点信号注入法
目前湘潭公司所使用的中性点信号注入法的试验仪器为GW2005型电容电流测量仪，其基本原理如图5所示。

电源模块上接入电源并具有开机自检功能，CPU主板参数（电压等级、测试日期、变电站代码、中性点类型）设置完毕之后，将引线接入中性点，然后可进行测量。

信号板经副机（10kV电容器和高阻电路）向系统中性点注入信号电流矢量，经副机采集零序电压矢量，通过滤波放大电路、矢量修正、A／D转换及信号调校模块调节流过测试仪内标准电容的电流，改变标准电容的电压［7］。

经CPU换算得
到分布电容值C及电容电流。

3.3 测量中的注意事项
中性点处测量不受TV和中性点消谐器的影响，但必须在有中性点的系统才能测量，如果测量时系统发生单相接地故障，中性点电压升为相电压，对试验人员安全构成威胁。

因此尽量选在晴朗无风的天气测量，避免单相接地故障的发生［8］；在测
量过程中，必须采取必要的安全措施，宜加装过压保护装置，测量回路有熔断器，并使用绝缘杆、戴绝缘手套或站在绝缘垫上进行操作。

当系统没有中性点引出时，则无法测量，中性点外加电容法，电容选取要适当，否则测量结果会存在较大偏差。

4.1 中性点测量方法
在110kV某变电站，10kV系统接线如图6所示，用中性点注入信号法和外加电
容法测量了电容电流，通过与周边变电站配合，变更变电站出线方式，依次测量了系统的电容电流，并与理论值进行对比。

第1次测量的运行方式为：开关306、308、312（不含九奔线，环网柜合环）、314、322、336 闭合。

第2次测量的运行方式为：开关306、308、312（含九奔线，环网柜开环）、314、322、336 闭合。

第3次测量的运行方式为：开关306、308、314、322、336闭合，开关312断开。

第4次测量的运行方式为：开关306、308、322、336闭合，开关312、314断开。

第5次测量的运行方式为：开关306、322、336闭合，开关 308、312、314 断开。

从不同的运行方式的测量结果来看，中性点注入信号法和中性点外加电容法测量结果比较一致。

两种方法相互验证，测量结果可信程度较高。

通过5次不同运行方式的测量结果，可以计算出单条线路的电容电流值，与理论
值比较的结果如表2所示。

由表2可知，实际测量结果与理论值接近一致，进一步验证了中性点注入信号法
和中性点外加电容法的测量方法比较可靠。

4.2 TV开口三角注入法
目前，为了保护电压互感器，越来越多的变电站TV一次侧中性点安装了消谐电阻器或电压互感器，分别如图7和图8所示。

中性点消谐电阻和TV的存在，将在开口三角侧测得一个较高的电压值（1~5 V），而中性点直接接地的开口三角电压通常在0.5 V以下。

消谐器的存在对TV开口三角的测量影响非常大，测量数据经常出现紊乱，或者是得出明显错误的数据。

湘潭地区110kV某变电站含有两段母线，母线TV中性点均是经消谐器接地。

在
未退出中性点消谐器时，实时系统显示Ⅰ段母线A、B、C三相电压分别为5.85kV、5.45kV、6.3kV，Ⅱ段母线分别为6.02kV、5.61kV、6.19kV，Ⅰ、Ⅱ段母线三相电压不平衡，开口三角电压偏大，在Ⅰ段和Ⅱ段分别测量时，测量数据存在错误。

使用TV开口三角注入信号法测量时，需要将中性点消谐器或中性点TV退出运行，保证中性点直接接地，才能进行有效测量。

在退出消谐器时，需要进行倒闸操作，涉及停电要办理一张第一种工作票，测量电容电流办理一张第二种工作票，测量完毕恢复初始状态需要办理另外一张第一种工作票，操作较为复杂，电容电流测量工作可能会要持续相当长的时间，效率降低。

TV中性点消谐器退出之后，分别测量Ⅰ、Ⅱ段母线电容电流，测量数据如表3所示。

TV开口三角处测量的实际数值，与监控装置比较接近，两者相互验证，可认为此
次的测量结果接近真实的电容电流值。

然而在另外一个110kV变电站测量，其10kV系统TV未含消谐器，用开口三角
法测量，不需要进行消谐器退出的操作，与中性点注入信号法所测量数据进行了对比，测量结果如表4所示。

从测量数据可以看到，TV开口三角测量结果与中性点注入信号法的结果相差较大，但理论值计算结果更支持中性点注入信号法的测量结果，同时考虑到中性点注入信号法比较准确，所以认为此次TV开口三角处测量数据存在偏差。

为了保证电容电流测量的准确性，最好能采用非同样原理的测量方法与其比对，当两者测试结果一致，才可以认为此次电容电流测量结果是有效的。

TV开口三角的测量方法不接触一次设备，接线简单，但湘潭电网10kV TV中性点含有消谐器的情况比较普遍，退出消谐器操作较为复杂，且测量时易受TV变比、注入信号频率等影响，测量数据波动性较大。

中性点处测量结果较为准确，局限性较少，测量时无需对系统进行倒闸操作，符合电网的实际情况，有中性点的系统应尽量采用，但在测量过程中需要加强风险的控制与防范。

章彪（1985），男，工程师，从事电气试验管理工作；刘海龙（1986），男，工程师，从事生产管理工作。

【相关文献】
［1］全国高电压试验技术标准化分技术委员会.中性点不接地系统电容电流测试规程：DL／
T308—2012［S］．北京：中国电力出版社，2012.
［2］易文韬，李甦康．配电网电容电流测量方法探讨［J］．江西电力，2010，34（1）：13-17．［3］钟新华．配电网电容电流估算公式的修正［J］．现代电力，2004，21（1）：45-49．［4］朱全生．中性点不接地系统中电容电流的危害及测量方法探讨［J］．机电信息，2013（24）：38-39．
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电力，2008，25（3）：24-27．。