偏移电容法测量原理与误差分析

王善立，姜 坛，韩业腾

（安徽恒凯电力保护设备有限公司，安徽 合肥 230088）

偏移电容法测量原理与误差分析

王善立，姜 坛，韩业腾

（安徽恒凯电力保护设备有限公司，安徽 合肥 230088）

在小电流接地系统中，3～10kV系统电容电流大于30A，20kV以上中压电网的电容电流大于10A时，要求系统采取消弧措施，使接地电弧迅速熄灭，避免因弧光接地过电压造成事故的扩大。目前常用的消弧措施有消弧线圈与消弧柜，电容电流是消弧线圈与消弧柜设计过程中必需确定的重要参数。本文以目前常用的偏移电容法为例，给厂矿的现场技术人员作了原理说明和举例计算。

配电网；小电流接地系统；电容电流；间接测量；偏移电容法；消弧线圈；消弧柜

1 引言

现有电力系统的中性点接地方式是一个综合性的技术问题，随着我国现有配电网中线路长度的增加，以及架空线路被电缆的取代，系统的电容电流越来越大，按DL/T620-1997《 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》的规定，在3～10kV系统电容电流大于30A；20kV以上中压电网的电容电流大于10A时，要求系统采取消弧措施；使接地电弧迅速熄灭，避免因弧光接地过电压造成事故的扩大［1］。但电容电流大小的确定是困扰现场工作人员的一个比较普遍的问题。

对于3～35kV的中性点不直接接地的供配电系统中，现有消除弧光接地过电压保护设备有消弧线圈［2］和消弧及过电压保护装置（消弧柜）；对于选择消弧柜内的限流熔断器、消弧线圈的参数确定来说，需了解系统接地电容电流的大小，而系统接地电容电流的大小与输电电缆（含架空线路）的长度、条数成正比，与电力系统的运行方式、设备的绝缘、保护的配置以及接地装置等问题有密切的关系［3］。因此，对于已运行的系统来说，在安装消弧及过电压保护装置，确定装置内熔断器的额定电流时，测量其接地电容电流是非常必要的。

目前的电容电流测量方法主要有直接测量法、工程计算法和间接测量法［4-5］，测量接地电容电流的方法很多，早期采用的容性电流测量方法为直接测量法—单相金属接地法，通过将配电网线路进行人为地金属接地试验，从面直接测量流入大地的容性电流［6］。但是直接测量法由于具有一定的操作危险性，除非必要，不宜采用；工程计算法一般用于评估新建项目的电容电流［7］；间接测量法包括有偏移电容法、人工中性点法、谐振法及变频法等，由于间接测量法中的偏移电容法测量电容电流可使用变电所原有的电压互感器，具有测量中使用的设备少、接线简单、极易实施的特点，同时该方案可改变直接接地测量法的不安全性和一般间接测量法的复杂性，具有简单实用、准确率高的优点。所以，我们在用户现场一般在设计改造前都选用间接测量法来测量配电网的接地电流。尽管DL/T308《中性点不接地系统电容电流测试规程》中对于测试方法有所说明，但现场工作人员对测试过程及原理不甚明白，因此，详细说明该测试的接线方法及工作原理有着一定的现实意义。

2 间接测量——偏移电容法的原理与计算

2.1 接线原理图及接线方案

偏移电容法的接线方案如下图1所示，图中，Cf为试验中需在变电所的10kV母线上附加电力移相电容器，在试验过程中，该电容会通过变电站内的备用断路器DL分别接在系统中的A、B、C相上，另一端串联一电流表A接地。Ca、Cb、Cc为系统中三相对地的等效电容，试验开始时，将电容器Cf如图1所示接在备用断路器的A相上，将断路器合闸后，由于电容器Cf接入系统，造成系统的容性负载不对称，系统的三相对地电压在接入偏移电容后发生明显的改变，产生零序电压，通过现场其它电压互感器柜的电压表，测出系统中的零序电压U0及三相的相电压Ua、Ub、Uc，通过附加电力电容器的电流表测出流过附加电容上的电流ICf。

图1 偏移电容法接线原理图

2.2 单相接地电容电流的计算

如图1，根据DL/T308《中性点不接地系统电容电流测试规程》，根据测量原理图，现在我们按照系统三相对地电容相等来考虑，试验中将附加电容分别接在备用断路器的输出端A相、B相、C相上，通过测量外加不平衡电容前、后各相对地电压Uφ、（在PT柜内PT的二次进行测量），经计算得到被测系统的三相对地电容之和ΣC为：

计算出三相对地电容之和ΣC后，可根据下式计算出系统的电容电流Ic为：

2.3 附加电容器的选择

可在测量前，根据系统中电缆及架空线的长度，估算出系统的电流电流，则式（2）中，Ic、ω、均为已知。则可计算出：

按照式（3）可以计算出ΣC，Cf按照ΣC的10%到50%选取即可。

3 变电所单相接地电容电流测量实例

3.1 偏移电容法使用实例

我们用偏移电容法对马钢动力厂73#变电所的电容电流进行测量，为安全起见，外加电容的投入和退出通过备用断路器柜1012来实施，在系统正常运行方式下进行试验。

间接测量实际接线如图1所示，我们利用变电所的电压互感器柜1008（PT柜）为测量点，用高压开关柜中的备用断路器柜内的断路器（DL）作为附加电容的投入、退出开关，用万用表（V）分别测出电压互感器二次电压、通过电压互感器的变比计算出：系统外加不平衡电容前该相对地电压，外加不平衡电容后该相对地电压等。在试验前，将备用断路器柜的继电保护电流一段的一次动作值设定为1000A，以防止在试验过程中电容器损坏或者其它原因造成故障。

3.2 附加电力电容器的选择

根据现场人员介绍，现场的6kV系统的电缆较长，系统6kV电缆总长度约为80～90km，6kV电缆按照电容电流为0.6A/km考虑，折中考虑，则电容电流可估算为50A。则按式（2）可得：

Cf为10%～50%ΣC，因此Cf的电容值可选取4.4～20μF之间的电容器。

3.3 测量步骤

（1）外加电容Cf投入1012柜断路器出线的A相。在外加电容接线完毕后，通过1008柜的PT，测量A相的相对地电压、记录并折算出一次的电压；合上断路器，将Cf投入A相，通过1008柜的PT，测量A相的相对地电压，记录并计算出一次的电压；重复试验3次，测出平均值。

（2）外加电容Cf投入1012柜断路器出线的B相。在外加电容接线完毕后，通过1008柜的PT，测量B相的相对地电压、记录并折算出一次的电压；合上断路器，将Cf投入B相，通过1008柜的PT，测量B相的相对地电压，记录并计算出一次的电压；重复试验3次，计算出平均值。

（3）外加电容Cf投入1012柜断路器出线的C相。在外加电容接线完毕后，通过1008柜的PT，测量C相的相对地电压、记录并折算出一次的电压；合上断路器，将Cf投入C相，通过1008柜的PT，测量C相的相对地电压，记录并计算出一次的电压；重复试验3次，计算出平均值。

（4）取三相测量的平均值为本次测量的结果。

3.4 计算

测得PT二次正常相电压为59.8V，如上所述，电容Cf为5.28μF，按照式（1）和式（2），计算系统此时的总电容ΣC和系统的电容电流Ic。试验记录与计算结果如表1所示

表1 电容电流记录表

3.5 直接测量法测量结果

测量后，立即将安装在系统中的消弧柜进行金属接地测试，测得电容电流为43.83A，误差为3.87%，满足测量中对于误差的要求。

4 结论及注意事项

本试验方法，测得系统的电容电流为45.60A，分相测试，C相误差最大，为2.8%；试验中共测试9次，误差最大为18.9%。与直接接地方案对比试验，误差为3.87%。试验的误差主要原因为：一是试验中，相电压始终是按定值考虑、计算的，造成误差；二是测试时系统在正常运行，本系统安装有电容补偿装置，在运行过程中，电容补偿装置有可能会造成测试误差。

采用上述方法试验，备用柜、万用表、电容器等均为变电站常有设备，且接线简单、操作方便，系统中运行中对系统也无不良影响；但在试验中，电容器安装在备用断路器柜外部时，需做好安全措施。同时，断路器柜的速断保护需投入，防止试验中出现意外情况［8-9］，总之，采用偏移电容法测量电容具有以下特点：

（1）偏移电容法使用变电所的电压互感器和高压开关柜中的一些原有设备，所需测量仪器较少，接线简单易行［10］，多次测量，取平均值后，准确率高。

（2）与直接接地测量法相比，人体作业时不靠近高电压，没有触电的危险。就有较高的安全性。

（3）测量时应注意避免在大风、雷雨、大雾的天气中进行，以防系统突然接地的意外发生。

（4）测量结束后应将电容器放电。

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Measuring Principle and Error Analysis of Offset Capacitance Method

WANG Shan-li， JIANG Tan， HAN Ye-teng
（Anhui Heng Kai Power Protection Equipment Co.LTD， Hefei 230088 Anhui， China）

In order to extinguish the ground arc and avoid the accidents caused by arc grounding overvoltage， the arc suppression system is required in a small current grounding system， when the capacitive current of the 3～10kV voltage system is greater than 30A or the capacitive current of the above 20kV voltage system is greater than 10A.There are two kinds of products which can be used to suppress the electrical arc， such as the arc suppression coil and arc suppression cabinet.The capacitance current of the system is an important value to the design of the arc suppression cabinet.In this paper， the principle based on the current offset capacitance method is introduced and the calculation procedure is presented.

power distribution network；small current grounding system；capacitive current；indirect measurement；offset capacitive current；arc suppression coil；arc suppression ark

TM93

A

1009-3842（2015）06-0058-03

2015-09-08

王善立（1968-），男，安徽合肥人，学士，从事过电压保护、过电流保护、弧光保护设备的生产制造工作。E-mail：120814151@qq.com