10kV不接地系统电容电流测试研究

肖明，宋锐，李绚绚，马勇飞，张杰

(1.国网青海省电力公司电力科学研究院，青海　西宁　810000; 2.国网青海省电力公司经济技术研究院，青海　西宁　810000)



10kV不接地系统电容电流测试研究

肖明1，宋锐1，李绚绚2，马勇飞1，张杰1

(1.国网青海省电力公司电力科学研究院，青海西宁810000; 2.国网青海省电力公司经济技术研究院，青海西宁810000)

介绍了一种基于中性点信号注入的电容电流测试法来测量中性点不接地系统电容电流;以青海某变电站10kV母线电流测试为例，将测量值与理论计算值进行比较，验证了测量值的准确性，指出实测值和理论值二者存在较大偏差是由于现场测试方法不当、系统运行方式的变化等原因造成的。

电容电流;中性点不接地;变电站;测试方法

1　引言

对于中性点非有效接地的系统，在发生单相接地故障时，单相接地电流的大小决定于另两相的电容电流。如果系统对地电容电流不大，接地电流能自行熄灭。当接地电流较大时，电弧不易熄灭，从而产生弧光接地过电压[1]，其结果可能使健全相的绝缘损坏，从而造成两相接地短路，或者直接由接地电弧引起相间短路，造成停电和设备损坏事故。《中性点不接地系统电容电流测试规范》中规定，当3～10kV系统单相接地故障电流大于30A，20kV及以上系统接地电流故障大于10A时，应装设消弧线圈。

近年来随着工业经济的迅猛发展，用电需求与日俱增，电网规模不断扩大，许多变电站原有消弧线圈补偿容量已不能满足补偿要求，而部分原来没有安装消弧线圈的变电站进行了扩容和线路电缆化改造后，电容电流已超过标准，需安装消弧线圈进行补偿。为进一步掌握配电网系统电容电流基础数据，不但要开展大量的现场测试工作，同时还要对电容电流实测值进行理论校验。

2　电容电流的理论计算

系统电容电流主要包括线路对地电容的电流和设备对地的分布电容产生的电流，一般情况下，架空线路的电容电流比同样长度下的电缆电容电流小得多，而电力设备的电容电流比电力线路小得更多，故通常只计算电缆和架空线路的电容电流，电力设备引起的电容电流乘以一个合理的增量系数。

配电网系统单相接地时电容电流的理论计算公式为[2-3]：

2.1电缆线路

IC=KULL

(1)

式中：IC为电容电流A;单位为A;UL为系统线电压，单位为kV;L为线路长度，单位为km。

(1)式中k的取值为：

(2)

式(2)中s为电缆芯线截面，单位为mm2。

当10kV电力电缆芯线的截面积为300mm2时，IC=2.3A/km。

2.2绝缘架空线路

IC=62UL×10-3

(3)

2.3普通架空裸线

Ic=(2.7～3.3)UL×10-3

(4)

式(4)中2.7 指系统是无架空地线的线路;3.3 指系统是有架空地线的线路。

2.4变电站电容电流增加计算表

对于变电所的设备所增加的电容电流,可以增加一个附加百分数加以考虑,具体可参照表1。

表1　变电站电容电流增加计算表

3　测试原理

信号注人法从电压互感器(PT)开口三角处注入的是微弱的异频测试信号,再测量其在开口三角侧的电压大小和相位,从而计算出电网的电容电流。Ea、Eb、Ec为电源侧，C0为单相系统对地电容，AX为PT一次绕组,ax为PT二次绕组,NL为PT开口三角,测试信号即从NL输人。从PT开口三角注人的信号为异频电流信号I,即非50Hz的交流电流,这样可消除工频电压的干扰。同时,该信号即可在电压互感器三相的高压侧就感应出按变比减小的电流I′[4-5]。

图1　信号注入法原理图

在如图2所示的PT等值电路中,励磁阻抗Zm(大约几MΩ)比绕组电阻R和漏抗XL(大约几kΩ)大很多,而线路单相对地电容一般在0.1～30μF之间,对应的阻抗为几百Ω至几十kΩ，因此，PT的励磁电流几乎为零，所以可以忽略不计。这样PT高压侧三相流出的电流是相等的，它的大小由注入的电流I确定。由于I′是零序电流，不能在电源和负载间流通，只能通过线路对地电容形成回路，这就为从PT二次侧测量电容电流创造了条件。

图2　电压互感器等值电路图

当一个恒定电压I从PT的开口三角侧注入时，就会有3个大小相等、相位相同的电流I′从PT的高压侧流出，这3个电流将分别在PT三相的绕组电阻R、漏抗XL和导线对地电容上产生压降。一般地，三相PT的参数(绕组电阻R、漏抗XL)是对称的，而且三相导线对地电容C0也基本上是相等的，因此三相电流I′分别在三相PT与导线对地电容中产生的压降基本是相同的，即UA=UB=UC,这时，在PT开口三角形就可以侧到一零序电压U0:

(5)

从上述分析中可得出从PT开口三角端注入的电流I与电压U0的关系式如下：

(6)

式(6)中C0为单相对地电容。

上式中有三个未知数，即R、XL、C0,要想求出线路对地电容C0，必须有3个方程，为此在PT开口三角端注入3个频率不同但幅值相同的恒定电流，将得到3个方程，求解方程组即可求出电容电流C，也就可以计算出电容电流值。当在开口三角侧分别注入3个不同频率fi(i=1,2,3)的恒定电流时，将在开口三角端测得3个零序电压值U0i(i=1,2,3)。由式(6)可得下列方程组：

(7)

(8)

因此通过检测测量信号就可以测量出三相对地电容3C0，再根据公式I=3ωC0Uφ(Uφ为被测系统的相电压)，从而可以计算出配系统的电容电流。

4　测试方法及注意事项

系统PT即中性点不接地系统自身配置的PT，测量信号由系统PT开口三角形注入，如图1所示。注意事项：

(1)测量检测用的PT高压侧中性点是否安装高阻消谐器，如果有，将其短接。

(2)检查消弧线圈是否全部退出运行。存有电气连接的被测电压等级系统中所有消弧线圈均要退出运行，并非考虑该变电站的消弧线圈。同时只考虑被测电压等级的情况，无需考虑其他电压等级的情况。

(3)退出PT开口三角形的消谐装置。

(4)如果PT二次侧并列运行，应改为单独运行。

(5)确保注入信号正确接到图1所示系统PT的开口三角N-L上。一般在二次端子的编号为N600和L630。为了确保连接正确，可以按一下方法进行检查：①用万用表分别测量PT二次侧三相电压和开口三角电压；②将三相电压中的最大值减去最小值得到的差和开口三角形电压比较，如果两者值差不多，就说明找到的开口三角形是正确的，反之则是错误的。

5　理论计算值与现场测试结果对比分析

现在以青海某110kV变电站为例，分析理论计算值和现场测试结论。

测试时10kVⅠ、Ⅱ分段运行，10kV母线银一线、银三线、银五线、银七线投入运行，银二线、银四线、银六线投入运行，银八线、银十线退出运行。现场测试结果如下：

10kVⅠ段母线：C=10.65μF，I=19.33A;

10kVⅡ段母线：C=3.851μF，I=6.985A;

经过计算得：10kVⅠ段母线：I=18.53A;10kVⅡ段母线：I=6.12A。

理论计算值与实测值存在偏差的原因:

(1)现场测试方法不当。这种情况往往二者差值较大，通过采取适合的测试方法可以解决。

(2)系统运行方式的变化。计算时是按最大运行方式考虑的，而实际运行方式并不一定是最大方式，导致计算值和现场测试结果产生差异，建议采取逐条出线校验的方式，以减小校验误差。

(3)理论计算公式经验系数的选取不合理。特别是用户侧设备的技术资料本身不完善，计算时所掌握的又只是其中的一部分，对低压侧影响的估算没有依据，只能全凭经验，导致计算结果与实测结果产生偏差。对于接有工业用户的，因为对其内部线路状况、用电设备的性质和接线方式等不能准确掌握，理论计算值和实测值可能会有较大偏差。

(4)城区内环网和T 接线路较多，所掌握的资料不全，在统计时易产生遗漏。

(5)理论计算值可以为现场测试提供参考，如果二者相差较大，则应通过不同运行方式下的多种测试方法所得到的数据来进行综合判断。

6　结论

本文阐述了10kV配电网母线电容电流的计算方法和基于信号注入法的母线电容电流测试方法的原理和方法，取青海某110kV变电站进行理论值和实测值的校验，也分析了实测值和理论计算值存在偏差的原因，同时提出：

(1)理论计算只能估算出一个范围，作为实测值的校验手段，不能取代现场测试，若二者之间偏差较大，则应通过不同运行方式下的多种测试方法所得到的数据来进行综合判断。

(2)实测值与理论值之间存在偏差的原因为：现场测试方法不当；系统运行方式的变化；理论计算公式中经验系数的选取不合理；城区内环网和T接线路较多，掌握的资料不全，在统计时易产生遗漏；对用户侧的技术资料掌握不全，导致对低压侧影响的估算不准确。

(3)对于电容电流较大，消弧线圈扩容后原安装地点已不满足安装条件的变电站，建议采用分散补偿的方式。

[1]刘亚彬,刘勇志,高红.间接法测试系统电容电流的应用[J].内蒙古石油化工，2012，2:11-13.

[2]张科峻，张文平，姚毅.10～35千伏不接地系统电容电流测试方法研究[J].电力系统及其自动化，2014，36(2):63-65。

[3]冉启鹏，胡之荣，字美荣,等.配电网电容电流测试研究[J].南方电网技术，2011，5(4):81-85.

[4]杨芸.基于信号注人法的中性点不接地系统电容电流测试方法[C]//2010年云南电力技术论坛文集:100-103.

[5]陈进，刘新宇，李欣宇，等.10kV系统电容电流测量研究分析[J].新疆电力技术，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，工学硕士，研究方向为电力系统稳定与控制、机 网协调技术研究。