配电线路电容电流测量方法比较

赵 宪，章 彪，刘海龙

（国网湖南省电力公司湘潭供电公司，湖南 湘潭 411100）

配电线路电容电流测量方法比较

赵 宪，章 彪，刘海龙

（国网湖南省电力公司湘潭供电公司，湖南 湘潭 411100）

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。

电容电流；测试方法；接地方式

0 引言

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 电容电流理论计算

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 TV开口三角注入信号法

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。

图1 TV开口三角注入法测量原理

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。

图2 A相零序回路等值电路

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。

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 中性点处测量方法

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。

图3 中性点外加电容法测量原理

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。

图4 中性点接C0后的等值电路

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。

图5 GW2005测量仪原理

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 应用情况

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。

图6 某变电站10kV配电系统

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。

表1 不同运行方式下电容电流测试值A

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。

表2 电容电流理论计算值与测试值比较 A

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。

图7 母线TV装有消谐装置

图8 4TV接线方式

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。

表3 某变电站电容电流测量结果A

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。

表4 某变电站测量结果对比 A

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。

5 结语

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。

［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．

［5］ 梁晓红，刘永青．防止中性点不接地系统铁磁谐振的措施［J］．电工技术，2012（4）：27-28，30．

［6］ 马宁．哈尔滨市松北区10kV系统单相接地电容电流分析与补偿［J］．黑龙江电力，2008，30（2）：128-130，136．

［7］ 万玉良，刘钦永．伊敏地区35kV系统电容电流计算与消弧线圈选择［J］．内蒙古电力技术，2009，27（1）：43-44．

［8］ 丁柏林，张建权，张捷．6~35kV中性点不接地系统电容电流的危害及其对策［J］．安徽电力，2008，25（3）：24-27．

Comparison on Frequently-used Methods of Capacitive Current Measurement on Power Distribution Lines

ZHAO Xian，ZHANG Biao，LIU Hailong
（State Grid Xiangtan Power Supply Company，Xiangtan 411100，China）

With the development of power distribution network，especially widespread use of cable lines，the capacitive current has been increasing rapidly in recent years.It’s necessary to strengthen the capacitive current management for avoiding the threat to the safe operation of the power system brought by the capacitive current.Accurate measurement of the capacitive current can help to select arc suppression coil correctly，enhancing the management of capacitive current efficiently.Several methods for measuring the capacitive current are introduced，including open-delta connection of TV，neutral point joined capacitance and neutral point injected signal，which have been used in Xiangtan Power Supply Company.This article compared merits and faults of these methods based on the practical situation of measuring capacitive current.It provides a certain reference value for the capacitive current measurement.

capacitive current；measurement methods；grounding mode

TM835.4

：B

：1007－9904（2017）07－0043－05

2017-03-10

赵 宪（1986），男，工程师，从事高电压试验和电气设备性能技术监督工作；

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。