中性点不接地系统电容电流测试方法优选研究

梅照赛，邹国平，金佳敏

（1.国网浙江省电力公司温州供电公司，浙江温州325000；2.国网浙江省电力公司，杭州310007）

中性点不接地系统电容电流测试方法优选研究

梅照赛1，邹国平2，金佳敏1

（1.国网浙江省电力公司温州供电公司，浙江温州325000；2.国网浙江省电力公司，杭州310007）

介绍了中性点不接地系统常用的几种电容电流测试方法，包括直接接地法、异频信号法等。其中，直接接地法可以在投入或退出消弧线圈的情况下进行测量，异频信号法可以通过母线电压互感器开口三角、电容器中性点、接地变中性点等不同点注入进行测量。选取测试样本，采用以上测试方法开展系统电容电流实测。从测试误差、测试复杂度、测试工作量、测试风险、适用范围等5个方面对测试方法进行了综合分析评价，认为电容器中性点注入异频信号法最具工程推广应用价值。

中性点不接地系统；电容电流；直接接地法；异频信号法

0 引言

随着城市配电网新增电力电缆线路规模的日益增长，不接地系统对地电容电流也快速增长。一旦发生单相接地故障，如果无法及时补偿不接地系统电容电流（残流大于10 A），将造成严重的弧光接地过电压，引起干式所用变压器、TV（电压互感器）、电缆、避雷器、开关柜等不接地系统绝缘薄弱点绝缘击穿，严重的甚至将引发开关室火灾。因此，有效掌握系统电容电流基础数据，定期开展消弧线圈装置容量校核，是确保电网安全稳定运行的重要工作。

国家电网公司《十八项电网重大反事故措施及编制说明》规定，对于中性点不接地系统，应根据电网发展每3～5年进行1次电容电流测试。目前，电容电流测试方法主要有直接接地法、间接测试法、工程计算法等。直接接地法通过系统金属性单相接地，直接测量系统电容电流，数据准确性高。间接测试法主要有异频信号注入法、电容偏移法、中性点外加电压法、中性点外加电容法等。消弧线圈自动控制器通过改变消弧线圈分接头位置，采用调谐法、相角法、阻抗三角法等算法获取系统电容电流，也属于一种间接测试方法。工程计算法需要准确掌握配电电缆的长度及型号。如何选取一种测试准确、操作简便、适用范围广、安全风险小的电容电流测试方法，对实际工程应用将非常有价值。

1 直接接地法

电容电流的直接测量，主要采用单相金属接地法，通过制造一个人工单相接地点，模拟线路单相接地，直接测量不接地系统单相金属接地时的全电流值。直接接地法可以在消弧线圈退出运行的条件下测量，也可以在消弧线圈投入运行的条件下测量。文献[1]介绍了直接接地法的具体测量原理。

1.1 消弧线圈投入

制造一个人工单相接地点，一般采用变电站内开关柜备用间隔接电缆外引至变电所内，直接单相金属性接地，并在接地电缆电处串接TA（电流互感器），安装电流表、功率表等，用于测量接地点电流矢量及其有功分量、无功分量。

在消弧线圈退出运行的条件下，在接地变压器（以下简称接地变）中性点安装TV和TA，以及采样用的电压表、电流表、功率表，用于测量系统中性点处的电流矢量，其有功分量ILp和无功分量ILq，试验接线见图1。

图1 直接接地法（投入消弧线圈）试验接线

测试时，消弧线圈投入运行，合上线路开关，系统单相金属性接地，测量出金属接地点电流和接地变中性点电流，系统电容电流由公式（1）—（2）可以计算得出系统电容电流IC：

特别要指出，由于消弧线圈成套装置中性点一般采用穿心式TA，其额定容量较小，负载特性较差，当串联电流表、功率表后无法满足电容电流测试精度的要求，因此建议在测试时安装独立的TA。如使用原电流回路，需采用数字电流相位表或数字式示波器，才能确保采样准确。

1.2 消弧线圈退出

该方法是在消弧线圈退出运行的条件下，直接测出金属接地点的电流幅值，即为系统电容电流IC，试验接线以及电容电流矢量分析见图2。

图2 直接接地法（退出消弧线圈）试验接线以及电流矢量分析

2 间接测试法

《中性点不接地系统电容电流测试》推荐的间接测量法包括中性点外加电压法、中性点外加电容法、电容偏移法、异频信号注入法等。其中，异频信号注入法因其注入信号不会干扰系统运行，测试回路不与一次系统接触而被普遍使用。该方法主要通过电磁式TV电磁耦合的方式，向系统注入幅值相同、频率不同的电流信号，测量输入端的电压值；再根据系统等效模型不同及变比变化，计算出线路对地的电容值、电容电流值。

根据不同的算法，可分为一异频幅值电流相角法、双异频等幅电流相角法、三异频等幅电流相角等。根据异频信号注入点的不同，分为母线TV二次开口三角注入、电容器中性点注入、接地变中性点注入等方式。

2.1 母线TV开口三角注入

以双异频等幅电流相角法为例，在退出消弧线圈的状态下，在TV二次开口三角注入异频测量信号，其测量接线见图3。测量回路可以等效为一个串联阻抗电路，利用TV变比K的关系，在输入端测量电流I0、输入端测量电压U0，可以得到：

测量时，通过向母线TV的开口三角分别注入频率为f1和f2的恒定电流I0，分别测得开口三角侧电压值U1和U2，根据公式（3）—（5），联立求解可得参数C。

式中：ω1，ω2分别为2个测试频率的角频率；θ1为测试电流I0与测试电压信号U1之间的相角；θ2为测试电流I0与测试电压信号U2之间的相角。

根据公式（6）计算电网的电容电流IC。

2.2 电容器中性点注入

图3 异频信号母线TV开口三角注入测试接线

在消弧线圈退出的状态下，在电容器组中性点外接电磁式TV，通过TV二次端注入异频电流信号，测试接线见图4。其测试及计算原理与开口三角注入相同，由于测试等效模型为系统电容串联电容器组电容，因此在测得电容量C测量后，需根据公式（7），计算得到系统对地电容。

图4 异频信号电容器中性点注入测试接线

2.3 接地变中性点注入

接地变中性点异频信号注入法与电容器组中性点异频信号注入法类似，在消弧线圈退出的状态下，通过接地变中性点外接TV，注入异频信号，测试接线见图5。根据测量的信号得出对地电容，再计算出电容电流值。

3 现场实测及数据分析

为比较以上5种常用电容电流测试方法的实际测试效果，优选一种在实际工程应用中最为便捷、安全、通用的测试方法，选取110 kV锦江变电站10 kVⅠ段母线为测试样本，逐一进行现场实际测试，并根据配电网电缆长度对系统电容电流进行了工程计算，选取消弧线圈控制器测试结果进行比较。

图5 异频信号接地变中性点注入测试接线

3.1 某110 kV变电站基本情况

某110 kV变电站为110 kV内桥接线，110 kV变压器为2台50 MVA三圈变，10 kV母线Ⅰ段、Ⅱ段正常分列运行，分别装有接地变及自动调谐消弧线圈成套装置各1套，型号为XHDCZ-630/10.5。10 kVⅠ段母线共10回出线，其中C877线为备用间隔，A867线为检修间隔。

3.2 系统电容电流工程计算

该110 kV变电站10 kVⅠ段中分支线电缆长度为10.219 15 km，主线电缆长度为8.148 2 km，主线架空长度为0.818 km。

按照主线为300 mm2芯线截面积电缆，分支线为240 mm2芯线截面积电缆估算，根据经验公式（8）计算，当10 kV电力电缆芯线截面积为300 mm2时，IC=2.32 A/km；当10 kV电力电缆芯线截面积为240 mm2时，IC=1.95 A/km。10 kVⅠ段电容电流I=38.833 2 A。式中：S为电缆芯线截面；Ue为线电压。

3.3 测试结果

直接接地法采用投入消弧线圈、退出消弧线圈的测试数据；异频信号法采用从母线TV开口三角、电容器中性点、接地变中性点等多个点注入进行测试，测试结果见表1。

4 测试方法优选研究

主要从测试误差、测试复杂度、测试工作量、测试风险、适用范围5个方面对测试方法进行综合评定。

4.1 测试误差

在该110 kV变电站测试案例中，直接接地法由于直接测量系统的电容电流，测试数据最接近实际电容电流。由表1可以看出，5种电容电流测试方法的测试偏差率均小于5%。但要指出，文献[3]认为异频信号母线TV开口三角注入法，由于受到3个单相TV励磁特性不一致、忽略励磁阻抗等因素影响，测量结果可能会偏大；文献[6]认为“开口三角绕组”注入电流信号频率的选择对结果影响显著，而且中性点工频位移电压会严重干扰注入信号的检测。

表1 电容电流测试数据

表1测试结果还表明，消弧线圈控制器算法、工程计算法的测试偏差率也小于5%，完全满足消弧线圈容量校核的工程应用需求。消弧线圈自动控制器一般通过采样接地变中性点电压、中性点电流，采用调谐法、相角法、阻抗三角法等算法来获取系统电容电流，也属于一种间接测试方法。工程计算方法是在准确掌握电缆台账数据的前提下，通过经验公式计算，计算结果也完全满足工程应用需求。

4.2 测试复杂度、测试工作量

直接接地法接线准备工作量较大，需要将10 kV备用间隔外引接地，停用接地变消弧线圈成套装置进行测试接线，布置测试所需TA和TV。

异频信号从母线TV开口三角注入，测试复杂度较高。TV的接线方式较多，包括3TV，3TV带消谐电阻、4TV方式等多种接线方式，需判别TV接线方式、开口三角绕组变比等；需退出一次、二次消谐装置，涉及相关一次设备停电；开口三角在端子排上接线相对复杂，查找较困难。

异频信号从电容器中性点、接地变中性点注入，则不需要考虑TV的运行方式，不需退出一次、二次消谐装置。异频信号直接通过测试TV与电容器中性点或接地变中性点相连注入。电容器中性点注入法还可以在电容器组运行的情况下，用绝缘杆将电容器组中性点与测试TV相连接，避免设备停电操作。

各种测试方法的测试复杂度、工作量整体评价详见表2。

表2 测试复杂度、测试工作量评价

4.3 适用范围、测试风险

直接接地法测试时，在退出消弧线圈的情况下，系统单相接地运行，如系统任一处再发生单相接地，将造成该10 kV线路故障跳闸，而且退出消弧线圈，单相接地故障时，有可能引发弧光接地过电压。

异频信号母线TV开口三角注入法，需退出一次消谐装置，涉及到一次设备停电，需切实做好相关安全措施，且退出消谐装置存在系统谐振风险；TV开口三角回路拆接线复杂，需要专业人员核对查找后才能进行测试，且存在误拆误接风险。

各种测试方法的适用范围、测试风险评价详见表3。

5 结论

（1）从测试误差、测试复杂度、测试工作量、测试风险、适用范围5个方面，对5种电容电流测试方法进行综合评价，认为电容器中性点注入异频信号法测试准确、操作简便、适用范围广、安全风险小，最具工程推广应用价值。

（2）利用消弧线圈自动控制器间接测试系统电容电流，测试方法可靠，数据误差满足工程应用需求。与其他测试方法结果比对，数据结果无明显误差。对于已安装消弧线圈的变电站，完全可以替代电容电流实测。

表3 适用范围、测试风险评价

（3）在准确掌握电缆台账数据的前提下，工程计算方法可以做为电容电流实测结果的辅助检验手段，其数据误差能够满足工程应用需求。

[1]要焕年，曹梅月.电力系统谐振接地[M].北京：中国电力出版社，2009.

[2]DL/T 308-2012中性点不接系统电容电流测试[S].北京：中国电力出版社，2012.

[3]刘衍，周求宽，张弦.基于电容器组中性点信号注入的电容电流测试方法[J].电气技术，2016（5）∶42-45.

[4]孙建林，王剑，侯志刚，等.异频信号注入法测量配电网电容电流的研究[J].四川电力技术，2016，40（2）∶73-76.

[5]国家电网公司运维检修部.十八项电网重大反事故措施及编制说明[M].北京：中国电力出版社，1984.

[6]吴青军，黄驾驾，刘东红.零序过流保护在单相接地故障选线中的应用探讨[J].浙江电力，2016，35（5）∶47-49.

[7]曾祥君，许瑶，陈博，等.中性点不接地配电网电容电流实时测量方法[J].电力系统自动化，2009，33（2）∶78-81.

[8]张彩友.探讨变电所消弧线圈补偿容量问题[J].浙江电力，2004，23（7）∶70-71.

（本文编辑：方明霞）

Optimization Research on Capacitive Current Testing Methods for Neutral Point Ungrounding System

MEI Zhaosai1，ZHOU Guoping2，JIN Jiamin1
（1.State Grid Wenzhou Power Supply Company，Wenzhou Zhejiang 325000，China；2.State Grid Zhejiang Electric Power Company，Hangzhou 310007，China）

The paper introduces some capacitive current testing methods such as direct grounding measurement method and pilot frequency current signal injection method.The direct grounding measurement method can be used when the arc suppression coil is present or absent.The pilot frequency method can be used for measurement by injection into the open delta of bus voltage transformer，neutral point of capacitor and the neutral point of grounding transformer.Test samples are selected to measure capacitance current of the system by the aforementioned methods.Through testing error，test complexity，test error，test risk and test scope of，the test methods are comprehensively analyzed and evaluated.It is considered that the method of pilot frequency injection into neutral point of capacitor is worth of engineering promotion and application.

neutral point ungrounding system；capacitive current；direct grounding measurement method；the pilot frequency current signal injection method

10.19585/j.zjdl.201707002

1007-1881（2017）07-0006-05

TM773

B

2017-04-25

梅照赛（1975），男，工程师，从事变电设备检修、运维技术管理工作。