配電網(wǎng)電容電流測(cè)量分析

郝建成，朱義東，于在明

(遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006)

隨著城市電網(wǎng)的擴(kuò)大，電纜出線的增多，系統(tǒng)電容電流增大［1－2］。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障，其接地電弧不能自熄，極易產(chǎn)生間隙性弧光接地過電壓，持續(xù)時(shí)間一長，在線路絕緣薄弱處還會(huì)發(fā)展成兩相短路事故［3］。因此，當(dāng)配電網(wǎng)足夠大時(shí)，需要采用消弧線圈補(bǔ)償電容電流，這是保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要技術(shù)措施之一。為避免不適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償給電力系統(tǒng)安全運(yùn)行帶來威脅，必須正確測(cè)定系統(tǒng)的電容電流值，并據(jù)此合理調(diào)整消弧線圈電流值，才能做到正確調(diào)諧，既可以很好地躲過單相接地的弧光過電流，又不影響繼電保護(hù)的選擇性和可靠性。電力系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)程規(guī)定，當(dāng)配電網(wǎng)電容電流大于規(guī)定值時(shí)，應(yīng)裝設(shè)消弧線圈補(bǔ)償電容電流［4］。

1 測(cè)量方法的比較和選擇

傳統(tǒng)電容電流測(cè)量方法有直接法和間接法2種［5］。直接法主要包括單相金屬接地法，該方法操作接線復(fù)雜，對(duì)測(cè)量人員和配電系統(tǒng)存在一定的安全隱患，一般不建議采用。間接法包括中性點(diǎn)外加電容法、外加電壓法、調(diào)諧法、變頻法和電容增量法。間接測(cè)量方法比較簡單，能較準(zhǔn)確地測(cè)量電容電流值。但測(cè)量時(shí)仍需要對(duì)一次側(cè)設(shè)備進(jìn)行操作，操作復(fù)雜，準(zhǔn)備時(shí)間長［6］。

2 新的測(cè)量方法原理

針對(duì)傳統(tǒng)配電網(wǎng)電容電流測(cè)量方法存在的不足，國內(nèi)外相繼提出了一系列電容電流在線測(cè)量新方法。本文也提出一種新的方法，從TV開口三角處注入的是微弱的異頻測(cè)試信號(hào)，與傳統(tǒng)的測(cè)試方法相比，該方法無需和一次側(cè)關(guān)聯(lián)，因而不存在試驗(yàn)的危險(xiǎn)性，又不會(huì)對(duì)繼電保護(hù)和TV本身產(chǎn)生任何影響，同時(shí)避開了50 Hz工頻干擾信號(hào)，數(shù)據(jù)測(cè)量準(zhǔn)確，測(cè)量原理如圖1所示。

在圖1中，從TV開口三角注入一個(gè)異頻的電流，這樣在TV高壓側(cè)就感應(yīng)出一個(gè)按變比減小的電流，此電流為零序電流，其三相的大小和方向相同，因此它在電源和負(fù)荷側(cè)均不能流通，只能通過TV和對(duì)地電容形成回路，因此，圖1又可簡化為圖2。

圖1 測(cè)量原理圖

圖2 簡化物理模型

根據(jù)圖2的物理模型可建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，通過檢測(cè)測(cè)量信號(hào)就可以測(cè)量出三相對(duì)地電容值3C0，再根據(jù)電容電流公式計(jì)算出配網(wǎng)系統(tǒng)的電容電流。

3 配電網(wǎng)電容電流計(jì)算方法

3.1 架空電力線路電容電流計(jì)算方法

中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)對(duì)地電容電流近似計(jì)算公式如下。

無架空地線:

有架空地線:

式中 U——額定線電壓，kV;

L——線路長度，km;

1.1——系數(shù)，因水泥桿、鐵塔線路增大10%。幾點(diǎn)說明如下。

a.雙回線路的電容電流為單回路的1.4倍。

b.一般實(shí)測(cè)表明夏季比冬季電容電流增值10%。

c.因變電所設(shè)備引起的電容電流增值也應(yīng)考慮，10 kV配電網(wǎng)絡(luò)電容電流增大約16%，35 kV配電網(wǎng)絡(luò)電容電流增大約13%。

3.2 電力電纜電容電流計(jì)算方法

計(jì)算公式如下:

式中 S——電纜截面積，mm2;

Ue——額定線電壓，kV。

上述計(jì)算公式主要適用于油浸紙電力電纜，對(duì)目前采用的聚氯乙烯絞聯(lián)電纜每km對(duì)地電容電流比油浸紙要大，比廠家提供的參數(shù)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)檢驗(yàn)約增大20%。

4 新測(cè)量方法計(jì)算結(jié)果和實(shí)測(cè)結(jié)果比較

35 kV和10 kV配電網(wǎng)絡(luò)電容電流計(jì)算與實(shí)測(cè)比較如表1、表2所示。

表1 35 kV配電網(wǎng)絡(luò)電容電流計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果比較 A

表2 10 kV配電網(wǎng)絡(luò)電容電流計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果比較 A

由表1、表2可以看出，計(jì)算結(jié)果和實(shí)測(cè)結(jié)果存在一定誤差，誤差主要是由以下原因形成:一是計(jì)算公式為經(jīng)驗(yàn)公式，本身存在一定誤差;二是部分線路材料不夠精確，如線路同桿長度、電纜長度等。

5 消弧線圈配置分析

根據(jù)配電網(wǎng)電容電流，可以計(jì)算出各配電網(wǎng)補(bǔ)償電容電流所用的消弧線圈容量。計(jì)算公式如下:

式中 Q——消弧線圈的容量，kVA;

UN——系統(tǒng)標(biāo)稱電壓，kV;

Ic——對(duì)地電容電流，A;

K——計(jì)算系數(shù)，通常采用過補(bǔ)償，取1.35。

35 kV和10 kV配電網(wǎng)絡(luò)消弧線圈應(yīng)裝設(shè)容量與實(shí)際裝設(shè)容量比較如表3、表4所示。

由表3、表4可以看出，部分需要配置消弧線圈的配電網(wǎng)絡(luò)沒有安裝消弧線圈，這不利于發(fā)生單相接地故障時(shí)電流電弧自熄，將加劇故障程度，擴(kuò)大故障范圍。

表3 35kV配電網(wǎng)絡(luò)消弧線圈應(yīng)裝設(shè)容量與實(shí)際裝設(shè)容量比較 kVA

表4 10 kV配電網(wǎng)絡(luò)消弧線圈應(yīng)裝設(shè)容量與實(shí)際裝設(shè)容量比較 kVA

6 結(jié)束語

根據(jù)一種實(shí)時(shí)測(cè)量中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)電容電流的新方法，通過從電壓互感器開口三角側(cè)注入一個(gè)恒定的電流信號(hào)，計(jì)算出配電網(wǎng)對(duì)地電容值和電容電流值。選取一些配電網(wǎng)絡(luò)，通過經(jīng)驗(yàn)計(jì)算和實(shí)測(cè)電容電流比較，發(fā)現(xiàn)存在較大誤差，給出了造成誤差的主要原因，建議配電網(wǎng)電容電流以實(shí)測(cè)為主。最后根據(jù)配電網(wǎng)消弧線圈的配置容量，指出部分配電網(wǎng)消弧線圈存在容量配置不到位的問題。

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