10kV不接地系統(tǒng)電容電流測(cè)試研究

肖明，宋銳，李絢絢，馬勇飛，張杰

(1.國(guó)網(wǎng)青海省電力公司電力科學(xué)研究院，青海　西寧　810000; 2.國(guó)網(wǎng)青海省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，青海　西寧　810000)

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10kV不接地系統(tǒng)電容電流測(cè)試研究

肖明1，宋銳1，李絢絢2，馬勇飛1，張杰1

(1.國(guó)網(wǎng)青海省電力公司電力科學(xué)研究院，青海西寧810000; 2.國(guó)網(wǎng)青海省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，青海西寧810000)

介紹了一種基于中性點(diǎn)信號(hào)注入的電容電流測(cè)試法來(lái)測(cè)量中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)電容電流;以青海某變電站10kV母線電流測(cè)試為例，將測(cè)量值與理論計(jì)算值進(jìn)行比較，驗(yàn)證了測(cè)量值的準(zhǔn)確性，指出實(shí)測(cè)值和理論值二者存在較大偏差是由于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法不當(dāng)、系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化等原因造成的。

電容電流;中性點(diǎn)不接地;變電站;測(cè)試方法

1　引言

對(duì)于中性點(diǎn)非有效接地的系統(tǒng)，在發(fā)生單相接地故障時(shí)，單相接地電流的大小決定于另兩相的電容電流。如果系統(tǒng)對(duì)地電容電流不大，接地電流能自行熄滅。當(dāng)接地電流較大時(shí)，電弧不易熄滅，從而產(chǎn)生弧光接地過(guò)電壓[1]，其結(jié)果可能使健全相的絕緣損壞，從而造成兩相接地短路，或者直接由接地電弧引起相間短路，造成停電和設(shè)備損壞事故?！吨行渣c(diǎn)不接地系統(tǒng)電容電流測(cè)試規(guī)范》中規(guī)定，當(dāng)3～10kV系統(tǒng)單相接地故障電流大于30A，20kV及以上系統(tǒng)接地電流故障大于10A時(shí)，應(yīng)裝設(shè)消弧線圈。

近年來(lái)隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，用電需求與日俱增，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，許多變電站原有消弧線圈補(bǔ)償容量已不能滿足補(bǔ)償要求，而部分原來(lái)沒(méi)有安裝消弧線圈的變電站進(jìn)行了擴(kuò)容和線路電纜化改造后，電容電流已超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)，需安裝消弧線圈進(jìn)行補(bǔ)償。為進(jìn)一步掌握配電網(wǎng)系統(tǒng)電容電流基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，不但要開(kāi)展大量的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試工作，同時(shí)還要對(duì)電容電流實(shí)測(cè)值進(jìn)行理論校驗(yàn)。

2　電容電流的理論計(jì)算

系統(tǒng)電容電流主要包括線路對(duì)地電容的電流和設(shè)備對(duì)地的分布電容產(chǎn)生的電流，一般情況下，架空線路的電容電流比同樣長(zhǎng)度下的電纜電容電流小得多，而電力設(shè)備的電容電流比電力線路小得更多，故通常只計(jì)算電纜和架空線路的電容電流，電力設(shè)備引起的電容電流乘以一個(gè)合理的增量系數(shù)。

配電網(wǎng)系統(tǒng)單相接地時(shí)電容電流的理論計(jì)算公式為[2-3]：

2.1電纜線路

IC=KULL

(1)

式中：IC為電容電流A;單位為A;UL為系統(tǒng)線電壓，單位為kV;L為線路長(zhǎng)度，單位為km。

(1)式中k的取值為：

(2)

式(2)中s為電纜芯線截面，單位為mm2。

當(dāng)10kV電力電纜芯線的截面積為300mm2時(shí)，IC=2.3A/km。

2.2絕緣架空線路

IC=62UL×10-3

(3)

2.3普通架空裸線

Ic=(2.7～3.3)UL×10-3

(4)

式(4)中2.7 指系統(tǒng)是無(wú)架空地線的線路;3.3 指系統(tǒng)是有架空地線的線路。

2.4變電站電容電流增加計(jì)算表

對(duì)于變電所的設(shè)備所增加的電容電流,可以增加一個(gè)附加百分?jǐn)?shù)加以考慮,具體可參照表1。

表1　變電站電容電流增加計(jì)算表

3　測(cè)試原理

信號(hào)注人法從電壓互感器(PT)開(kāi)口三角處注入的是微弱的異頻測(cè)試信號(hào),再測(cè)量其在開(kāi)口三角側(cè)的電壓大小和相位,從而計(jì)算出電網(wǎng)的電容電流。Ea、Eb、Ec為電源側(cè)，C0為單相系統(tǒng)對(duì)地電容，AX為PT一次繞組,ax為PT二次繞組,NL為PT開(kāi)口三角,測(cè)試信號(hào)即從NL輸人。從PT開(kāi)口三角注人的信號(hào)為異頻電流信號(hào)I,即非50Hz的交流電流,這樣可消除工頻電壓的干擾。同時(shí),該信號(hào)即可在電壓互感器三相的高壓側(cè)就感應(yīng)出按變比減小的電流I′[4-5]。

圖1　信號(hào)注入法原理圖

在如圖2所示的PT等值電路中,勵(lì)磁阻抗Zm(大約幾MΩ)比繞組電阻R和漏抗XL(大約幾kΩ)大很多,而線路單相對(duì)地電容一般在0.1～30μF之間,對(duì)應(yīng)的阻抗為幾百Ω至幾十kΩ，因此，PT的勵(lì)磁電流幾乎為零，所以可以忽略不計(jì)。這樣PT高壓側(cè)三相流出的電流是相等的，它的大小由注入的電流I確定。由于I′是零序電流，不能在電源和負(fù)載間流通，只能通過(guò)線路對(duì)地電容形成回路，這就為從PT二次側(cè)測(cè)量電容電流創(chuàng)造了條件。

圖2　電壓互感器等值電路圖

當(dāng)一個(gè)恒定電壓I從PT的開(kāi)口三角側(cè)注入時(shí)，就會(huì)有3個(gè)大小相等、相位相同的電流I′從PT的高壓側(cè)流出，這3個(gè)電流將分別在PT三相的繞組電阻R、漏抗XL和導(dǎo)線對(duì)地電容上產(chǎn)生壓降。一般地，三相PT的參數(shù)(繞組電阻R、漏抗XL)是對(duì)稱的，而且三相導(dǎo)線對(duì)地電容C0也基本上是相等的，因此三相電流I′分別在三相PT與導(dǎo)線對(duì)地電容中產(chǎn)生的壓降基本是相同的，即UA=UB=UC,這時(shí)，在PT開(kāi)口三角形就可以側(cè)到一零序電壓U0:

(5)

從上述分析中可得出從PT開(kāi)口三角端注入的電流I與電壓U0的關(guān)系式如下：

(6)

式(6)中C0為單相對(duì)地電容。

上式中有三個(gè)未知數(shù)，即R、XL、C0,要想求出線路對(duì)地電容C0，必須有3個(gè)方程，為此在PT開(kāi)口三角端注入3個(gè)頻率不同但幅值相同的恒定電流，將得到3個(gè)方程，求解方程組即可求出電容電流C，也就可以計(jì)算出電容電流值。當(dāng)在開(kāi)口三角側(cè)分別注入3個(gè)不同頻率fi(i=1,2,3)的恒定電流時(shí)，將在開(kāi)口三角端測(cè)得3個(gè)零序電壓值U0i(i=1,2,3)。由式(6)可得下列方程組：

(7)

(8)

因此通過(guò)檢測(cè)測(cè)量信號(hào)就可以測(cè)量出三相對(duì)地電容3C0，再根據(jù)公式I=3ωC0Uφ(Uφ為被測(cè)系統(tǒng)的相電壓)，從而可以計(jì)算出配系統(tǒng)的電容電流。

4　測(cè)試方法及注意事項(xiàng)

系統(tǒng)PT即中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)自身配置的PT，測(cè)量信號(hào)由系統(tǒng)PT開(kāi)口三角形注入，如圖1所示。注意事項(xiàng)：

(1)測(cè)量檢測(cè)用的PT高壓側(cè)中性點(diǎn)是否安裝高阻消諧器，如果有，將其短接。

(2)檢查消弧線圈是否全部退出運(yùn)行。存有電氣連接的被測(cè)電壓等級(jí)系統(tǒng)中所有消弧線圈均要退出運(yùn)行，并非考慮該變電站的消弧線圈。同時(shí)只考慮被測(cè)電壓等級(jí)的情況，無(wú)需考慮其他電壓等級(jí)的情況。

(3)退出PT開(kāi)口三角形的消諧裝置。

(4)如果PT二次側(cè)并列運(yùn)行，應(yīng)改為單獨(dú)運(yùn)行。

(5)確保注入信號(hào)正確接到圖1所示系統(tǒng)PT的開(kāi)口三角N-L上。一般在二次端子的編號(hào)為N600和L630。為了確保連接正確，可以按一下方法進(jìn)行檢查：①用萬(wàn)用表分別測(cè)量PT二次側(cè)三相電壓和開(kāi)口三角電壓；②將三相電壓中的最大值減去最小值得到的差和開(kāi)口三角形電壓比較，如果兩者值差不多，就說(shuō)明找到的開(kāi)口三角形是正確的，反之則是錯(cuò)誤的。

5　理論計(jì)算值與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果對(duì)比分析

現(xiàn)在以青海某110kV變電站為例，分析理論計(jì)算值和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)論。

測(cè)試時(shí)10kVⅠ、Ⅱ分段運(yùn)行，10kV母線銀一線、銀三線、銀五線、銀七線投入運(yùn)行，銀二線、銀四線、銀六線投入運(yùn)行，銀八線、銀十線退出運(yùn)行?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果如下：

10kVⅠ段母線：C=10.65μF，I=19.33A;

10kVⅡ段母線：C=3.851μF，I=6.985A;

經(jīng)過(guò)計(jì)算得：10kVⅠ段母線：I=18.53A;10kVⅡ段母線：I=6.12A。

理論計(jì)算值與實(shí)測(cè)值存在偏差的原因:

(1)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法不當(dāng)。這種情況往往二者差值較大，通過(guò)采取適合的測(cè)試方法可以解決。

(2)系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化。計(jì)算時(shí)是按最大運(yùn)行方式考慮的，而實(shí)際運(yùn)行方式并不一定是最大方式，導(dǎo)致計(jì)算值和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生差異，建議采取逐條出線校驗(yàn)的方式，以減小校驗(yàn)誤差。

(3)理論計(jì)算公式經(jīng)驗(yàn)系數(shù)的選取不合理。特別是用戶側(cè)設(shè)備的技術(shù)資料本身不完善，計(jì)算時(shí)所掌握的又只是其中的一部分，對(duì)低壓側(cè)影響的估算沒(méi)有依據(jù)，只能全憑經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果產(chǎn)生偏差。對(duì)于接有工業(yè)用戶的，因?yàn)閷?duì)其內(nèi)部線路狀況、用電設(shè)備的性質(zhì)和接線方式等不能準(zhǔn)確掌握，理論計(jì)算值和實(shí)測(cè)值可能會(huì)有較大偏差。

(4)城區(qū)內(nèi)環(huán)網(wǎng)和T 接線路較多，所掌握的資料不全，在統(tǒng)計(jì)時(shí)易產(chǎn)生遺漏。

(5)理論計(jì)算值可以為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試提供參考，如果二者相差較大，則應(yīng)通過(guò)不同運(yùn)行方式下的多種測(cè)試方法所得到的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行綜合判斷。

6　結(jié)論

本文闡述了10kV配電網(wǎng)母線電容電流的計(jì)算方法和基于信號(hào)注入法的母線電容電流測(cè)試方法的原理和方法，取青海某110kV變電站進(jìn)行理論值和實(shí)測(cè)值的校驗(yàn)，也分析了實(shí)測(cè)值和理論計(jì)算值存在偏差的原因，同時(shí)提出：

(1)理論計(jì)算只能估算出一個(gè)范圍，作為實(shí)測(cè)值的校驗(yàn)手段，不能取代現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，若二者之間偏差較大，則應(yīng)通過(guò)不同運(yùn)行方式下的多種測(cè)試方法所得到的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行綜合判斷。

(2)實(shí)測(cè)值與理論值之間存在偏差的原因?yàn)椋含F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法不當(dāng)；系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化；理論計(jì)算公式中經(jīng)驗(yàn)系數(shù)的選取不合理；城區(qū)內(nèi)環(huán)網(wǎng)和T接線路較多，掌握的資料不全，在統(tǒng)計(jì)時(shí)易產(chǎn)生遺漏；對(duì)用戶側(cè)的技術(shù)資料掌握不全，導(dǎo)致對(duì)低壓側(cè)影響的估算不準(zhǔn)確。

(3)對(duì)于電容電流較大，消弧線圈擴(kuò)容后原安裝地點(diǎn)已不滿足安裝條件的變電站，建議采用分散補(bǔ)償?shù)姆绞健?/p>

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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，工學(xué)碩士，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)穩(wěn)定與控制、機(jī) 網(wǎng)協(xié)調(diào)技術(shù)研究。