配電線路電容電流測量方法比較

趙 憲，章 彪，劉海龍

（國網湖南省電力公司湘潭供電公司，湖南 湘潭 411100）

配電線路電容電流測量方法比較

趙 憲，章 彪，劉海龍

（國網湖南省電力公司湘潭供電公司，湖南 湘潭 411100）

隨著配電網規(guī)模的不斷擴大，特別是電纜線路的廣泛應用，使得電容電流迅速增長，因此很有必要加強電容電流的整治，以防電容電流超標，對電網安全運行構成威脅。實現電容電流的準確測量，為是否需要安裝消弧線圈以及消弧線圈的容量選擇提供了依據。目前，湘潭供電公司主要采用了TV開口三角信號注入法、中性點外加電容法和中性點注入信號法來實現電容電流的測量，結合現場實際應用情況，比較幾種電容電流測量方法的優(yōu)缺點，可為電容電流的測量提供參考。

電容電流；測試方法；接地方式

0 引言

供電質量直接關系電力客戶的切身利益。配網線路故障率最高的為單相接地故障。當發(fā)生單相接地時，流經接地點的電流很大，如果不能自行熄弧，弧光過電壓將可能導致設備損壞，威脅系統(tǒng)穩(wěn)定運行。單相接地時，若消弧線圈提供的感性電流能抵消電容電流的影響，將對電網及其設備起到良好的保護效果。因此，實現電容電流準確測量，為消弧線圈選型提供根據，對于電容電流治理具有深刻意義。

目前，電容電流測量方法較多，主要分為直接測量法和間接測量法兩種［1］。直接測量法是人為制造一個金屬性接地，通過接入的電流互感器測量電容電流值，該方法危險性較高，操作難度較大，目前已經很少使用。隨著電容電流測量技術的發(fā)展，間接法已經成為主流。本文提到的電壓互感器（TV）開口三角信號注入法、中性點外加電容法和中性點注入信號法都可以歸結為間接測量法。

介紹幾種常用電容電流測量方法的基本原理，并就目前的應用情況對幾種常用電容電流方法進行對比，分析各自的優(yōu)缺點，根據變電站的實際情況，提出合適的測量方法。

1 電容電流理論計算

1.1 電纜線路的理論計算

電纜線路的電容電流計算公式為［2］

式中：IC為電容電流值，A；S 是電纜截面積，mm2；UN為系統(tǒng)額定電壓，kV；L是線路長度，km。

1.2 架空線路的理論計算

無架空地線線路的電容電流計算值為［3］

有架空地線的線路電容電流值為

理論計算值是依據現有的配電線路資料，統(tǒng)計線路的長度和截面積，再帶入式（1）~（3）進行求解，應用過程中可以與實際測量值對比，為電容電流測量的判斷提供參考。

2 TV開口三角注入信號法

2.1 測量基本原理

在10kV電壓互感器開口三角測量電容電流的原理如圖1所示，解開TV二次開口三角，接入試驗儀器，注入正弦電流I0，則在三相TV一次側感應出電流分別為IA、IB、IC，該電流流經零序回路，不在負荷與電源之間流通。為了分析方便，認為三相線路對地電容、TV參數均相同。

圖1 TV開口三角注入法測量原理

零序電流流過，在TV一次側感應出電壓，根據TV變比（設TV的變比為n），可以計算二次側的零序電壓值U0與注入電流值I0的關系［4］。以A相TV為例，等效電路如圖2所示，L為電壓互感器等效電感，R為電壓互感器等效電阻，C為系統(tǒng)對地等效電容。

圖2 A相零序回路等值電路

根據變比，可知在A相感應的電流為

在A相TV一次側感應的電壓為

由于TV和電容量三相參數一致，故二次側開口三角電壓為

通過式（6）求出電容量，含有3個未知量，使用的HC-1便攜式電容電流測試儀，測量原理是在開口三角注入一個5Hz的恒定方波信號，對注入的方波信號進行傅立葉分解［5］，可得到

在電壓互感器二次側開口三角進行采樣和數據處理，分別可以得到電壓和電流的關系為

聯立（9）~（10）方程組，計算出電容量 C，再根據IC=3ωCUφ計算電容電流值，其中Uφ為系統(tǒng)相電壓。

2.2 誤差分析

從上述測量基本原理可知，注入信號的頻率、TV變比準確度、中性點接線情況直接影響電容電流測量準確性。

若中性點接有消諧電阻器、消弧線圈等零序設備，則相當于在零序回路增加了一個數值未知的零序阻抗，該阻抗的存在必定會使流經零序回路的電流變小，而儀器的設計并未考慮此類設備的影響，若此時不退出零序設備，測量數據不可靠。

3 中性點處測量方法

3.1 中性點外加電容法

試驗時外加電容選取3個電容量為等差數列關系的電容器，分別測量一次，電容電流測量結果取3次測量值的算術平均值［6］。中性點外加電容法測量原理如圖3所示。

圖3 中性點外加電容法測量原理

UHC為中性點不平衡電壓，將選定的電容C0接入中性點，則圖3可以簡化為圖4。

圖4 中性點接C0后的等值電路

據此，可以得到被測電容及電容電流

式中：C為三相被測電容之和；C0為外加電容；U0為電容器上電壓；UHC為三相對地不對稱電壓；ω為角頻率；Uφ為被測系統(tǒng)相電壓。

3.2 中性點信號注入法

目前湘潭公司所使用的中性點信號注入法的試驗儀器為GW2005型電容電流測量儀，其基本原理如圖5所示。

電源模塊上接入電源并具有開機自檢功能，CPU主板參數（電壓等級、測試日期、變電站代碼、中性點類型）設置完畢之后，將引線接入中性點，然后可進行測量。信號板經副機（10kV電容器和高阻電路）向系統(tǒng)中性點注入信號電流矢量，經副機采集零序電壓矢量，通過濾波放大電路、矢量修正、A／D轉換及信號調校模塊調節(jié)流過測試儀內標準電容的電流，改變標準電容的電壓［7］。經CPU換算得到分布電容值C及電容電流。

圖5 GW2005測量儀原理

3.3 測量中的注意事項

中性點處測量不受TV和中性點消諧器的影響，但必須在有中性點的系統(tǒng)才能測量，如果測量時系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障，中性點電壓升為相電壓，對試驗人員安全構成威脅。因此盡量選在晴朗無風的天氣測量，避免單相接地故障的發(fā)生［8］；在測量過程中，必須采取必要的安全措施，宜加裝過壓保護裝置，測量回路有熔斷器，并使用絕緣桿、戴絕緣手套或站在絕緣墊上進行操作。當系統(tǒng)沒有中性點引出時，則無法測量，中性點外加電容法，電容選取要適當，否則測量結果會存在較大偏差。

4 應用情況

4.1 中性點測量方法

在110kV某變電站，10kV系統(tǒng)接線如圖6所示，用中性點注入信號法和外加電容法測量了電容電流，通過與周邊變電站配合，變更變電站出線方式，依次測量了系統(tǒng)的電容電流，并與理論值進行對比。

圖6 某變電站10kV配電系統(tǒng)

第1次測量的運行方式為：開關306、308、312（不含九奔線，環(huán)網柜合環(huán)）、314、322、336 閉合。

第2次測量的運行方式為：開關306、308、312（含九奔線，環(huán)網柜開環(huán)）、314、322、336 閉合。

第3次測量的運行方式為：開關306、308、314、322、336閉合，開關312斷開。

第4次測量的運行方式為：開關306、308、322、336閉合，開關312、314斷開。

第5次測量的運行方式為：開關306、322、336閉合，開關 308、312、314 斷開。

表1 不同運行方式下電容電流測試值A

從不同的運行方式的測量結果來看，中性點注入信號法和中性點外加電容法測量結果比較一致。兩種方法相互驗證，測量結果可信程度較高。

通過5次不同運行方式的測量結果，可以計算出單條線路的電容電流值，與理論值比較的結果如表2所示。

表2 電容電流理論計算值與測試值比較 A

由表2可知，實際測量結果與理論值接近一致，進一步驗證了中性點注入信號法和中性點外加電容法的測量方法比較可靠。

4.2 TV開口三角注入法

目前，為了保護電壓互感器，越來越多的變電站TV一次側中性點安裝了消諧電阻器或電壓互感器，分別如圖7和圖8所示。中性點消諧電阻和TV的存在，將在開口三角側測得一個較高的電壓值（1~5 V），而中性點直接接地的開口三角電壓通常在0.5 V以下。消諧器的存在對TV開口三角的測量影響非常大，測量數據經常出現紊亂，或者是得出明顯錯誤的數據。

圖7 母線TV裝有消諧裝置

圖8 4TV接線方式

湘潭地區(qū)110kV某變電站含有兩段母線，母線TV中性點均是經消諧器接地。在未退出中性點消諧器時，實時系統(tǒng)顯示Ⅰ段母線A、B、C三相電壓分別為5.85kV、5.45kV、6.3kV，Ⅱ段母線分別為6.02kV、5.61kV、6.19kV，Ⅰ、Ⅱ段母線三相電壓不平衡，開口三角電壓偏大，在Ⅰ段和Ⅱ段分別測量時，測量數據存在錯誤。

使用TV開口三角注入信號法測量時，需要將中性點消諧器或中性點TV退出運行，保證中性點直接接地，才能進行有效測量。

在退出消諧器時，需要進行倒閘操作，涉及停電要辦理一張第一種工作票，測量電容電流辦理一張第二種工作票，測量完畢恢復初始狀態(tài)需要辦理另外一張第一種工作票，操作較為復雜，電容電流測量工作可能會要持續(xù)相當長的時間，效率降低。

TV中性點消諧器退出之后，分別測量Ⅰ、Ⅱ段母線電容電流，測量數據如表3所示。

表3 某變電站電容電流測量結果A

TV開口三角處測量的實際數值，與監(jiān)控裝置比較接近，兩者相互驗證，可認為此次的測量結果接近真實的電容電流值。

然而在另外一個110kV變電站測量，其10kV系統(tǒng)TV未含消諧器，用開口三角法測量，不需要進行消諧器退出的操作，與中性點注入信號法所測量數據進行了對比，測量結果如表4所示。

表4 某變電站測量結果對比 A

從測量數據可以看到，TV開口三角測量結果與中性點注入信號法的結果相差較大，但理論值計算結果更支持中性點注入信號法的測量結果，同時考慮到中性點注入信號法比較準確，所以認為此次TV開口三角處測量數據存在偏差。

5 結語

為了保證電容電流測量的準確性，最好能采用非同樣原理的測量方法與其比對，當兩者測試結果一致，才可以認為此次電容電流測量結果是有效的。

TV開口三角的測量方法不接觸一次設備，接線簡單，但湘潭電網10kV TV中性點含有消諧器的情況比較普遍，退出消諧器操作較為復雜，且測量時易受TV變比、注入信號頻率等影響，測量數據波動性較大。

中性點處測量結果較為準確，局限性較少，測量時無需對系統(tǒng)進行倒閘操作，符合電網的實際情況，有中性點的系統(tǒng)應盡量采用，但在測量過程中需要加強風險的控制與防范。

［1］ 全國高電壓試驗技術標準化分技術委員會.中性點不接地系統(tǒng)電容電流測試規(guī)程：DL／T308—2012［S］．北京：中國電力出版社，2012.

［2］ 易文韜，李甦康．配電網電容電流測量方法探討［J］．江西電力，2010，34（1）：13-17．

［3］ 鐘新華．配電網電容電流估算公式的修正 ［J］．現代電力，2004，21（1）：45-49．

［4］ 朱全生．中性點不接地系統(tǒng)中電容電流的危害及測量方法探討［J］．機電信息，2013（24）：38-39．

［5］ 梁曉紅，劉永青．防止中性點不接地系統(tǒng)鐵磁諧振的措施［J］．電工技術，2012（4）：27-28，30．

［6］ 馬寧．哈爾濱市松北區(qū)10kV系統(tǒng)單相接地電容電流分析與補償［J］．黑龍江電力，2008，30（2）：128-130，136．

［7］ 萬玉良，劉欽永．伊敏地區(qū)35kV系統(tǒng)電容電流計算與消弧線圈選擇［J］．內蒙古電力技術，2009，27（1）：43-44．

［8］ 丁柏林，張建權，張捷．6~35kV中性點不接地系統(tǒng)電容電流的危害及其對策［J］．安徽電力，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

趙 憲（1986），男，工程師，從事高電壓試驗和電氣設備性能技術監(jiān)督工作；

章 彪（1985），男，工程師，從事電氣試驗管理工作；劉海龍（1986），男，工程師，從事生產管理工作。