配電網(wǎng)電容電流測量

1、配電網(wǎng)電容電流測量系統(tǒng)電容電流是指系統(tǒng)在沒有補償?shù)那闆r下，發(fā)生單相接地時通過故障點的無功電流。測量方法很多，這里介紹幾種常用的方法。一、單相金屬接地法單相金屬接地又分為投入消弧線圈補償接地和不投入消弧線圈兩種。1、不投入消弧線圈 不投入消弧線圈（即中性點不接地）的單相金屬接地測量，其接線如圖13-10所示，圖中，QF為接地斷路器；TV為測量用電壓互感器；TA1、TA2為保護和測量用電流互感器；W為低功率因數(shù)功率表，用以測量接地回路的有功損耗；TA1的1、2端子接QF的過流保護。電流、電壓向量圖如圖13-11所示。 圖13-10不投入消弧線圈的單相金屬接地測量原理圖圖13-11不投入消弧線圈的單

2、相接地的電流、電壓向量圖試驗是在系統(tǒng)單相接地下進行的，當系統(tǒng)一相接地時，其余兩相對地電壓升為線電壓。因此，在測量前應(yīng)消除絕緣缺陷，以免在電壓升高時非接地相對地擊穿，形成兩相接地短路事故。為使接地斷路器能可靠切除接地電容電流，須將三相觸頭串聯(lián)使用，且應(yīng)有保護。若測量過程中發(fā)生兩相接地短路，要求QF能迅速切斷故障，其保護瞬時動作電流應(yīng)整定為IC的45倍。合上接地斷路器QF，迅速讀取圖中所示各表計的指示數(shù)值后，接地開關(guān)應(yīng)立即跳閘。 所用表計均不得低于0.5級。測量功率，應(yīng)用低功率因數(shù)功率表。由于三相對地電容不等，一相單相接地難以測得正確的阻尼率，需三相輪流接地測量，取三次測量結(jié)果的算術(shù)平均值。測量結(jié)

3、果的計算： （13-10） （13-11） （13-12）上三式中 接地電流的有功分量（安）； 接地電流的無功分量（安）；系統(tǒng)總接地電流（安）；P接地回路的有功損耗（瓦）；中性點不對稱電壓（伏）；d%系統(tǒng)的阻尼率。若測量時的電壓和頻率不是額定值，則需將測得的電流折算到額定電壓和額定頻率下的數(shù)值，即 （13-13）式中 電壓和頻率為額定值時的系統(tǒng)接地電容電流（安）； 額定頻率（赫茲）； 額定電壓（伏）； 三相電壓（線電壓）的平均值（伏）。由于這種方法，在測量過程中，非接地兩相的電壓要升高，一旦發(fā)生絕緣擊穿，接地斷路器雖能切斷短路，但由于沒有補償，另一接地點的電弧如不能熄滅，可能擴大事故。同時由于

4、單相接地產(chǎn)生負序分量，接地電流中將有較大的諧波分量，影響測量結(jié)果的準確度，所以一般不采用這種方法。2、投入消弧線圈中性點投入消弧線圈時，利用單相金屬接地，測量系統(tǒng)的電容電流的原理接線如圖13-12所示。圖中1、2端子接過流保護，其值整定為接地電流的45倍，瞬時跳閘。接地時的電流電壓向量圖如圖13-13所示。圖13-12投入消弧線圈的單項金屬接地測量原理圖W1、W3低功率因數(shù)功率表；W2、W4普通功率表圖13-13投入消弧線圈的單相接地的電流、電壓向量圖按圖13-12的試驗接線，測量出補償電流和殘余電流回路的有功功率及無功功率，從而計算出補償電流、殘余電流的有功分量及無功分量、系統(tǒng)的電容電流和阻

5、尼率。測量結(jié)果的計算：式中殘余電流的有功分量（安）；殘余電流的無功分量（安）；補償電流的有功分量（安）；補償電流的無功分量（安）；電容電流的有功分量（安）；電容電流的無功分量（安）；電容電流的有效值（安）；、功率表W1、W3測的殘余電流和補償電流回路的有功功率（瓦）；、功率表W2、W4測的殘余電流和補償電流回路的無功功率（乏）；d%被測系統(tǒng)的阻尼率；、電流互感器LH1、LH2的變流比。這種測量方法，比不投入消弧線圈的金屬接地安全準確，也更符合實際運行狀態(tài)。其注意事項：（1）試驗前應(yīng)消除系統(tǒng)的絕緣缺陷；（2）試驗中所用儀表應(yīng)不低于0.5級，電壓、電流互感器不低于1級；（3）接地斷路器三相觸頭串聯(lián)

6、使用，并有兩相接地保護，其動作電流整定為單相接地電容電流的45倍，瞬時跳閘；（4）測試時，系統(tǒng)只保留測量用的一臺消弧線圈，其余的應(yīng)退出運行；（5）根據(jù)估計或用其他方法測量的系統(tǒng)電容電流，確定測試用消弧線圈的分頭，使其盡量靠近（不能達到）全補償狀態(tài)；（6）如果測量時系統(tǒng)的電壓和頻率不是額定值，則計算出的電容電流，應(yīng)按前面相同的方法折算為額定電壓及額定頻率時的電流。二、中性點外加電容法中性點外加電容法測量系統(tǒng)的電容電流，是在系統(tǒng)無補償?shù)那闆r下，在變壓器的中性點對地接入適當?shù)碾娙萘?，測量中性點的對地電壓，然后用計算的方法間接得到系統(tǒng)的電容電流。外加電容一般取系統(tǒng)估算的對地電容的倍、1倍、2倍。在每個

7、電容下測量一次中性點的對地電壓（位移電壓），根據(jù)系統(tǒng)的不對稱電壓和測得的各個位移電壓，計算系統(tǒng)的電容電流，然后取這些電流的平均值作為該系統(tǒng)的電容電流。中性點外加電容等值電路如圖13-14所示。圖13-14中性點外加電容等值電路圖13-15中性點外加電容法測系統(tǒng)電容電流的接線圖由于三相對地電容CA、CB、CC和外加電容Co的損耗電阻很小，可以忽略不計。對中性點用基爾霍夫第一定律，可得中性點位移電壓，即于是 （13-14）當=0時，中性點電壓即是不對稱電壓 （13-15）將式（13-14）除以式（13-15）得因為 所以 ； （13-16）系統(tǒng)電容電流為 （13-17）式（13-16）及式（13-

8、17）中的C為系統(tǒng)對地電容，由式（13-17）可見，根據(jù)外加電容和測出的中性點不對稱電壓及位移電壓，便可計算出系統(tǒng)的電容電流。從式（13-17）還可知，C與系統(tǒng)頻率無關(guān)，即使中性點有高次諧波電壓，也不影響測量結(jié)果。因此，中性點外加電容法是現(xiàn)場常用的測量方法，其原理接線如圖13-15所示。圖中K1為中性點開關(guān)；K2為靜電電壓表V的開關(guān)；K3為外加電容的開關(guān)；為保護電容，電容量為幾千微微法，電壓不低于被試系統(tǒng)的相電壓；g為放電管；外加電容的額定電壓不低于2千伏。測量步驟：（1）按實際的試驗接線圖接入測量設(shè)備及靜電電壓表；（2）合上K1、K2，讀取中性點不對稱電壓；（3）合上K3，即投入外加電容，讀

9、取此時中性點位移電壓，讀完立即斷開K3；（4）另接一預選的外加電容，再合上K3，讀取此時中性點的位移電壓、等。照此方法，直至測完預選的外加電容下的每個位移電壓后，立即斷開K3、K2、K1。根據(jù)測得的中性點位移電壓，和在不同外加電容下測量的位移電壓，按式（13-16）計算系統(tǒng)的三相對地電容C。取各次計算電容的平均值作為該系統(tǒng)的對地電容，然后以電容平均值按式（13-17）計算系統(tǒng)的電容電流。測量時，操作人員應(yīng)帶絕緣手套并站在絕緣墊上。三、中性點開路短路法利用中性點開路、短路法測系統(tǒng)電容電流，其基本原理與外加電容法類似。中性點開路，即相當于外加了電容量為零的電容，其位移電壓就是不對稱電壓。當中性點短

10、路時，相當于中性點外加了一個數(shù)值等于無窮大的電容，其位移電壓為零。由式（13-16）；可知，當中性點開路時，即外加電容等于零時，；當中性點短路時，即外加無窮大電路時，。又由，兩邊同乘以得 （13-18）則是系統(tǒng)對地電容電流IC；為中性點外加電容時，流過該電容的電流I0C。因為當時，趨向于中性點短路后的電流值I0d，即I0CI0d。所以式（13-18）變換為 （13-19）即 （13-20）由式（13-20）可以看出，采用此法測量電容電流時，只要測出中性點開路時的不對稱電壓U0、中性點短路時的通過電流I0d和系統(tǒng)正常運行時的相電壓即可。測短路電流I0d時，可事先把電流表串在短路接地回路中，用刀閘

11、并在電流表兩端，平時短接，在測量時打開。注意：測量時間應(yīng)盡可能短，以讀準I0d為好，測后立即把電流表短接。四、中性點外加電壓法用中性點外加電壓法測量系統(tǒng)電容電流，就是將工頻電壓引入系統(tǒng)中性點作為測量電源。外加電源的引入，其結(jié)果應(yīng)使系統(tǒng)一相電壓降低，另兩相電壓略有升高，若與此相反，則應(yīng)改變外加電源的極性。 外加電壓約為系統(tǒng)正常運行相電壓的，這樣兩相對地電壓的升高不會危及系統(tǒng)絕緣。外加電壓法，分投入消弧線圈和不投入消弧線圈兩種接線，投入消弧線圈的方法，又分為并聯(lián)（即系統(tǒng)對地電容與消弧線圈并聯(lián)）加壓和串聯(lián)（即系統(tǒng)對地電容與消弧線圈串聯(lián)）加壓兩種。系統(tǒng)除測試以外的，其余的消弧線圈應(yīng)退出運行。1、投入消

12、弧線圈的外加電壓法投入消弧線圈的外加電壓法，其接線如圖13-16所示，等值電路如圖13-17所示。圖13-16（a）中V為測量外加電壓的電壓表；A1、W1為測量系統(tǒng)的電容電流及有功損耗的電流表及功率表；A2、W2為測量消弧線圈補償電流及有功損耗的電流表及功率表；A3、W3為測量殘余電流和有功損耗的電流表及功率表；W1W3均為低功率因數(shù)功率表。（a）（b）圖13-16投入消弧線圈的中性點外加電壓法的原理接線圖（a）并聯(lián)加壓；（b）串聯(lián)加壓（a）（b）圖13-17投入消弧線圈外加電壓法的等值電路（a）并聯(lián)加壓；（b）串聯(lián)加壓（1）并聯(lián)加壓實驗結(jié)果的計算由圖13-16（a）的測量結(jié)果，分別按下列各式

13、計算系統(tǒng)對地電容電流、消弧線圈補償電流和殘余電流的有功分量及無功分量。系統(tǒng)對地電容電流的有功分量為 （13-21）系統(tǒng)對地電容電流的無功分量為 （13-22）消弧線圈補償電流的有功分量為 （13-23）消弧線圈補償電流的無功分量為 （13-24）殘余電流的有功分量為 （13-25）殘余電流的無功分量為 （13-26）補償系統(tǒng)的阻尼率為 （13-27）式中：K1、K2、K3電流互感器TA1、TA2、TA3的變流比；IC、IL、系統(tǒng)對地電容電流、消弧線圈補償電流及殘余電流的有效值（安）；P1、P2、P3為IC、IL、回路中的有功損耗功率（瓦）；外加電壓（伏）；（2）串聯(lián)加壓試驗結(jié)果的計算圖13-1

14、6（b）中為外加電壓，U0為加上后的系統(tǒng)中性點電壓，W為低功率因數(shù)功率表。 （13-28）式中：P功率表W測得的有功損耗功率（瓦）；K電流互感器TA的變流比；U0中性點電壓（伏）；IC電流表A測得的電容電流（安）；ICP、ICq電容電流IC的有功及無功分量（安）。2、不投入消弧線圈的外加電壓法不投入消弧線圈的外加電壓法試驗接線及等值電路如圖13-18所示，圖中TV為測量中性點電壓的電壓互感器；A為測量電容電流的電流表；W為測量電流回路有功損耗的低功率因數(shù)功率表；QF為外加電源斷路器；C為系統(tǒng)三相對地電容。（a）（b）圖13-18不投入消弧線圈的試驗接線及等值電路（a）試驗接線；（b）等值電路根

15、據(jù)測量結(jié)果進行如下計算： （13-29）式中：P功率表W的讀數(shù)（瓦）；K電流互感器TA的變流比；外加電壓（伏）；IC電流表A的讀數(shù)（安）；ICP、ICq電容電流IC的有功及無功分量（安）。3、關(guān)于試驗電源的選擇（1）根據(jù)估算或用其他方法實測的系統(tǒng)對地電容電流和所采用的試驗接線，計算所需試驗電源的容量。按外加電壓的要求來選擇試驗電源的電壓。圖13-16（a）所需的電源容量較小，因試驗電源所供給的電流僅為消弧線圈補償后的殘流，電源變壓器的額定電流應(yīng)大于。圖13-16（b）接線的電源變壓器的額定電流應(yīng)大于，其中XL、XC分別為消弧線圈的感抗和估算的系統(tǒng)對地電容的容抗。圖13-17的試驗接線，電源變壓

16、器的額定電流應(yīng)大于。不論采用以上哪種接線，電源變壓器的額定電壓均應(yīng)高于外加電壓。（2）因試驗電源供給的是零序電流，應(yīng)選擇三角形接線或中性點不接地的變壓器作電源變壓器。4、注意事項（1）圖13-16（a）中的電流互感器TA1及圖13-16（b）、圖13-18（a）中的電壓互感器TV應(yīng)具有與測量系統(tǒng)電壓等級相同的絕緣水平。（2）測量表計不應(yīng)低于0.5級，電壓互感器及電流互感器不應(yīng)低于1級。（3）外加電源斷路器QF應(yīng)裝瞬時動作的過電流保護（或過電壓保護），以便在試驗過程中發(fā)生單相接地時，能迅速切除故障。過流保護按被測系統(tǒng)電容電流的4倍整定；過電壓保護一般按0.8倍相電壓整定。（4）若外加電壓使系統(tǒng)一

17、相電壓升高，另兩相電壓降低，則應(yīng)調(diào)換試驗電源的極性。五、中性點位移電壓法用中性點位移電壓法測量系統(tǒng)的電容電流，其試驗方法及試驗接線與調(diào)諧試驗完全相同。利用改變被測消弧線圈（系統(tǒng)中其余消弧線圈退出運行）的分頭來改變系統(tǒng)中性點的位移電壓，并測量該消弧線圈在各分頭下的中性點位移電壓，然后用計算的方法得到系統(tǒng)的電容電流。中性點位移電壓的計算公式為 （13-30）式中：U0中性點不對稱電壓；補償系統(tǒng)的脫諧度；d補償系統(tǒng)的阻尼率。消弧線圈在分頭1和2時的中性點位移電壓 （13-31） （13-32）將式（13-31）除以式（13-32）得 （13-33）由于系統(tǒng)的阻尼率較小，而脫諧度比阻尼率d大得多，故有

18、因為 所以 （13-34）式中：U011、U012消弧線圈在分頭1和2時的中性點位移電壓（伏）；IL1、IL2消弧線圈在分頭1和2時，額定頻率和額定電壓下消弧線圈的實際電流（安）；IC根據(jù)消弧線圈在兩相鄰分頭的測量結(jié)果，按式（13-34）計算的系統(tǒng)電容電流（安）。依次測量消弧線圈在不同分頭時的U011、U012、U013U01n，以相鄰兩分頭的U01和IL，用式（13-34）計算出IC1、IC2ICn，取各次計算電流的算術(shù)平均值，即為所測系統(tǒng)的電容電流IC。 （13-35）式中：n測量次數(shù)。為了減少測量誤差，應(yīng)在過、欠補償兩種方式下測量，在兩種狀態(tài)下分別計算（即U011及U012在調(diào)諧曲線的同一側(cè)）系統(tǒng)電容電流。測量時脫諧度應(yīng)選擇適當，脫諧度太高不便測量電壓，太低又使中性點位移電壓升高較多，危及系統(tǒng)絕緣。一般系統(tǒng)阻尼率d約為5%，當大于20%時，可以認為，如取位移電壓不大于5倍的不對稱電壓進行計算，則不至使計算結(jié)果帶來不能夠允許的誤差。消弧線圈必須從系統(tǒng)切除后才能調(diào)換分頭，當位移電壓大于50%相電壓時，不能切除消弧線圈，只有改變系統(tǒng)參數(shù)，使中性點位移電壓低于50%相電壓后再切除消弧線圈。六、不平衡電容法1、偏置電容法在610kV系統(tǒng)中，由于沒有中性點引出，不能用外加電