配电系统电容电流的测量

2016-07-16王庆军王贻平朱胜龙

工程与建设 2016年2期

关键词：配电系统测量

王庆军，王贻平，朱胜龙，刘　静

(国网安徽省电力公司电力科学研究院，安徽合肥　230022 )

配电系统电容电流的测量

王庆军，王贻平，朱胜龙，刘静

(国网安徽省电力公司电力科学研究院，安徽合肥230022 )

摘要：配电系统电容电流过大，如不采取措施，容易产生间歇性弧光接地过电压，而配电线路复杂，应通过实测掌握相关情况。文章介绍配电系统电容电流的常用测量方法，比较其优缺点，并应用中性点外加电容法、附加电容法及中性点外施异频信号法，测量某变电所35 kV配电系统电容电流。

关键词：配电系统；电容电流；测量

随着城市电网的扩大,系统电容电流增加较快,当发生单相接地故障时,系统单相接地电容电流往往很大,易产生间歇性弧光接地过电压[1-2]。我国电气设备设计规范规定35 kV电网电容电流大于10 A,3～10 kV由钢筋混凝土或金属杆塔的架空线路构成的系统电容电流大于10 A时,要加消弧线圈进行补偿,所以有必要了解高压配电网系统单相接地电容电流测试方法[3-9]。

1测试方法

1.1单相金属接地法

这种方法是直接测量电容电流的方法,通过短时将系统三相逐相金属接地,测量其单相接地电流,其缺点是中性点电压将升高到相电压,另两相将升高到线电压,易造成两相对地短路及铁磁谐振过电压,对于人身、设备安全风险较大。

1.2中性点外加电容法

该方法是在系统中性点上外加电容,通过测量其上电压值,间接计算出电容电流,其接线方式如图1所示。

图1　中性点外加电容法接线图

当中性点未加电容时,中性点电压主要由系统不对称引起,其中,有三相电容不对称,也有电源三相不对称。此时中性点电压为

(1)

中性点接入电容Cf后,中性点电压为

(2)

(1)式除以(2)式,得

(3)

三相电容相等,均为C,由此计算出三相对地电容,即

(4)

系统单相接地时的电容电流为

(5)

其中,Uφ为系统平均相对地电压,该方法只要在中性点测量2次电压。Cf的选择可取为系统对地电容估计值的1～4倍,但其缺点是系统要有中性点引出;当不对称电压中含有大量的高次谐波分量时,测量误差较大,其测量受系统参数影响较大,因此,该方法不能测量各相对的电容值。

1.3附加电容法

该方法的测试接线方式如图2所示,测试时先测量中性点的电压U0,然后将附加电容Cf分别通过闲置开关接入A、B、C相,同时测量中性点电压U0A、U0B、U0C,它可以直接测量,也可通过测量母线压变开口三角电压得到。

图2　附加电容法测量接线图

由此建立下列公式为

(6)

(7)

(8)

(9)

近似认为三相电压对称,取其幅值为三相相电压幅值的平均值Uφ,可以得到一个关于CA、CB、CC的方程组,并按照以下步骤计算分析。

(2) 计算a、b、c,即

(3) 由a、b、c计算CA、CB、CC,即CA=(a+c)/3,CB=(3b+2c-a-3Cf)/6,CC=(2c-3b-a-3Cf)/6。

附加电容Cf的选取宜取为每相对地电容估计值的1～2倍,以使中性点电压偏移不超过相电压的25%,同时又使之有一定偏移,试验时可通过闲置开关投切电容Cf。

此种方法优点是可以分别计算出三相对地电容,便于指导换线;可应用于三角或星形接线系统;相比金属接地法,中性点电压偏移小,安全性较高。缺点是记录参数较多,实际测量时可以先进行简化计算,判断是否符合实际,另外附加电容选择要满足安全要求。

1.4外施异频信号法

外施异频信号法是由异频信号恒流源通过消弧线圈的电压测量绕组,或通过电压互感器开口三角绕组注入到被测电网,计算出三相对地电容,再计算出电容电流。此种方法简便、安全,但从电压互感器开口三角绕组注入信号法测量误差较大,一般约为10%,这主要是因为电压互感器的漏抗较大所致。

2实例测量

以某220 kV变电所35 kV系统单相接地电容电流测量为例,测量采用3种方法进行,此变电所35 kV系统分为Ⅰ、Ⅱ两段,这里进行Ⅱ段的电容电流测量,Ⅱ段上架空线路为31.7 km,电缆线路为2.5 km。

2.1电容电流估算

测量前必须对电容电流进行估算[10],以选择合适的外加电容。由于单位长度的电缆线路电容电流远大于架空线路,其值与电缆的截面积、结构及电压等级等因素有关。在缺少详细资料的情况下,可以用经验公式进行估算,即

(10)

其中,S为电缆芯线截面积,单位为mm2;U线为额定线电压,单位为kV;当缺少截面积资料时,IC可取4.5 A/km。

一般3～35 kV架空线路每相对地电容为5 000～6 000 pF/km,由此可以估算不同电压等级线路每公里的单相接地电容电流值。但是,同杆双回路架空线的电容电流并非为单回路的2倍,其电容电流通常是单回路的1.4～1.6倍,这样得到10 kV系统架空线路电容电流为0.03 A/km,35 kV系统为0.1 A/km。

考虑变电所内设备对电容电流的影响,可以按10 kV系统增大16%,35 kV系统增大13%,综合估算Ⅱ段电容电流约为15 A。

2.2中性点附加电容法

测试中采用电容量为2.69 μF的低压电容,测量计算结果见表1所列。