第３９卷 云南电力技术 Ｖｏ】＿３９ Ｎｏ．６ ２０１０年ｌ２月 ＹＵＮＮＡＮ ＥＩＪＥＣＴＲＩＣ ＰＯＷＥＲ Ｄｅｅ．２０ｌ０ １ Ｏ ｋＶ配网系统电容电流的测算 冉启鹏 陈 欣代正元 董 伟 （云南电网公司昆明供电局，云南昆明 ６５０２００） 摘 要：对ｌＯｋＶ配网系统电容电流的工程计算公式和现场测试方法进行了概述，同时对２１个变电站 电容电流现场测试结果进行了统计分析，对现场测试结果偏大和异常的变电站进行了理论计算，并对二 者存在偏差的原因进行了分析。针对测算结果偏大和异常的情况以及现场测试中的几种典型异常情况提 出了解决方案。 关键词：配网 电容电流 危害 测试 计算方法 中图分类号：ＴＭ７３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００６—７３４５（２０１０）０６—００４６—０４ １ 前 言 配网一般直接面向用户进行供电，配网的可 电力系统中的线路和设备都存在一定的对地 靠性决定了供电的靠靠性，而配网的故障很大程 分布电容，在交流电压作用下，就会产生电容电 度是由于线路单相接地时电容电流过大，接地电 流，特别是在配网系统中，随着系统规模的扩大、 弧无法自行熄灭所引起的。因此，对电容电流采 电力线路和设备不断增加以及电缆线路的大量投 取有效的措施势在必行，而前提是必须对系 运，使得电容电流越来越大。当电网稳定运行时， 统的电容电流进行准确测算，以测算结果为依据， 在不考虑系统参数和相电压误差的情况下，三相 提出合理、有效的应对措施，才能确保系统的安 对地电容大小相等，在系统未接地时，三相对地 全稳定运行。 电容电流数值相等，相位相差１２０。，其矢量和为 零，中性点无电流流人。由于配网系统往往直接 ２ 电容电流的理论计算方法 面向用户供电，系统情况复杂，系统参数也不可 系统电容电流主要包括线路对地电容的电流 能完全对称，因此，运行中的配网系统中总是存 和设备对地的分布电容产生的电流，一般情况下， 在电容电流。更为严重的情况是当系统发生单相 架空线路的电容电流比同样长度下的电缆电容电 接地或间歇性电弧接地时，中性点电位升为相电 流小得多，而电力设备的电容电流比电力线路小． 压，其他两相电压将在振荡过程后上升为线电压， 得更多，故通常只计算电缆和架空线路的电容电 流过接地点的电容电流为其他两相电压在其对地 流。 电容上产生的电流矢量和，在不稳定单相接地过 大量资料表明，１０ ｋＶ配电网系统单相接地 程中，将对电网造成间隙性电弧接地过电压，这 时电容电流的工程计算法为： 种过电压的幅值有时可达相电压的３～５倍或更 ２．１ 电缆线路 高，往往会造成电网薄弱环节被击穿，甚至发展 Ｉ＝ｃＫ Ｕ （２．１） 成相间短路，还可能引起电缆着火、避雷器爆炸 式中Ｉ 为电容电流，Ａ；Ｕ 为系统线电压，ｋＶ； 等事故。另外，当配网系统出现单相接地故障时， ｌ为电缆长度，ｋｍ；Ｋ＝ ９ ５＋ １ ．４４Ｓ，其中ｓ为电 非故障相电压升高，可能造成系统中的电磁式电 压互感器铁芯饱和，感抗变小，当互感器的感抗 缆芯线截面，ｍｍ 。 和系统对地容抗出现匹配时，将会产生铁磁谐振 ２．２ 绝缘架空线路 过电压，引发熔断器熔断，互感器烧损等事故， Ｉ＝。６２・ＵＩ１．Ｌ・１０ （２．２） 严重威胁电网的安全稳定运行。 式中Ｉ 为电容电流，Ａ；１２ 为系统线电压， ； 收稿日期：２０１０—０３—２３ 第３９卷 １０ｋＶ配网系统电容电流的测算 ２０１０年第６期 Ｌ为电缆长度，ｋｍ；６２指系统是电缆绝缘架空线 路。 ２ ３普通架空裸导线 ，ｆ＝（２．７～３．３）ＵＬ・Ｌ・１０—３ （２．３） 式中，，为电容电流，Ａ；ＵＬ为系统线电压， ｋＶ：Ｌ为电缆长度，ｋｍ；２．７指系统是无架空地 线的线路；３．３指系统是有架空地线的线路。 同时考虑以下各因素的影响： １）变压器典型值每相４０００ｐＦ。 ２）浪涌吸收电容器每相按０．５～１．０ｔｘＦ。 ３）低压侧影响率入，其中，为变电所主变容 量，ｋＶＡ。 ４）配电装置影响率ｓ。变电所配电装置的影 响使电容电流增加值，１０ ｋＶ约为１５％～２０％。 ３ 电容电流的现场测试方法 虽然我们可以通过对输电线路的型号、长度 等进行统计，估算出对地电容和电容电流的大小， 但是，由于受系统运行方式、线路实际长度、线 路布置以及运行环境等诸多因素的影响，要掌握 系统对地电容电流的大小和它的特性，还必须进 行实测。 测试电容电流的方法主要有单相金属接地法、 偏置电容法、人工中性点法、中性点外加电容法、 中性点外加电压法、注入信号法等。单相金属接 地法、偏置电容法、人工中性点法、中性点外加 电容法和中性点外加电压法都需要接触到一次设 备，对电力设备和人身安全、系统安全运行等都 有一定的威胁，特别是单相金属接地法、偏置电 容法和人工中性点法，都是直接在高压线路上外 接测试设备，危险．｛生较大。 目前常用的是异频信号注入法，即在系统的 母线电压互感器二次开口三角端注入幅值相同、 频率不同的电流信号，采用高性能Ａ／Ｄ采样回路 和数字信号处理器，对注人的测量信号进行计算 分析，从而得出被测结果。测试时是从电压互感 器的二次侧测量系统的电容电流，高压设备不用 停电，工作人员也不需要接触高压设备，工作时 不存在对系统和人身的安全威胁，测试时间较短， 工作安全性和工作效率大大提高。测试时由于注 入的是微弱的异频测试信号，因此不会对系统继 电保护和电压互感器本身产生任何影响，又不受 ５０ Ｈｚ工频信号的 扰。其测量的原理如图１。 图１测量原理图 图２等值电路图 二次绕组Ｌ。， ，Ｌ 组成开口三角形。若在 ｌ：ｒｌ？开口三角端注人一个变频电流，则在高压侧 ＬＡ，Ｌ ，Ｌ ，三相分别感应流出电流ｉ 、ｉ 、ｉ，， 感应出的零序电流将通过尸 的漏阻抗和电网对地 的电容形成回路，等值电路如图２所示。图２中，ｚ ＝Ｒ ＋Ｘ 为Ｐ 绕组的励磁阻抗；分别为Ｐ 绕组 的漏电阻、漏电抗；线路的单相对地电容Ｃ一般在 ０．１～３ Ｆ，其对应的阻抗为几百欧姆到儿千欧 姆，远小于电压互感器的励磁阻抗（兆欧级），所以 流过ＰＴ的励磁电流可以忽略不计 。如果三相ＰＴ 励磁特性一致，则认为ＰＴ高压侧三相流出的电流 是相等的，即ｉ ＝ｉ：＝ｉ，，其大小由注入的变频电 流ｉ。确定。假设变频电流源注入电网的电流信号 的频率分别为ｆ１、ｆ２，对应的角频率分别为∞ ＝ ２＂ｎ＇ｆｌ，（Ｉ） ＝２耵ｆ２，则相应的阻抗分别为： Ｘ １＝∞ Ｌ一 （３．１） ０３１ ＬＪ ｘｍ２＝（０２Ｌ一＿ （３．２） ｔｌｌ２ ，由式（３．１），（３．２）可得系统对地电容值Ｃ 的表达式 Ｃ （１） ２（∞１１ ０ ３ Ｘｍ ２ ０— ２３ Ｘ １） （３＿３）、 测量两组电压、电流的矢量，通过运算可以 求出不同注入频率下的Ｘ ，便可以计算出单相对 地电容电流值Ｉ ｌｃ：２ ｆ５ｏＨｚＣ・Ｕｑｂ （３．４） 式中：为电网频率；为系统的相电压；Ｃ为 单相对地电容；为系统单相对地电容电流值。 ４７ ２０１０年第６期 云南电力技术 第３９卷 ４ 理论值与现场测试结果的对比 ４．１ 电容电流现场测试结果 测试前将系统中的并联电容器组、电抗器组、 消弧线圈等无功补偿型设备及Ｐｒｒ中性点安装的 消谐器退出出运行，保证测试结果的准确性。现 场测试结果如表１～２所示： 表１ 现场测试异常的数据 以上测试采用的测试方法为异频信号注入法， 采用ＤＲＹ一２和ＬＸＳＤＪ一２两套电容电流测试仪 进行对比测试，这两套设备都是基于异频信号注 入法的原理设计的。测试结果表明，在正常情况 下，两套仪器的测试数据基本一致，也就是说大 部分变电站都可以通过从母线Ｐｒｒ开口三角处注 入异频电流信号的方法测出配网系统电容电流； 而在异常情况下，两套测试仪器所测出的数据相 差较大，表明两种测试仪器都有一定的精度范围， 当系统电容电流值超出仪器的精度范围时，测试 结果可能与实际值不符，此时需要寻找新的测试 方法来解决。 ４．２现场测试结果异常变电站的理论计算值 为了进一步验证现场测试结果的准确性，开 展了理论计算工作，计算的依据主要是根据各分 局提供的线路资料和昆明供电局配电ＧＩＳ系统， 并根据前述配网系统电容电流的工程计算公式进 行计算。由于理论计算工作量非常大，不可能对 所有的变电站都开展，而只对现场测试结果偏大 ４Ｒ 或异常的变电站进行理论计算。 由于各分局提供的线路技术资料中没有用户 侧的，主干线中也存在设备已更换而资料未更新 的情况，而配电ＧＩＳ系统还处于试运行阶段，其 中的信息尚不完善，给计算前的统计工作造成了 极大困难。另一方面，对于工程计算公式中经验 系数的选取由于没有依据，也很困难。因此，在 计算电容电流时，根据所掌握的资料，按照计算 公式中经验系数的最小和最大值分别进行计算， 从而得出一个估算范围。 ４．３ 理论计算值与现场测试结果偏差原因 １）现场测试方法不当。这种情况往往二者 差距较大，通过采取适合的测试方法可以解决。 ２）系统运行方式的变化。计算算时是按最 大运行方式考虑的，而实际运行方式并不一定是 最大方式，导致计算值和现场测试结果产生差异。 ３）理论计算公式经验系数的选取不合理。 特别是配变低压侧低压电缆的影响，尚无可靠依 据。 ４）城区内环网和Ｔ接线路较多，掌握的资 料不全，在统计时易产生遗漏。 ５）用户侧设备的技术资料本身不完善，所 掌握的又只是其中的一部分，对低压侧影响的估 算没有依据，只能全凭经验，导致计算结果与实 测结果产生偏差。特别是对于接有工业用户的， 因为对其内部线路状况、用电设备的性质和接线 方式等不能准确掌握，理论计算值和实测结果可 能产生较大偏差。 ６）根据实际情况，理论计算值和现场测试一 结果之间的偏差在－ｔ－２０％范围内时可以判定现场 测试结果正常。若超过－ｔ－２０％，则应通过不同运 行方式下的多种测试方法所得到的数据来进行综 合判断。 ４．４对现场测试中典型异常情况的分析 ４．４．１系统母线Ｆｒ接线方式为４ＰＴ １）洛羊变：中性点ＰＴ二次为两绕组串联， 且串联绕组两端有二次引出线。这种情况可在二 次引出线注入型号，设置测试仪器内置 变比 为与系统中性点ＰＴ一致，则两套设备测量结果 均正常。４ＰＴ时若测试仪器的内置 变比设置与 系统中性点Ｐｒｒ变比不一致，则坝４试结果异常。 ２）桃源变：测试仪器的内置ＰＴ变比与系统 中性点Ｐｒｒ变比无法设置成一致，测量误差较大。 采用１ＰＴ法从１０ｋＶ接地变压器中性点处测量， 第３９卷 结果正常。 ４．２．２电容电流过大 １０ＲＶ配网系统电容电流的测算 ２０１０年第６期 ３）理论计算值与现场测试结果存在差异的 原因主要是： １）如东川变和洛羊变，测试结果出现了 ９９９．９Ａ的情况，而且两套设备的测试结果差异 较大。经分析，这和设备的测试范围有关，因 ａ．现场测试方法不当； ｂ．系统运行方式的变化； ｃ．理论计算公式中经验系数的选取不合理； ｄ．城区内环网和Ｔ接线路较多，掌握的资料 不全，在统计时易产生遗漏； 为根据测试设备的工作原理，注入变频恒流信 号源时，注入电流信号的频率是从最小到最大 逐渐增加的，当达到谐振频率（角频率）和最 ｅ．对用户侧的技术资料掌握不全，导致对低 大频率（角频率）时，记下相应参数进行计算。 所以，当谐振频率低于测试仪器设置的最小频 率时，仪器判断谐振频率为无穷小，根据，将 判定为无穷大，进而计算出为无穷大，造成测 量结果异常。 ２）东川变１０ｋＶｍ段母线２００９年多次测试结 果均异常，而２００７年的坝０试结果为４７．８Ａ。据了 解，１０ｋＶｍ段母线上多条出线接有小水电，还接 有几个大型冶炼厂，由于２００９年测试时期为雨 季，电站正处于发电期，经分析１０ｋＶ系统内 （包括相连的小水电）有限弧线圈类无功补偿设 备未退出运行，对现场测试的干扰很大，所以测 试结果异常。而２００７年测试时间为１２月份，当 时为枯水期可能小水电处于停发状态，因此测试 结果较为正常，所以建议东川变在枯水期再进行 复测，尽量消除水电站的影响。 ４．４．３电容电流为零 安宁变采用两套不同设备测试结果均为零。 经调查后发现，１０ｋＶ Ｉ、Ⅱ段母线ＰＴ均为电容 式，其电感几乎很低，这时谐振频率很大或根本 达不到谐振。根据仪器的测量原理，当谐振频率 超出其最大频率时，将会判断谐振频率为无穷大， 由于，设备会判定为无穷小，进而计算出为零。 这种情况可以用外加电容法和１ＰＴ法进行测试。 ５ 结 论 以上主要对１０ｋＶ配网系统电容电流的工程 计算方法和现场测试方法进行了概述，同时对二 者存在偏差的原因进行了分析，提出： Ｉ）理论计算只能估算出一个范围，给现场 测试提供参考，而不能取代现场测试。 ２）根据我局的实际情况，理论计算值和现 场测试结果之间的偏差在±２０％范围内时可以判 定现场测试结果正常。若超过＿４－２０％，则应通过 不同运行方式下的多种测试方法所得到的数据来 进行综合判断 压侧影响的估算不准确。 ４）系统母线 接线方式为４ＰＴ时，测试前 应将测试仪器内置 变比设置成与系统中性点 ｆｒｒ一致，若无法设置成一致，则无法用异频电流 注入法测试，建议用ｌＰＴ法直接从１０ｋＶ接地变 压器中性点处测量。 ５）用异频电流注入法ｉ贝０试时，当谐振频率 低于测试仪器设置的最小频率时，仪器判断谐振 频率为无穷小，根据，将判定为无穷大，进而计 算出为无穷大，反之则计算出为零，将导致测试 结果异常，此时可以采用外加电容法和１ＰＴ法等 方法进行测试。 ６）理论计算和现场测试结果均表明，南窑 变、雨龙变、机场变、白龙寺变、张官营变和西 华变电容电流值偏大，原来安装的消弧线圈容量 已经不能满足补偿要求，根据测算结果重新计算 了消弧线圈容量，除西华变外都进行了更换。对 于西华变，由于目前国内还没有单台补偿能力能 满足要求的消弧线圈，考虑在用户侧进行分布式 补偿的方式来解决。 ７）东川变１０ｋＶｌｌＩ段母线由于接有多个小水 电，由于在丰水季节小水电处于发电期，运行有 无功补偿类设备，对测试结果干扰较大，导致测 试结果异常，建议在枯水期小水电停运后再进行 测试。 参考文献 １］丁柏林，张建权，张捷．６～３５ｋＶ中性 点不接地系统电容电流的危害及对策 Ｊ］．安徽 电力，２００８，２５（３）：２４～２７． ：２］田建设，韦良，李天旭．基于改进信号 注入法的配电网电容电流测量：Ｊ］．广东电力， 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