浅谈黄陵矿区中压配电网电容电流测试方法分析

浅谈黄陵矿区中压配电网电容电流测试方法分析

齐延辉

陕西陕煤黄陵矿业有限公司机电公司，陕西黄陵 727300

摘要：本文深入分析黄陵矿区中压配电网中电容电流特征，通过分析中性点不接地电容电流的测试方法，搭建更为精确的仿真模型，进而准确的计算出系统电容电流值,并通过电容偏置法，信号注入法进行现场测试，并对测试过程提出改进方法。

关键词：煤矿；变电站；电容电流；信号注入

引言

电力系统网络通常按照中性点接地方式分为中性点直接接地系统和非直接接地系统。其中中性点直接接地系统包括了中性点直接接地和中性点经小电阻接地，此类系统发生接地时故障电流很小，也称作小电流接地系统；中性点非直接接地系统包括中性点不接地系统和经消弧线圈接地，此类系统发生单相接地时，接地电流较大，也称作大电流接地系统。

目前，黄陵矿区现有2座110kV变电站，6座35kV变电站，110kV变电站均有三个电压等级：110kV，35kV，6/10kV；35kV变电站均有两个电压等级：35kV，6kV，其中35kV进线均引自上述110kV变电站，承担着矿区居民生活用电的用电任务，更保障者矿井通风、瓦斯排放的重要供电任务，8座变电站主变全部采用中性点不接地运行方式。随着矿区智能化、自动化矿井开采设备的不断推广应用，现代矿井大型用电设备密度的增大，以及大量电缆的使用，使得中压配电网的容性电流随之逐渐增大，特别是花家庄35kV变电站建站时间最早，出线电缆最长，多次发生单相接地电缆放炮事故，严重影响矿井安全生产。

一、测量方法技术现状

对于小电流系统中对地电容电流的测量按照中性点接地运行方式可以分为两大类，中性点经消弧线圈接地和不接地系统发生单相接地故障时的电容电流测量。中性点不接地系统主要依靠实际工程经验和选取特殊接地点的方法来测量电容电流；中性点通过消弧线圈接地系统通常采用对消弧线圈电流进行补偿的方法来测量电容电流。

测量中性点不接地系统的电容电流通常有如下几种方法：通过外加电容的方法、将线路认为接地的金属接地法、注入不同频率的电流的信号注入法和偏执电容法，对于信号注入法根据注入电流的频率又包括了分频法以及三频法；测量中性点经消弧线圈接地系统的电容电流通常包括了如下几种方法，其中金属接地法和信号注入的方法仍使用，根据入电流的频率可分为变频和恒频信号注入法，此外，还包括节点方程法、中性点位移电压法、阻抗三角形法和综合信息法等。

金属接地法是一种在较早时期普遍应用的一种方法。其原理是将配电网线路通过一个断路器与大地连接，并在该部分串联一个电流互感器，通过合上该断路器人为的使系统单相接地，该电流互感器采样得到的电流值就是系统单相接地时的电容电流。该测量方法操作虽然测量简单，但一旦发生故障，便会导致停电事故，同时有可能危及测量人员的安全。

外加电容法人工星形电容中性点法，其原理是在系统的每相分别接一个电容，电容另一侧与大地相连与一点，该点即认为是一个人为中性点，并认为人为中性点的电位与系统中性点等电位。该方法的优点是电容电流测量准确，接入的电容容值较小，对系统干扰地而在实际电力系统中应用广泛。而在实际的电力系统测量时，通常使用的电容器为低压电容，因为，若在电力系统的输电线上直接接入电容导致击穿则会造成单相接地，可能影响对外供电甚至对人身和设备造成损坏。

偏置电容法的原理是在系统各相分别投入容值已知的偏执电容，分别测量投入偏执电容前后的各相电压，再通过对应的就是那公式得到各相对地的分布电容大小，从而进一步得到电容电流。该放法的优势时测量简单，且较为准确，不会受到高次谐波的干扰，在实际工程中应用广泛。然后对于偏执电容的容值选取要求比较苛刻，当选取的电容大小不合适时，测量的电容电流会产生较大误差。

信号注入法，其原理是通过向YH的二次侧开口三角端引入一个电流源，该电流源输出的电流频率可以改变，当注入不同频率的电流时根据测量得到的电压波形，求解出电压幅值与相位的对应关系，从而得到系统对地的分布电容个大小和接地时的电容电流。该方法的优势在于低压侧的操作有效保证了人身安全，且不影响系统一次侧的正常运行，测量灵活。然而由于YH本身存在漏抗，且对于不同的系统注入信号的频率不好选取，因此难以保证得到精确地测量电容电流。

二、容性电流现场测试

在电路测试时，需要评估各种测量方法的优势与缺陷，并从中选择最科学、最合适的测量方式，使测量更具准确性、安全性、效率，我们选用直接测量法测得实际值，在通过偏置电容法和信号注入法测试进行对比分析。

（一）测试安全注意事项

测试应以“以人为本，安全第一”为重点，建立严格的施工现场安全制度，保证测试人员均参加黄陵矿业供电所安全技术培训。测试时若其他地方出现单相接地，将会导致回路开关跳闸，应提前准备好快速送电工作，减少停电的影响。测试过程中主要安全措施如下所示:（1）以“安全第一，预防为主”为基础，保证所有测试人员和设备的安全；（2）严格按照设计、规范、工艺的要求开展工作，并遵守工序程序。在施工之前应设置专业的安全技术措施，上报安全部门审批后才可开始工作。技术部门应该积极配合质量提升和设备测试工作，保证测试工作的安全运作。当发现测试过程中的不明之处，应及时向变电站值班员请教，不得随便处理。

（二）直接测量法

（1）直接测量法适用于任何方式下的中性点不接地系统，即在主变压器的被测量侧有或没有中性点引出、有安装或没有安装消弧线圈、消弧线圈投入或退出的情况下，均可进行测量。（2）测量接线：测量时在某一相对地之间接入电流互感器，读取电流，三相分别各测量 1 次，取其平均值。当无消弧线圈补偿时所测量电流即为容性电流 IC，当投入消弧线圈时所测量电流即为补偿后的残余电流值。（3）测量步骤：1.选取电流互感器。电流互感器的额定电压应不小于被测系统电压。计算被测系统的容性电流的范围，并留较大裕度，据此选取互感器的一次额定电流。2.选取 1 台能允许频繁操作的断路器，如备用间隔断路器、电容器组断路器。3.断开断路器，拉开两侧隔离开关，将电流互感器一次侧接于某一相与地之间，电流互感器的二次侧接入电流表。4.合上隔离开关、合上断路器，电流表指示稳定后，读取电流表数值。5.断开断路器、拉开两侧隔离开关，将电流互感器改接至另一相，再行测量。6.经过现场测试，变电站实测电容电流值。

（三）偏置电容法测试

花家庄35kV的变电站，两台主变一主一备，6kV单母不分段；PT一次侧存在中性点，但无法打开；变在 35kV侧，二次侧存在中性点；消弧线圈运作过程中带电消弧柜闭合，仪器不可继续接入；母线分段接入补偿电容器，容量分别是598.4uF、598.6uF、598.70uF。三相以星星形状相连接，而由于系统在露天场所中，中性点特别明显，所以仪器测量较为方便，可以选择中性点外加电容法对系统容性电流进行测试。

（四）信号注入法测试

选用FY1502配电网电容电流测试仪，该装置采用信号注入法测量原理。其直接把PT二次侧测量配电网电容电流和传统测试方法下的电容电流进行比较，FY1502配电网电容电流测试仪不需要与一次侧打交道，所以不具备试验危险性，也不需要采取繁琐的安全措施。实际操作中，只需要把测量线接入PT开口三角端即可得到电容电流数据。鉴于PT开口三角处所注入的是微弱异频测试信号，因此并不会对继电保护、PT造成影响，此外，工频干扰信号也不会对测试信号产生影响。若测量过程中系统发生单相接地故障，也不会对PT和测试仪产生影响，所以并不需要对PT和测试仪采取特别防御措施。如此下来，此项测量工作变得更加安全和便捷，并保证测量结果的稳定与准确度。

测量值与理论值误差较大主要原因分析：（1）仪器误差。仪器内部采样、运算精度造成的误差；（2）由于信号注入法对系统电压平衡度要求较高，矿井三相负荷不均匀，造成电压不平衡。对此，我们使用电能质量分析仪对6kV系统电压质量进行分析，电压分析结果如下：电压不平衡为0.2%，此时矿井生产时段，1#电容组，2#电容器组均投入。同时，经测量矿井生产时，退出电容器组，电压不平衡度达到0.8%，甚至瞬时平衡度达到2%以上，电容电流波动更大。（3）为避免50Hz工频信号干扰，从PT开口三角处注入的是微弱的异频测试信号。

三、结论

在使用直接测量法时，应充分考虑测试过程中对测量人所造成的安全威胁，直接测量法有一定的安全问题，所以众多数据测量工作都不会选用直接测量法。信号注入法具备简单、便捷、安全等特点，是现场测试最常用的方法，可从PT开口三角形侧注入。信号注入法受现场运行方式影响比较大，测试误差较大，实际测试值从几安培到几百安培不等，不符合试验要求。偏置电容法适用于电网的对地电容有较大的不平衡度，测量系统对地电容也有很高的准确度。偏置电容法的测量稳定性明显好于信号注入法和直接测量法。经以上分析，我们选用偏置电容法配电网电容电流测试仪对各站进行试验测试，根据测试结果，选用不同的消弧变，解决变电站电容电流大问题。

参考文献：

[1]贺志锋，刘沛.对中压配电网中性点接地方式的研究[J]. 电力自动化设备，2002.