配电网电容电流计算与测量

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,配电网电容电流计算与测量,长沙理工大学电气与信息工程学院,第一节 配电网电容电流计算,一、概述,随着城市电网的扩大，电缆出线的增多，系统电容电流大大增大。当系统发生单相接地故障，其接地电弧不能自熄，极易产生间隙性弧光接地过电压，持续时间一长，在线路绝缘弱点还会发展成两相短路事故。因此，当网络足够大时，就需要采用消弧线圈补偿电容电流，这是保证电力系统安全运行的重要技术措施之一。为避免不适当的补偿给电力系统安全运行带来威胁，首先必须正确测定系统的电容电流值，并据此合理调整消弧线圈电流值，才能做到正确调谐，既可以很好地躲过单相接地的弧光过电流，又不影响继电保护的选择性和可靠性。,目前，电容电流的测定方法很多，通常采用附加电容法和金属接地法进行测量和计算，但前者测量方法复杂，附加电容对测量结果影响较大，后者试验中具有一定危险性。目前，根据各种消弧线圈不同的调谐原理，有多种间接测量电网电容电流的方法。其根本思想都是利用电网正常运行时的中性点位移,电压、中性点电流以及消弧线圈电感值等参数，计算得到电网的对地总容抗，然后由单相故障时的零序回路，计算当前运行方式下的电容电流。,在实际运行中，对于出线数较多、线路较长或包含大量电缆线路的配电系统，当其发生单相接地故障时，对地电容电流会相当大，接地电弧如果不能自熄灭，极易产生间隙性弧光接地过电压或激发铁磁谐振，持续时间长，影响面大，线路绝缘薄弱点往往还会发展成两相短路事故。因此，,D,/,620-1997,交流电气装置的过电压保护和绝缘配合,规定：,3,10kV,钢筋混凝土或金属杆塔的架空线路构成的系统和所有,35kV,、,66kV,系统，当单相接地故障电流大于,10,时应装设消弧线圈；,3,10kV,电缆线路构成的系统，当单相接地故障电流大于,30,，又需在接地故障条件下运行时，应采用消弧线圈接地方式。消弧线圈一般为过补偿运行（即流过消弧线圈的电感电流大于电容电流），也就是说装设的消弧线圈的电感必须根据对地电容电流的大小来确定，以防止中性点不接地系统发生单相接地而引起弧光过电压。,故障后，消弧线圈必须快速合理地补偿电容电流，以使接地电弧快速自熄，所以消弧线圈应实时跟踪电网运行方式的变化，在电网正常运行时，测量计算当前运行方式下的电容电流，以合理调节消弧线圈的出力。显然，电网电容电流的计算精度，将直接影响消弧线圈的调谐和补偿效果。,随着电力系统对安全可靠性要求的日益提高，用户对消弧线圈调谐精度和补偿效果的要求也越来越高。而现有的各种消弧线圈自动跟踪补偿装置中所采用的计算理论和方法，无法很好满足用户的要求。要提高消弧线圈的调谐精度和补偿效果，首先就要进一步提高电容电流的计算精度。本章对电容电流的计算理论和计算方法作了进一步深入的研究，减小和消除了对地容抗计算的误差，并计及电网不平衡对电容电流计算的影响，提高了电容电流的计算精度。,二、电容电流的估算,2.1,架空电力线路电容电流估算法,中性点不接地系统对地电容电流近似计算公式为：,无架空地线：,有,架空地线：,式中,U,额定线电压（千伏）；,L,线路长度（公里）；,1.1,系数，因水泥杆，铁塔线路增,10%,。,几点说明：,双回线路的电容电流为单回路的,1.4,倍（,6-10kV,系统）；,一般实测表明：夏季比冬季电容电流增值,10%,；,由于变电所中电力设备所引起的电容电流增值估算见,表,41,。,一般估算,6kV,：,I,C,=0.015,（安,/,公里）,10kV,：,I,C,=0.025,（安,/,公里）,表,41,因变电所设备引起的电容电流增值估算,额定电压（千伏）,6,10,35,110,220,电容电流增值（,%,）,18,16,13,10,8,2.2.,电力电缆线路的电容电流,6kV,：,（安,/,公里）,（安,/,公里）,10kV,：,式中：,S,电缆截面积（毫米,2,）,U,e,额定线电压（千伏）,上述的计算公式主要适用于油浸纸电力电缆，对目前采用的聚氯乙烯绞联电缆每公里对地的电容电流比油浸纸要大，根据厂家提供的参数和现场实测检验约增大,20%,左右。,2.3,经验数据表,表,42 635kV,油浸纸电缆电容电流计算,额定电压,（,kV,）,电容电流,平均值,（,A/km,）,缆芯截面（,mm,2,）,6,10,35,16,0.37,0.52,25,0.46,0.62,35,0.52,0.69,50,0.59,0.77,70,0.71,0.90,3.7,95,0.82,1.00,4.1,120,0.89,1.10,4.4,150,1.10,1.30,4.8,185,1.20,1.40,5.2,240,1.30,1.40,5.9,300,1.50,1.80,6.5,表,43,架空线路单相接地电容电流（安,/,公里）计算,额定电压,（千伏）,单回路,双回路,无地线,有地线,无地线,有地线,6,0.02,0.028,10,0.03,0.042,35,0.1,0.13,0.14,0.18,表,44 6kV,交联聚氯乙烯电缆接地电容电流计算,标称截面,电容（,F,/km,）,电流（,A/km,）,16,0.17,0.58,25,0.19,0.65,35,0.21,0.72,50,0.23,0.79,70,0.26,0.89,95,0.28,0.96,120,0.30,1.03,150,0.33,1.13,185,0.36,1.23,240,0.40,1.37,注：此表适用于,6kV,小电流接地系统中铜芯交联聚氯依稀绝缘电力电缆。,表,45 10,千伏交联聚氯乙烯绝缘电力电缆接地电容电流计算,导体截面（,mm,2,）,电缆电容电流计算值（,F,/km,）,接地电容电流,I,C,(A/km,）,50,0.2,1.19,70,0.22,1.31,95,0.25,1.49,120,0.27,1.61,150,0.29,1.73,185,0.32,1.91,240,0.35,2.09,300,0.39,2.33,400,0.43,2.57,500,0.47,2.81,注：,1.,此表适用于,10kV,小电流接地系统中铜导体交联聚氯乙烯绝缘电力电缆,；,2.,电缆的绝缘厚度为,4.5mm,；,第二节 单相金属接地电容电流测试法,单相金属接地又分不投入消弧线圈和投入消弧线圈两种。,一、不投入消弧线圈,不投入消弧线圈（即中性点不接地）的单相金属接地测量，其接线如图,41,所示，图中,DL,为接地断路器；,YH,为测量用电压互感器；,LH,1,、,LH,2,为保护和测量用电流互感器；,W,为低功率因数功率表，用以测量接地回路的有功功耗；,LH,1,的,1,、,2,端子接,DL,的过流保护。电流电压相量图，如图,42,所示。,试验是在系统单相接地下进行的，当系统一相接地时，其余两相对地电压升为线电压。因此，在测试前应消除绝缘缺陷，以免在电压升高时非接地相对地击穿，形成两相接地短路事故。为使接地断路器能可靠切除接地电容电流，需将三相触头串联使用，且应有保护。若测量过程中发生两相接地短路，要求,DL,能迅速切断故障，其保护瞬时动作电流应整定为,I,C,的,45,倍。合上接地断路器,DL,，迅速读取图中所示各表计的指示数值后，接地开关应立即跳闸。所用表计均不得低于,0.5,级。,图,41,不投消弧线圈,的单相金属接地测量原理图,图,42,不投消弧线圈的单相,金属接地的电流、电压相量图,测量功率，应用低功率因数功率表。由于三相对地电容不等，一相单相接地难以测得正确的阻尼率，需三相轮流接地测量，取三次测量结果的算术平均值。测量结果的计算,（,41,）,（,42,）,（,43,）,上三式中，,I,CP,接地电流的有功分量，,A,；,I,Cq,接地电流的无功分量，,A,；,P,接地回路的有功损耗，,W,；,U,0,中性点不对称电压，,V,；,d,系统的阻尼率。,若测量时的电压和频率不是额定值，则需将测量的电流,I,C,折算到额定电压和额定频率下的数值，即,式中，,电压和频率为额定值时的系统接地电容电,流，,A,；,额定频率，,Hz,；,额定电压，,V,；,三相电压（线电压）的平均值，,V,。,由于这种方法，在测量过程中，非接地两相的电压要升高，一旦发生绝缘击穿，接地断路器虽然切除短路，但由于没有补偿，另一接地点的电弧如不能熄灭，可能扩大事故。同时由于单相接地产生负序分量，接地电流中将有较大的谐波分量，影响测量结果的准确度，所以一般不采用这种方法。,二、投入消弧线圈,中性点投入消弧线圈时，利用单相金属接地，测量系统的电容电流的原理接线如图,4-3,所示。图中,1,、,2,端子接过流保护，,（,44,）,其值整定为接地电流的,45,倍，瞬时跳闸。接地时的电流电压相量图，如图,44,所示。,图,43,投入消弧线圈的单相金属接地测量原理图,W,1,、,W,2,低功率因数功率表；,W,3,、,W,4,普通功率表。,图,44,投入消弧线圈的单相,金属接地电流、电压相量图,按图,43,的试验接线，测量出补偿电流和残余电流回路的有功及无功功率，从而计算出补偿电流、残余电流的有功分量及无功分量、系统的电容电流和阻尼率。测量结果的计算,式中，,残余电流的有功分量，,A,；,残余电流的无功分量，,A,；,补偿电流的有功分量，,A,；,补偿电流的无功分量，,A,；,电容电流的有功分量，,A,；,电容电流的无功分量，,A,；,电容电流的有效值，,A,；,、,功率表、测的残余电流和补偿电流回路,的有功功率，,W,；,、,功率表、测的残余电流和补偿电流回路,的无功功率，,VAR,；,被测,系统的阻尼率；,、,电流互感器 、,的变流比。,这种测量方法，比不投入消弧线圈的金属接地安全准确，也更符合实际运行状态，其注意事项有以下几个方面：,（,1,）试验前应消除系统的绝缘缺陷；,（,2,）试验中所用仪表应不低于,0.5,级，电压、电流互感器不低于,1,级；,（,3,）接地断路器三相触头串联使用，并有两相接地保护，其动作电流整定为单相接地电容电流的,45,倍，瞬时跳闸；,（,4,）测试时，系统只保留测量用的一台消弧线圈，其余的应退出运行；,（,5,）根据估计或用其它方法测量的系统电容电流，确定测试用消弧线圈的分头，使其尽量靠近（不能到达）全补偿状态；,（,6,）如果测量时系统的电压和频率不是额定值，则计算出的电容电流，应按前面相同的方法折算为额定电压及额定频率时的电流。,第三节 中性点外加电容法测电容电流,一、中性点外加电容法,中性点外加电容测量系统得电容电流，是在系统无补偿的情况下，在变压器的中性点对地接入适当的电容量，测量中性点的对地电压，然后用计算的方法间接得到系统电容电流。外加电容一般取系统估算的对地电容（,C=C,A,+C,B,+C,C,）的,1/2,倍、,1,倍、,2,倍。在每个电容值下测量一次中性点的对地电压（位移电压），根据系统的不对称和测得的各个位移电压，计算系统的电容电流，然后取这些电流的平均值作为系统的电容电流。中性点外加电容等值电路如图,45,、,46,所示。,由于三相对地电容,C,A,、,C,B,、,C,C,和外加电容,C,0,的损耗电阻很小，可忽略不计。对中性点用基尔霍夫第一定律，可得到中性点位移电压 ，即,图,45,中性点外加电容等值电路,图,46,中性点外加电容法测量系统电容电流的接线图,于是,（,45,）,当,C,0,=0,时，中性点电压即是不对称电压,U,0,。,（,46,）,将式（,45,）除以（,46,）得：,因为,C=C,A,+C,B,+C,C,，所以,（,47,）,系统电容电流为,（,48,）,C,为系统对地电容，由式（,47,）可知，根据外加电容,C,0,和测出的中性点不对称电压,U,0,及位移电压,U,01,，便可计算出系统的电容电流。,从式（,48,）可以得到：,C,与系统频率无关，即使中性点有高次谐波电压，也不影响测量结果。因此，中性点外加电容法是现场常用