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配電網(wǎng)中電容電流的測(cè)量方法

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系統(tǒng)電容電流是指系統(tǒng)在沒(méi)有補(bǔ)償?shù)那闆r下,發(fā)生單相接地時(shí)通過(guò)故障點(diǎn)的無(wú)功電流。測(cè)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(xiàn)圈補(bǔ)償接地和不投入消弧線(xiàn)圈兩種。
    1.不投入消弧線(xiàn)圈
    不投入消弧線(xiàn)圈(即中性點(diǎn)不接地)的單相金屬接地測(cè)量,其接線(xiàn)如圖1-1所示,圖中,QF為接地?cái)嗦菲?;TV為測(cè)量用電壓互感器;TA1、TA2為保護(hù)和測(cè)量用電流互感器;W為低功率因數(shù)功率表,用以測(cè)量接地回路的有功損耗;TA1的1、2端子接QF的過(guò)流保護(hù)。電流、電壓向量圖如圖1-2所示。

不投入消弧線(xiàn)圈的單相金屬接地測(cè)量原理圖
圖1-1 不投入消弧線(xiàn)圈的單相金屬接地測(cè)量原理圖
不投入消弧線(xiàn)圈的單相接地的電流、電壓向量圖
圖1-2 不投入消弧線(xiàn)圈的單相接地的電流、電壓向量圖

 試驗(yàn)是在系統(tǒng)單相接地下進(jìn)行的,當(dāng)系統(tǒng)一相接地時(shí),其余兩相對(duì)地電壓升為線(xiàn)電壓。因此,在測(cè)量前應(yīng)消除絕緣缺陷,以免在電壓升高時(shí)非接地相對(duì)地?fù)舸纬蓛上嘟拥囟搪肥鹿?。為使接地?cái)嗦菲髂芸煽壳谐拥仉娙蓦娏?,須將三相觸頭串聯(lián)使用,且應(yīng)有保護(hù)。若測(cè)量過(guò)程中發(fā)生兩相接地短路,要求QF能迅速切斷故障,其保護(hù)瞬時(shí)動(dòng)作電流應(yīng)整定為IC的4~5倍。
    合上接地?cái)嗦菲鱍F,迅速讀取圖中所示各表計(jì)的指示數(shù)值后,接地開(kāi)關(guān)應(yīng)立即跳閘。 所用表計(jì)均不得低于0.5級(jí)。測(cè)量功率,應(yīng)用低功率因數(shù)功率表。由于三相對(duì)地電容不等,一相單相接地難以測(cè)得正確的阻尼率,需三相輪流接地測(cè)量,取三次測(cè)量結(jié)果的算術(shù)平均值。
    測(cè)量結(jié)果的計(jì)算:
        Icp=P/ù0
        Icq=√(I2C-I2cp)
        d%=Icp/Icq×100%
    上三式中Icp——接地電流的有功分量(安);
            Icp——接地電流的無(wú)功分量(安);
            Ic——系統(tǒng)總接地電流(安);
            P——接地回路的有功損耗(瓦);
            ù0——中性點(diǎn)不對(duì)稱(chēng)電壓(伏);
            d%——系統(tǒng)的阻尼率。
    若測(cè)量時(shí)的電壓和頻率不是額定值,則需將測(cè)得的電流 折算到額定電壓和額定頻率下的數(shù)值,即
        ICe=IC×(Ue/Uav)×(?e/?)
    式中 ICe——電壓和頻率為額定值時(shí)的系統(tǒng)接地電容電流(安);
         ?e——額定頻率(赫茲);
         Ue——額定電壓(伏);
         Uav——三相電壓(線(xiàn)電壓)的平均值(伏)。
    由于這種方法,在測(cè)量過(guò)程中,非接地兩相的電壓要升高,一旦發(fā)生絕緣擊穿,接地?cái)嗦菲麟m能切斷短路,但由于沒(méi)有補(bǔ)償,另一接地點(diǎn)的電弧如不能熄滅,可能擴(kuò)大事故。同時(shí)由于單相接地產(chǎn)生負(fù)序分量,接地電流中將有較大的諧波分量,影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度,所以一般不采用這種方法。
    2.投入消弧線(xiàn)圈
    中性點(diǎn)投入消弧線(xiàn)圈時(shí),利用單相金屬接地,測(cè)量系統(tǒng)的電容電流的原理接線(xiàn)如圖1-3所示。圖中1、2端子接過(guò)流保護(hù),其值整定為接地電流的4~5倍,瞬時(shí)跳閘。接地時(shí)的電流電壓向量圖如圖1-4所示。

投入消弧線(xiàn)圈的單項(xiàng)金屬接地測(cè)量原理圖
圖1-3 投入消弧線(xiàn)圈的單項(xiàng)金屬接地測(cè)量原理圖
W1、W3——低功率因數(shù)功率表;W2、W4——普通功率表
投入消弧線(xiàn)圈的單相接地的電流、電壓向量圖
圖1-4 投入消弧線(xiàn)圈的單相接地的電流、電壓向量圖

 按圖1-3的試驗(yàn)接線(xiàn),測(cè)量出補(bǔ)償電流和殘余電流回路的有功功率及無(wú)功功率,從而計(jì)算出補(bǔ)償電流、殘余電流的有功分量及無(wú)功分量、系統(tǒng)的電容電流和阻尼率。
    測(cè)量結(jié)果的計(jì)算:
        
    式中I'CP——?dú)堄嚯娏鞯挠泄Ψ至?安);
        I'cq——?dú)堄嚯娏鞯臒o(wú)功分量(安);
        ILP——補(bǔ)償電流的有功分量(安);
        ILq——補(bǔ)償電流的無(wú)功分量(安);
        ICP——電容電流的有功分量(安);
        Icq ——電容電流的無(wú)功分量(安);
        Ic——電容電流的有效值(安);
        P1、P3——功率表W1、W3測(cè)的殘余電流和補(bǔ)償電流回路的有功功率(瓦);
        Q2、Q4——功率表W2、W4測(cè)的殘余電流和補(bǔ)償電流回路的無(wú)功功率(乏);
        d%——被測(cè)系統(tǒng)的阻尼率;
        K1、K2——電流互感器LH1、LH2的變流比。
        這種測(cè)量方法,比不投入消弧線(xiàn)圈的金屬接地安全準(zhǔn)確,也更符合實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)。其注意事項(xiàng):
    (1)試驗(yàn)前應(yīng)消除系統(tǒng)的絕緣缺陷;
    (2)試驗(yàn)中所用儀表應(yīng)不低于0.5級(jí),電壓、電流互感器不低于1級(jí);
    (3)接地?cái)嗦菲魅嘤|頭串聯(lián)使用,并有兩相接地保護(hù),其動(dòng)作電流整定為單相接地電容電流的4~5倍,瞬時(shí)跳閘;
    (4)測(cè)試時(shí),系統(tǒng)只保留測(cè)量用的一臺(tái)消弧線(xiàn)圈,其余的應(yīng)退出運(yùn)行;
    (5)根據(jù)估計(jì)或用其他方法測(cè)量的系統(tǒng)電容電流,確定測(cè)試用消弧線(xiàn)圈的分頭,使其盡量靠近(不能達(dá)到)全補(bǔ)償狀態(tài);
    (6)如果測(cè)量時(shí)系統(tǒng)的電壓和頻率不是額定值,則計(jì)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(shí)的電流。
    二、中性點(diǎn)外加電容法
    中性點(diǎn)外加電容法測(cè)量系統(tǒng)的電容電流,是在系統(tǒng)無(wú)補(bǔ)償?shù)那闆r下,在變壓器的中性點(diǎn)對(duì)地接入適當(dāng)?shù)碾娙萘?,測(cè)量中性點(diǎn)的對(duì)地電壓,然后用計(jì)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(duì)地電容C=(CA+CB+CC)的1/2倍、1倍、2倍。在每個(gè)電容下測(cè)量一次中性點(diǎn)的對(duì)地電壓(位移電壓),根據(jù)系統(tǒng)的不對(duì)稱(chēng)電壓和測(cè)得的各個(gè)位移電壓,計(jì)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(diǎn)外加電容等值電路如圖1-5所示。

中性點(diǎn)外加電容等值電路
圖1-5 中性點(diǎn)外加電容等值電路

 由于三相對(duì)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(jì)。對(duì)中性點(diǎn)用基爾霍夫第一定律,可得中性點(diǎn)位移電壓ù01,即
        (ùA+ù01)jωCA+(ùB+ù01)jωCB+(ùC+ù01)jωCC=0
        ùACA+ùBCB+ùCCC+(CA+CB+CC01=0
    于是ù01=-(ùACA+ùBCB+ùCCC)/(CA+CB+CC+C0)        (13-14)
    當(dāng)C0=0時(shí),中性點(diǎn)電壓即是不對(duì)稱(chēng)電壓
        ù0=-(ùACA+ùBCB+ùCCC)/(CA+CB+CC)        (13-15)
    將式(13-14)除以式(13-15)得
        ù01/ù0=(CA+CB+CC)/(CA+CB+CC+C0)
    因?yàn)镃=(CA+CB+CC)
    所以ù01=ù0[C/(C+C0)];C=(C0ù01)/(ù0-ù01)        (13-16)
    系統(tǒng)電容電流為IC=ωCUφ        (13-17)
    式(13-16)及式(13-17)中的C為系統(tǒng)對(duì)地電容,由式(13-17)可見(jiàn),根據(jù)外加電容C0和測(cè)出的中性點(diǎn)不對(duì)稱(chēng)電壓U0及位移電壓U01,便可計(jì)算出系統(tǒng)的電容電流IC。
    從式(13-17)還可知,C與系統(tǒng)頻率無(wú)關(guān),即使中性點(diǎn)有高次諧波電壓,也不影響測(cè)量結(jié)果。因此,中性點(diǎn)外加電容法是現(xiàn)場(chǎng)常用的測(cè)量方法,其原理接線(xiàn)如圖1-6所示。

中性點(diǎn)外加電容法是現(xiàn)場(chǎng)常用的測(cè)量原理
圖1-6 中性點(diǎn)外加電容法是現(xiàn)場(chǎng)常用的測(cè)量原理

 圖中K1為中性點(diǎn)開(kāi)關(guān);K2為靜電電壓表V的開(kāi)關(guān);K3為外加電容C0的開(kāi)關(guān);C'為保護(hù)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C0的額定電壓不低于2千伏。
    測(cè)量步驟:
    (1)按實(shí)際的試驗(yàn)接線(xiàn)圖接入測(cè)量設(shè)備及靜電電壓表;
    (2)合上K1、K2,讀取中性點(diǎn)不對(duì)稱(chēng)電壓U0;
    (3)合上K3,即投入外加電容C0,讀取此時(shí)中性點(diǎn)位移電壓U001,讀完立即斷開(kāi)K3;
    (4)另接一預(yù)選的外加電容,再合上K3,讀取此時(shí)中性點(diǎn)的位移電壓U012、U013……等。照此方法,直至測(cè)完預(yù)選的外加電容下的每個(gè)位移電壓后,立即斷開(kāi)K3、K2、K1。
    根據(jù)測(cè)得的中性點(diǎn)位移電壓,和在不同外加電容下測(cè)量的位移電壓,按式(13-16)計(jì)算系統(tǒng)的三相對(duì)地電容C。取各次計(jì)算電容的平均值作為該系統(tǒng)的對(duì)地電容,然后以電容平均值按式(13-17)計(jì)算系統(tǒng)的電容電流IC。
    測(cè)量時(shí),操作人員應(yīng)帶絕緣手套并站在絕緣墊上。


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