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北极星电力网技术频道 作者:佚名 2007/12/27 19:00:55
信号注入法在配电网电容电流测量中的研究赵正军，姜新宇（广州智光电气有限公司，广东广州510640） 摘 要：为了使配电网电容电流的测量更简单、安全，提出了一种新的电容电流测试方法。该方法从母线电压互感器二次侧开口三角注入2个幅值相同、频率不同的电流信号，通过测量注入电压与注入电流的幅值与相位关系，可以求解出线路的对地电容值。注入电流信号的频率对测量结果的精度有很大的影响，对于不同对地电容值，频率的选取范围也不相同。该方法通过自适应技术，自动获得最合适测量频段，从而保证了电容电流测量的正确性。通过在实际测量中与理论计算的电容电流值、消弧线圈测量的电容电流值比较，可以验证该方法的测量结果具有很高的精度。采用本方法测量配电网电容电流不需要涉及一次设备，具有安全、便捷的特点。
关键词：配电网；电容电流；测量；信号注入
indistributionnetworkZHAOZhengjun,JIANGXinyu(GuangzhouZhiguangElectricCo,Ltd,Guangzhou510640,China) Abstract:ThispaperpresentsanovelmethodtomeasurethecapacitancecurrentofthedistributionnetworkInthemethod,twocurrentswiththesameamplitudeanddifferentfrequenciesareinjectedintothesystemfromthesecondarywindingofpotentialtransformer(PT)andthevoltageofthePTismeasuredBytheequationerected,theearthcapacitancecanbecalculatedThefrequenciesofthesignalinjectedareimportantfactorswhichaffecttheprecisionofthemeasurementSothefrequenciesshouldbeselectedcarefullyFordifferentcapacitors,thefrequenciesarenotthesameThismethodappliesanadaptiveapproachtochoosethefrequenciesautomaticallyTheresultsofthemethodarecomparedwiththetheoreticalvalueandtheresultsmeasuredbyarcsuppressioncoiltoprovethefeasibilityTheuseofthismethoddoesnotinvolveprimarysystemandissafe,easyandconvenient
Keywords:distributionnetwork;capacitancecurrent;measurement;signalinjection
国内现有的中压电网普遍还是中性点不接地的系统，随着供电网络的发展，特别是电缆线路日益增加，使得系统单相接地电容电流不断增加，导致电网在单相接地故障时，电容电流过大，产生很高的过电压，无法自动灭弧[1]。我国电气设备设计规范规定当接地电容电流超过一定值时要采用中性点经消弧线圈接地方式。因此，测量配电网系统对地电容电流一方面有助于继电保护定值的整定，另一方面亦可为选择消弧线圈容量提供依据，所以了解配电网电容电流大小的真实值较为重要。
传统电容电流测量方法有直接法和间接法两种。直接法为单相金属接地法，可直接测量出电网的电容电流、有功泄漏电流和作为二者之和的全电流，但此方法操作及接线复杂，而且有可能导致非接地相绝缘薄弱处损伤从而造成两相短路，对操作人员与配电系统都不安全，一般不建议采用。间接法包括中性点外加电容法、外加电压法、调谐法、变频法和电容增量法。间接测量方法比较简单，若利用得当，能较准确地测量电容电流值，获得满足现场需要的数据。但是在实施间接测量方法时仍然需要直接接触配网主回路，人员与设备安全还是得不到保证。另外由于涉及一次回路，因此操作繁琐、准备工作时间长，通常大部分时间耗费在等待调度命令、开工作票、倒闸操作及准备安全措施上，工作效率非常低[2]。文献[3]中提出了一种测量配电网电容电流的新方法，从母线电压互感器的二次侧进行测量，但是这种方法采用标量方法计算，需要采集3次测试结果才能构成求解方程组，而且测试频率的选取对测量误差影响较大。本文介绍一种通过信号注入测量电容电流的方法，其基本思路是从母线电压互感器二次开口三角端注入2个频率不同、幅值相同的电流信号，并通过自适应技术，选取合适的注入信号频率，通过矢量分析计算出配电网电容电流值，并设计开发了基于信号注入法的DRC-IA型配电网接地电容电流测量仪，在配电网的接地电容电流测量中得到了广泛的应用。1测量原理
由于直接法和间接法都需要涉及电网的一次运行，操作较为复杂。采用信号注入的方法，从电压互感器的低压开口三角处注入不同频率的电流，通过测量开口三角的电压，构成一系列的方程组，求解出电网的电容电流，其测量原理如图1所示。 图1中：U，V，W分别为电压互感器高压绕组的三相；L，N为二次绕组引出线代号；L1，L2，L3为三相线路；CL1，CL2，CL3为三相线路对地的等效电容。若在图1中L，N端注入一恒
和线路以及线路的对地电容构成的回路流通。实际计算中一般认为各相电压互感器特性相同，配网三相对地电容值也基本相同，因此电压互感器高压侧三相流出的电流大小相等，相位相同。设电压互感器变比为n，则
基于上述原理，图1所示电路可进一步简化为图2。 在图2中，Rm和Lm构成电压互感器二次开口三角端向高压侧注入电流时所等效的励磁阻抗，而R和L1为电压互感器以及线路折算到二次开口三角端的等效电阻和电感（主要考虑电压互感器的绕组电阻和漏感），C为配电网三相对地电容折算到二次开口三角端后的等效电容。对于一般的配电网，其三相对地电容之和一般在1～150μF之间，对应的工频阻抗为几千欧至几十欧，远远小于电压互感器的励磁阻抗（达兆欧级），因此电压互感器中的励磁电流可以忽略不计。根据如图2的等值回路，当在开口三角端L，N注入角频率ω的电流信号时，可在L、N端测到一电压信号
式（2）的物理含义其实就是测到了从电压互感器端向电网看去时电网以及电压互感器本身在L，N端的等效零序复阻抗。为了得到可以求解出电容C的方程组，需要注入两个频率不同，幅值相同的电流信号，可以测量到两组电压、电流的矢量，通过运算可求出不同注入频率下的等效复阻抗Z1、Z2。设2个注入电流的频率分别为f1，f2，利用这两组测量结果，分离出相应的实部和虚部，得到可以联立的两个方程为：
入电流下开口三角端处的测试结果。据此，可以求出电容C为：
式中Uph,N为配电网额定相电压。2[1][2]下一页
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