10kV接地系统电容电流测试方法的探讨_张智军

10 kV 接地系统电容电流测试方法的探讨A Discussionon CapacitiveCurrentTesting for 10 kV GroundingSystem张智军( 丹东供电公司 , 辽宁 丹东 118000)摘要 : 通过对电力系统接地方式的探讨 , 提出测试电容电流的方法 , 消除容性电流给电力系统带来的安全隐患。关键词 : 电力系统 ; 接地方式 ; 电容电流 ; 测试方法[ 中图分类号 ] TM835. 4 [ 文献标识码 ] B [ 文章编号 ] 1004- 7913 ( 2004) 11- 0029- 04东北老工业基地的振兴 , 给电力事业的发展提供了契机。通过城网改造 , 电网规模越来越大 , 10kV 供电线路不断增加 ( 包括电力电缆和架空绝缘线 在内 ) , 使 10 kV 系统电容电流不断加大。电容电流的增大 , 若 发生单相接地 , 电弧不能自 行熄灭 , 容易烧坏电气设备或造成相间短路 , 影响供电可靠性。解决这个接地电流问题就成了当务之急。研究表明 , 当 10 kV 系统 电容 电流超 过 30 A 时 ,中性点应加装消弧线圈。1 电力系统中性点接地方式为了降低电力设备的绝缘水平 , 我国在 110kV及以上的电力系统中多采用中 性点接地的运 行方式。在交流系统中 , 正常情况流过工作接地电极的电流很小 , 不平衡电流只是在系统发生接地故障时才会流过高达数 10 kV 的短路电流 , 但持续时间不长 ( 一般在 0 5 s 左右 )。而直流系统在单极 运行时 , 会有数以 千安计的工作电 流长期流过接 地电极。通常要求工作电阻在 0 5~ 10 , 保护接地是保护人身安全 , 一般要求 1~ 10 。防雷接地是安全导泄强大的雷电流 , 通常要求 1~ 30 。静电接地为释放静电电荷、防止静电危害而设置的接地 ,一般要求 1~ 30 。电力系统的中性点接地方式是一个综合性的技术问题 , 与系统的供电可靠性、人身安全、绝缘水平、过电压保护、继电保护、通信干扰及接地装置等有密切的关系。过去 , 由于对过电流的一系列危害作用估计不足 , 同时对电力设备耐受频繁过电流冲击的能力估计过高 , 所以电力设备的中性点最初都采用直接接地的方式运行。随着电力系统的扩大 , 单相接地故障增多 , 线路断路器经常跳闸 , 造成频繁的停电事故 , 于是将中性点接地方式改为不接地运行方式。由于工业发展较快 , 使得电力传输容量增大 , 距离延长 , 电压等级逐渐升高 , 发生单相接地时 , 接地电容电流在故障点形成的电弧不易熄灭 , 同时间歇电弧产生的过电压 ( 2 5~ 3 0 Un) 往往又使事故扩大 , 降低小型试验结论基本吻合。5 结束语破乳化剂是石化行业用于油品精炼过程的一种复合化学添加剂 , 其化学组分与油品发生反应 , 能够改善油水分离状 况。电厂汽 轮机油质明显 劣化时 , 通常只能更换新油 , 旧油再生一般由石油产品制造厂商进行。通辽热电厂此次将破乳化剂用于劣化油的处理 , 是以大量小型试验结果为科学依据 ,创造性应用于生产 现场 , 是一 项全新的探索 性应用 , 取得了非常好的效果 , 为劣化油的处理积累了宝贵经验。从现场应用效果看 , 这次用破乳化剂处理原计划全部更换新油的 5 号汽轮机油 , 经处理后各项指标合格。完全能够保证机组安全运行。所用破乳化剂与汽轮机油价格比为 1 135, 经济性更是可观。如果在火电企业推广应用 , 处理品质劣化的汽轮机油 , 降低生产成本 , 经济效益非常可观。作者简介 :俞 冰 (1968- ) , 女 , 本科 , 高工 , 现 从事 火电 厂环保、 化学科研与管理工作。( 收稿日期 2004- 07- 10)292004年第 11 期 东北电力技术了电力系统的运行可靠性。为了解决系统中出现的这些问题 , 德国采用中性点经消弧线圈接地方式 , 消除瞬间的单相接地故障 ; 美国则采用了中性点直接接地和经低电阻、低电抗等接地方式 , 并配合快速 继电保护和开 关装置 , 瞬间跳开故障线路。这两种办法 , 对后来世界上许多国家的电力系统中性点接地方式的发展产生了很大的影响。东北电网中性点运行方式一般是 110 kV 及以上采用中性点直接接地 , 66 kV 系统采用的是经消弧线圈接地 ( 谐振接地 ) 运行方式 , 10 kV 系统采用中性点不接地 运行方式 , 但 不是固定的。随着10 kV 系统电容电流的增大 , 部分 10 kV 系统采用中性点直接接地运行方式已不 能满足安全上 的要求 , 此时就需要准确测量其电容电流 , 并在中性点安装消弧线圈。消弧线圈是一种铁芯带有空气气隙的可调电感线圈。消弧线圈的补偿电流有分级调整和无级调整(连续调整 ) 。补偿电网中性点装设消弧线圈的目的 , 主要是为了自动消除电网的瞬间单相接地故障。a. 消弧线圈的电感电流补偿了电网的接地电容电流 , 限制了接地故障电流的破坏作用 , 使残余电流的接地电弧易于熄灭。b. 当残流过零熄弧后 , 又能降低故障相恢复电压的初速度及其幅值 , 避免接地电弧的重燃并使之彻底熄灭。由于接地故障电流的减小 , 有力地限制了接地电流和电弧的电动力、热效应和空气游离等的破坏作用 , 防止或降低了在故障点形成残留性故障的概率 , 使故障点介质绝缘的恢复强度很容易超过相电压的恢复初速度 , 接地电弧得以彻底熄灭 , 补偿电网便在瞬间恢复正常运行。补偿电网在正常运行期间 , 为了限制电网中性点电压位移升高 , 一般采用过补偿运行方式。1 1 零序阻抗零序阻抗是中性点接地方式问题中的一个基本物理概念。各种中性点接地方式尽管表现不同 , 但究其性质均可概括为中性点是经一定数值的零序阻抗接地的。当电网发生单相接地时 , 零序电流所经回路的阻抗 , 不仅包括故障点与中性点之间由系统几何与物理参数所确定的回路阻抗 , 而且还包括这两点之间的大地回路构成的阻抗 , 而后者又与接地装置及大地的几何、物理参数等有关。1 2 中性点不接地与中性点绝缘我国常用的 中性点不接地 这一术语 , 在国际上有时称为 中性点绝缘 , 后者容易使人误解为中性点的零序阻抗是无穷大。而通常所讲的中性点不接地 , 实际上是经过集中于电力变压器中性点的等值电容 ( 绝缘状态欠佳时还有泄漏电流 ) 接地的 , 其零序阻抗多为一个有限值 , 而且不一定是常数。所以要正确理解中性点绝缘这一概念的物理意义。1 3 中性点有效接地和中性点直接接地中性点直接接地这一术语对电力设备 ( 如变压器等 ) 而言 , 含义是清晰的 , 它指该设备的中性点经零阻抗接地。而中性点有效接地是对一个系统或系统的指定部分而言 , 其定义为 当电力系统发生单相接地故障时 , 不论 变压器的中性 点是直接接地 , 还是经低电阻或低阻抗接地 , 只要在指定部分的各点满足零序电抗与正序电抗之比小于或等于 3( X 0/ X 1 30) 和零序电 阻与正序电抗 之比小于或等于 1 ( R 0/ X 1 1), 该系 统 便属 于 有效 接 地系统。 由此可见 , 中性点有效接地不仅与系统中变压器中性点直接接地的数量有关 , 同时还与其容量占全部变压器总容量的百分值有关。1 4 中性点全接地和中性点非常有效接地对于超高压电力系统 , 由于广泛采用了省料、节能的自耦变压器 , 全 部的中性点都 保持直接接地 , 或在特殊需要时 经低电抗 ( 低电 阻 ) 接地运行。我国 500 kV 系统全部采用自耦变压器 , 其中性点的接地方式均如此 , 世界各国的情况也相同。特高压电力系统的中性点接地方式更是如此 , 无一例外。这一中性点接地方式一般称为中性点全接地方式 , 也有称之为中性点死接地方式。由于其零序阻抗远较中性点有效接地方式时为小 , 所以又可称为中性点非常有效接地方式。1 5 中性点谐振接地和中性点经消弧线圈接地中性点经消弧线圈接地时 , 虽然调谐电感只在一个不大的范围内变动 , 但系统的零 序阻抗却接近 , 几乎是无限大。由于后者情况对熄灭接地电弧更为有利 , 故中性点经消弧线圈接地的电力系统最初曾有共振接地之称。不过运行中的消弧线圈和现代的自动跟踪 补偿装置并不都是恰好 在谐振点运行 , 在一般情况下多采用略微偏离谐振点的过补偿运行方式。因谐振接地这一技术术语比较符合中性点经消弧线圈接地系统的实际情况 , 所以得到日益广泛的采用。这样 , 中性点经消弧线圈接地的电力系统通常称为谐振接地系统。30 东北电力技术 2004 年第 11期1 6 中性点非有效接地在电力系统各种中性点接地方式中 , 除了有效接地和全接地 ( 非常有效接地 ) 方式之外 , 都属于中性点非有效接地的范畴。这个范畴包括以单相接地电弧能够自行熄灭为条件的中性点不接地、谐振接地和高电阻接地等小电流接地系统以及接地电弧不能自行熄灭的中 性点经中、低电阻等接地 的系统。1 7 中性点接地方式的划分电力系统的中性点接地方式虽然有很多种表现形式 , 但基本上可以划分为两大类 : 凡是需要断路器遮断单相接地故障的 , 属于大电流接地方式 ; 凡是单相接地电弧能够瞬间熄灭者 , 属于小电流接地方式。在大电流接地方式中 , 主要有中性点有效接地方式和中性 点全接地方式 ( 非常有效接地 方式 )。此外还有中性点经低电抗、中电阻和低电阻接地方式。在小电流接地方式中 , 主要有中性点谐振 ( 经消弧线圈 ) 接地方式、中性点不接地方式、中性点经高电阻接地方式等。随着微机技术的推广应用 , 小电流接地系统继电保护选择性问题在国内外均 已取得了突破 性进展。与此同时 , 自动跟踪补偿的消弧线圈等装置也正在不断推广 , 这就为包括电缆网络在内的城市电网采用中性点经消弧线圈接地方式创造了十分有利的条件。2 10 kV 系统接地电容电流的测试方法测量电网对地电容一般有两种基本方法 : 一是单相金属接地法 ( 直接法 ) ; 二是外加电容法 ( 间接法 ) 。2 1 单相金属接地法测试方法选择 合适的 电压 比、电流 比 , 确 保10 kV 开关 K 处于断开位置 ; 对 10 kV 线路操作送电 ; 8 m 外控制并合上开关 K, 读取电流值 I 、电压 V、功率 W; 将线路停电。其中所得电流 值即为该变电所 10 kV 系统电容电流 (见图 1) 。其优点是可以测得真实的接地电容电流值、有功泄漏电流及全电流 ; 可以测量有功分量 , 计算阻尼率 ; 验证选线装置的正确性 ; 如果有消弧线圈 , 可以验证补偿实际效果。其缺点是安全性没有保障。如果在测试过程中被测电网内发生其他相瞬间或永久接地 ,将造成系统相间短路 , 烧毁仪器和设备等 , 瞬间的短路电流甚至可能形成高反击电压或跨步电压 , 对测试人员构成威胁。考虑到该测试方法的不安全因素 , 2002 年年末使用了串联限流电阻 的方法进行直接测量。图 1 单相金属接地法测试接线图2 2 间接法 ( 相对地外加电容法 )间接法有两种 , 一种为中性点外加电容法 , 另一种是相对地外加电容法。由于 10 kV 系统中性点无法引出 , 所以采用的相对地外加电容法。2 2 1 基本思路不加电容时 , 假设系统三相对地导纳相等 , 每相对地电压也相等 , 根据中性点电流总和等于零的条件 I 0= 0, 可以求得 :( UA0 + U0) YA + ( UB0 + U0) YB+ ( UC0+U0) YC= 0U0= - ( UA0 YA+ UB0 YB+ UC0 YC) / ( YA+ YB+ YC)UA= UA0 U0UA= UA0- ( UA0 YA + UB0 YB+ UC0 YC) / ( YA+ Y B+ YC) = [ ( UA0- UB0) YB+ ( UA0- UC0) YC] / ( YA + YB+ YC ) = ( UABYB- UCA YC) / ( YA + YB+ YC)( 1)式中 : UA0 为电 源输出 端对 没有引 出中 性点 的电压 , UA 为 A 相输电线对地电压。其他两相对地电压 :UB= ( UBC YC- UAB YA ) / ( YA+ YB+ YC )( 2)UC= ( UCA YA- UBC YB) / ( YA+ YB+ YC )( 3)在连 结 外加 电容 之前 , 三相 对 地电 容相 等 ,YA= YB = YC= Y, 则式 ( 1) 变换 :UA = Y ( UAB - UCA ) / ( Y + Y + Y) = Y( UAB - UCA) / Y ( 4)如果一相 ( A 相 ) 接有附加电容 Cad, 根据同样的公式推导可得 :U A= Y ( UAB - UCA) / ( Y + Yad) ( 5)根据式 ( 4) 和式 ( 5), 得 :312004年第 11 期 东北电力技术UA/ U A = ( Y+ Yad) / Y , 于是有 :C = CadU A / ( UA- U A ) ( 6)I C= C UA ( 7)式 (6) 和式 ( 7) 即为计算系统对地电容和电容电流的公式 , 其中 Cad为附加电容的电容量 , UA为 A 相未接电容前对地电压 , U A 为 A 相 外加电容后的对地电压。2 2 2 试验接线接线图如图 2 所示。图 2 相对地外加电容法测试接线图2 2 3 试验步骤a. 在被测变电所内选择一条线路做为测量使用线路 ( 一般选择电容器线 ), 断开该线路所有负荷。b. 将该线路送 电 , 测量 A 相对 地电压 , 记为 UA。c. 停电 , 做 好安全措 施后 , 在 A 相接上 外加电容 Cad。d. 拆除安全措施 , 将该线路送电 , 测量此时A 相对地电压 , 记为 U A 。将测得数据代入式 (6) 和式 (7) 即可得系统电容电流值。2 2 4 注意事项a. 附加电容 Cad要适中。 Cad 太小时 , UA 和U A 差别太小 , 计算误差大 ; Cad太大时 , 三相电压不平 衡 严重 , 中性点 电压 升高太 多。一 般要 求 Cad /C = 0 02~ 0 05, 正常取 0 5~ 2 F / 10 kV, 在一般情况下均可适用 ( 最大可测试电容电流 72 A) 。b. 测量仪表等级应选用 0 5 级及以上。c. 在某一相加电容后 , 相电压下降 , 其余两相上升。使用间接法测量系统电容电流 , 最大的优点就是安全 , 测试数据基本满足精度要求 ; 缺点是无法测有功分量、验证选线装置等。测试记录如表 1 所示。表 1 10 kV 系统电容 电流测试结果测试地点附加电容量Cad/ FUA / V U A / V三相对地电容 C / F电容电流 / A六合变 0 799 57 17 55 94 36 64 65 78锦变 0 799 29 61 57 19 18 88 35 3永安变 0 799 56 18 54 94 35 40 62 4四道沟 0 799 58 60 54 24 15 57 18 29其中四道 沟变电所同时采用直接 法进行了测试 , 测得电容电流为 19 25 A, 可见间接法完全满足测试精度要求。对于电容电流超过 30 A 的 10 kV 系统应装设消弧线圈。由于 10 kV 系统无中性点 , 需要安装接地变压器 , 在人为制造的中性点上连接合适的消弧线圈进行补偿。3 估算法除测量外 , 对系统电容电流 也可以采 用估算法 , 估算出系统电容电流值。a. 架空线路电网不同电压等级、有无避雷线的架空线路的电容电流 I C 可用经验公式计算 :I C= ( 2 7~ 3 3) UeL 10- 3 ( A)式中 : Ue 为架空线路的额定线电压 ( kV) ; L 为线路长度 ( km)。当线路无避雷线时 , 系数为 2 7, 当线路有避雷线时 , 系数为 3 3。对于同杆架设双回路的电容电流 , 因导线间有相互屏蔽作用 , 不能简单地计算为单回线路的 2 倍。多次实测表明 , 当双回线路同时运行 时 , 若 导线 水平排 列 , 则 电容 电流 为 1 8倍 ; 若导线为顺逆纵树排列 , 为 1 7 倍 ; 若导线垂直排列 , 可取 1 65~ 1 60 倍。当断开 的回路不接地时 , 运行回路的电容电流为 1 2~ 1 3 倍。同时 ,回路间距越小 , 屏蔽作用越大。b. 电缆电网单位长度电力电缆的电容电流 , 与其截面、结构、材质及运行电压有关 :I C= 0 1 UeL ( A)其中 : Ue 为电网线电压 ; L 为有直接电气连接的电缆总长。可利用经验公式 , 计算出单位长度下不同截面电缆的电容电流值 :I C( u) = [ ( 95+ 1 44 S) / ( 2 200+ 0 23 S) ] Ue式中 : I C ( u) 为单位长度电缆的电容电流 ( A/32 东北电力技术 2004 年第 11期标准功率电能表稳定性影响因素的分析The Analysis on the Stability Influence on Normal PowerElectric EnergyMeter朱淑媛( 东北电力科学研究院 , 辽宁 沈阳 110006)摘要 : 详细介绍了标准功率电能表的稳定性及其影响因素 , 从模拟及全数 字式标准功 率电能表 的特点及其 工作原理上 , 分析产生标准功率电能表不稳定因素的关键点 , 并给出了保证标准功率电能表长期稳定性应做的工 作。关键词 : 标准功率电能表 ; 稳定性 ; 影响因素 ; 分析[ 中图分类号 ] TM930. 115 [ 文献标识码 ] B [ 文章编号 ] 1004- 7913 ( 2004) 11- 0033- 04当前 , 我国电能计量检测部门使用的标准功率电能表 , 除一些进口仪器外 , 较为普遍的是 20 世纪 80 年代初参与国外产品开发研制的 , 采用时分割测量技术的模拟电子式电能表。该测量技术具有较为先进的测量原理 , 技术发展历史较长 , 该类产品在我国的生产技术已相当成熟 , 只要能够保证其中关键点的控制 , 该类产品基本上可以保证一定的稳定性 , 基本上满足了过去对低等级电能表的检定要求。但在实际使用中也经常出现精度漂移、稳定性差等问题。从目前来看 , 该类标准功率电能表在计量测试部门的使用还会维持一定的时间。对其关键技术的分析和控 制是保证其质 量、稳定性 的根本 , 分析造成其精度漂移等不稳定性因素 , 对提高保证此类标准功率电能表的可靠使用 , 具有极其重要的意义。除了这种模拟式标准功率电能表外 , 由于近年来电子技术的飞速发展 , 数字化技术在各行各业的应用也越来越普遍 , 采用全数字技术的功率电能测量产品已经出现 , 由于其中的模拟电路部分大大减少 , 因此在稳定性上 , 其优点是原来采用模拟方式测量的产品所不可比拟的。随着电能计量技术水平的不断提高 , 对标准功率电能表的要求也越来越高 , 因为标准功率电能表是整个电能计量最基础的工作 , 无论从量值传递的形式上或从电能计量的实际需求上 , 原来只关心标准功率电能表误差的大小 , 而不关心标准功率电能表的长期稳定性 , 实际上已经影响了量值传递的准确性和标准功率电能表使用的可靠性 , 在很多地方甚至造成了较大的损失。因此 , 探讨和分析标准功率电能表的长期稳定性具有极其重要的意义。1 标准功率电能表的稳定性1 1 定义计量标准的稳定性是指测量仪器保持其计量特性随时间恒定的能力。a. 若稳定性不是对时间而是对其他量而言 ,则应该明确说明。b. 稳定性可以用几种方式定量表示。例如 :用计量特性变化某个规定的量所经过的时间或用计量特性经规定的时间所发生的变化等。km) ; S 为电缆心线截面积 ( mm2) ; Ue 为额 定线电压 ( kV) 。当 10 kV 电 力电 缆心 线 的截 面积 为 300 mm2时 , I C ( u) = 2 32 A/ km。c. 对于变电所的设备所增加的电容电流 , 可以增加一个附加百分数加以考虑 , 具体可参照表 2。表 2 变电所配电装置对 I C 的影响电压等级 / kV 6 10 35 63 110附加值 / % 18 16 13 12 104 结束语对 10 kV 系统单相接地电流的测试 , 为小电流接地系统单相接地补偿及选线系统提供了可靠的依据 , 同时在此次测试中也积累了大量的经验 , 为今后的测试工作打下了良好的基础。作者简介 :张智军 (1949- ) , 工程师 , 主要从事 高压试 验及绝 缘监督 工作。( 收稿日期 2004- 04- 13)332004年第 11 期 东北电力技术