淺談礦井高壓電網單相接地電容測試方法

杜國楨

(陜西煤礦安全監察局，陜西西安 710001)

0 引言

單相接地電容電流的測試方法較多，大致有金屬性直接接地法、偏置電容法、單相經電阻接地法等，具體由測試方法原理的不同決定其適用的范圍。現場測試人員在開展測試工作中應根據實際情況選用適宜的測試方法，安全、準確地測取礦井高壓電網實際的單相接地電容電流值，有效指導企業及時治理礦井高壓電網單相接地電容電流超限問題。

1 測試方法概述

單相接地電容電流的測試方法較多，按測試原理大致可分為直接測試法和間接測試法兩類。其中直接測試法又稱為單相金屬接地法，是較為傳統的測試手段，早期曾為大多數礦井技術管理人員采用。間接測試方法分為好幾種，大致有偏置電容法、單相經電阻接地法、信號注入法等。考慮到單相金屬接地法對不同接地方式、有無補償裝置的電網均適用，測試方法也相對簡單，因此在文中重點予以介紹。同時考慮到偏置電容法、單相經電阻接地法、信號注入法的優點，兼顧到不同人員需求，將對這3種方法做簡單敘述，現場實施時可根據具體情況選用適宜的方法，只要在保證安全的前提下能準確地測取到真實的數據，采用何種方法均可。

2 直接測試法

單相金屬接地法為較傳統的一種測試方法，曾廣泛被有關科研院所、檢測機構、企業等采用。為使方法更具可操作性，文中按照無消弧線圈補償的電網和裝設消弧線圈補償的電網兩種情況分別給出了測試方法原理圖，分別如圖1、圖2所示。

圖1 無消弧線圈的電網測試原理圖

圖2 裝設消弧線圈的電網測試原理圖

測試時按圖1或圖2進行接線，確認電網系統絕緣狀態良好，閉合測試控制開關，同時快速記錄各測試顯示儀表讀數，數據采集后立即斷開測試控制開關。

考慮到現場實際測試時的電網電壓和頻率可能與電網額定電壓及頻率不完全一致，兩種情況下均應按照公式(1)將測取的接地電容電流值進行換算，最終得到電網額定參數下的數值。

式中:ICe、IC—額定參數下及實際參數下的換算值及實測值，A;Ue、fe—電網額定電壓 V及頻率Hz;Uav—電網線電壓實測值，V;f—電網頻率實測值，Hz。

電網裝有消弧線圈時，根據圖2測取的有關數據由公式(2)計算出電網單相接地電容電流值。

式中:IC—電網實際參數狀態下單相接地電容電流，A;P1、P3—殘余電流和補償電流的有功功率，W;Q2、Q4—殘余電流和補償電流的無功功率，VA;U0—中性點不對稱電壓，V;K1、K2—CT變比。

3 間接測試方法

間接測試單相接地電容電流的常用方法包括單相經電阻接地法、偏置電容法、信號注入法。上述試驗方法與金屬直接接地法一樣，均為目前技術人員現場常用方法，每種方法均有其具體適用范圍，也各有其優缺點，所以在此簡單予以敘述，檢驗人員實際操作時可根據現場具體情況選取適宜的方法。

3．1 單相經電阻接地法

本方法適用于額定電壓6 kV、10 kV電網且中性點非接地系統及經消弧線圈接地系統，測試原理圖如圖3所示。

圖3 單相經電阻接地法測試原理圖

測試時按圖3進行接線，合上測試控制開關，記錄測試顯示儀表示值，數據采集后立即斷開測試回路，按公式(3)計算單相接地電容電流值。

式中:IC—單相接地電容電流，A;IR—接地電阻回路中實測電流，A;Un—PT低壓側線電壓，V;U0—電網PT二次側開口三角電壓，V。

實際測試時接地電阻功率不應低于6 kW，電阻器絕緣水平應按10 kV電壓設計;對電網中性點非接地的6 kV系統及10 kV系統，電阻器阻值分別可參照按表1、表2規定選取。

表1 6 kV電網系統電阻器電阻參照值

表2 10 kV電網系統電阻器電阻參照值

對電網中性點裝有消弧線圈的系統，依據表1、表2給出的參考數據，按照由大至小的順序選取電阻。具體試驗時可根據電網電纜敷設長度、電纜材質、電壓等級及變電所配置情況等粗略估算單相接地電容電流所處區間，選定接地電阻值。

3．2 偏置電容法

本方法適用于6 kV、10 kV電網中性點不接地系統，測試原理圖如圖4所示。

圖4 偏置電容法測試原理圖

測試時按圖4接線，合上測試控制開關，快速讀取測試顯示儀表數值，數據采集后立即斷開測試回路，根據測取的數據按公式(4)計算電網單相接地電容電流。

式中:IC—實測接地電容電流，A;I'C—偏置電容回路中實測電流值，A;Un—PT低壓側線電壓，V;U0—電網PT二次側開口三角電壓，V。

偏置電容絕緣水平應按10 kV電壓等級設計，接入偏置電容測試回路后應保證電網中性點偏移電壓以5%～10%相電壓為宜，基于此原則偏置電容容值選取建議為三相對地電容總容值的5%～8%。

3．3 信號注入法

本方法適用于6 kV、10 kV電網中性點不接地系統，該方法測試步驟相對簡單，測試時只需在電網PT的低壓開口三角處注入不同頻率的信號，便可直接測取到電網單相接地電容電流值。測試方法原理圖如圖5所示。

圖5 信號注入法測試原理圖

除信號注入法外其余4種試驗方法均為高壓試驗項目，每次試驗均對電網存有一定的潛在危害性。為確保試驗能夠順利進行，試驗時測試人員應嚴格按照規定試驗步驟進行。尤其是金屬直接接地法，考慮到試驗是在系統單相直接接地情況下進行的，當系統一相接地時，其余兩相對地電壓升高為線電壓，在測試前應當普查電纜及設備的絕緣狀況，發現缺陷必須及時予以消除，以免在電壓升高時非接地相對地絕緣擊穿，形成兩相接地短路事故。

4 測試方法優缺點及注意事項

4．1 直接測試法

優點:①測試原理簡單，易于技術人員接受;②適用范圍廣，對有無消弧線圈、不同補償原理的消弧線圈系統、復雜電網和簡單電網均適用;③測試數據準確，能真實反映礦井電網單相接地電容電流數據，可有效指導礦井安全生產;④測試儀表及配件為市面常用標準器件，便于技術人員實際操作。

缺點:①試驗時，非接地相對地電壓升高為線電壓，對電網絕緣要求相對較高;②在測試前必須確認電網系統絕緣狀況，不適用于電網絕緣存在缺陷系統;③試驗時，非接地相電壓升高，增加了非接地相對地絕緣擊穿的概率，可形成兩相接地短路事故，特殊情況下會影響礦井安全生產;④直接接地時接地電容電流相對較大，對測試回路要求相對嚴格，對測試人員專業技術能力要求相對較高。

4．2 間接測試法

優點:①測試時，實測回路中流過的電流比直接接地法偏小，對測試回路沖擊性相對較小;②安全性相對較高，尤其是信號注入法對測試現場人員人身安全及被測電網幾乎無任何影響;③測試方法更易于現場試驗人員接受，對測試人員專業技術能力要求低;④部分測試方法測試時，非接地相電壓升高不是太大，對電網破壞性相對較少，不易造成相間短路，測試工作對礦井電網安全運行影響甚小;⑤部分測試方法前期準備工作少，可操作性及實用性強。

缺點:①部分測試方法適用范圍受限，對部分電網不適用;②部分測試方法對個別測試設備選型有較高要求，如偏置電容器電容值、串接電阻器電阻值、專用測試儀器精度等;③部分測試原理相對復雜，部分理論需要較高的專業技術知識做支撐;④部分方法中間計算環節多，測試準確度相對降低。

4．3 測試注意事項

測試時應注意:①測試前應確保電網系統絕緣水平滿足有關標準要求，試驗時機宜在電網每年的電氣預防性試驗合格后進行;②現場實驗時應將測試控制開關的斷路器的三相觸頭進行串聯，將開關速斷保護動作值整定為保護瞬時動作電流Ic的5倍左右;③為保證測試數值準確度，測試時選用的儀器儀表精度應高于0．5級，測試選用的PT、CT精度應高于1級;④測試現場應具有當測試控制開關無法斷電時的備用停電措施;⑤測試回路選用的連接導線材質應為銅芯，截面積應大于15 mm2;⑥合上測試控制開關后應在系統穩定后迅速讀取測試數據，盡量縮短系統電網單相接地時間。

5 結語

掌握并正確運用單相接地電容電流的測試方法、適用范圍及其利弊可實現安全準確測取有關數據的作用，可為企業制定相應措施提供依據和技術支持，對治理礦井電網單相接地電容電流危害具有重要的意義，進而為礦井的安全運行提供技術保障。