CN103675469A - 一种高压线路分布电容测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压线路分布电容测量装置及其测量方法，该测量装置包括对被测试相线的相电压进行测量的相电压测量电路和基于偏置电容C_f的接地电容电流测量电路；相电压测量电路与被测试相线相接；接地电容电流测量电路包括偏置电容C_f和对流经偏置电容C_f的电流进行检测的电流检测单元，偏置电容C_f一端接在被测试相线上且其另一端接地；其测量方法包括步骤：一、偏置电容连接前线路相电压测量；二、偏置电容连接后线路相电压测量；三、接地电容电流测量：对流经偏置电容C_f的电流进行测量；四、分布电容计算。本发明设计合理、接线方便且测量方法简单、测量结果准确，能在带电状态下对高压线路分布电容进行测量，并且测量过程安全可靠。

Description

一种高压线路分布电容测量装置及其测量方法

技术领域

本发明属于高压线路分布电容测量技术领域，尤其是涉及一种高压线路分布电容测量装置及其测量方法。

背景技术

目前，我国6kV～10kV配电系统中以中性点不接地或经消弧线圈接地方式为主。其中，中性点不接地方式的显著优点是系统在经常发生单相接地故障（约占60%以上）时，可以短时持续运行。但是，由于配电系统对地电容的存在，就可能引发起间歇性弧光接地、铁磁谐振等中性点位移过电压，甚至发生事故，从而导致整个配电系统的绝缘薄弱环节击穿、设备损坏、开关跳闸，并中断对用户的供电。因而，对配电系统对地电容的测量至关重要。现如今，所采用的电容电流测定方法较多，通常采用附加电容法和金属接地法进行测量，但实际使用过程中前者的测量方法复杂，不易操作；后者存在一定危险性，安全系数较低。综上，缺少一种结构简单、设计合理且测量方法简单、测量结果准确的高压线路分布电容测量装置及其测量方法，能在带电状态下对高压线路分布电容进行测量，并且测量过程安全可靠。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种结构简单、设计合理且使用操作简便、使用效果好的高压线路分布电容测量装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高压线路分布电容测量装置，其特征在于：包括对被测试相线的相电压进行测量的相电压测量电路和基于偏置电容C_f的接地电容电流测量电路；所述相电压测量电路与被测试相线相接；所述接地电容电流测量电路包括偏置电容C_f和对流经偏置电容C_f的电流进行检测的电流检测单元，所述偏置电容C_f为一个接地电容或由多个电容器串接或并接形成的电抗器，所述偏置电容C_f的一端接在被测试相线上且其另一端接地；所述被测试相线为被测试高压线路的A相、B相或C相线。

上述一种高压线路分布电容测量装置，其特征是：所述相电压测量电路包括分压电阻器、与所述分压电阻器相串接的接地电阻R2和对接地电阻R2的两端电压进行测试的电压测量单元，所述分压电阻器为一个高压电阻R1或由多个高压电阻R1串接而成的电阻器；所述分压电阻器的一端为高压端且其另一端为低压端，所述分压电阻器的高压端接在被测试相线上且其低压端经接地电阻R2后接地；所述偏置电容C_f的一端与所述分压电阻器的高压端相接且其另一端接地。

上述一种高压线路分布电容测量装置，其特征是：所述电流检测单元为电流互感器CT；所述接地电容电流测量电路还包括与电流互感器CT相并接的电压表U2或万用表二；所述电压测量单元为与接地电阻R2相并接的电压表U1或万用表一。

上述一种高压线路分布电容测量装置，其特征是：还包括上部开口的箱体和安装在箱体上的操作面板，所述箱体内安装有电子线路板；所述电压表U1、万用表一、电压表U2和万用表二均安装在操作面板上；所述分压电阻器、接地电阻R2、偏置电容C_f和电流互感器CT均布设在所述电子线路板上；所述操作面板上设置有两个接线端子一，两个所述接线端子一分别与所述分压电阻器的高压端和低压端相接。

上述一种高压线路分布电容测量装置，其特征是：所述偏置电容C_f为由多个电容器串接形成的电抗器，所述操作面板上设置有多个接线端子二，多个所述接线端子二分别与多个电容器中相邻两个所述电容器之间的接线点相接。

同时，本发明还公开了一种方法步骤简单、实现方便且能在带电状态下对高压线路分布电容进行测量、测量过程安全可靠的高压线路分布电容测量方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、偏置电容连接前线路相电压测量：通过所述相电压测量电路对被测试相线的相电压进行测量，测量出的相电压记为U_v；此时，所述电容电流测量电路处于断开状态；

步骤二、偏置电容连接后线路相电压测量：接通所述电容电流测量电路，通过所述相电压测量电路对被测试相线的相电压进行测量，测量出的相电压记为U′_v；

步骤三、接地电容电流测量：通过所述电流检测单元对流经偏置电容C_f的电流进行测量，测量出的电流记为I_C；

步骤四、分布电容计算：根据公式计算得出被测试相线对地的分布电容C_分布，式中f为被测试线路的交流电频率，ΔU=U_v-U′_v。

上述方法，其特征是：当被测试相线发生单相接地故障时，步骤三中接地电容电流测量完成后，还需根据公式计算得出被测试相线发生单相接地故障时的接地电流I_接地。

上述方法，其特征是：步骤二中偏置电容连接后线路相电压测量完成后，还需判断ΔU=U′_v-U_v是否小于U₀：当ΔU≥U₀时，进入步骤三；否则，增大偏置电容C_f的容值直至ΔU≥U₀后，将此时所述相电压测量电路测量出的被测试相线的相电压记为U′_v，并进入步骤三；其中，U₀=500V±50V。

上述方法，其特征是：步骤一中所述被测试相线为被测试高压线路的A相、B相或C相线；步骤四中分布电容计算完成后，还需按照步骤一至步骤四中所述的方法，对被测试高压电路其它两个相线对地的分布电容进行测量。

上述方法，其特征是：所述相电压测量电路包括分压电阻器、与所述分压电阻器相串接的接地电阻R2和对接地电阻R2的两端电压进行测试的电压测量单元，所述分压电阻器为一个高压电阻R1或由多个高压电阻R1串接而成的电阻器；所述分压电阻器的一端为高压端且其另一端为低压端，所述分压电阻器的高压端接在被测试相线上且其低压端经接地电阻R2后接地；所述接地电容C_f的一端与所述分压电阻器的高压端相接且其另一端接地；所述电压测量单元为与接地电阻R2相并接的电压表U1或万用表一；

步骤一中通过所述相电压测量电路对被测试相线的相电压进行测量时，根据公式

计算得出被测试相线的相电压U_v，式中R_分压为所述分压电阻器的阻值，R2为接地电阻R2的阻值，U₁为所述电容电流测量电路处于断开状态时电压表U1或万用表一的电压读数；

步骤二中通过所述相电压测量电路对被测试相线的相电压进行测量时，根据公式

计算得出被测试相线的相电压U′_v，式中R_分压为所述分压电阻器的阻值，R2为接地电阻R2的阻值，U₁′为所述电容电流测量电路处于接通状态时电压表U1或万用表一的电压读数；

所述电流检测单元为电流互感器CT；所述接地电容电流测量电路还包括与电流互感器CT相并接的万用表二；

步骤三中通过所述电流检测单元对流经偏置电容C_f的电流进行测量时，根据公式

计算得出流经偏置电容C_f的电流I_C，式中I_量程为万用表二的电流测量量程，U_量程为万用表二的电压测量量程，U₂为万用表二的电压读数。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、所采用的高压线路分布电容测量装置结构简单、设计合理且投入成本较低。

2、所采用的高压线路分布电容测量装置体积小、重量轻且携带方便。

3、所采用的高压线路分布电容测量装置接线方便、使用操作简便且使用效果好、实用价值高，只需将相电压测量电路的高压端搭接在被测试相线上，之后通过控制开关K1和控制开关K2便可实现测量，且经过简单计算便能得出被测试相线对地的分布电容C_分布和发生单相接地故障时的接地电流I_接地。

4、所采用的高压线路分布电容测量方法步骤简单、实现方便且能在带电状态下对高压线路分布电容进行测量、测量过程安全可靠，只需测量出偏置电容连接前后被测试相线的相电压U_v和U′_v即可，因而实现简便且测量误差小，测量精度高。并且，也可以测量出被测试相线完全接地时的故障电流。

5、接线简单、快捷且方便，使用条件不受限制，既可在变电站内进行测量，也可可在与被测试相线相连的任一分支线进行测量，并且测量结果不变。

6、采用偏置电容C_f测试得出的接地电容电流（即万用表二的读数经换算后的电流值）的测试精度高且测量结果准确，测量出的电流为对地电容电流，不含有功分量与负序分量，因而不受谐波分量的影响。并且，测试得出的接地电容电流和推算得出的被测试相线完全接地时的故障电流（即线路单相接地电流），能给馈线远方终端接地故障定值设置提供依据。

7、测量效果好，不受中性点引出的影响和电网不对称度的影响，并且具有在不影响电网的安全运行和供电可靠性的条件下，简单、方便、快捷测量接地电容电流，并相应推算单相接地故障电流大小的优点。并且，本发明能实现带电作业，只需将所述相电压测量电路的高压端搭接在被测试相线上，之后通过控制开关K1和控制开关K2便可实现测量，且经过简单计算便能得出被测试相线对地的分布电容C_分布（即被测试相线与大地之间的分布电容）和发生单相接地故障时的接地电流I_接地，因而不会对电网的正常运行造成影响。

8、适用范围广，不受有无中性点引出的影响和电网不对称度的影响；测量时可带电操作，不需对电网进行倒闸操作，对系统电压影响较小，不会对电网的绝缘构成威胁，不影响电网的安全运行和供电可靠性。

综上所述，本发明设计合理、接线方便且测量方法简单、测量结果准确，能在带电状态下对高压线路分布电容进行测量，并且测量过程安全可靠。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明高压线路分布电容测量装置对A相线进行测量时的电路原理图。

图2为本发明高压线路分布电容测量装置的结构示意图。

图3为本发明高压线路分布电容测量方法的流程框图。

附图标记说明:

1-1—万用表一；         1-2—万用表二；         2—箱体；

3—操作面板；           4—接线端子一；         5—接线端子二。

具体实施方式

如图1所示的一种高压线路分布电容测量装置，包括对被测试相线的相电压进行测量的相电压测量电路和基于偏置电容C_f的接地电容电流测量电路。所述相电压测量电路与被测试相线相接。所述接地电容电流测量电路包括偏置电容C_f和对流经偏置电容C_f的电流进行检测的电流检测单元，所述偏置电容C_f为一个接地电容或由多个电容器串接或并接形成的电抗器，所述偏置电容C_f的一端接在被测试相线上且其另一端接地。所述被测试相线为被测试高压线路的A相、B相或C相线。

实际接线时，被测试高压线路的A相、B相或C相线分别经电容C_A、C_B和C_C后接地。同时，所述偏置电容C_f与被测试相线之间串接有控制开关K2，所述相电压测量电路与被测试相线之间串接有控制开关K1。

本实施例中，所述相电压测量电路包括分压电阻器、与所述分压电阻器相串接的接地电阻R2和对接地电阻R2的两端电压进行测试的电压测量单元，所述分压电阻器为一个高压电阻R1或由多个高压电阻R1串接而成的电阻器。所述分压电阻器的一端为高压端且其另一端为低压端，所述分压电阻器的高压端接在被测试相线上且其低压端经接地电阻R2后接地。所述偏置电容C_f的一端与所述分压电阻器的高压端相接且其另一端接地。

本实施例中，所述分压电阻器为一个高压电阻R1。所述接地电阻R2的电阻值不大于10欧。

本实施例中，所述电流检测单元为电流互感器CT。

实际使用时，所述电流检测单元也可以采用其它类型的电流检测装置。

实际使用时，所述接地电容电流测量电路还包括与电流互感器CT相并接的电压表U2或万用表二1-2。所述电压测量单元为与接地电阻R2相并接的电压表U1或万用表一1-1。

本实施例中，所述接地电容电流测量电路还包括与电流互感器CT相并接的万用表二1-2。所述电压测量单元为与接地电阻R2相并接的万用表一1-1。实际使用时，所述万用表二1-2也可以用电压表U2来代替，所述万用表一1-1可以用电压表U1来代替。实际进行测量时，所述万用表一1-1和万用表二1-2均处于电压档。

结合图2，本发明所述的高压线路分布电容测量装置还包括上部开口的箱体2和安装在箱体2上的操作面板3，所述箱体2内安装有电子线路板。所述电压表U1、万用表一1-1、电压表U2和万用表二1-2均安装在操作面板3上。所述分压电阻器、接地电阻R2、偏置电容C_f和电流互感器CT均布设在所述电子线路板上。所述操作面板3上设置有两个接线端子一4，两个所述接线端子一4分别与所述分压电阻器的高压端和低压端相接。本实施例中，所述万用表一1-1和万用表二1-2均安装在操作面板3上。

本实施例中，所述偏置电容C_f为由多个电容器串接形成的电抗器，所述操作面板3上设置有多个接线端子二5，多个所述接线端子二5分别与多个电容器中相邻两个所述电容器之间的接线点相接。

因而，实际使用时，通过对串接形成所述电抗器的电容器的数量进行调整，能简便对偏置电容C_f的容值进行相应调整。

实际加工时，所述箱体2采用环氧树脂绝缘材料加工而成，并且偏置电容C_f采用全绝缘材料（如环氧管）进行安装且其固定采用尼龙螺钉，因而无可导电配件，使用过程安全可靠。

如图3所示的一种高压线路分布电容测量方法，包括以下步骤：

步骤一、偏置电容连接前线路相电压测量：通过所述相电压测量电路对被测试相线的相电压进行测量，测量出的相电压记为U_v；此时，所述电容电流测量电路处于断开状态。

本步骤中，控制开关K1处于连接状态，且控制开关K2处于断开状态。

步骤二、偏置电容连接后线路相电压测量：接通所述电容电流测量电路，通过所述相电压测量电路对被测试相线的相电压进行测量，测量出的相电压记为U′_v。

本步骤中，控制开关K1和控制开关K2均处于连接状态。

步骤三、接地电容电流测量：通过所述电流检测单元对流经偏置电容C_f的电流进行测量，测量出的电流记为I_C。

步骤四、分布电容计算：根据公式

计算得出被测试相线对地的分布电容C_分布，式中f为被测试线路的交流电频率，ΔU=U_v-U′_v。

实际进行测试时，步骤二中所接通的所述电容电流测量电路中所用偏置电容C_f的容值已知。

实际使用时，常用的工频交流电的频率为50HZ。

本实施例中，电容C_A、C_B和C_C的容值相等，并且A相、B相或C相线的对地相电压也对称，则只需测量A相、B相或C相线中任一相线对地的分布电容C_分布即可，其它其它两个相线对地的分布电容均与所测量的该相线对地的分布电容C_分布相同。

另外，为了减少测量误差，也可以采用三相轮流加压的办法对A相、B相和C相线对地的分布电容分别进行测试。也就是说，步骤一中所述被测试相线为被测试高压线路的A相、B相或C相线；步骤四中分布电容计算完成后，还需按照步骤一至步骤四中所述的方法，对被测试高压电路其它两个相线对地的分布电容进行测量。

本实施例中，步骤三中接地电容电流测量完成后，还需根据公式

计算得出被测试相线发生单相接地故障时的接地电流I_接地。

综上，通过如图2所示的测量方法对被测试相线对地的分布电容C_分布进行测量时，只需测量出偏置电容连接前后被测试相线的相电压U_v和U′_v即可，因而实现简便且测量误差小，测量精度高。并且，也可以测量出被测试相线完全接地时的故障电流。

步骤二中偏置电容连接后线路相电压测量完成后，还需判断ΔU=U′_v-U_v是否小于U₀：当ΔU≥U₀时，进入步骤三；否则，增大偏置电容C_f的容值直至ΔU≥U₀后，将此时所述相电压测量电路测量出的被测试相线的相电压记为U′_v，并进入步骤三；其中，U₀=500V±50V。也就是说，需选择合适容值的偏置电容C_f，使得偏置电容连接后线路相电压的变化量不小于U₀。

本实施例中，U₀=500V。

实际使用时，可以根据具体需要，对U₀的取值大小在450V～550V的范围内进行相应调整。

实际操作过程中，对偏置电容C_f的容值进行调整时，当偏置电容C_f为一个接地电容时，则直接对该接地电容进行替换或通过串接或并接电容的方式，对偏置电容C_f的容值进行调整；当偏置电容C_f为由多个电容器串接形成的电抗器时，通过对串接组成所述电抗器的电容器的数量及所串接各电容器的容值进行调整的方式，对偏置电容C_f的容值进行调整；当偏置电容C_f为由多个电容器并接形成的电抗器时，通过对并接组成所述电抗器的电容器的数量及所并接各电容器的容值进行调整的方式，对偏置电容C_f的容值进行调整。

实际进行测量时，步骤一中通过所述相电压测量电路对被测试相线的相电压进行测量时，根据公式计算得出被测试相线的相电压U_v，式中R_分压为所述分压电阻器的阻值，R2为接地电阻R2的阻值，U₁为所述电容电流测量电路处于断开状态时电压表U1或万用表一1-1的电压读数。

步骤二中通过所述相电压测量电路对被测试相线的相电压进行测量时，根据公式

计算得出被测试相线的相电压U′_v，式中R_分压为所述分压电阻器的阻值，R2为接地电阻R2的阻值，U₁′为所述电容电流测量电路处于接通状态时电压表U1或万用表一1-1的电压读数。

本实施例中，U₁为所述电容电流测量电路处于断开状态时万用表一1-1的电压读数。U₁′为所述电容电流测量电路处于接通状态时万用表一1-1的电压读数。因而，实际测试非常简便，并且测试结果准确，读数方便。

本实施例中，步骤三中通过所述电流检测单元对流经偏置电容C_f的电流进行测量时，根据公式计算得出流经偏置电容C_f的电流I_C，式中I_量程为万用表二1-2的电流测量量程，U_量程为万用表二1-2的电压测量量程，U₂为万用表二1-2的电压读数。

综上，本发明能实现带电作业，只需将所述相电压测量电路的高压端搭接在被测试相线上，之后通过控制开关K1和控制开关K2便可实现测量，且经过简单计算便能得出被测试相线对地的分布电容C_分布（即被测试相线与大地之间的分布电容）和发生单相接地故障时的接地电流I_接地。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种高压线路分布电容测量装置，其特征在于：包括对被测试相线的相电压进行测量的相电压测量电路和基于偏置电容C_f的接地电容电流测量电路；所述相电压测量电路与被测试相线相接；所述接地电容电流测量电路包括偏置电容C_f和对流经偏置电容C_f的电流进行检测的电流检测单元，所述偏置电容C_f为一个接地电容或由多个电容器串接或并接形成的电抗器，所述偏置电容C_f的一端接在被测试相线上且其另一端接地；所述被测试相线为被测试高压线路的A相、B相或C相线。

2.按照权利要求1所述的一种高压线路分布电容测量装置，其特征在于：所述相电压测量电路包括分压电阻器、与所述分压电阻器相串接的接地电阻R2和对接地电阻R2的两端电压进行测试的电压测量单元，所述分压电阻器为一个高压电阻R1或由多个高压电阻R1串接而成的电阻器；所述分压电阻器的一端为高压端且其另一端为低压端，所述分压电阻器的高压端接在被测试相线上且其低压端经接地电阻R2后接地；所述偏置电容C_f的一端与所述分压电阻器的高压端相接且其另一端接地。

3.按照权利要求1或2所述的一种高压线路分布电容测量装置，其特征在于：所述电流检测单元为电流互感器CT；所述接地电容电流测量电路还包括与电流互感器CT相并接的电压表U2或万用表二（1-2）；所述电压测量单元为与接地电阻R2相并接的电压表U1或万用表一（1-1）。

4.按照权利要求3所述的一种高压线路分布电容测量装置，其特征在于：还包括上部开口的箱体（2）和安装在箱体（2）上的操作面板（3），所述箱体（2）内安装有电子线路板；所述电压表U1、万用表一（1-1）、电压表U2和万用表二（1-2）均安装在操作面板（3）上；所述分压电阻器、接地电阻R2、偏置电容C_f和电流互感器CT均布设在所述电子线路板上；所述操作面板（3）上设置有两个接线端子一（4），两个所述接线端子一（4）分别与所述分压电阻器的高压端和低压端相接。

5.按照权利要求4所述的一种高压线路分布电容测量装置，其特征在于：所述偏置电容C_f为由多个电容器串接形成的电抗器，所述操作面板（3）上设置有多个接线端子二（5），多个所述接线端子二（5）分别与多个电容器中相邻两个所述电容器之间的接线点相接。

6.一种利用如权利要求1所述测量装置对高压线路分布电容进行测量的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、偏置电容连接前线路相电压测量：通过所述相电压测量电路对被测试相线的相电压进行测量，测量出的相电压记为U_v；此时，所述电容电流测量电路处于断开状态；

步骤二、偏置电容连接后线路相电压测量：接通所述电容电流测量电路，通过所述相电压测量电路对被测试相线的相电压进行测量，测量出的相电压记为U′_v；

步骤三、接地电容电流测量：通过所述电流检测单元对流经偏置电容C_f的电流进行测量，测量出的电流记为I_C；

步骤四、分布电容计算：根据公式

计算得出被测试相线对地的分布电容C_分布，式中f为被测试线路的交流电频率，ΔU=U_v-U′_v。

7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于：当被测试相线发生单相接地故障时，步骤三中接地电容电流测量完成后，还需根据公式计算得出被测试相线发生单相接地故障时的接地电流I_接地。

8.按照权利要求6或7所述的方法，其特征在于：步骤二中偏置电容连接后线路相电压测量完成后，还需判断ΔU=U′_v-U_v是否小于U₀：当ΔU≥U₀时，进入步骤三；否则，增大偏置电容C_f的容值直至ΔU≥U₀后，将此时所述相电压测量电路测量出的被测试相线的相电压记为U′_v，并进入步骤三；其中，U₀=500V±50V。

9.按照权利要求6或7所述的方法，其特征在于：步骤一中所述被测试相线为被测试高压线路的A相、B相或C相线；步骤四中分布电容计算完成后，还需按照步骤一至步骤四中所述的方法，对被测试高压电路其它两个相线对地的分布电容进行测量。

10.按照权利要求6或7所述的方法，其特征在于：所述相电压测量电路包括分压电阻器、与所述分压电阻器相串接的接地电阻R2和对接地电阻R2的两端电压进行测试的电压测量单元，所述分压电阻器为一个高压电阻R1或由多个高压电阻R1串接而成的电阻器；所述分压电阻器的一端为高压端且其另一端为低压端，所述分压电阻器的高压端接在被测试相线上且其低压端经接地电阻R2后接地；所述接地电容C_f的一端与所述分压电阻器的高压端相接且其另一端接地；所述电压测量单元为与接地电阻R2相并接的电压表U1或万用表一（1-1）；

步骤一中通过所述相电压测量电路对被测试相线的相电压进行测量时，根据公式计算得出被测试相线的相电压U_v，式中R_分压为所述分压电阻器的阻值，R2为接地电阻R2的阻值，U₁为所述电容电流测量电路处于断开状态时电压表U1或万用表一（1-1）的电压读数；

步骤二中通过所述相电压测量电路对被测试相线的相电压进行测量时，根据公式

计算得出被测试相线的相电压U′_v，式中R_分压为所述分压电阻器的阻值，R2为接地电阻R2的阻值，U′₁为所述电容电流测量电路处于接通状态时电压表U1或万用表一（1-1）的电压读数；

所述电流检测单元为电流互感器CT；所述接地电容电流测量电路还包括与电流互感器CT相并接的万用表二（1-2）；

步骤三中通过所述电流检测单元对流经偏置电容C_f的电流进行测量时，根据公式

计算得出流经偏置电容C_f的电流I_C，式中I_量程为万用表二（1-2）的电流测量量程，U_量程为万用表二（1-2）的电压测量量程，U₂为万用表二（1-2）的电压读数。

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