HDPD-68A型配網電容電流測試儀的詳細介紹

一、產品的用途及特點
目 前，我國配電系統(tǒng)的電源中性點一般是不直接接地的，所以當線路單相接地時流過故障點的電流實際是線路對地電容產生的電容電流。據統(tǒng)計，配電網的故障很大程 度是由于線路單相接地時電容過大而無法自行息弧引起的。因此，我國的電力規(guī)程規(guī)定當10kV和35kV系統(tǒng)電容電流分別大于30A和10A時，應裝設消弧 線圈以補償電容電流，這就要求對配網的電容電流進行測量以做決定。另外，配電網的對地電容和PT的參數(shù)配合會產生PT鐵磁諧振過電壓，為了驗證該配電系統(tǒng) 是否會發(fā)生PT諧振及發(fā)生什么性質的諧振，也必須準確測量配電網的對地電容值。傳統(tǒng)的測量配網電容電流的方法有單相金屬接地的直接法、外加電容間接測量法 等，這些方法都要接觸到一次設備，因而存在試驗危險、操作繁雜，工作效率低等缺點。
為 解決這些問題，我公司與大專院校及試驗研究院共同潛心研制，開發(fā)出HDPD-68A型配網電容電流測試儀。該新型智能化測試儀直接從PT的二次側測量配電 網的電容電流，與傳統(tǒng)的測試方法相比，該儀器無需和一次側打交道，因而不存在試驗的危險性，無需做繁雜的安全措施和等待冗長的調度命令，只需將測量線接于 PT的開口三角端就可以測量出電容電流的數(shù)據。由于從PT開口三角處注入的是微弱的異頻測試信號，所以既不會對繼電保護和PT本身產生任何影響，又避開了 50Hz的工頻干擾信號，同時測試儀的輸出端可以耐受100V的交流電壓，若測量時系統(tǒng)有單相接地故障發(fā)生，亦不會損壞PT和測試儀，因而無需做特別的安 全措施，使這項工作變得安全、簡單、快捷，且測試結果準確、穩(wěn)定、可靠。
該測試儀采用大屏幕液晶顯示，中文菜單，操作非常簡便，且體積小、重量輕，便于攜帶進行戶外作業(yè)，接線簡單，測試速度快，數(shù)據準確性高，大大減輕了試驗人員的勞動強度，提高了工作效率。
二、主要技術指標及使用條件
1.電容電流測量范圍：1 A～250A   0.3μF～125μF
2.測量精度：1A≤I≤100A：  ±（3%I+3個字）
            100A＜I≤250A：±（5%I+3個字）
3．電壓等級：3kV、6kV、10kV、35kV、66kV
3.工作溫度：-10℃～50℃
4.工作濕度：0～80%
5.工作電源：AC 220V±10%    50Hz±1Hz
6.外形尺寸：350mm×200mm×150mm
7.儀器重量：2.5Kg
三、面板及各鍵功能介紹（圖一）



1.電流輸出端子：輸出測量信號，接到PT開口三角端
2.保險管：配置220V/2A保險管，用于保護儀器過載或故障
3.端子：儀器的接地端子
4.液晶屏：顯示測試狀態(tài)和測試數(shù)據
5.對比度：調節(jié)液晶屏的顯示對比度
6.AC220V：電源插座及開關
7.復位鍵：用于儀器復位初始化或中斷測試
8電壓選擇鍵：按該鍵，可以在3kV、6kV、10kV、35kV、66kV系統(tǒng)線電壓間循環(huán)選擇“方式/測量”鍵：多功能鍵，短按（即按下后立刻松開）時，用于循環(huán)選擇系統(tǒng)PT的接線方式；長按（即按下2秒后才松開）時，用于啟動測量。
四、測量原理
HDPD-68A型是從PT 開口三角側來測量配網的電容電流的。其測量原理如圖二所示。

在 圖二中，從PT開口三角注入一個異頻的電流（非50Hz的交流電流，目的是為了消除工頻電壓的干擾），這樣在PT高壓側就感應出一個按變比減小的電流，此 電流為零序電流，即其在三相的大小和方向相同，因此它在電源和負荷側均不能流通，只能通過PT和對地電容形成回路，所以圖二又可簡化為圖三。

根據圖三的物理模型就可建立相應的數(shù)學模型，通過檢測測量信號就可以測量出三相對地電容值3C0，再根據公式I=3ωCOUφ（Uφ為被測系統(tǒng)的相電壓）計算出配網系統(tǒng)的電容電流。
五、配電網中PT接線方式及PT的變比
配 電網中的PT接線方式和PT的變比會對測試儀的測量結果產生很大的影響，如果PT的接線方式和變比選擇不正確，測量結果將不是系統(tǒng)的真實電容電流值，而是 真實值乘以兩變比之商的平方倍。因此為了測得正確的數(shù)據，在測試前必須對配電網中PT的接線方式及PT變比有一個清晰的了解。本測試儀采用循環(huán)選擇的方式 來選擇系統(tǒng)PT的各種接線方式及變比，這樣用戶無需繁瑣地輸入各種PT接線方式下的變比，使測量工作更簡便、更快捷。本儀器提供五種“方式”的選擇，即 3PT、3PT1、4PT、4PT1，1PT，每種方式代表一種PT的接線方式和不同的變比，這五種方式基本上包括配電系統(tǒng)中各種常用的PT接線方式。
目前，我國配電網的PT接線方式有以下幾種：
1.3PT接線方式：
這種接線方式分“N接地”、“B相接地”兩種，分別如圖四和圖五所示。 
對 于這兩種方式，均從N-L兩端注入測試信號。根據所用PT的不同，組成開口三角的二次繞組可能是100/3（V）或者100（V）繞組，這樣，測量時PT 的變比分別為： 、 （其中 為配電網系統(tǒng)的線電壓，如6kV、10kV或35kV）。這兩個變比就分別對應于測試儀中“方式”選擇中的3PT、3PT1兩種方式，通過短按“方式/測 量”鍵來進行方式選擇。



圖 四、圖五所示的系統(tǒng)運行方式是從開口三角測量系統(tǒng)容流時所必須的運行方式，而對于一般的配網系統(tǒng)，并不都是處于這樣的運行方式下，例如在系統(tǒng)中還接有消弧 線圈、PT高壓側中性點接有高阻消諧器、PT開口三角接有二次消諧裝置等。這時，為了使用測試儀進行容性電流的測量，必須將運行方式轉換為圖四或圖五所示 的運行方式。
常見的采用3PT接線方式的配網其運行方式如圖六所示。

這時，使用測試儀測量配網電容電流前必須完成以下操作：
① 查測量用的PT高壓側中性點是否安裝高阻消諧器，如有，將其短接。從測量原理可知，選用哪組PT進行測量，我們就只考慮這組PT的接線情況。而無需關心系 統(tǒng)內的其他PT的情況。如果系統(tǒng)中有些PT安裝高阻消諧器，有些沒安裝，則*可以從沒有安裝高阻消諧器的PT進行測量，這樣可以省去短接消諧器的工作。
② 查消弧線圈是否全部退出運行。在有電氣的被測電壓等級系統(tǒng)中所有消弧線圈均要退出運行，并非只退出該變電站的消弧線圈。同時只考慮被測電壓等級的情 況，無需考慮其他電壓等級的情況。例如，被測變電站A為10kV系統(tǒng)，并通過聯(lián)絡線與變電站B的10kV系統(tǒng)相連，變電站A有2臺消弧線圈，變電站B有1 臺消弧線圈，則測量時有電氣的這3臺消弧線圈均要退出運行；而35kV系統(tǒng)有無消弧線圈則無需考慮。
③退出PT 開口三角的消諧裝置。如果經過實測證明，開口三角所接的某些廠家某些型號的二次消諧裝置對測量結果沒有影響，則消諧裝置可以不退出運行。一般對于微電腦控制的消諧器，其只有在系統(tǒng)有諧振發(fā)生時才動作，該類消諧器一般對測量無影響。
④如果PT二次側并列運行（很少見），則將其改為單獨運行。
⑤ 確保將測試儀的電流輸出端正確接到圖四的開口三角N-L上。一般在二次的端子編號為N600和L630。為了確保連接正確，可以按下列方法進行檢查： （1）用萬用表分別測量PT二次側三相電壓和開口三角電壓；(2)將三相電壓中的zui大值減去zui小值得到的差和開口三角電壓比較，如果兩者差不多，就說明找 到的開口三角端是正確的；如果兩者差別很大，則說明沒有正確找到開口三角端。例如，測量得到三相電壓分別為61V、60V、59.5V，則正確的開口三角 電壓應為1.5V左右，如果測量得到的開口三角電壓僅為0.2V，說明找到的開口三角端不正確或PT開口三角連線已經斷開（在現(xiàn)場實測中發(fā)現(xiàn)有多個變電站 的PT 開口三角連線斷開情況）。
⑥ 選擇正確的PT變比，也就是選擇正確的PT接線方式。HD-68A型是通過選擇PT接線方式和系統(tǒng)電壓來達到選擇PT變比的作用，這樣 對于試驗人員會更方便、快捷。PT一般是采用100/3V的二次繞組連接成開口三角，但也有特殊的情況，有些變電站的PT采用100V二次繞組組成開口三 角。為了確保選擇變比的正確，可以通過測量組成開口三角的各繞組的電壓來確定。
完成以上操作后，就可以運用HD-68A型進行準確測量電容電流了。
2．4PT接線方式
在測量中，如系統(tǒng)有3PT的接線PT，盡量從3PT中測量，盡量避免采用4PT接線方式。
大 部分變電站中的4PT的接線方式有兩種接法，分別如圖七和圖八所示。對于圖七中這種4PT的接線方式，組成星形的三個PT的開口三角側被短接，系統(tǒng)零序電 壓由第四個PT的測量線圈來測量，各相電壓分別從A－N、B－N、C－N端測量。這種接線方式下，系統(tǒng)單相接地時N－L端的電壓為57.7V。


圖八中的接線和圖七中的接線*區(qū)別是在N－L端串接入第四個PT的33V二次線圈，這樣當系統(tǒng)單相接地時，N－L兩端電壓為91V（即57.7V＋33.3V）。
在圖七和圖八中,測量信號都是從N-L端注入。
在 圖七中，零序PT（即第4個PT）的二次零序繞組是ox-oa繞組，其電壓通常為100/√3V，則測量時PT變比為 。這種接線方式和變比下，對應于測試儀的“4PT”方式。也就是說，如果接線方式如圖七所示，則在測量電容電流前必須通過短按“方式/測量”按鈕來選擇 “4PT”方式。
在 圖八中，零序PT（即第4個PT）的二次零序繞組是由主繞組ox-oa繞組和副繞組oxo-oao串聯(lián)組成，主繞組ox-oa的電壓為 100/√3（V），副繞組oxo-oao的電壓為100/3V，則測量時PT變比為 。這種接線方式下，對應于測試儀的“4PT1”接線方式。
其中， 為配電網系統(tǒng)的線電壓，如6kV、10kV或35kV。
第 三種4PT接線方式如圖九所示。這種接線方式比較少見，但在系統(tǒng)中還是存在。在圖九中這種接線方式三相PT的三個二次輔助繞組即：1ao-1xo、 2ao-2xo、3ao-3xo組成開口三角L601-L602，oa-ox和oao-oxo為零序PT的兩個二次繞組，它們與開口三角L601- L602組成一個大的開口三角N600-L601。相電壓也是從a、b、c與N6000中測量。
對于這種接線方式，將L601和L602短接，并從N600和L601端注入測量電流，接線方式選擇“4PT1”即可。

注意：對于4PT的接線方式測量時注意以下兩點：
①當PT二次側繞組沒有輔助繞組組成開口三角并短接時，用本儀器沒有辦法直接測量，可將4PT接線的運行方式轉變?yōu)?PT的運行方式，然后按前面所述的3PT方式進行測量。
②　當被測的三相對地電容小于30微法時（10kV電容電流約為55A），測量結果是準確的。但當被測電容太大時，測量結果就會隨電容的增大而偏差較多。如果比較準確測量，可將4PT接線的運行方式轉變?yōu)?PT的運行方式，然后按前面所述的3PT方式進行測量。
將4PT接線的運行方式轉變?yōu)?PT的運行方式的方法如下：
①4PT的接線方式一和方式二， 將第四個PT高壓側短接，并將被短接的開口三角側打開，從打開兩側注入電流測量即可。這時4PT接線的運行方式就*變成了3PT的運行方式。
②4PT的接線方式三，將零序PT即圖九中所示的PT4的高壓繞組短接，將儀器的電流輸出端接到圖九中所示的開口三角L601-L602，就可以開始測量了。其接線圖如圖十所示。

六、從變壓器中性點測量配網電容電流的方法—1PT方式
“1PT方式”就是外加一個電壓互感器(PT)從變壓器中性點或接地變中性點測量配網電容電流的方法,是對3PT和4PT方式的補充。這種測量方式的優(yōu)點就是測試人員不必考慮母線PT組的接線方式，所以在測量過程中也無需二次班的人員進行配合工作。
1．測量接線
采用HD-68A型從變壓器中性點或接地變中性點測量配網電容電流的接線如圖十一所示：

圖十一中，Tr為變壓器35kV側繞組，或是10kV系統(tǒng)的接地變，O為變壓器中性點，Ca、Cb、Cc分別為三相對地電容， PT是外加的一個電壓互感器， AX，ax分別為PT的一、二次繞組，PT的變比為 （即從57V的端子進行測量）。
測量的操作步驟如下
⑴  將儀器接地端子及PT一、二次繞組的X端和x端接地。
⑵  將儀器的電流輸出端接到PT的二次側（即57V的端子），再將PT的高壓端A引一根導線，用絕緣桿引到變壓器中性點O。
⑶  正確設置測試儀的測量方式：
① 將測試儀的“系統(tǒng)電壓”選為10kV（因為測量用的PT是10kV的，選擇“系統(tǒng)電壓”和“PT接線方式”起到輸入PT變比的作用）。
② PT接線方式選1PT。
⑷  開始測量，得到測量結果。值得注意的是：如果被測系統(tǒng)是10kV系統(tǒng)，測量結果可以直接讀??；對于其他電壓等級，電容量是可以直接讀取的，但電容電流測量 值要乘上一個該電壓和10kV的比值，因為對地電容量一定，電容電流與系統(tǒng)電壓成正比關系。如被測系統(tǒng)為35kV，則真實的電容電流值為測試儀的“顯示 值”乘以3.5（即35kV/10kV）。
⑸  測量完畢，先取下絕緣桿，再收拾試驗現(xiàn)場。
2．測量注意事項
⑴  PT的一、二次繞組及測試儀要接好地。
⑵  要使用合格的絕緣桿將引線引到變壓器中性點O。
⑶  引線與周圍的設備及試驗人員保持安全距離。
3．外加PT進行測量的必要性
采用上述方法進行配網電容電流測量時要外加一個PT，這是為了將高壓和低壓進行安全隔離，保證試驗人員及測試儀器的安全。 
我 們知道，配網系統(tǒng)正常運行時，變壓器中性點或接地變中性點的對地電壓是比較低的，一般只有幾十伏到幾百伏。但如果測量時系統(tǒng)發(fā)生單相接地，變壓器中性點或 接地變中性點的對地電壓就上升為相電壓，對35kV和10kV系統(tǒng)而言，此時中性點的電壓分別為20.2kV和5.8kV，如果不經過PT而直接將儀器引 線到中性點進行測量，當系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，就會有很高的電壓加在儀器上，從而危及儀器和試驗人員的安全，后果不堪設想。有了PT的隔離，PT的二次側電 壓才200V或58V，測試儀是能承受這樣的電壓的，對試驗人員也是安全的。
所以，從安全性考慮，從變壓器中性點或接地變中性點測量配網電容電流時采用PT隔離是十分必要的。
七、使用方法
1. 首先將測試儀可靠接地。
2. 對于3PT方式應按圖十二接線，將測試儀的電流輸出端與PT開口三角端連接，對于4PT接線方式的系統(tǒng)，    則將儀器的電流輸出端與圖四或圖五中所示的N-L端相連即可；對于1PT方式，應按圖十一接線。
3. 接通電源，開機后儀器自檢，自檢通過后，在液晶屏上顯示“請選擇系統(tǒng)線電壓及PT接線方式”。

4. 按 “電壓選擇”鍵，可以循環(huán)選擇被測系統(tǒng)線電壓： 66kV ->3kV->6kV->10kV->35kV->66kV。
選擇系統(tǒng)線電壓后，根據系統(tǒng)的PT實際接線方式和變比，短按“方式/測量”鍵循環(huán)選擇測量方式：
3PT->4PT->4PT1->3PT1->1PT->3PT        其中： 
3PT—3PT接線方式一，組成開口三角的繞組電壓為100/3（V），PT變比為 ；
3PT1—3PT接線方式二，組成開口三角的繞組電壓為100（V），PT變比為 ；
4PT—4PT接線方式一，第四個PT的變比為 ；
4PT1—4PT接線方式二，第四個PT變比為 。
1PT—在變壓器中性點（或接地變中性點）上人為外接一個電壓互感器（通常采用10kV PT）進行測量的方式，此10kV PT的變比  。
5. 選擇接線方式后，長按“方式/測量”鍵直到液晶屏顯示出“正在測量，請稍候”，這時儀器開始進行測量。測量完成后，液晶屏顯示出所測系統(tǒng)的對地電容值和電容電流。在測量過程中，可隨時按下“復位”鍵中斷儀器的測試。
八、測量其他電壓等級電網的電容電流
由 于該測試儀是從PT的二次側測量系統(tǒng)的對地電容值，從而計算出系統(tǒng)的電容電流值，因此PT的變比和PT的接線方式直接影響測量結果。為了便于使用，本儀器 不是直接輸入PT的變比，而是通過選擇“系統(tǒng)電壓”和“PT的接線方式”來達到輸入變比的目的。例如，選擇“10kV”和“3PT1”的方式，則測試儀默 認PT的變比為 ，如果現(xiàn)場測量中PT的變比與測試儀的默認值不同，則必須經過歸算才能得到正確的測量結果。系統(tǒng)對地電容測量值的歸算公式為：

也就是說，真實的對地電容值等于測試儀顯示值乘以一個修正系數(shù)，這個修正系數(shù)等于測試儀默認變比和PT真實變比商的平方。得到電容值后就可以利用公式 計算出系統(tǒng)電容電流值。
使 用HD-68A型可以測量中性點不接地的任意電壓等級電網的電容電流，考慮到儀器使用的方便性，本測試儀僅提供了配電網常見的電壓等級 （3kV，6kV，10kV，35kV，66kV）以供選擇，但本測試儀同樣可以應用于其他電壓等級的電網。這時，由于實際的PT變比與測試儀提供選擇的 變比不同，就存在一個測量結果歸算的問題，歸算就是將測量結果乘以一個歸算系數(shù)，具體的歸算方法如下：選擇一個與真實電網線電壓等級UZ相近的“系統(tǒng)線電 壓”Un，測量方法和上述介紹的方法*相同，根據上述的歸算公式就可以知道：將測量出的電容值乘以歸算系數(shù)（Un/UZ）2 就是所測系統(tǒng)真實的電容值，而電容電流的真實值則是顯示值乘以（Un/UZ）。例如，測量電壓等級為18.5kV的發(fā)電機系統(tǒng)，由于本測試儀沒有提供 18.5kV系統(tǒng)線電壓供選擇，可以在測試儀中選擇“系統(tǒng)線電壓”為10kV進行測量，這時測試儀則以10kV為默認值，而系統(tǒng)實際的PT變比是以 18.5kV為基準的，因此必須將電容的測量結果乘以系數(shù)（10/18.5）2＝0.292后才是真實的電容測量結果，電容電流的真實值則是顯示結果乘以 （10/18.5）＝0.54。同樣，也可以選擇“系統(tǒng)線電壓”為35kV，但這時電容量的歸算系數(shù)是（35/18.5）2＝3.579，電容電流的歸算 系數(shù)是（35/18.5）＝1.892。
九、儀器檢驗和日常校準
為 了確認HDPD-68A型是否正常，可以在PT不帶電的情況下對測試儀進行檢驗和校準。檢驗方法如下：取一個10kV（其他電壓等級亦 可）的PT，在高壓端接入一個已知電容量的電容（耐壓大于100V即可），將二次側主繞組a-x端（電壓為 ）與測試儀的電流輸出端連接，即從a-x端進行測量。選擇測試儀的系統(tǒng)線電壓為“10kV”（如果PT是其他電壓等級的，則選擇相應的系統(tǒng)線電壓）、方式 為“1PT”，長按“方式/測量”鍵進行測量，如果測量結果和已知電容的電容量*，說明該測試儀是正常的，測量是準確的，可以用于現(xiàn)場測量。