HDPD-68A型配網(wǎng)電容電流測試儀的詳細介紹

一、產(chǎn)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(chǎn)生的電容電流。據(jù)統(tǒng)計，配電網(wǎng)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(yīng)裝設(shè)消弧 線圈以補償電容電流，這就要求對配網(wǎng)的電容電流進行測量以做決定。另外，配電網(wǎng)的對地電容和PT的參數(shù)配合會產(chǎn)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(zhì)的諧振，也必須準確測量配電網(wǎng)的對地電容值。傳統(tǒng)的測量配網(wǎng)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(shè)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(wǎng)電容電流測試儀。該新型智能化測試儀直接從PT的二次側(cè)測量配電 網(wǎng)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(cè)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(diào)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(jù)。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(chǎn)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(jié)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(jù)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(shù)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(jù)
5.對比度：調(diào)節(jié)液晶屏的顯示對比度
6.AC220V：電源插座及開關(guān)
7.復(fù)位鍵：用于儀器復(fù)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(cè)來測量配網(wǎng)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(cè)就感應(yīng)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(cè)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(jù)圖三的物理模型就可建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)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(jù)公式I=3ωCOUφ（Uφ為被測系統(tǒng)的相電壓）計算出配網(wǎng)系統(tǒng)的電容電流。
五、配電網(wǎng)中PT接線方式及PT的變比
配 電網(wǎng)中的PT接線方式和PT的變比會對測試儀的測量結(jié)果產(chǎn)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(jié)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(jù)，在測試前必須對配電網(wǎng)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(wǎng)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(jù)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(wǎng)系統(tǒng)的線電壓，如6kV、10kV或35kV）。這兩個變比就分別對應(yīng)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(wǎng)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(cè)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(zhuǎn)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(wǎng)其運行方式如圖六所示。

這時，使用測試儀測量配網(wǎng)電容電流前必須完成以下操作：
① 查測量用的PT高壓側(cè)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(guān)心系 統(tǒng)內(nèi)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(luò)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(jīng)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(jié)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(cè)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(cè)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(yīng)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(jīng)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(cè)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(yīng)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(yīng)于測試儀的“4PT1”接線方式。
其中， 為配電網(wǎng)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(cè)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(zhuǎn)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(jié)果是準確的。但當被測電容太大時，測量結(jié)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(cè)短接，并將被短接的開口三角側(cè)打開，從打開兩側(cè)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)電容電流的接線如圖十一所示：

圖十一中，Tr為變壓器35kV側(cè)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(cè)（即57V的端子），再將PT的高壓端A引一根導(dǎo)線，用絕緣桿引到變壓器中性點O。
⑶  正確設(shè)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(jié)果。值得注意的是：如果被測系統(tǒng)是10kV系統(tǒng)，測量結(jié)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(guān)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(shè)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(wǎng)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(wǎng)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(jīng)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(shè)想。有了PT的隔離，PT的二次側(cè)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(wǎng)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(yīng)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(yīng)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(jù)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(fù)位”鍵中斷儀器的測試。
八、測量其他電壓等級電網(wǎng)的電容電流
由 于該測試儀是從PT的二次側(cè)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(jié)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(jīng)過歸算才能得到正確的測量結(jié)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(wǎng)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(wǎng)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(yīng)用于其他電壓等級的電網(wǎng)。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(jié)果歸算的問題，歸算就是將測量結(jié)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(wǎng)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(jù)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(jié)果乘以系數(shù)（10/18.5）2＝0.292后才是真實的電容測量結(jié)果，電容電流的真實值則是顯示結(jié)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(cè)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(yīng)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(jié)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。