配电网电容电流估算公式的修正

1、第 21卷 第 1期 2004年 2月现 代 电 力M ODERN E LECTRIC POWER V ol 121 N o 11Feb 1 2004配电网电容电流估算公式的修正钟新华(浙江省 金华市电业局 , 金华 321017 摘 要 :配电网电容电流估算公式是配电网设计中的常用公式 。随着线路增多和设 备变化 , 传统的估算公式出现了很大误差 。为此 , 分析了造成公式误差的原因 , 重新推导出了新估算公式 , 对从事电力建设工程技术人员有极大的实用价值 。关键词 :配电网电容电流 ; 估算公式 ; 修正 中图分类号 :T M727文献标识码 :A 文章编号 :100722322(200

2、4 0120045205收稿日期 :20031021基金项目 :浙江省电力科技项目作者简介 :钟新华 (1958- , 高级工程师 , 主要从事配电网规划设计方面的研究 。1 问题的提出随着城市电网的扩大 , 特别是电缆出线的增 多 , 配电系统电容电流增加较快 。当系统的某一相 发生接地故障时 , 对地电容电流会相当大 , 接地电 弧如不能自熄 , 极易产生间隙性弧光接地过电压 , 持续时间长 , 影响面大 , 线路绝缘薄弱点往往还会 发展成两相短路事故 。 有时由于电磁式电压互感器 铁心饱和引起铁磁谐振过电压 , 将会造成电压互感 器损坏或熔断器熔断 , 使事故跳闸率明显上升 。针对配电网

3、日益出现电容电流增大现象 , 1997年浙江省金华电网实施接地变消弧线圈自动补偿电 容电流来提高配网可靠性 , 从 110kV 江南变第一台 接地变投运后五 、 六年来 , 先后出现了接地变均由 于补偿容量太小问题 , 而实际运行电容电流大而逐 一更换 。 例如 110kV 江南变 、站前变主变容量均为 2×40M VA , 10kV 母线 I 、 II 段分别装了 2台接地变 , 补偿范围每台 2050A , 运行 3年后市区供电 局反映电压不平衡 , 时常有接地信号 , 各条线路轮 流拉 , 2001年进行了实际测试 , 发现每段母线上电 容电流已超过了 70A , 随即更换了容

4、量大的接地 变 。 再如 110kV 义乌变 、稠城变在 10kV 母线装了 补偿电流为 2050A 接地变 , 投运不久 , 就出现接 地变工作在欠补偿状态 , 实际测试后 , 每段母线上电容电流在 80100A , 随即更换成补偿容量为100A 接地变 。针对这样的情况 , 引起了我们重视 。一是对设 计人员对配网电容电流估算公式进行核对 , 发现是 按设计手册上计算的没有差错 ; 二是访问了浙江省 其它地市局 , 发现一部分地市局 (衢州 、台州等 与金华有相同情况 。 如何才能预先准确计算出配电 网电容电流是急待解决的问题 。接地变消弧线圈容量的确定 , 取决于配网中电 容电流的大小

5、。 目前配网电容电流的确定主要采用 实际测量和理论估算两种方式 。 实际测量具有准确 度高的特点 , 在电网已经形成时可采用测量的方法 确定电网的电容电流 。 但在设计阶段 , 由于电网尚 未形成 , 必须经理论方法进行估算 。2 配电网电容电流传统估算方法211 传统上工程估算电容电流的几种经验公式目前电力部门在估算接地电容时 , 按照电力系 统设计手册多采用的传统计算方法 。单相接地系统 电容电流可以采用如下公式估算 :架空线的电容电流值 :I C =(217-313 Ul ×10-3(A 对于没有架空地线的采用 :I C =217Ul ×10-3(A ;对于有架空地线

6、的采用 :I C =313Ul ×10-3 (A 对于同杆双回线路 , 电容电流为单回路的 113 116倍 。电缆线路单相接地电容电流值 :I C =011Ul (A U 线路的额定电压 (kV l 线路的长度 (km 而这样的估算公式早在 20世纪 70年代中期就 被提出 , 适用于当时的线路和设备的情况 。至 20世纪 80年代后期 , 由于电缆已经逐渐增 多 , 电缆结构尺寸发生很大变化 , 所以在电缆线路 设计手册中电容估算公式进行了修正 , 将电缆截面 作为因变量引入公式 :I C =K U L (A 其中 K =95+1144S/2200+0123SU 缆线的额定电压

7、(kV L 电缆的长度 (km S 电缆芯线截面 (mm 2212 传统经验公式的不足目前看来 , 即使是以上修正公式对于电缆的结 构尺寸变化予以考虑 , 但由于近来大量采用的电缆 多为交联聚乙烯电缆 (XP LE , 与较早采用的油浸 电缆的电气参数发生了很大变化 , 所以该修正公式 也已经无法满足设计估算要求 。另外 , 由于配电网越来越大 , 网架结构非常复 杂 , 负荷多样化 , 拥有内部中压线路的大用户增加 很快 , 导致了对电容电流产生影响的因素非常复 杂 , 原来单一的估算公式考虑的情况过于简单 , 无 法满足现在配电网电容电流的估算要求 , 带来误差 较大 , 所以需要再修正

8、。3 估算公式修正的依据在长达一年多时间里 , 我们通过大量分析和现 场测试 , 对影响配网电电容电流的各种因素进行了 研究 , 找到了估算配网电容电流误差的主要原因 。 311 架空绝缘线和架空裸导线的分布电容差异 架空绝缘线造价比电缆要省得多 , 因此城区 10kV 配网使用绝缘线比较普遍 。 原先设计手册中未 专门对架空绝缘线分开计算 , 传统上设计人员把它 归类到架空线中 , 而实际由于架空绝缘线加了一层 绝缘介质 , 特别是绝缘架空线如果相距缩小架设 、 相与相电容和相对地电容都增大 。通过测试 , 架空 裸导线与架空绝缘线的电容电流是有差异的 。大约 是 :400V 每 10km

9、架空线 :0132A ;10kV 每 10km 绝缘架空线 :0162A 。312 配电网参数 (主要是电缆长度 无法统计准 确误差 由于现在对供电可靠性要求很高 , 变电站是以 环形网状或手拉手供电 , 电缆 、架空线布置错综复 杂 。 对于绝缘架空线 、 电缆长度与截面无法统计准 确 , 对用户自已管辖范围内的配电系统更无法统 计 , 这也造成估计误差的原因 。一般根据供电部门设计及管理职能划分 , 担任 110kV 变电所设计只关心 110kV 变电所 10kV 馈线出 去的电缆规格 , 计算 10kV 配网电容电流也只计这 一部分 , 而未考虑其它因素 , 但设计 10kV 接地变 容

10、量 , 计算电容电流时还应考虑如下两点 : 10kV 开闭所到各配电房 、 配变的电缆 。 城区 10kV 配网现在大部分已设置了开闭所 , 便 于灵活供电 , 因此配网分成几段供电 , 所以在统计 10kV 电缆时应考虑所有 10kV 高压电缆。 例如金华市 区 1997年 110kV 江南变设计时按馈线电缆统计 (近 期 15km , 远景 40km 只有 40km , 而实际开闭所至各 配变、 配电房高压电缆就有 45km , 加 110kV 变电所 10kV 主电缆出线近 80km , 误差一倍。 互为备用供电时配电网络的电缆 。城区 10kV 配网正常时有各自 110kV 变电所供

11、电 , 而一旦有一只 110kV 变电所出现抢修 、事故 时 , 10kV 配网由于已经实现了互为备用 , 这时配电 网覆盖范围扩大了 。 因此 , 在设计接地变时应该考 虑互为备用的高压电缆 。313 无功补偿电容器组接错线的影响一些电力局曾有因为无功补偿器接错线 , 从而 造成的估算结果出现了较大偏差 。主要是由于错将 中性点接地 , 会人为造成线路对地电容的增大 。 314 用户负荷对测量结果的影响对于 10kV 系统 , 供电企业往往只估算自己所 辖线路 , 而不计及大用户的电缆 , 有些大工业用 户 , 本身有十几公里的电缆 , 因此 , 实际测量结果 会与估算值相差较大 。 另外

12、, 有些用户本身有变电 所 , 其母线分段与电源变电站分段相同 , 且由同一 变电站供电 。 这样 , 总电容电流相差不大 , 分段测 电容电流时 , 会有很大差别 。 如某热电厂 , 10kV 系统分 3段 , 分别向该厂 10kV 系统 3段供电 , 实测 总电容电流 250A , 而分段测时 , 每段电容电流均在 200A 左右 。315 大量的低压电缆的影响10kV 系统中 , 配变下均有大量的低压电缆 。 根 据前面我们推导的低压线路的分布电容公式 , 可以 看到 , 由于目前低压线路的材质和大量使用 , 其贡 献的电容电流对系统总的电容电流是有相当程度的 影响 。 而长期来 , 供

13、电企业一般忽略由低压线路产 生的电容电流 , 目前看来 , 这部分电容电流也会造 成实际测量值和估算值一定程度的差异 。在设计规程中说到 , 380V 厂用电系统的接地电 容电流一般不超过 1A , 接地电容电流与电缆选型 有关 , 但不会超过 1A 。而配电变压器供电的低压 电缆直至进户线 , 虽然影响小 , 但因数量多 , 长度 长 , 总的电容电流不可忽视 , 但设计人员往往不会 去考虑 。 例如对金华电业局试点地区作了统计 , 城 区供电的一台 250kVA 公变或小区专变 , 低压电缆 (直至进户线 一般在 3km 左右 。全塑电缆由于对 地电容电流较小 , 忽略不计 , 金属保护的

14、三芯电缆 查得每相对地电容值如表 1。表 1 低压电缆统计数据 (对地电容 电缆截面 /mm 2对地电容 /(F/km (Ue =1kV 25015015650016301827001720191120181116 2台 40M VA 主变的 110kV 变电所 , 有配电变压 器容量 80100M VA , 则有低压电缆约 800kM (不 包括全塑电缆 , 则换算到 10kV 测电容电流约为 10A 左右 。316配电变压器电容电流的影响配电变压器虽然感抗大于容抗 , 而仍存在电 容 , 市区一个 110kV 变电所按 80M VA 容量输送负 荷 , 配电变压器也大约在 80M VA 容

15、量考虑 , 根据 有关测试和查找 , 大约每 800kVA 单相对地电容为 1F , 单相电容电流为 0121A , 一个 110kV 变电所所 属供电配电变压器电容电流有 13A 左右 。317 高次谐波的影响电力系统中的谐波能使电网的电压与电流波形 发生畸变 。 如民用配电系统中的中性线 , 由于荧光 灯 、 调光灯 、 计算机 、 冶炼厂等负载 , 会产生大量 的奇 次 谐 波 , 其 中 3次 谐 波 的 含 量 较 多 , 可 达 40%; 三相配电线路中 , 相线上的 3的整数倍谐波 在中性线上会叠加 , 使中性线的电流值可超过相线 上的电流 。4 系统电容电流估算公式修正综上所述

16、对配网电容电流估算公式影响因素诸 多 , 有必要对其进行修正 , 忽略次要因素 , 对主要 影响配网电容电流的几个参数予以修正 。411 配电装置影响率 计算电网的电容电流时 , 除了考虑了架空线路 和电力电线线路的电容电流 , 还应考虑变电所内配 电装置的影响 。资料表明 :电网额定电压为 10kV 时 , 变电所配电装置使电容电流增加了 12%18%左右 , 一般情况下取 15%进行计算 。 这部分电容电 流主要由主变压器 、 电流互感器 、电压互感器和开 关柜等对地电容产生 。 由于现在城区变配电装置开 关柜已从 GG 21A 改为全封闭中置柜 , 母线从敞开改 为全封闭 , 布置形式从

17、水平改为三角形 , 大大提高 对地电容 , 因此经我们推测电容电流要比原来高 , 可取 15%20%为常用影响率 。412 低压侧影响率 (单位为 A 低压侧电容电流的影响率可以分为两部分 , 一部 分是配电变压器对系统电容电流的影响 , 一部分是低 压线路对电容电流的影响。 低压线路的电容电流计算 不同于 10kV 线路的电容电流理论计算 , 其方法首先要 简单 , 其次满足一定的精度要求 , 并应具有良好的可 操作性。 根据已知的低压网络结构相关的统计数字以 及现有的一些测量资料 , 就可以对待定的低压线路造 成的电容电流影响率科学预测出来。对于用户侧低压的电容电流影响 , 可以根据不 同

18、的模型进行估算 。可以将供电区域分为居民区 , 中心商业区 , 农 村区 , 工业区 4种 , 并对各类型供电区域的选取典 型代表 , 统计低压电缆线路的长度 。低压电缆统计长度 l lowc , 可以有如下公式计算 l lowc =ni =1l i A i式中 :l lowc 为低压电缆统计长度 (单位 :km ; l i 为 各供电区域单位面积低压电缆长度 ; A i 为各类供电 区域的面积 。本文利用容量关系估算 110kV 变电所供电区域 内的配电变压器台数 , 然后利用统计的典型数据进行估算 , 具体方法如下 :市区一个按容量输送负荷 M T 的 110kV 的变电 所 , 一般需要

19、安装该容量的 90%的配电变压器容 量 , 而根据测试大约每 800kVA 单相对地电容为 1F , 单相电容电流为 0121A 。经统计 , 城区供电的一台 250kVA 公变或小区 专变 , 低压电缆 (直至进户线 一般在 3km 左右 , 而一般城市配电网中 , 经过统计 , 大概 80M VA 容 量的变电所 , 所辖供电区域内的平均低压电缆的长 度为 600800km 。这样 , 我们可以得到估算低压侧影响参数 =0121018+ 600 I low 80=01236M T +7151I low M T (A 式中 M T 为变电所主变容量 , 单位为 M VA 时 的数值 ;I l

20、ow 为低压线路单位长度电容电流折算到 高压侧的数值 , 一般为 010050101之 间 , 因截面面积和材质不同而出现差 异 , 因数值较小 , 所以估算中一般取 平均值 01007。则 =01236M T +010525M T =0128M T (A 因为以上均为统计的平均数据 , 因此不代表精 确数字 , 但其数量基本符合实际情况 。413 配电网裕度系数 该系数 , 主要包括对电缆长度以及其他配网参 数统计不准确 , 或者地区城市化建设较快 , 远景规 划中取较乐观的数值 , 均用该系数进行修正 , 根据 试点地区统计情况 , 其值在 111115之间 。 另外 , 还要计及高次谐波

21、的影响 , 其中 5次谐 波的影响最大 , 金华地区的谐波测试统计资料表 明 , I C5约占总电流的 3%5%, 可根据具体情况 选取修正数值 。 考虑到便于计算 , 将高次谐波影响 一并记入配电网复杂系数 。414 原设计手册中电缆电容电流计算公式修正 原电缆电容电流计算公式为I C =K U L其中 K =2200+0123S经多次对运行 10kV 电缆测试 K 值修正为K =2200+0123S表 2 I C 修正前后数值比较电缆截面2原计算公式A/km实 测A/km修正后计算结果 A/km700191131113124011521152133415 修正公式综上各项 , 系统电容电流

22、的修正公式如下 : I C =(1+ (I M L M +I B L B +I S L S +式中说明 :I C 系统电容电流值 (单位 :A :I M , I B , I S 分别为 10kV 主线路电缆 、分 支电缆和绝缘 (裸导线 架空线单位长度的电容电 流 (单位 :A/km ; (架空线总长度在 150kM 以内 电容电流可以忽略 L M , L B , L S 分别为 10kV 主线路电缆 、分 支电缆和绝缘 (裸导线 架空线总长度 (单位 : km ;:配电网裕度系数 :取 111115; 因为考虑 的因素较多 , 因此有一定的灵活性 , 例如对谐波不 明显的供电网络 , 可以适

23、当缩小该系数 , 反之亦 然 ; 对于供电区域内大用户不多的情况下 , 该系数 也有必要降低数值 。另外 , 对于城市化进程比较 快 , 远景规划要求高的地区 , 该系数也可适度放 大 。 故该系数灵敏度的确定需要一定的调研和历史 数据的积累 ; 配电装置影响率 , 取 1115112; 低压侧影响参数 , =0128MT, 主要跟主 变容量有关 。对于 10kV 主电缆的电容电流值 , 计算可利用 修正过的经验公式I C =K U L (A 其中 :K =(195+1144S /(2200+0123S 经验证 , 利用该公式计算出的电缆电容与实测 值比较接近 。参 考 文 献1 孙岩洲 ,

24、邱敏昌 . 配电网电容电流的测量方法分析 J.高电压技术 ,2002,28(8 :68702 陈海昆 . 电力系统电容电流的测量与补偿 J.华东电 力 ,2001,29(3 :2527.3 拉可维 , 霍曼斯 . 配电网络规划与设计 M.范明天 , 张 祖平译 . 北京 :中国电力出版社 ,19991Amendment on Estimated Formula of C apacitiveCurrent of Pow er Distribution G ridZhong Xinhua(Jinhua E lectric P ower Bureau , Jinhua City , Zhejiang

25、 Province , 321017Abstract :The estimated formula of capacitive current of power distribution grid is often used in the design of power distribution grid. With the increase of the cable line and the variation of the distribution equipment , the traditional estimated formula has great diviation. In t

26、his paper , the reas ons causing the deviation of the tradi 2 tional formula are analyzed , and a new estimated formula is put forward , wich is of great practical value to the technical pers onnel engaged in the construction of power grid.K ey w ords :capacitive current ; estimated formula ; amended formula 简讯国家发改委能源局有关负责人阐述电力工业发展原则 我国电力工业进入了加快发展的新时期 。 2002年底全国发电装机容量达到 3156亿千瓦 , 发电量达到 16 542亿千瓦时 , 均居世界第二位 。 电力供应基本满足了国民经济和社会发展的需要 。这位负责人说 , 根据电力工业多年积累的经验 , 今后电力工业发展应坚持以下原