對地電容

對地電容，指的是輸、配電線路對地存在電容，三相導線之間也存在著電容。

一般電器都有一個對地電容，相與相之間、相與地之間也都有一個對地電容。

基本介紹

• 中文名：對地電容
• 外文名：earth capacity
• 屬性：電器

電流及電容

當導線充電後，導線就與大地存在了一個電場，導線會通過大氣向大地（另二相導線也拆算到地）放電，將導線從頭到尾的放電電流“歸算”到一點，這個“假想”的電流就是各相對地電容電流。
電容的結構是兩個極板中間通過絕緣體構成，為此，線路中的導線成為一個極板，大地成為另一個極板，兩個極板中間依靠空氣絕緣，這就形成了電容的關係。儘管線路與大地之間的距離較大而形成的電容量甚小，隨著線路的覆蓋面越大(極板面積增大)，電容量也隨著有所增大的。

諧波阻抗套用

對各類系統對地電容計算方法進行了歸納總結的基拙上，針對"預調式"消弧線圈提出了一種檢測系統對 地電容的新方法，利用投切消弧線圈阻尼電阻的電力電子開關，通過短時控制其導通狀態以產生含有豐富頻率成分的擾動電壓、電流。利用該擾動電壓、電流信號並結合基於電力電子擾動技術的諧波阻抗測量方法測量系統對地電容以用於"預調式"消弧線圈的自調諧。電網正常工作情況下，通過短時改變投切阻尼電阻的晶閘管的導通狀態，等效於將阻尼電阻短時退出工作，進而在晶閘管兩端產生含有豐富頻率成分的擾動電壓、電流信號。基於配電網的近似線性，各頻次下擾動電壓與擾動電流呈現線性關係。利用擾動電壓、電流信號並結合基於電力電子擾動技術的諧波阻抗測量方法汁算系統對地電容。

系統意義

根據消弧線圈補償原理分析可知：（a ） 為了最大程度的減小接地電流，諧振接地系統對接入消弧線圈的大小與運行方式有明確要求。（b ） 全補償運行方式下，消弧線圈的感抗與系統對地容抗相等 。精確檢測系統對地電容是消弧線圈合理補償的前提。電網出現單相接地故障後，只有準確的檢測出系統對地電容，才能將接地殘流降到最小，使接地電弧可靠媳滅，避免兩相短路等更加惡劣事故的發生。因此，準確、高效的檢測系統對地電容對消弧線圈的有效補償具有重要的意義。

研究現狀

系統出現單相接地故障時，為了能夠快速媳滅電弧，應將消弧線圈迅速調節到位。消弧線圈自動跟蹤補償的關鍵是準確測量系統對地電容以確定消弧線圈的投入容量。現有的系對地電容的檢測方法可歸結為如下幾類：中性點位移電壓法、阻抗三角形法、兩點法與三點法、注入信號法。

中性點位移

這種方是以串聯諧振原理為基礎，通過改變消弧線圈檔位尋找中性點位移電壓最大值點，以得到系統對地電容值。當消弧線圈調節至諧振位置運行時，系統的運行方式為全補償方式，中性點位移電壓最大，此時線圈的感抗值與系統對地容抗值相等，通過確定消弧線圈電感值便可知道此時對地電容的大小。這種方法原理簡 單但也有缺點。在諧振點附近時，中性點位移電壓值已經很大且與諧振時的電壓值相差無幾，因此需要頻繁調節尋找諧振點，要精確的確定諧振點有一定的難度。同時對於非連續調節的消弧線圈，由於各檔位間是非無級式切換的，有可能無法準確找到諧振點，影響測量精度。

阻抗三角形法

針對"預調式" 消弧線圈，為了限制中性點位移電壓，消弧線圈側需加阻尼電阻，由於該阻尼電阻的存在便可以利用串聯諧振中電阻與電抗之間的三角形關係計算系統對地電容。該方法的準確性受到不平衡度的影響：對於"隨調式"消弧線圈，由於消弧線圈遠離諧振點運行，阻抗三角形的夾角就會變得非常小，同時帶來較大的計算誤差；該方法需要其它操作來確定系統的脫諧度且在此過程成中需要保持系統一直處於過補償或 欠補償的狀態：該方法一般用於消弧線圈串聯阻尼電阻運行的方式下，對於並聯阻尼電阻則需要進行一系列的公式變換，導致一定的誤差出現。

兩點法三點法

兩點法與三點法是通過測量消弧線圈檔位調節前後中性點位移電壓來計算系統對地電容值，兩點法需要改變一次消弧線圈的容量，三點法則需要改變兩次消弧線圈的容量。這兩種方法在電網正常工作時檢測電網電容電流，此時消弧線圈遠離諧振點工作，電網出現故障時又可迅速調節到位，因此無需裝設限壓來控制中性點 位移電壓。但是這兩者也有一定的缺點，前者忽略了電網阻尼率及消弧線圈的有功損耗電導，因此會導致較大的計算誤差；後者雖考慮了電網阻尼率，但同樣忽略了消弧線圈的有功損耗電，影響計算精度。

注入信號法

注入信號法又分為注入變頻信號法與注入恆頻信號法。其中注入變頻信號法是利用電壓互感器向消弧線圈注入信號，通過系統反映到電壓互感器二次側的信息來確定系統諧振頻率，從而計算系統的對地電容。這種方法是國內採用最為廣泛的一種注入信號法，它可被套用於各類消弧線圈，且實施過程是在電網未發生故障的情況下進行的，無需開啟任何自調諧裝置，且同時具備較高的測量精度。但該方法實時性較差，需要不斷的掃頻步驟以尋找諧振頻率，另外當中性點位移電壓較大時，很難準確找到諧振頻率，產生誤差；注入恆頻信號法是從電壓互感器開口三角側注入多個頻率恆定的電流信號，通過測量PT二次側電壓計算出配電網對地電容值和電容電流值，該方法在恰當的選頻下具有較高的測量精度。

表達式確定

利用晶閘管投切過程在晶間管兩端產生的擾動信號各頻次下諧波分量來計算系統對地電容。半波整流電路中晶閘管瞬時導通產生的暫態擾動的各諧波成分含量隨著頻率的升高而減小。因此為了保證系統對地電容計算的準確性，選取擾動電壓、電流中含量較高的8倍頻以下各諧波成分計算系統諧波阻抗。在這一頻率範圍內開展的相關諧波研究工作，變壓器通常仍用漏阻抗替代，配電線路仍採用集中參數π型模型等效，僅感抗和容抗隨頻變化而變化，可保證計算的準確性。

礦井測量方法

隨著煤礦供電網路的增大，單相接地電容電流隨之增大。電容電流的大小是決定是否要對電網補償，以及選擇補償設備的重要依據。現有的小電流接地系統對地電容的測量方法不適應礦井長期線上測量。因此，提出了一種基於線路模型參數識別的礦井對地電容線上測量方法，通過建立每條線路的數學模型，根據接地故障時的零序電壓、電流數據，採用最小二乘法求出線路對地電容。經過仿真和實驗驗證，在絕緣電阻為無窮大的情況下，對地電容識別的誤差率小於1%。

誤差分析

理論上，採用的零序電阻R01、零序電感L01真實參數保持一致。但是使用時由於電纜的接觸電阻的存在和高次諧波的影響，使得實際的零序電阻和零序電感大於理論值。

可見，當零序電壓和零序電流一定，R01增大，必然導致電容值減小，低於實際值。同理當L01增大時，也會導致導致電容值減小，低於實際值。因此運用線路模型對對地電容測量時，必須濾除零序電壓電流中的高頻分量。同時也可以利用建立的線路模型定期對零序電阻和電感進行修正，將辨識的參數擴展為3個，通過辨識得到零序電阻和電感的實際值。

實現步驟

利用發生接地故障時，流過不同線路上的零序電壓、電流數據就可求出該系統中各線路的對地電容。系統對地電容值求出後，可以很容易計算出系統電容電流的有效值，從而實時掌握了煤礦井下對地電容的狀況。在實際使用時通過實時採集故障時的零序電壓、零序電流，代入離散化的模型方程，經過最小二乘法辨識，得出對地電容C值。

為執行運算時的採集點數，由於待求參數只有一個，可以連續取數據幾個或十幾個，也就是用一段時間的採樣值對參數做出一個估計值，如此重複即可求解出對地電容值。

仿真與分析

為了驗證提出的方法的有效性，在實驗室搭建了單線路的供電模型，變壓器採用380/660V升壓變壓器，後接一台礦用饋電開關，饋電開關後接一條電纜出線，電纜為截面10mm2的礦用阻燃電纜，供電長度為100m。負載為1台4kW的礦用防爆電機。絕緣電阻通過測量為∞，試驗時採用饋電開關中的實驗按鈕，通過1kΩ電阻接地進行模擬實驗。進行單相接地模擬實驗，線上路分別並聯不同電容時通過線路模型計算得出的電容值。

可以看出採用線路模型方法得出的對地電容和實際值之間的誤差在1%以內。與採用的附加電容法的測量結果相比，誤差低於附加電容的方法。雖然採用線路模型算出的電容值和實際值之間存在的誤差，但總體來說，估計結果較準確，算法可以滿足現場工作的要求。

供電線路測量

提出了基於線路模型識別的煤礦井下供電線路對地電容線上測量方法，利用發生漏電故障時的供電線路的數學模型，採用最小二乘法對建立的線路模型進行參數辨識，計算出分布電容。通過仿真與實驗表明：

( 1) 此方法簡單易行，僅僅利用供電線路發生漏電時的故障數據進行計算，不必增加額外的設備，不影響電網正常運行，同時可以結合現有的供電線路保護裝置進行線上、實時對地電容的測量。

( 2) 本方法將線路等效為集中參數模型，但模型的參數誤差會造成電容辨識的結果偏離正常值，可通過濾波的方法消除誤差。

( 3) 對於採用電纜線路的公共電網，將其等效為集中參數模型，可以採用本方法進行對地電容的線上測量。

( 4) 本方法對於礦井的低壓供電線路也可以同樣採用這種方法測量。從而為礦井電網的安全運行提供可靠的依據。