★ 許惠強，朱頌儀（廣東電網有限責任公司惠州供電局，廣東 惠州 616000）

★ 廖小海，陳北江（廣州市仟順電子設備有限公司，廣東 廣州 511430）

關鍵詞：分布電容；分布電容檢測；相位偏移

1   引言

電容器是由兩個相鄰導體與中間絕緣介質構成的元件。直流系統內不可避免存在分布電容，主要由配電線路電纜、設備電源濾波電容及對地電容組成。電容雖不消耗直流電源能量，但系統電壓發生偏移時，電容充放電會產生回路電流，若其達到保護裝置動作條件，可能引發誤動事故。

傳統檢測電容的萬用表或橋表需離線測量，且要求電容不帶電，無法適配帶電運行的直流系統。現有通過電壓變化速率計算分布電容的方法，僅針對系統總電容。為掌握各支路分布電容情況、量化威脅，本文設計了一種基于相位識別技術的分布電容測量方法。

2   檢測原理—基于相位識別技術檢測分布電容

支路分布電容檢測原理如圖1所示，在直流系統正負極間注入高頻正弦信號，采用CT測量各支路的正弦信號分量，將CT所測的電流信號的幅值、相位與注入的基準信號進行比較，即可計算支路絕緣電阻和分布電容。

圖1 檢測原理

電容計算原理為在直流系統正負極間注入高頻正弦信號，信號波形如式（1）所示：

當支路存在分布電容C時， 支路的CT電流響應為式（2）：

響應信號與基準信號的相位差為式（3）：

當R→∞（純電容）時，??→?90°；當C=0時， ??=0°。根據相位差??與電容C的關系式可計算出直流系統分布電容值。電容計算公式為式（4）：

3   分布電容檢測裝置設計

3.1   裝置系統設計

分布電容檢測裝置由檢測主機、電容測量模塊、支路電流測量CT組成，硬件集成 裝置電源、控制CPU、電壓采樣、特征信號、人機交互、數據存儲、數據通信等單元，如圖2所示。

圖2 檢測裝置結構組成

裝置電源：將90～250V輸入轉為5V和12V穩定電壓，為各單元供電；

控制CPU：負責邏輯運算與數據交互；

電壓采樣單元：采集對地電壓，為絕緣分析和相位角計算提供依據；

特征信號單元：生成測量用高頻信號；

人機交互單元：通過LED和LCD實現數據顯示與參數輸入；

數據存儲單元：存儲參數與測量數據；

數據通信單元：通過串口、網口與上位機通信；

模塊與CT： CT感應電流，模塊將數據轉為數字信號傳輸給CPU。

系統初始化后先采集直流系統電壓，在電壓偏移不影響安全時啟動檢測：主機發出高頻信號，待穩定后通過模塊獲取CT電流信號，將其與電壓基準信號做對比計算電容，并顯示結果。

3.2   關鍵電路設計

（1）高頻信號發出電路

圖3 高頻信號發出電路

高頻信號發出電路如圖3所示。該電路的主要功能是系統輸出高頻信號，用以檢測其經過支路后的相位。

該電路在雙T電路基礎上應用普通的741運算放大器產生1000Hz正弦波輸出。調節100kΩ電位器使電路起振，而電路的振蕩頻率由R1和R2確定，且一般情況下，這兩個電阻都相等，其振蕩頻率與阻值成反比。通常電阻的阻值選擇在4.7～18Ω之間，當R1和R2阻值確定后， 可確定所需電容大小。圖3中， 電阻阻值選為13Ω，電容為0.01/μF，振蕩頻率為1kHz。

（2）采樣電路

圖4 正極采樣電路（負極采用電路類似）

采樣電路結構如圖4所示，用于采集直流系統母線的電壓信號。該電路的設計確保了采集信號的精度和穩定性，具體步驟如下：

信號采集：采樣電路通過R9分壓和LC電路濾波后，將直流電壓信號傳遞到AMC1200芯片。此階段的濾波和分壓過程確保了信號的質量和測量的準確性。

信號處理：信號經過AMC1200芯片的處理后，輸出信號再經過C7、C8濾波和R13限流，進行放大處理。放大后的信號經過進一步的濾波（C20、C28等）和限流（R15），最終送入AD轉換芯片進行AD轉換。這個過程確保了采集信號的高精度和穩定性。

數據轉換：AD轉換芯片將模擬信號轉換為數字信號，以便進一步的數據處理和分析。這一步驟是確保信號可以被精確處理和解讀的關鍵。

4   裝置應用

為驗證裝置的可行性，使用電阻和電容模擬直流系統絕緣故障，模擬電路如圖5所示。

圖5 裝置試驗電路

試驗結果表明，本文設計的分布電容檢測裝置符合設計要求，其性能表現優異。該裝置能夠在不同工作條件下準確識別支路分布電容，具有較高的靈敏度和穩定性，選線準確率高。經過長期運行測試，裝置的誤報率和漏報率均在預期范圍內，顯示出較強的可靠性。此外，裝置的操作界面友好，數據處理快速，適合在實際應用中推廣使用。總體而言，該監測裝置有效提升了絕緣系統的安全性和維護效率，為電力系統的穩定運行提供了有力保障。

5   結論

本文分析了直流系統分布電容在線檢測的必要性，設計了基于雙頻注入的相位識別方法，并采用該技術完成了支路電容測試裝置試制，實現了直流系統支路分布電容的準確測量。隨著設備投產運行，電力生產人員可依據測試結果開展分布電容定向支路 ，避免了支路分布電容過大在一點接地故障發生時引起保護誤動事故的發生；同時裝置可準確測試支路分布電容，為誤動事故分析提供了現場真實數據。該研究成果有效提升了電力安全生產，意義重大。

作者簡介：

許惠強 （1990-），男，廣東惠州人，電力工程技術工程師， 繼電保護專業技師，廣東電網三級拔尖專業技術專家 ，現就職于廣東電網有限責任公司惠州供電局，主要從事變電二次設備維護檢修和故障處理等方面的工作。

朱頌儀（1991-），工程師，電能表校驗專業技師 ，現就職于廣東電網有限責任公司惠州供電局，主要從事計量自動化主站后臺數據分析監控方面的工作。

廖小海（1999-），電力工程技術技術員 ，現就職于廣州市仟順電子設備有限公司，主要從事低壓電源故障檢測設備產品開發方面的研究。

陳北江（1991-），工程師，現就職于廣州市仟順電子設備有限公司，主要從事電力電子設備研發、電力直流系統智慧設備研發等方面的工作。

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摘自《自動化博覽》2026年7月刊