★ 许惠强，朱颂仪（广东电网有限责任公司惠州供电局，广东 惠州 616000）

★ 廖小海，陈北江（广州市仟顺电子设备有限公司，广东 广州 511430）

关键词：分布电容；分布电容检测；相位偏移

1   引言

电容器是由两个相邻导体与中间绝缘介质构成的元件。直流系统内不可避免存在分布电容，主要由配电线路电缆、设备电源滤波电容及对地电容组成。电容虽不消耗直流电源能量，但系统电压发生偏移时，电容充放电会产生回路电流，若其达到保护装置动作条件，可能引发误动事故。

传统检测电容的万用表或桥表需离线测量，且要求电容不带电，无法适配带电运行的直流系统。现有通过电压变化速率计算分布电容的方法，仅针对系统总电容。为掌握各支路分布电容情况、量化威胁，本文设计了一种基于相位识别技术的分布电容测量方法。

2   检测原理—基于相位识别技术检测分布电容

支路分布电容检测原理如图1所示，在直流系统正负极间注入高频正弦信号，采用CT测量各支路的正弦信号分量，将CT所测的电流信号的幅值、相位与注入的基准信号进行比较，即可计算支路绝缘电阻和分布电容。

图1 检测原理

电容计算原理为在直流系统正负极间注入高频正弦信号，信号波形如式（1）所示：

当支路存在分布电容C时， 支路的CT电流响应为式（2）：

响应信号与基准信号的相位差为式（3）：

当R→∞（纯电容）时，∆∅→−90°；当C=0时， ∆∅=0°。根据相位差∆∅与电容C的关系式可计算出直流系统分布电容值。电容计算公式为式（4）：

3   分布电容检测装置设计

3.1   装置系统设计

分布电容检测装置由检测主机、电容测量模块、支路电流测量CT组成，硬件集成 装置电源、控制CPU、电压采样、特征信号、人机交互、数据存储、数据通信等单元，如图2所示。

图2 检测装置结构组成

装置电源：将90～250V输入转为5V和12V稳定电压，为各单元供电；

控制CPU：负责逻辑运算与数据交互；

电压采样单元：采集对地电压，为绝缘分析和相位角计算提供依据；

特征信号单元：生成测量用高频信号；

人机交互单元：通过LED和LCD实现数据显示与参数输入；

数据存储单元：存储参数与测量数据；

数据通信单元：通过串口、网口与上位机通信；

模块与CT： CT感应电流，模块将数据转为数字信号传输给CPU。

系统初始化后先采集直流系统电压，在电压偏移不影响安全时启动检测：主机发出高频信号，待稳定后通过模块获取CT电流信号，将其与电压基准信号做对比计算电容，并显示结果。

3.2   关键电路设计

（1）高频信号发出电路

图3 高频信号发出电路

高频信号发出电路如图3所示。该电路的主要功能是系统输出高频信号，用以检测其经过支路后的相位。

该电路在双T电路基础上应用普通的741运算放大器产生1000Hz正弦波输出。调节100kΩ电位器使电路起振，而电路的振荡频率由R1和R2确定，且一般情况下，这两个电阻都相等，其振荡频率与阻值成反比。通常电阻的阻值选择在4.7～18Ω之间，当R1和R2阻值确定后， 可确定所需电容大小。图3中， 电阻阻值选为13Ω，电容为0.01/μF，振荡频率为1kHz。

（2）采样电路

图4 正极采样电路（负极采用电路类似）

采样电路结构如图4所示，用于采集直流系统母线的电压信号。该电路的设计确保了采集信号的精度和稳定性，具体步骤如下：

信号采集：采样电路通过R9分压和LC电路滤波后，将直流电压信号传递到AMC1200芯片。此阶段的滤波和分压过程确保了信号的质量和测量的准确性。

信号处理：信号经过AMC1200芯片的处理后，输出信号再经过C7、C8滤波和R13限流，进行放大处理。放大后的信号经过进一步的滤波（C20、C28等）和限流（R15），最终送入AD转换芯片进行AD转换。这个过程确保了采集信号的高精度和稳定性。

数据转换：AD转换芯片将模拟信号转换为数字信号，以便进一步的数据处理和分析。这一步骤是确保信号可以被精确处理和解读的关键。

4   装置应用

为验证装置的可行性，使用电阻和电容模拟直流系统绝缘故障，模拟电路如图5所示。

图5 装置试验电路

试验结果表明，本文设计的分布电容检测装置符合设计要求，其性能表现优异。该装置能够在不同工作条件下准确识别支路分布电容，具有较高的灵敏度和稳定性，选线准确率高。经过长期运行测试，装置的误报率和漏报率均在预期范围内，显示出较强的可靠性。此外，装置的操作界面友好，数据处理快速，适合在实际应用中推广使用。总体而言，该监测装置有效提升了绝缘系统的安全性和维护效率，为电力系统的稳定运行提供了有力保障。

5   结论

本文分析了直流系统分布电容在线检测的必要性，设计了基于双频注入的相位识别方法，并采用该技术完成了支路电容测试装置试制，实现了直流系统支路分布电容的准确测量。随着设备投产运行，电力生产人员可依据测试结果开展分布电容定向支路 ，避免了支路分布电容过大在一点接地故障发生时引起保护误动事故的发生；同时装置可准确测试支路分布电容，为误动事故分析提供了现场真实数据。该研究成果有效提升了电力安全生产，意义重大。

作者简介：

许惠强 （1990-），男，广东惠州人，电力工程技术工程师， 继电保护专业技师，广东电网三级拔尖专业技术专家 ，现就职于广东电网有限责任公司惠州供电局，主要从事变电二次设备维护检修和故障处理等方面的工作。

朱颂仪（1991-），工程师，电能表校验专业技师 ，现就职于广东电网有限责任公司惠州供电局，主要从事计量自动化主站后台数据分析监控方面的工作。

廖小海（1999-），电力工程技术技术员 ，现就职于广州市仟顺电子设备有限公司，主要从事低压电源故障检测设备产品开发方面的研究。

陈北江（1991-），工程师，现就职于广州市仟顺电子设备有限公司，主要从事电力电子设备研发、电力直流系统智慧设备研发等方面的工作。

参考文献：

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[5] 张焕青, 雷鸣, 王汇, 等. 直流供电系统电容在线测量器的设计与应用[J]. 电网与清洁能源, 2018, 34 (5) : 19 - 24.

摘自《自动化博览》2026年7月刊