二次電纜電容對保護回路的影響

張彥鵬， 黃 宇

（黑龍江省送變電工程公司試驗所，黑龍江哈爾濱150040）

架空線路上存在著對地電容，尤其是高壓架空線路的電容對系統(tǒng)有很大影響。同樣二次電纜上也存在對地的電容，二次電纜的電容有時也會對回路產(chǎn)生一定的影響［1］，并且會產(chǎn)生一些異常的現(xiàn)象。本文以惠州換流站和高嶺背靠背換流站在500kV斷路器傳動中發(fā)生斷路器輔助屏內(nèi)的鎖定繼電器無法復(fù)歸的現(xiàn)象為例，介紹了二次電纜電容充放電的基本原理和計算方法，分析了二次電纜電容對保護回路的影響，并提出了相應(yīng)的解決方法。

1 問題的提出

在惠州換流站500kV母差保護傳動過程中出現(xiàn)了奇怪的現(xiàn)象：回路原理圖如圖1所示，

在斷路器失靈保護屏出口壓板斷開的情況下，投入母差保護屏的失靈開入壓板時，有的間隔會顯示有開入變位。此母差保護屏共有四組失靈開入，其中兩組失靈開入來自母差保護屏所在保護小室，另外兩組失靈開入來自較遠(yuǎn)的保護小室。經(jīng)多次試驗發(fā)現(xiàn)，失靈開入異常變位與二次電纜長短有關(guān)，來自母差保護屏所在保護小室的失靈開入沒有出現(xiàn)過異常，來自較遠(yuǎn)保護小室的失靈開入在投入壓板時會出現(xiàn)異常。電纜長、短不一致會導(dǎo)致電纜對地電容不一樣，長電纜對地電容大，短電纜對地電容小。由于電纜電容的影響，等效電路圖如圖2，這樣在投入母差保護屏壓板時會對電容充電。

2 原理分析及技術(shù)改進［2,3］

下面以電容器極板為模型進行電容充電分析。首先設(shè)電容器極板在t時刻的電荷量為q,極板間的電壓為u,根據(jù)回路電壓方程可得：

整理后得到：

然后兩邊求不定積分，并利用初始條件：t=0,q=0就得到：

這就是電容器極板上的電荷隨時間t的變化關(guān)系函數(shù)。電工學(xué)上常把RC稱為時間常數(shù)。相應(yīng)地，利用u=q/C，立即得到極板電壓隨時間變化的函數(shù)：

也可得出：

通過公式分析：在相同的充電時間，電容C越大，極板電壓u越大，也就是越接近U；要想得到相同的極板電壓，電容越大充電時間越長。由于1-很快趨向1，故經(jīng)過很短的一段時間后，電容器極板間電荷和電壓的變化已經(jīng)微乎其微。在實際情況中U=110V，C=0.3μF，R=300Ω，利用推導(dǎo)的公式可以算出：經(jīng)過t=1毫秒后，極板電壓已經(jīng)達到了109.99836V，電流為120mA；經(jīng)過t=3ms后，極板電壓基本已經(jīng)達到了110V，電流為13mA，充電基本完成。所以為了解決上面的問題給母差保護屏的開入變位增加了延時5ms，與失靈保護的時間定值0.2s相比5ms可以忽略，不會對母差失靈保護動作產(chǎn)生影響。更改后進行了多次試驗，投入壓板不會產(chǎn)生異常的開入變位。

由于二次電纜電容的影響，在高嶺背靠背換流站也存在異常現(xiàn)象，在500kV斷路器傳動中，發(fā)生了斷路器輔助屏內(nèi)的鎖定繼電器無法復(fù)歸的現(xiàn)象。如圖3所示：2ZJ是斷路器輔助屏內(nèi)的鎖定繼電器，換流變?yōu)V波器等保護動作后啟動2ZJ，并通過4D7和4D193間的輔助節(jié)點自保持，2ZJ的另一對輔助常閉節(jié)點斷開合閘回路，2ZJ復(fù)歸后才允許斷路器合閘。FA是就地復(fù)歸按鈕的輔助節(jié)點，F(xiàn)A1和FA2分別是1套監(jiān)控系統(tǒng)和2套監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)方復(fù)歸繼電器的輔助節(jié)點。在進行保護聯(lián)動試驗時發(fā)現(xiàn)，有一部分?jǐn)嗦菲鞯逆i定繼電器動作后無法復(fù)歸。經(jīng)檢查不是換流變等保護的動作節(jié)點未返回，因為斷開保護屏側(cè)的壓板仍無法復(fù)歸鎖定繼電器。通過仔細(xì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，不能復(fù)歸的鎖定繼電器在端子排4D193位置的外部接線很多，有十多根纖芯，能復(fù)歸的繼電器在端子排4D193位置的外部接線很少，只有三、四根。通過測量得出接線多的對地電容大，數(shù)值為0.96μF，接線少的對地電容只有7.26nF。等效電路圖如圖4所示，當(dāng)2ZJ動作并自保持后，正電01會給電容充電。進行復(fù)歸時，2ZJ會失磁，如圖所示端子4D193兩側(cè)回路均斷開，電容上的正電過絕緣

電阻放電，當(dāng)電容大時，短時間內(nèi)電壓降低較小，復(fù)歸按鈕的節(jié)點返回時，電容上的正電使2ZJ又動作并自保持，鎖定繼電器無法復(fù)歸。電容的充放電公式如下:

或者

其中：V0為電容上的初始電壓值，V1為電容最終可充到或放到的電壓值，Vt為t時刻電容上的電壓值。在本例中放電公式為：

或者

絕緣電阻值分別為35MΩ和70MΩ。將電容和電阻值代入公式可以算出：接線多的回路在20s時電壓下降到初始電壓的55.1%，而接線少的回路在0.3s時電壓就下降到初始電壓的55.4%。由此可見電容對放電時間的影響相當(dāng)?shù)拇螅猿霈F(xiàn)上面的現(xiàn)象接線多的間隔鎖定繼電器無法復(fù)歸，對回路進行了進一步測試，長時間按復(fù)歸按鈕達18s以上鎖定繼電器可以復(fù)歸。為解決這一問題對回路進行了更改，將起動鎖定繼電器的二次電纜從4D193改接至4D197。這樣當(dāng)2ZJ鎖定繼電器動作并保持后，按復(fù)歸按鈕可使正電與二次電纜斷開，而負(fù)電02沒有斷開直接與二次電纜電容上的正電中和，復(fù)歸按鈕的節(jié)點返回后，鎖定繼電器也不會再動作。經(jīng)試驗，二次回路更改后，鎖定繼電器動作、復(fù)歸正常。

3 結(jié) 論

通過上面的例子可以看出，當(dāng)二次電纜的對地電容較大時會對保護回路產(chǎn)生很大影響，因此在調(diào)試過程中對接線較多或電纜很長的回路要格外注意。

［1］于剛，何金良，茆必成.開關(guān)操作暫態(tài)電壓對變電所二次電纜的電磁干擾［J］.電工技術(shù)雜志,2002(12):19～21.

［2］紀(jì)建偉.電力系統(tǒng)分析［M］.北京：水利電力出版社,2002.

［3］劉永興.變電站二次設(shè)備的接地施工方法及改進［J］.華北電力技術(shù),2008(10):31～33.