一起分布電容引起控制回路開(kāi)關(guān)量異常的原因分析及處理

王曉明

（廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，廣西南寧 530023）

引言

變電站中由控制電纜、繼電器等構(gòu)成的二次回路眾多，因此二次回路的抗干擾顯得尤為重要。電纜各芯線之間以及芯線和屏蔽層間的分布電容尤其是控制電纜的分布電容的影響不容忽視[1‐3]。當(dāng)控制電纜較長(zhǎng)時(shí),經(jīng)常在系統(tǒng)有擾動(dòng)時(shí)由于長(zhǎng)電纜的電容分布效應(yīng)引起設(shè)備誤動(dòng)，造成電網(wǎng)事故[4,5]。

以工程實(shí)例入手，分析分布電容的影響，并提出解決措施。在500 kV變電站驗(yàn)收工程中，對(duì)500 kV開(kāi)關(guān)進(jìn)行分合試驗(yàn)時(shí)，通過(guò)故障錄波發(fā)現(xiàn)在三相分合過(guò)程中開(kāi)關(guān)分合位開(kāi)關(guān)量多次發(fā)生異常抖動(dòng)，抖動(dòng)時(shí)間基本在0.6～6 ms之間，如圖1所示。從圖1中可以看出，開(kāi)關(guān)分閘時(shí)，開(kāi)關(guān)三相合位從1變?yōu)?；當(dāng)三相分位由0變?yōu)?時(shí)，三相合位有短暫的0到1變位。此為異常抖動(dòng)現(xiàn)象。

圖1 開(kāi)關(guān)三相分閘時(shí)合位開(kāi)入量異常抖動(dòng)現(xiàn)象

1 測(cè)試分析

分析上述異?，F(xiàn)象，可以初步推斷其異常原因有二：其一，在開(kāi)關(guān)分合過(guò)程中開(kāi)關(guān)輔助接點(diǎn)本身有抖動(dòng)，進(jìn)而引起開(kāi)關(guān)量異常抖動(dòng)；其二，開(kāi)關(guān)輔助接點(diǎn)本身無(wú)異常，而是由于控制回路干擾所致。為查明異常原因，分別測(cè)試了輔助接點(diǎn)及接入回路后的電位。測(cè)試方法及結(jié)果如下。

（1）開(kāi)關(guān)輔助接點(diǎn)抖動(dòng)測(cè)試

將接入故障錄波的A、B、C三相開(kāi)關(guān)輔助接點(diǎn)（與錄波裝置斷開(kāi)，單獨(dú)測(cè)試空接點(diǎn)）接入便攜式錄波儀，然后進(jìn)行多次三相分合，測(cè)試結(jié)果如圖2所示。

從圖2中可以看出分合過(guò)程中接入錄波裝置的輔助開(kāi)關(guān)空接點(diǎn)無(wú)抖動(dòng)現(xiàn)象，從測(cè)試情況看，引起錄波開(kāi)關(guān)量接點(diǎn)抖動(dòng)的原因不在輔助開(kāi)關(guān)接點(diǎn)。

（2）故障錄波所接輔助開(kāi)關(guān)接點(diǎn)在分合過(guò)程中電位測(cè)試

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)接入錄波裝置的三相分合位電壓（對(duì)地電壓），并分別進(jìn)行三相分合。測(cè)試結(jié)果如圖3所示。

分析抖動(dòng)現(xiàn)象及上述測(cè)試結(jié)果，圖3中圓圈標(biāo)注處電壓波動(dòng)是引起抖動(dòng)的主要原因。當(dāng)標(biāo)注處電壓為20 V時(shí)出現(xiàn)了抖動(dòng)現(xiàn)象（此時(shí)錄波開(kāi)入電壓約為75 V，達(dá)到動(dòng)作電壓），在對(duì)其他未出現(xiàn)異常抖動(dòng)的間隔進(jìn)行測(cè)試時(shí)，也存在電壓波動(dòng)的情況，但幅值較小，未達(dá)到故障錄波開(kāi)入電壓。

圖3 接入故障錄波電位測(cè)試

根據(jù)上述現(xiàn)象，初步判斷在三相分合閘過(guò)程中引起接入故障錄波的開(kāi)關(guān)量異常抖動(dòng)的原因是控制電纜分布電容影響。為進(jìn)一步明確原因，結(jié)合實(shí)際工程二次回路接線對(duì)控制電纜分布電容的影響進(jìn)行詳細(xì)分析。

2 控制電纜分布電容分析

2.1 多芯控制電纜分布電容建模

多芯控制電纜中分布電容主要包含各芯線對(duì)屏蔽、芯線對(duì)芯線的分布電容，分布電容大小由空間的相互距離、極板（導(dǎo)線表面）的大小及介質(zhì)決定。因此，分布電容的大小與電纜芯空間布置有關(guān)。本次實(shí)際工程中所用電纜為14芯電纜，其空間布置及分布電容如圖4所示。以1芯為例說(shuō)明其分布電容構(gòu)成，按空間布置假設(shè)有如下電容組成：用C0代表1芯線對(duì)屏蔽的分布電容，用C1代表1芯線與相鄰芯線的分布電容，用C2代表1芯線與其他不相鄰芯線之間的分布電容，忽略與1芯相距較遠(yuǎn)的芯線分布電容[6]。

圖4 14芯電纜分布電容

從圖4中可以看出，對(duì)于1芯線，分布電容的影響主要來(lái)自其他芯線，若其他芯線中有電壓變化，將會(huì)通過(guò)分布電容在1芯線中感應(yīng)出電壓，從而對(duì)1芯線所接控制回路造成影響。

2.2 不同電纜芯接入控制回路分布電容影響分析

從前文分析可知，分布電容對(duì)控制回路的影響主要取決于電纜的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)及接入控制回路所選取的電纜芯線。電纜芯的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)決定了分布電容的大小，而接入控制回路的電纜芯線的位置決定了分布電容對(duì)控制回路的影響大小。

如果回路不同，第一種方案接1芯和2芯，第二種方案接1芯和6芯，因1芯和2芯之間的綜合分布電容大于1芯和6芯的綜合分布電容，所以第一種方案分布電容對(duì)控制回路的影響較大，有可能會(huì)引起控制回路的異常。

分析本次實(shí)際工程中出現(xiàn)的異常，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際接線如圖5所示。

圖5 現(xiàn)場(chǎng)電纜芯接入情況

分析圖5，對(duì)于B相合位這根電纜芯，當(dāng)進(jìn)行三相分閘，三相分位電纜芯（3、5、7）中電位變化時(shí)將通過(guò)分布電容在4芯電纜中感應(yīng)出電壓，并且由于綜合分布電容較大，感應(yīng)出電壓幅值達(dá)到故障錄波開(kāi)關(guān)量動(dòng)作電壓，因此B相合位會(huì)出現(xiàn)異常抖動(dòng)現(xiàn)象。C相合位同理。但對(duì)于A相合位，三相分位電纜芯（3、5、7）對(duì)其綜合分布電容較小，在2芯中感應(yīng)的電壓較小，未能達(dá)到故障錄波開(kāi)關(guān)量動(dòng)作電壓。

此定性分析與圖1中異?，F(xiàn)象完全符合，進(jìn)一步驗(yàn)證了接入控制回路中的電纜芯順序不同，其分布電容對(duì)控制回路的影響也不同。

3 解決措施

通過(guò)上述定性的分析，接入控制回路中的電纜芯線順序不同，分布電容對(duì)控制回路的影響也不盡相同。因此，為解決上述問(wèn)題，應(yīng)最大限度地減少分布電容的影響，在不更換電纜及故障錄波裝置的前提下，可通過(guò)適當(dāng)調(diào)整電纜芯線接入控制回路的順序來(lái)有效降低分布電容對(duì)控制回路的影響。

調(diào)整后電纜芯線順序如圖6所示。調(diào)整后的三相合位、三相分位相距較遠(yuǎn)，綜合分布電容較小，在分合閘過(guò)程中電纜芯中感應(yīng)出的電壓亦較小。調(diào)整后對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行多次分合閘均未出現(xiàn)前文所述的異常抖動(dòng)現(xiàn)象，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)較小的改動(dòng)很好地解決了異常問(wèn)題。

圖6 調(diào)整電纜芯接入情況

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)實(shí)際工程中一起500 kV開(kāi)關(guān)分合閘過(guò)程中接入故障錄波的開(kāi)關(guān)量異常抖動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行原因分析，得出了控制電纜不同芯線間分布電容對(duì)控制回路將產(chǎn)生一定的影響。通過(guò)分析控制電纜的分布電容模型，分布電容對(duì)控制回路的影響主要取決于電纜的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)及接入控制回路所選取的電纜芯線。電纜芯的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)決定了分布電容的大小，而接入控制回路的電纜芯線的位置決定了分布電容對(duì)控制回路的影響大小。適當(dāng)調(diào)整電纜芯線接入控制回路的順序能有效降低分布電容對(duì)控制回路的影響，很好地消除了異常抖動(dòng)現(xiàn)象。