直流系统分布电容对继电保护的影响分析

直流系统分布电容对继电保护的影响分析

曹晓凤

国网青海省电力公司检修公司 青海西宁 810000

摘要：现如今，随着社会的进步，我国电网和电压的级别不断提升，电站区面积的扩大和电站容量的增加，位于导线内部的分布电容和高频开关内部电容的抗干扰能力也在上升，由于电容太大导致继电保护误动时常出现。本文阐述了直流系统分布电容对继电保护的影响，提出了相关专业技术人员对直流回路电容的关注度。

关键词：直流系统；分布电容；继电保护；影响

引言

由于电路的分布特点而具有的电容叫分布电容．例如线圈的相邻两匝之间，两个分立的元件之间，两根相邻的导线间，一个元件内部的各部分之间，都具有一定的电容．它对电路的影响等效于给电路并联上一个电容器，这个电容值就是分布电容．由于分布电容的数值一般不大，在低频交流电路中，分布电容的容抗很大，对电路的影响不大，因此在低额交流电路中，一般可以不考虑分布电容的影响，但对于高额交流电路，分布电容的影响就不能忽略不计了。在直流系统中，分布电容的存在对经长电缆跳闸的回路和出口继电器误动都有很大影响。

1直流系统分布电容来源分析

1.1设备的分布电容

目前，直流系统多采用微机保护装置，这些装置的电源基本上都取自直流系统，但是在使用前需采用ＤＣ／ＤＣ模块将取自直流系统的电压转换为微机保护装置所需的５、１２、４Ｖ等电压。而ＤＣ／ＤＣ模块电磁兼容（ＥＭＣ）问题使其在输入端都采取了ＥＭＩ抗干扰措施，而该项技术的特点是在正对地和负对地间接入电容，通过ＥＭＩ手段来消除噪声源对开关电源及设备的影响，但是随着电网电压等级的不断提高，设备数量不断增多，叠加在直流系统上的分布电容也就越来越大。除此之外，现在的直流系统绝缘在线监测装置、充电机监测装置等直流系统监测设备都通过采样直流系统电压来实时监测直流系统，最直接的是实时监测直流系统对地电压。这些装置接入正负对地电压并在装置内部进行分压处理，为了达到采样的准确性以及避免系统微弱的纹波系数对电压采样的影响，都会在分压电路后面加装ＲＣ滤波电路等滤波电路。ＲＣ滤波电路相当于在采样点与地间接入了一个电容，可滤除直流系统中的干扰，从而可大幅提高监测的准确性及稳定性，但是对于直流系统来说，无疑增大了分布电容。

1.2电缆的分布电容

变电站或电厂的保护及控制电缆一般选用ＫＶＶＰ２２带屏蔽层的多芯电缆，芯线横截面积多为２．５ｍｍ２，而根据国家电网十八项反措要求，变电站内或电厂内的控制及信号电缆屏蔽层需通过４ｍｍ２软铜线在电缆两端接地，因此电缆对屏蔽层具有分布电容。同时，在电缆内部，线芯与线芯间也存在分布电容。这些电缆在出厂时都满足电缆对分布电容的要求，并且该分布电容很小，对直流系统来说可忽略不计。电缆在出厂时线芯与线芯间的距离是有要求的，距离越大，存在的分布电容就越小，反之越大。但是，从实际使用情况来看，大多数不要求很大电流的电缆，都不考虑其分布电容的大小，对线芯间的间距更不作要求；这些电缆在接入系统后，刚开始时并没有很大的分布电容，长期使用后，再加之所处环境的因素（如常年保持潮湿湿润的环境），电缆本身的分布电容就会加大。

2直流回路分布电容对继电保护的影响

2.1会出现保护误动

操作箱和微机保护现在被越来越多的专业人士所推广。操作箱在工作时，内部组件：手跳、3个跳位继电器以及输入光耦的重要保护系统等，其驱动功率一般都不大。若电厂升压站保护室或变电站与被控制设备之间有很大的距离，在系统不稳定的时候很容易出现由于电缆过长，电容分布效应不均匀，使得设备出现误动，导致电网事故的发生。比如一个500kV变电站线路保护为RCS-931DM，当保护定值发生变动以后，在压板电位检测过程中由于保护系统开启时间过长，万用表会对电源自动屏蔽停止工作，再手动重启万用表调整换挡的时候，它的挡位在短时间里切过低电阻的挡位，在这个瞬间会出现跳闸现象，然后变电站监控室就会显示无直流接地或者发出警报。

2.3导致保护跳闸

在直流电路中，分布电容对继电保护影响而导致跳闸现象的产生原因主要有3点：一是在测量直流系统绝缘性能时，绝缘监测装置对地电压产生较强的波动；二是在测量压板电位时，由于操作不当出现的短时间接地；三是在直流回路中，对地电容产生的影响。例如在一个保护装置里，由于电流中存在分布电容，外部的非电量强电光耦开入，如果在此过程中出现单点接地，触点闭合时输入低电位从而发生开入导致保护误动。

2.3分布电容对接地查找的影响

当前使用的便携式接地查找仪都采用信号注入的方法查找直流系统接地故障。信号注入方法主要分为直流法和交流法。直流法通过向直流系统注入一个可变的直流电流，使接地点所在支路的漏电流产生一定规律的变化来查找和定位接地故障点。但是当系统分布电容过大时，直流法产生的变化会被分布电容在充放电过程中所抵消，从而导致便携式接地查找仪误报。交流法通过向系统注入一个一定频率的交流电流信号，用以查找和定位接地故障点。同样，在系统分布电容较大时，注入的交流电流会被分布电容所抵消甚至直接消除，造成无法查找定位故障点。因此，在分布电容过大的系统，使用便携式接地查找仪进行故障探测时，只有具备相当经验的工作人员才能区分电容和电阻接地。直流系统分布电容给接地故障查找带来了很大障碍。

3降低分布电容的影响

有一部分人认为，要想除去控制电缆的分布电容是完全做不到的，只能在装置上采取措施，例如选用串联和并联电阻、较大功率继电器、换光纤等方式，同进也可思虑以下措施，如：高频同轴电缆本应该在控制室和开关场两处都要接地，假如高频同轴电缆只单独在一方接地，于隔离开关控制空母线等状况时，一定会在另一处造成暂态高电压。所以高频同轴电缆两端接地的方式通常是于开关场，滤波器一次端子跟高频电缆屏蔽层相互结合时，选用超过10mm的绝缘导线接通并且引出，于分支铜导线处焊接牢固，做到接地。于控制室当中，高频电缆屏蔽层选用多股铜线在保护屏接地铜排处直接联接，做到接地。从以上分析可以知道，造成某些测量误差和保护时一点接地时的误动的最主要条件就是分布电容。而分布电容的存在，保护装置受影响的程度取决于它的大小。在现在的技术和工艺上，在百米左右电缆的分布电容比较稳定，而电缆的长度与分布决定着系统的分布电容，要想减少分布电容的影响主要是经过选取一些抗分布电容或提升保护及测试设置的稳定性等方式。而分布电容造成保护一点接地时的误动一般是因为保护元件动作功率太小或者说动作电压太低所形成的。种种迹象证明出口继电器动作电压不超过70%，而又大于55%，它的动作功率超过5W在此类事件当中可以起到预防效果。同时为了杜绝光耦回路的错误导通，每个牵连到失灵和非电量直跳的开入、母差直跳一律充许继电器选用双开入的强电中间继电器。可选用出口继电器同样的防范方式，在直跳回路时经中间继电器接点对其施行开入重动。

结语

综上所述，从分析直流系统分布电容对继电保护的影响来看，其分布电容的大小会因为电站而各异，于条件充许时应该测量好每个电站的分布电容值，构建基础数据内容，尤其是以往出现过一点接地保护误动的电站，必须要仔细查找问题所在，并选用有效的防范手段。

参考文献

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