直流系统分布电容对继电保护的影响

直流系统分布电容对继电保护的影响
罗长兵
【摘要】介绍了分布电容的定义、特点,及其对继电保护影响,提出改进建议.
【期刊名称】《云南电力技术》
【年(卷),期】2012(000)004
【总页数】2页(P62-63)
【关键词】直流系统;分布电容;继电保护
【作者】罗长兵
【作者单位】云南电网公司迪庆供电局,云南迪庆674400
【正文语种】中文
【中图分类】TM774
1 前言
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。

2 电缆的分布电容
电缆足够长以后芯线对屏蔽、芯线对芯线的分布电容都不能忽略，它们的分布电容大小是由它们在空间的相互距离、极板 (导线表面)的大小及它们之间的介质决定的。

因此，可以按它们的空间布置假设有如下电容组成，用C0代表1根芯线对屏蔽的分布电容，用C1代表两相邻芯线之间的分布电容，用C2代表两不相邻芯线之间
的分布电容。

由此，可以得到4芯和7芯的等效分布电容结构见图1、图2。

由于，4芯电缆相对2芯距离比相邻2芯远，可用不同的电容C1和C2表示，7芯电缆
都按相邻芯表示，不相邻芯线之间的分布电容忽略不计。

3 分布电容的影响
3.1 引起保护误动
微机保护及集成型断路器操作箱的广泛应用，保护的重要输入光耦及操作箱的手跳及三跳继电器等的驱动功率普遍较小，当变电站或电厂升压站保护室与被控设备距离较远，控制电缆距离较长时，经常在系统有扰动时由于长电缆的电容分布效应引起设备误动，造成电网事故。

特别是大型的发电厂，此现象更加严重。

某500kV变电站线路保护RCS－931DM保护定值修改后，压板电位测试过程中，万用表由于长时间开启而自动屏蔽电源，在其操作重新开机切换档位时，万用表档位短时切过至“低电阻”档位，发生开关A相跳闸，站内监控机显示站内此时无
直流接地及其他异常信号发出。

图1 4芯电缆等效分布电容结构图
图2 7芯电缆等效分布电容结构图
图3 线路保护图
引起保护跳闸的主要因素:
1)测量压板电位，短时间造成一点接地。

2)“绝缘监测装置”在测量直流系统绝缘时，对地电压，波动太大。

3)直流系统中，存在对地电容。

如图4某保护装置，外部非电量强电光耦开人，由于分布电容C－的存在，在R
处发生单点接地时，可能引起误开入使保护误动。

图4 保护装置图
可见，传统观点认为直流系统发生一点接地不会引起保护误动是不正确的。

由于大的分布电容的存在，和部分继电器的动作电压、功率的过小都有引起保护误动的可能。

3.2 对接地查找仪器带来误差
便携式接地查找设备，不管是注入低频交流信号，还是通过直流系统本身的电源产生交变直流信号，能否探测出接地点，其中很关键的一点在于探测器抗分布电容的能力。

假如某变电站，分布电容50uF，接地电阻30KΩ，注入信号频率为0.5Hz，对地容抗只有6.4KΩ，显然，是难以区分出接地支路的;而当某支路的分布电容为
5 uF时，其对地容抗为64KΩ，也很容易误判为多点接地的故障支路。

表1 容抗计算值单位:KΩF ZC C 5μf 10μf 15μf 20μf 30μf 50μf100μf 5Hz 6.36 3.2 2.1 1.6 1.1 0.6 0.32Hz 15.9 8.0 5.3 4.0 2.7 1.6 0.81Hz 31.8 15.9 10.6 8.0 5.3 3.2 1.60.5Hz 63.6 31.8 21.2 16 10.6 6.4 3.20.2Hz 159 79.5 53 40 27 16 80.1Hz 318 159 106 80 53 32 16
由于低频信号接收器只能判断有无低频信号，并不能区分是阻性电流还是容性电流。

所以要区别故障电流回路与非故障电流回路就比较困难，特别是故障电流回路中既含有阻性的接地电流，又包含有容性的分布电容电流时。

发电厂变电站里直流系统接地一般是由绝缘老化或潮湿绝缘降低引起的。

这些都是经过渡电阻接地很少有直接金属接地的。

图5 考虑分布电容时的低频电流回路示意图
4 降低分布电容的影响
可见，分布电容是引起保护一点接地时误动和一些测量误差的必要条件。

分布电容真实存在，其大小决定了对保护设备的影响程度。

在当前制造工艺下，电缆的百米分布电容较为固定，系统的分布电容就取决于电缆的分布和长度。

降低分布电容的影响是通过提高保护和测试装置的可靠性和采取抗分布电容的方法。

分布电容引起保护一点接地时误动，往往是由于保护元件动作电压过低或动作功率较小所致。

实验表明出口继电器动作电压大于55%，小于70%，动作功率大于
5W能有效预防类似事件的发生。

为了防止光耦回路的误导通，所有涉及到失灵及母差直跳、非电量直跳回路的开入可以一律采用双开入的强电中间继电器，采用出口继电器的相同防范措施，由中间继电器接点对直跳回路进行开入重动。

接地查找仪器往往采用注入极低频率信号的抗抗分布电容方法。

例如信号源注入信号频率低至0.125Hz，抗分布电容高达1200 KΩ/uF，大大减少容性电流成份。

同时测量
支路电流的幅值与相位，去除容性电流后，计算支路电阻。

5 结论
分布电容的大小因站而异，在有条件时应实测本站分布电容值，建立基础数据，特别是以前曾经发生过一点接地保护误动的厂站，应认真分析，采取必要的防范措施。