二次电缆电容对保护回路的影响

2010-07-26张彦鹏

黑龙江科学 2010年2期

张彦鹏，黄宇

（黑龙江省送变电工程公司试验所，黑龙江哈尔滨150040）

架空线路上存在着对地电容，尤其是高压架空线路的电容对系统有很大影响。同样二次电缆上也存在对地的电容，二次电缆的电容有时也会对回路产生一定的影响［1］，并且会产生一些异常的现象。本文以惠州换流站和高岭背靠背换流站在500kV断路器传动中发生断路器辅助屏内的锁定继电器无法复归的现象为例，介绍了二次电缆电容充放电的基本原理和计算方法，分析了二次电缆电容对保护回路的影响，并提出了相应的解决方法。

1 问题的提出

在惠州换流站500kV母差保护传动过程中出现了奇怪的现象：回路原理图如图1所示，

在断路器失灵保护屏出口压板断开的情况下，投入母差保护屏的失灵开入压板时，有的间隔会显示有开入变位。此母差保护屏共有四组失灵开入，其中两组失灵开入来自母差保护屏所在保护小室，另外两组失灵开入来自较远的保护小室。经多次试验发现，失灵开入异常变位与二次电缆长短有关，来自母差保护屏所在保护小室的失灵开入没有出现过异常，来自较远保护小室的失灵开入在投入压板时会出现异常。电缆长、短不一致会导致电缆对地电容不一样，长电缆对地电容大，短电缆对地电容小。由于电缆电容的影响，等效电路图如图2，这样在投入母差保护屏压板时会对电容充电。

2 原理分析及技术改进［2,3］

下面以电容器极板为模型进行电容充电分析。首先设电容器极板在t时刻的电荷量为q,极板间的电压为u,根据回路电压方程可得：

整理后得到：

然后两边求不定积分，并利用初始条件：t=0,q=0就得到：

这就是电容器极板上的电荷随时间t的变化关系函数。电工学上常把RC称为时间常数。相应地，利用u=q/C，立即得到极板电压随时间变化的函数：

也可得出：

通过公式分析：在相同的充电时间，电容C越大，极板电压u越大，也就是越接近U；要想得到相同的极板电压，电容越大充电时间越长。由于1-很快趋向1，故经过很短的一段时间后，电容器极板间电荷和电压的变化已经微乎其微。在实际情况中U=110V，C=0.3μF，R=300Ω，利用推导的公式可以算出：经过t=1毫秒后，极板电压已经达到了109.99836V，电流为120mA；经过t=3ms后，极板电压基本已经达到了110V，电流为13mA，充电基本完成。所以为了解决上面的问题给母差保护屏的开入变位增加了延时5ms，与失灵保护的时间定值0.2s相比5ms可以忽略，不会对母差失灵保护动作产生影响。更改后进行了多次试验，投入压板不会产生异常的开入变位。

由于二次电缆电容的影响，在高岭背靠背换流站也存在异常现象，在500kV断路器传动中，发生了断路器辅助屏内的锁定继电器无法复归的现象。如图3所示：2ZJ是断路器辅助屏内的锁定继电器，换流变滤波器等保护动作后启动2ZJ，并通过4D7和4D193间的辅助节点自保持，2ZJ的另一对辅助常闭节点断开合闸回路，2ZJ复归后才允许断路器合闸。FA是就地复归按钮的辅助节点，FA1和FA2分别是1套监控系统和2套监控系统远方复归继电器的辅助节点。在进行保护联动试验时发现，有一部分断路器的锁定继电器动作后无法复归。经检查不是换流变等保护的动作节点未返回，因为断开保护屏侧的压板仍无法复归锁定继电器。通过仔细调查发现，不能复归的锁定继电器在端子排4D193位置的外部接线很多，有十多根纤芯，能复归的继电器在端子排4D193位置的外部接线很少，只有三、四根。通过测量得出接线多的对地电容大，数值为0.96μF，接线少的对地电容只有7.26nF。等效电路图如图4所示，当2ZJ动作并自保持后，正电01会给电容充电。进行复归时，2ZJ会失磁，如图所示端子4D193两侧回路均断开，电容上的正电过绝缘

电阻放电，当电容大时，短时间内电压降低较小，复归按钮的节点返回时，电容上的正电使2ZJ又动作并自保持，锁定继电器无法复归。电容的充放电公式如下:

或者

其中：V0为电容上的初始电压值，V1为电容最终可充到或放到的电压值，Vt为t时刻电容上的电压值。在本例中放电公式为：

或者

绝缘电阻值分别为35MΩ和70MΩ。将电容和电阻值代入公式可以算出：接线多的回路在20s时电压下降到初始电压的55.1%，而接线少的回路在0.3s时电压就下降到初始电压的55.4%。由此可见电容对放电时间的影响相当的大，所以出现上面的现象接线多的间隔锁定继电器无法复归，对回路进行了进一步测试，长时间按复归按钮达18s以上锁定继电器可以复归。为解决这一问题对回路进行了更改，将起动锁定继电器的二次电缆从4D193改接至4D197。这样当2ZJ锁定继电器动作并保持后，按复归按钮可使正电与二次电缆断开，而负电02没有断开直接与二次电缆电容上的正电中和，复归按钮的节点返回后，锁定继电器也不会再动作。经试验，二次回路更改后，锁定继电器动作、复归正常。