一起分布电容引起控制回路开关量异常的原因分析及处理

王晓明

（广西电网有限责任公司电力科学研究院，广西南宁 530023）

引言

变电站中由控制电缆、继电器等构成的二次回路众多，因此二次回路的抗干扰显得尤为重要。电缆各芯线之间以及芯线和屏蔽层间的分布电容尤其是控制电缆的分布电容的影响不容忽视[1‐3]。当控制电缆较长时,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[4,5]。

以工程实例入手，分析分布电容的影响，并提出解决措施。在500 kV变电站验收工程中，对500 kV开关进行分合试验时，通过故障录波发现在三相分合过程中开关分合位开关量多次发生异常抖动，抖动时间基本在0.6～6 ms之间，如图1所示。从图1中可以看出，开关分闸时，开关三相合位从1变为0；当三相分位由0变为1时，三相合位有短暂的0到1变位。此为异常抖动现象。

图1 开关三相分闸时合位开入量异常抖动现象

1 测试分析

分析上述异常现象，可以初步推断其异常原因有二：其一，在开关分合过程中开关辅助接点本身有抖动，进而引起开关量异常抖动；其二，开关辅助接点本身无异常，而是由于控制回路干扰所致。为查明异常原因，分别测试了辅助接点及接入回路后的电位。测试方法及结果如下。

（1）开关辅助接点抖动测试

将接入故障录波的A、B、C三相开关辅助接点（与录波装置断开，单独测试空接点）接入便携式录波仪，然后进行多次三相分合，测试结果如图2所示。

从图2中可以看出分合过程中接入录波装置的辅助开关空接点无抖动现象，从测试情况看，引起录波开关量接点抖动的原因不在辅助开关接点。

（2）故障录波所接辅助开关接点在分合过程中电位测试

实时监测接入录波装置的三相分合位电压（对地电压），并分别进行三相分合。测试结果如图3所示。

分析抖动现象及上述测试结果，图3中圆圈标注处电压波动是引起抖动的主要原因。当标注处电压为20 V时出现了抖动现象（此时录波开入电压约为75 V，达到动作电压），在对其他未出现异常抖动的间隔进行测试时，也存在电压波动的情况，但幅值较小，未达到故障录波开入电压。

图3 接入故障录波电位测试

根据上述现象，初步判断在三相分合闸过程中引起接入故障录波的开关量异常抖动的原因是控制电缆分布电容影响。为进一步明确原因，结合实际工程二次回路接线对控制电缆分布电容的影响进行详细分析。

2 控制电缆分布电容分析

2.1 多芯控制电缆分布电容建模

多芯控制电缆中分布电容主要包含各芯线对屏蔽、芯线对芯线的分布电容，分布电容大小由空间的相互距离、极板（导线表面）的大小及介质决定。因此，分布电容的大小与电缆芯空间布置有关。本次实际工程中所用电缆为14芯电缆，其空间布置及分布电容如图4所示。以1芯为例说明其分布电容构成，按空间布置假设有如下电容组成：用C0代表1芯线对屏蔽的分布电容，用C1代表1芯线与相邻芯线的分布电容，用C2代表1芯线与其他不相邻芯线之间的分布电容，忽略与1芯相距较远的芯线分布电容[6]。

图4 14芯电缆分布电容

从图4中可以看出，对于1芯线，分布电容的影响主要来自其他芯线，若其他芯线中有电压变化，将会通过分布电容在1芯线中感应出电压，从而对1芯线所接控制回路造成影响。

2.2 不同电缆芯接入控制回路分布电容影响分析

从前文分析可知，分布电容对控制回路的影响主要取决于电缆的材质、结构及接入控制回路所选取的电缆芯线。电缆芯的材质、结构决定了分布电容的大小，而接入控制回路的电缆芯线的位置决定了分布电容对控制回路的影响大小。

如果回路不同，第一种方案接1芯和2芯，第二种方案接1芯和6芯，因1芯和2芯之间的综合分布电容大于1芯和6芯的综合分布电容，所以第一种方案分布电容对控制回路的影响较大，有可能会引起控制回路的异常。

分析本次实际工程中出现的异常，现场实际接线如图5所示。

图5 现场电缆芯接入情况

分析图5，对于B相合位这根电缆芯，当进行三相分闸，三相分位电缆芯（3、5、7）中电位变化时将通过分布电容在4芯电缆中感应出电压，并且由于综合分布电容较大，感应出电压幅值达到故障录波开关量动作电压，因此B相合位会出现异常抖动现象。C相合位同理。但对于A相合位，三相分位电缆芯（3、5、7）对其综合分布电容较小，在2芯中感应的电压较小，未能达到故障录波开关量动作电压。

此定性分析与图1中异常现象完全符合，进一步验证了接入控制回路中的电缆芯顺序不同，其分布电容对控制回路的影响也不同。

3 解决措施

通过上述定性的分析，接入控制回路中的电缆芯线顺序不同，分布电容对控制回路的影响也不尽相同。因此，为解决上述问题，应最大限度地减少分布电容的影响，在不更换电缆及故障录波装置的前提下，可通过适当调整电缆芯线接入控制回路的顺序来有效降低分布电容对控制回路的影响。

调整后电缆芯线顺序如图6所示。调整后的三相合位、三相分位相距较远，综合分布电容较小，在分合闸过程中电缆芯中感应出的电压亦较小。调整后对开关进行多次分合闸均未出现前文所述的异常抖动现象，通过现场较小的改动很好地解决了异常问题。

图6 调整电缆芯接入情况

4 结论

通过对实际工程中一起500 kV开关分合闸过程中接入故障录波的开关量异常抖动现象进行原因分析，得出了控制电缆不同芯线间分布电容对控制回路将产生一定的影响。通过分析控制电缆的分布电容模型，分布电容对控制回路的影响主要取决于电缆的材质、结构及接入控制回路所选取的电缆芯线。电缆芯的材质、结构决定了分布电容的大小，而接入控制回路的电缆芯线的位置决定了分布电容对控制回路的影响大小。适当调整电缆芯线接入控制回路的顺序能有效降低分布电容对控制回路的影响，很好地消除了异常抖动现象。