直流系统对地分布电容在继电保护中的影响分析

　　摘要：随着电网电压等级的不断提高，电站容量的不断增大和电站范围面积的扩大，导线对地的分布电容及高频开关对地的抗干扰电容也不断的增大，对地电容过大造成的继电保护误动也频繁发生，本论文将分析直流对地电容对继电保护的影响，以提高系统技术人员对直流回路对地电容的重视。
　　关键词：对地分布电容，EMI，直流系统，继电保护
　　
　　0引言
　　目前，变电站内继电保护设备普遍使用微机保护、变电站综合自动化及其他一些微机监测设备，其工作电源也取自直流回路。从直流系统电源角度来看微机设备的接入使总的直流负载相比过去在下降，但所有这些微机设备的工作电源无一例外的要使用DC/DC电源模块，通过采用DC／DC开关电源模块来获取微机工作所需电源如±5V、±12V、±24V等电压值，由于DC/DC开关电源模块的电磁兼容（EMC）问题使得在所有的开关电源电路中其输入端都加有EMI（EMI是ElectroMagneticInterference的缩写）抗干扰措施。EMI技术的电路共有特点就是在正对地和负对地之间接有电容，通过EMI手段来达到保证开关电源及设备本身不受噪声源的影响，同时抑制开关电源本身噪声源向外辐射这个双重目的。随着电网电压等级的不断提高，电站容量的不断增大和电站范围面积的扩大，导线对地的分布电容及高频开关对地的抗干扰电容也不断的增大，一般500KV变电站对地电容已达500uF以上。下面对直流回路对地电容对继电保护的影响进行分析，并提出避免的方法。
　　
　　1直流回路对地电容的危害
　　在传统的思维中，仅考虑回路电容具有隔直流通交流的固有特性，人们都忽视了直流回路对地电容的存在。但实际上在大型变电站中由于设备对地电容的增大，一点接地同样会造成继电保护误动，其中原因主要就是直流母线对地电容所造成的,直流回路的对地电容有利一面就是：该电容明显地改善直流母线共模干扰，除此之外就没有什么有利因素。如果电缆较长，电容较大，电容的充放电对逻辑可能会有影响，如造成灵敏信号继电器的误动作，还因为与交流系统绝缘较低时耦合到交流信号而影响其逻辑正确性。另外，对地分布电容影响采用低频信号源的绝缘监测装置的监测、选线的准确性，但现在通过变频等方式已经能解决这个问题了。最大的问题是当所用交流串入直流系统时，交流量经直流系统对地电容可能会驱动小功率继电器动作，造成误跳开关，这在电力系统已经不止一次发生了；还有就是造成光纤保护中远跳回路错误启动对侧保护动作。随着电子高频技术（HVC）的发展，相关谐波及对地问题尤为突出，在理想状态下直流回路中的对地电容是不会影响直流的安全运行，所以往往被人们所忽视。由于对地电容过大造成的继电保护误动通常没有得到很好的解释。对地电容量的大小实际上是一个直流系统中各负载整合过程中出现的一个新问题。
　　
　　2分布电容对故障查找的影响
　　2.1直流系统接地故障查找装置的缺陷
　　大部分接地故障查找装置现场使用普遍反映不是很好用，其主要原因是受到了分布电容的影响。我们知道电容的特性是对直流开路，对交流呈现一定阻抗。其阻抗的计算公式为：Zc=1／(6.28fC)，其中，f为交流信号频率，C为电容量。C越大，该电容呈现的容抗就越小，频率越高，该电容呈现的容抗也越小。发电厂直流系统的对地分布电容是直流系统越大，回路越复杂，所接设备越多，系统呈现的对地分布电容也越大，容抗越小。多点接地、环路接地、正负极同时接地是查找直流系统接地故障的难点，但这类接地故障对系统的危害特别大。目前应用中的直流接地选线装置或者便携式查找接地装置很难判断此类接地。对此类较为复杂的接地故障，要求检测设备必须具有高精度，抗分布电容指标高，否则就会出现误报，使检测无法进行。
　　2.2分布电容对不同接地故障查找的影响
　　对环路接地，能精确区分接地环路不同位置接地程度的差异，经分析比较，逐步逼近真正的接地故障点；对多点接地，无论是处于同一回路，还是分处于不同回路，在主回路上还能判别，但检测设备的精度不够时，往下查找已查不出接地支路或分支路，如果检测设备的抗分布电容干扰指标不够，还可能出现更多误报；对正负同时接地，目前大部分直流系统绝缘监测，已不能有效报告接地故障，平衡电桥方式判断出的仅仅是正接地故障和负接地故障同时接地时对地绝缘的差值。
　　2.3分布电容对传统控制回路影响的例子
　　
　　图1分布电容对控制回路的影响示意图
　　
　　当将各电气设备的电源送上后，电源通过2次保险，停止按钮1SB及去现场的2#线与3#、4#线和屏蔽层之间构成分布电容，并使其充电至一定的容量。此时，虽然接触器的线圈通过4#线与2#线屏蔽层等构成回路，由于在接触器吸合时线圈流过的电流远高于它释放时的维持电流，电容器储存的容量不足以使接触器吸合，故不按启动按钮，接触器不吸合(除非控制电缆的长度或线径使分布电容储存的容量达到足以使接触器吸合的能量)。当设备送电启动后，若想在现场停止设备，按下停止按钮2SB，将接触器线圈的控制电源回路断开。但实际上接触器的线圈通过分布电容与电源仍然构成回路，分布电容C2将停止。按钮2SB的“断开作用”有一定的屏蔽性，当分布电容器C2的综合容量达到一定值时，使电源通过接触器线圈及自保点与分布电容C2的电流等于或高于它的维持电流，使接触器不能可靠地释放，造成失控。而从配电室按下停止按钮1SB时，虽然分布电容与接触器的线圈构成回路且容量不变，因为已将回路电源从配电室断开，1SB2端的分布电容C1非常小，使流经分布电容C1的电流就非常小，不足以维持接触器的吸合，所以立刻断电，接触器可靠释放。
　　
　　3对地分布电容的避免
　　曾有学者说，消除控制电缆的分布电容是不可能的。只有在外部设备上想办法，比如采用大功率继电器，串/并电阻、或换成光纤等，但也可考虑下面的方法：高频同轴电缆应在开关场和控制室两端分别接地，若高频同轴电缆只在一端接地，在隔离开关操作空母线等情况下，必然在另一端产生暂态高电压。高频同轴电缆两端接地的具体接法是：在开关场，高频电缆屏蔽层在结合滤波器二次端子上，用大于10mm绝缘导线连通并引下，焊接在分支铜导线上，实现接地；在控制室内，高频电缆屏蔽层用2.5~4mm²的多股铜线直接接于保护屏接地铜排，实现接地。要注意的是，个别人误以为收发信机机壳能可靠接地，只把高频电缆屏蔽层接到收发信机接地端子，而没有直接接到保护屏接地铜排上，这可能只是一点接地。为了进一步降低开关场和控制室两接地点间的地电位差和电流流过高频电缆屏蔽层引起的电压降，我们要求在紧靠电缆处敷设截面不小于100mm²两端接地的接地铜排，该铜排在控制室电缆层处与地网相接，并延伸至与保护屏等电位面相连；在开关场距结合滤波器接地点3～5m处与地网连通，并延伸至结合滤波器的高频电缆引出端口。对此，也有人执不同意见，认为屏蔽层接地是抗外部干扰的措施。对消除自身分布电容没有任何作用。只要导体相邻，无论是导体之间还是导体与屏蔽层之间，都会有分布电容存在，是整条电缆无处不在的，光两端或单端屏蔽层接地没用，缆芯对屏蔽层的电容一点都不会变。
　　
　　4.结论
　　所以对于对地分布电容，可以得出这样的结论--分布电容是无法根本消除的，因此我们尽量控制在满足电磁兼容的条件下，减少接入直流系统中的EMI回路，对地的各保护设备对地电容进行管理和量化，减少事故的发生。另外以使用光缆连接为主的数字化变电站可以基本上消除对地分布电容对保护的影响。
　　
　　5参考文献
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