淺析直流系統分布電容對繼電保護的影響

許云鵬 劉輝 楊彬彬

摘要：目前我國電網和電壓的級別不斷提升，電站區面積的擴大和電站容量的增加，位于導線內部的分布電容和高頻開關內部電容的抗干擾能力也在上升，由于電容太大導致繼電保護誤動時常出現。本文闡述了直流系統分布電容對繼電保護的影響，提出了相關專業技術人員對直流回路電容的關注度。

關鍵詞：直流系統;分布電容;繼電保護;影響

由于電路的分布特點而具有的電容叫分布電容， 例如線圈的相鄰兩匝之間， 兩個分立的元件之間，兩根相鄰的導線間，一個元件內部的各部分之間，都具有一定的電容。它對電路的影響等效于給電路并聯上一個電容器，這個電容值就是分布電容。由于分布電容的數值一般不大，在低頻交流電路中，分布電容的容抗很大，對電路的影響不大，因此在低額交流電路中，一般可以不考慮分布電容的影響，但對于高額交流電路，分布電容的影響就不能忽略不計了。在直流系統中，

分布電容的存在對經長電纜跳閘的回路和出口繼電器誤動都有很大影響。

1、分布電容的簡述

分布電容指的是依據電路的分布特征而具備的電容。分立的兩個元件，相鄰的兩個導線，線圈緊連的兩匝，元件內部的每個部分，它們之間都具備有電容，電容對電路造成的影響等同于把一個電容器并聯在電路上，分布電容就是它的電容值。因為分布電容的數值相對很小，而在低頻交流電路當中，分布電容卻有很大的容抗，一般是不會影響電路，所以在低頻交流電路當中，通常是不用思慮分布電容方面的問題，可是針對于高頻交流電路時，分布電容對它的影響就不能小瞧。分布電容的存在，于直流系統當中，很大程度影響著出口繼電器誤動及電纜跳閘的回路。

2、直流系統分布電容來源分析

2.1設備的分布電容

直流系統多采用微機保護裝置，這些裝置的電源基本上都取自直流系統， 但是在使用前需采用DC/DC模塊將取自直流系統的電壓轉換為微機保護裝 置所需的5、12、4V 等電壓。而 DC/DC 模塊電磁兼容（EMC）問題使其在輸入端都采取了 EMI抗干擾措施，而該項技術的特點是在正對地和 負對地間接入電容，通過 EMI手段來消除噪聲源對開關電源及設備的影響，但是隨著電網電壓等級的不斷提高，設備數量不斷增多，疊加在直流系統上的分布電容也就越來越大。

2.2電纜的分布電容

變電站或電廠的保護及控制電纜一般選用 KVVP22帶屏蔽層的多芯電纜， 芯線橫截面積多為2.2mm2，而根據國家電網十八項反措要求，變電站內或電廠內的控制及信號電纜屏蔽層需通過4mm2 軟銅線在電纜兩端接地，因此電纜對屏蔽層具有分布電容。同時，在電纜內部，線芯與線芯間也存在分布電容。

3、直流回路分布電容對繼電保護的影響

3.1 會給接地查找儀器造成誤差

便攜式接地查找裝置，不論是經過直流系統自身的電源造成的交變直流信號，還是注入低頻的交流信號，是不是查找出接地點，這當中最主要的因素是取決于探測器抗分布電容的效果。比如一個變電站的接地電阻是 30Kl～，分布電容是 50UF，注入信號的頻率大概為 0.5Hz，而對地容抗卻只有64Kf～，很容易出現誤判結果為多點接地故障支路。

因為低頻信號接收器僅僅能夠判斷出有沒有低頻信號，它不能判斷出容性電流還是阻性電流，故而想要得出具體是故障電流回路還是非故障電流回流就不是那么容易，尤其是故障電流回路中不單單具有容性的分布電容電流，還具有阻性的接地電流時。而供電所變電站里直流系統接地通常是因為潮濕絕緣或者是絕緣過于老化減低所造成的。這些狀況都是由于過渡電阻接地絕少存在直接金屬接地上。

3.2 分布電容造成開關誤動

出口繼電器的動作電壓不小于額定電壓的70%，但是在額定電壓的55%～70%是可能動作也可能不動作的。直流系統正常運行時，繼電器線圈J兩端的電壓恒定不變，一旦系統發生單點接地故障（圖1 所示 Rx 為接地等效電阻），正負對地電壓勢必發生偏差，在變化過程中，繼電器線圈J上會流過電流。如果此時支路的對地分布電容較小，那么流過電容的電流會很小，不足以驅動線圈動作;但是，如果此時支路的對地分布電容過大（圖1 中的等效電容C過大），那么電容對地會產生一個很大的電流，且該電流會隨著電容的充放電發生改變，充放電電流和時間取決于此時單點接地電阻和繼電器線圈電阻的等效值。根據電容充放電特性τ=RC 能得出時間與等效電阻R和電容C大小成正比，電容越大，充放電時間也就相應加長。當電流和時間都滿足圖3所示的繼電器動作條件時，線圈J上便具有足夠的能量使接點 CKJ動作，從而導致誤動作發生，會造成一系列不必要的損失。

3.3 導致保護跳閘

在直流電路中，分布電容對繼電保護影響而導致跳閘現象的產生原因主要有 3 點：一是在測量直流系統絕緣性能時，絕緣監測裝置對地電壓產生較強的波動;二是在測量壓板電位時，由于操作不當出現的短時間接地;三是在直流回路中，對地電容產生的影響。例如在一個保護裝置里，由于電流中存在分布電容，外部的非電量強電光耦開入，如果在此過程中出現單點接地，觸點閉合時輸入低電位從而發生開入導致保護誤動。

4、降低分布電容的影響分析

分布電容是引起保護一點接地時誤動和一些測量誤差的必要條件。分布電容真實存在，其大小決定了對保護設備的影響程度。在當前制造工藝下，電纜的百米分布電容較為固定，系統的分布電容就取決于電纜的分布和長度。降低分布電容的影響是通過提高保護和測試裝置的可靠性和采取抗分布電容的方法。

分布電容引起保護一點接地時誤動，往往是由于保護元件動作電壓過低或動作功率較小所致。實驗表明出口繼電器動作電壓大于 55%，小于70%，動作功率大于 5W 能有效預防類似事件的發生。為了防止光耦回路的誤導通，所有涉及到失靈及母差直跳、非電量直跳回路的開入可以一律采用雙開入的強電中間繼電器，采用出口繼電器的相同防范措施，由中間繼電器接點對直跳回路進行開入重動。接地查找儀器往往采用注入極低頻率信號的抗抗分布電容方法。例如信號源注入信號頻率低至 0.125Hz，抗分布電容高達 1200KΩ/ uF，大大減少容性電流成份。同時測量支路電流的幅值與相位，去除容性電流后，計算支路電阻。

5、結束語

分布電容的大小因站而異，在有條件時應實測本站分布電容值，建立基礎數據，特別是以前曾經發生過一點接地保護誤動的廠站，應認真分析，采取必要的防范措施。

參考文獻：

[1] 張飛，吳蕾.廣域繼電保護與傳統繼電保護的探究[J].自動化與儀器儀表，2017，（01） ： 122-125.

[2]萬偉.直流系統分布電容的來源及影響分析[J].電工技術，2017（02）：26-27+37.

[3] 趙棟. 分區域廣域繼電保護的系統結構與故障識別[J]. 電子測試， 2016（22）：92-93.