浅析直流系统分布电容对继电保护的影响

许云鹏 刘辉 杨彬彬

摘要：目前我国电网和电压的级别不断提升，电站区面积的扩大和电站容量的增加，位于导线内部的分布电容和高频开关内部电容的抗干扰能力也在上升，由于电容太大导致继电保护误动时常出现。本文阐述了直流系统分布电容对继电保护的影响，提出了相关专业技术人员对直流回路电容的关注度。

关键词：直流系统;分布电容;继电保护;影响

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。

1、分布电容的简述

分布电容指的是依据电路的分布特征而具备的电容。分立的两个元件，相邻的两个导线，线圈紧连的两匝，元件内部的每个部分，它们之间都具备有电容，电容对电路造成的影响等同于把一个电容器并联在电路上，分布电容就是它的电容值。因为分布电容的数值相对很小，而在低频交流电路当中，分布电容却有很大的容抗，一般是不会影响电路，所以在低频交流电路当中，通常是不用思虑分布电容方面的问题，可是针对于高频交流电路时，分布电容对它的影响就不能小瞧。分布电容的存在，于直流系统当中，很大程度影响着出口继电器误动及电缆跳闸的回路。

2、直流系统分布电容来源分析

2.1设备的分布电容

直流系统多采用微机保护装置，这些装置的电源基本上都取自直流系统， 但是在使用前需采用DC/DC模块将取自直流系统的电压转换为微机保护装 置所需的5、12、4V 等电压。而 DC/DC 模块电磁兼容（EMC）问题使其在输入端都采取了 EMI抗干扰措施，而该项技术的特点是在正对地和 负对地间接入电容，通过 EMI手段来消除噪声源对开关电源及设备的影响，但是随着电网电压等级的不断提高，设备数量不断增多，叠加在直流系统上的分布电容也就越来越大。

2.2电缆的分布电容

变电站或电厂的保护及控制电缆一般选用 KVVP22带屏蔽层的多芯电缆， 芯线横截面积多为2.2mm2，而根据国家电网十八项反措要求，变电站内或电厂内的控制及信号电缆屏蔽层需通过4mm2 软铜线在电缆两端接地，因此电缆对屏蔽层具有分布电容。同时，在电缆内部，线芯与线芯间也存在分布电容。

3、直流回路分布电容对继电保护的影响

3.1 会给接地查找仪器造成误差

便携式接地查找装置，不论是经过直流系统自身的电源造成的交变直流信号，还是注入低频的交流信号，是不是查找出接地点，这当中最主要的因素是取决于探测器抗分布电容的效果。比如一个变电站的接地电阻是 30Kl～，分布电容是 50UF，注入信号的频率大概为 0.5Hz，而对地容抗却只有64Kf～，很容易出现误判结果为多点接地故障支路。

因为低频信号接收器仅仅能够判断出有没有低频信号，它不能判断出容性电流还是阻性电流，故而想要得出具体是故障电流回路还是非故障电流回流就不是那么容易，尤其是故障电流回路中不单单具有容性的分布电容电流，还具有阻性的接地电流时。而供电所变电站里直流系统接地通常是因为潮湿绝缘或者是绝缘过于老化减低所造成的。这些状况都是由于过渡电阻接地绝少存在直接金属接地上。

3.2 分布电容造成开关误动

出口继电器的动作电压不小于额定电压的70%，但是在额定电压的55%～70%是可能动作也可能不动作的。直流系统正常运行时，继电器线圈J两端的电压恒定不变，一旦系统发生单点接地故障（图1 所示 Rx 为接地等效电阻），正负对地电压势必发生偏差，在变化过程中，继电器线圈J上会流过电流。如果此时支路的对地分布电容较小，那么流过电容的电流会很小，不足以驱动线圈动作;但是，如果此时支路的对地分布电容过大（图1 中的等效电容C过大），那么电容对地会产生一个很大的电流，且该电流会随着电容的充放电发生改变，充放电电流和时间取决于此时单点接地电阻和继电器线圈电阻的等效值。根据电容充放电特性τ=RC 能得出时间与等效电阻R和电容C大小成正比，电容越大，充放电时间也就相应加长。当电流和时间都满足图3所示的继电器动作条件时，线圈J上便具有足够的能量使接点 CKJ动作，从而导致误动作发生，会造成一系列不必要的损失。

3.3 导致保护跳闸

在直流电路中，分布电容对继电保护影响而导致跳闸现象的产生原因主要有 3 点：一是在测量直流系统绝缘性能时，绝缘监测装置对地电压产生较强的波动;二是在测量压板电位时，由于操作不当出现的短时间接地;三是在直流回路中，对地电容产生的影响。例如在一个保护装置里，由于电流中存在分布电容，外部的非电量强电光耦开入，如果在此过程中出现单点接地，触点闭合时输入低电位从而发生开入导致保护誤动。

4、降低分布电容的影响分析

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 1200KΩ/ 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、结束语

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。

参考文献：

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