摘要：本文首先介绍了综合自动化保护装置的发展趋势及其优点。然后介绍了综合自动化保护装置在我矿的使用情况，为了提高自动化水平，我们矿从2002年开始，逐步对所有高配继电保护系统实施了升级改造，采用了综合自动化保护装置。在完成了主井高配和降磷高配综合自动化保护装置后，为了防止电磁干扰，对两个高配的控制电缆也进行了更换，但更换控制电缆后频繁发生保护装置误动作故障。
通过对电气二次回路的详细解读，实际测量二次回路电压变化，分析引起故障的原因，最终确定故障是由新更换控制电缆本身的分布电容引起，当直流回路受到某些干扰时，容易在二次控制回路形成较大电容电压，导致保护装置误动作。最后给出了关于综合自动化保护装置防止干扰的相关建议和改造措施。
关键词：综合自动化保护装置 电磁干扰 分布电容 电容电压 误动作
一、前言
随着微机继电保护技术日趋成熟，如今综合自动化保护装置在电力系统中应用越来越广泛。和以往继电器式保护相比，综合自动化保护装置具有先进的原理和结构，安装调试简单，运行维护方便，保护动作迅速、灵敏可靠，能自动记录故障信息等优点。由于综合自动化保护装置的诸多优点，我矿自2002年后，开始对所有高配进行了综合自动化技术改造，综合自动化保护装置逐步取代了继电器继电保护装置。
由于综合自动化保护系统易受外部电磁环境的干扰，因此，自从综合自动化保护装置投入应用，综合保护装置的电磁干扰防护就受到了足够的重视，采取了一系列电磁防干扰措施，如更换屏蔽控制电缆，控制电缆和高压线路分开敷设，对电网谐波进行治理，安装消谐设备等。
为了降低外界环境对其电磁干扰的影响，在主井和降磷高配完成综合自动化保护装置改造后，紧接着对旧的控制电缆也进行了更换，采用屏蔽控制电缆取代旧的非屏蔽电缆。但在主井和降磷两个高配实施屏蔽电缆更新改造后，不断发生综合保护装置误动作跳闸事故和误告警，跳闸报告显示是变压器瓦斯保护动作和高温告警等信息。高压开关频繁跳闸给生产带了很大的影响，如何查找故障原因，并及时解决该问题迫在眉睫。
二、误动作故障及其原因分析
2.1 误动作故障
主井高配直流电源柜安装好后，显示屏显示直流电源接地。厂家技术人员在查找接地点的过程中，误将直流电源的另一极接地，发生两点接地故障。同时，发生了几台变压器保护装置误动作跳闸故障，保护装置显示屏幕显示重瓦斯动作。检修人员通过对变压器本体及瓦斯继电器检查后，发现变压器正常，瓦斯继电器也没有动作过的迹象，即无任何异常现象。
从发生异常现象的保护装置来看，我们发现一些相似的现象，那就是这些保护装置至变压器的控制电缆均是刚刚更换的屏蔽控制电缆，以前的电缆为非屏蔽电缆。为进一步分析故障原因，我们将重瓦斯保护压板退出，模拟故障发生时的情况，结果发现：在两点发生接地时，在光隔1、2端之间确实产生了一个70V左右的感应电压，此感应电压大于光隔的门槛电压（约50V左右）。从而使光隔高压侧导通，导致保护装置误动作。
2.2 误动作故障原因分析
那么感应电压是如何产生的呢？为查找原因，我们对各种情况逐一进行了现场试验和分析。首先，我们排出了一次高压干扰的情况，因为大部分控制电缆没有和高压电缆敷设在一起，而是单独架设的。其次，对二次控制电缆绝缘进行了测试，绝缘情况良好。为了能消除控制电缆的感应电压，我们模拟故障时的条件，将重瓦斯保护压板推出，尝试了多种方法。如：将控制电缆屏蔽线的任一端接地及屏蔽线两端同时接地，均未能消除控制电缆感应电压。最后，将新的屏蔽电缆作为电源输入回路，由于老控制电缆还没拆除，就把老的非屏蔽电缆作为电源输出回路，新、老电缆一起使用；或者仅使用老的非屏蔽电缆，则都不会在光隔1、2端产生感应电压，装置也不发生误动作。上述原因分析证明，新的屏蔽控制感应电压不是受控制电缆外部干扰源的干扰而产生的。故障条件下，老控制电缆不会产生感应电压，证明是新的屏蔽控制电缆存在问题，且新的屏蔽控制电缆问题不是绝缘不好。
通过上述分析及查阅相关技术资料，我们得出的结论为：新的屏蔽控制电缆质量存在问题，那就是：新的屏蔽控制电缆芯线之间的分布电容过大。引起保护装置误动作的故障原因就是：在直流电源发生两点接地过程中，控制电缆任两芯线之间的电位差使一个导线上的电荷通过它们之间的分布电容耦合到另一根导线上，由于该屏蔽控制电缆芯线之间分布电容比较大，该电压值达到70V左右，而该电压值大于光电隔离元件的动作门槛电压，光隔导通后导致保护装置误动作。老的非屏蔽电缆及两条控制电缆同时使用均没有产生耦合电压，可以进一步证明新的屏蔽控制电缆本身存在质量问题。该耦合电压即常说的电容耦合电压。
三、误告警故障及其原因分析
3.1 误告警故障
降磷高配在接保护装置至变压器之间的二次控制电缆时，发生保护装置频繁报变压器温度告警。最后，只有把所有的温度告警保护压板全部退出。
3.2 告警故障原因分析
该高配的二次控制电缆均沿高压电缆敷设。控制电缆屏蔽层主要用来阻隔来自空间电磁场的辐射干扰。而且，当电缆屏蔽两点接地时，干扰磁场在屏蔽层中产生感应电流，该电流产生的磁通与干扰磁通方向相反，互相抵消，因而可以显著降低磁场耦合感应电压。而实际，屏蔽控制电缆内的感应电压仍然存在，其原因与主井高配出现的情况类似，因为采用的都是同一批电缆。因此我们可以肯定：干扰信号通过线芯之间的分布电容产生作用，使电缆内产生感应电压。而且，保护装置外部的控制电缆长度超过30米，会经常出现误动作故障。相反，保护装置外部控制电缆长度小于30米时，动作概率很小。这也从另一方面印证该屏蔽控制电缆线芯之间分布电容超标，控制电缆本身质量存在问题。
四、解决措施
以上故障现象是典型的因控制电缆线芯分布电容大，当直流系统受到某些干扰时，如发生直流系统接地或交流电源串入到直流系统回路时，在控制电缆二次回路产生过大的电容电压。由于控制电缆内电容电压足够大，很容易导致一些灵敏保护继电器的动作。因此，为防止综合自动化装置误动作，对于综合自动化保护装置二次回路，需对以下几个方面给予考虑。
4.1在设计中，当使用小容量接触器或控制继电器时，如要实现远方控制，应对控制电缆的芯线的分布电容加以注意。防止发生直流系统接地或交流电源串入到直流系统回路时，因为控制电缆芯线的分布电容过大，产生耦合电压，造保护装置误动作事故发生。同时，在采购控制电缆时，也要特别注意控制电缆的质量，对控制电缆分布电容的大小要严格把关，以免因控制电缆不合格带来不必要的麻烦。
4.2在敷设电缆时，尽量将二次控制电缆与高压电缆分开，并尽可能减少平行长度，保证它们之间的距离不小于50cm。这可以从根本上避免一次设备对二次设备的干扰。
4.3为减少芯线间分布电容对控电路的不良影响，应将备用芯线两端进行接地。也可对控制回路进行改造，在接触器线圈两端并联合适的泄放电阻，或者并联合适的阻容回路的方式。
4.4 如果更换二次控制电缆仍不能消除感应电压，则可以通过改进继电保护二次回路的办法，将感应电压隔离在光电隔离元件之外，以防止光隔过度灵敏而导致跳闸。即在光隔前加装电压继电器。根据实际情况设定电压继电器动作电压，如180V左右，这样，电压继电器不会因控制电缆内产生一个100V左右的感应电压而误动作，而在该回路正常接通后，电压继电器两端电压接近220V，该电压超过继电器整定电压而使继电器可靠动作。不仅保证了电压继电器灵敏度、不拒动，又确保电压继电器不误动。改进后的二次回路图如下：
五、结束语
电缆内分布电容的存在往往都是无形的，在实际的电路中，两相互绝缘但又相互靠近的导线等带电体之间都可以看作组成一个电容器，具有一定的电容量，其电容大小，与导体间的距离、面积等有关。这种在实际电路中由导线、器件间走向、位置等分布状态而形成的电容，就是分布电容。如果导线间的等效面积很小，相对距离较大，当电缆长度不长时，在直流及低频电路中，导线间的分布电容是很小的，对控制回路不会造成影响。但是，如果电缆的长度很长，达上千米的长度时，芯线对屏蔽、芯线对芯线的分布电容都不容忽视。
在综合自动化保护装置电气二次回路中，如果控制电缆分布电容过大，当直流回路受到某些干扰时，如发生直流系统接地或串入直流电源。由于控制电缆芯线之间存在电容，就会产生充放电现象，从而在电容和继电器线圈之间形成一定的电压。如果控制电缆的分布电容较大且控制电缆足够长，此电压值就很有可能达到继电器动作电压，从而导致综保装置误动作造成跳闸事故。因此，在实践中，要严格选用合格的控制电缆，以避免因控制电缆因分布电容偏大，导致综合保护装置误动作事故的发生。同时，应尽量避免外界因素对直流回路的干扰。
参考文献：
[1]《电力系统微机继电保护》许建安 中国水利水电出版社 2001
[2]《电力系统继电保护原理》 孙国凯 霍利民 中国水利水电出版社 2002
[3]《变电站综合自动化系统二次回路及运行维护》 王国光 中国电力出版社 2005
论文作者:唐新安
论文发表刊物:《电力设备》2018年第15期
论文发表时间:2018/8/16
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