串?dāng)_對(duì)有載調(diào)壓裝置的影響及處理方法

劉令富 崔靜安 劉剛 佘馮建

湖南省電力有限公司檢修公司，中國(guó)·湖南 長(zhǎng)沙410004

有載調(diào)壓；串?dāng)_；感應(yīng)電壓；繼電器

1 引言

有載調(diào)壓變壓器（OLTC）對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定具有重大影響，研究表明，重載時(shí)，OLTC 調(diào)整可以帶來(lái)“負(fù)調(diào)壓效應(yīng)”甚至引起電壓失穩(wěn)；在電壓失穩(wěn)的過(guò)程中，OLTC 調(diào)整又會(huì)加快電壓失穩(wěn)的進(jìn)程，所以有載調(diào)壓裝置調(diào)整正確與否關(guān)系重大，有載調(diào)壓裝置的電氣控制也顯得尤為重要[1]。

現(xiàn)今在有載調(diào)壓裝置的電氣控制多使用如KVVP2、KVVP2/22等普通控制電纜，當(dāng)電源為交流且敷設(shè)距離較長(zhǎng)時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)重的串?dāng)_問(wèn)題，并由此帶來(lái)控制系統(tǒng)工作的不穩(wěn)定，甚至使控制系統(tǒng)癱瘓，不能滿足有載調(diào)壓的需求。為了消除由串?dāng)_問(wèn)題帶來(lái)的不良影響，必須對(duì)串?dāng)_問(wèn)題進(jìn)行深入分析，對(duì)其形成的原理進(jìn)行剖析。

論文首先用集總參數(shù)模型分析了串?dāng)_產(chǎn)生的原因及其影響因素，然后結(jié)合工程實(shí)例，就工作中遇見(jiàn)的有載調(diào)壓?jiǎn)蜗嘟涣骺刂苹芈分写當(dāng)_引起的控制系統(tǒng)紊亂現(xiàn)象進(jìn)行了分析，并提出可能解決該類問(wèn)題的幾種方法，以求對(duì)受到類似問(wèn)題困擾的工程技術(shù)人員有所啟發(fā)。

2 串?dāng)_產(chǎn)生原因及對(duì)控制回路影響

串?dāng)_是兩條信號(hào)線之間的耦合，信號(hào)線之間的互感和互容引起線上的噪聲，容性引發(fā)藕合電流，而感性耦合引發(fā)藕合電壓。信號(hào)線間距對(duì)串?dāng)_有一定的影響。導(dǎo)線之間發(fā)生串?dāng)_時(shí)，一根導(dǎo)線上的信號(hào)耦合到了另一根信號(hào)線上，對(duì)與這根信號(hào)線連接的電路造成干擾，這種現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生在平行的導(dǎo)線之間。在設(shè)計(jì)電纜時(shí)，要特別注意這種現(xiàn)象。

圖1 平行導(dǎo)線串?dāng)_分析集總參數(shù)模型

對(duì)于兩根平行的導(dǎo)線，當(dāng)電纜的長(zhǎng)度與波長(zhǎng)相比很短(小于1/20 波長(zhǎng))時(shí)，可以用集總參數(shù)模型來(lái)描述電容耦合，如圖1所示。這樣就可以用電路分析的方法來(lái)計(jì)算串?dāng)_電壓，計(jì)算的結(jié)果如下。

（1）頻率很低時(shí)，R 遠(yuǎn)小于C12 和C2g 構(gòu)成的阻抗，即，在這個(gè)條件下，串?dāng)_電壓為：

（2）頻率很高時(shí)，R 遠(yuǎn)小于C12 和C2g 構(gòu)成的阻抗，即：，在這個(gè)條件下，串?dāng)_電壓為：

串?dāng)_問(wèn)題主要是由于耦合感應(yīng)電壓引起的，綜合公式（1）（2）可知，感應(yīng)電壓均和導(dǎo)體之間的耦合電容成正比，因此當(dāng)電纜長(zhǎng)度比較長(zhǎng)時(shí)，導(dǎo)體間的感應(yīng)電容比較大，此時(shí)感應(yīng)電壓的影響便不容忽視了。

近年來(lái)生產(chǎn)的新型繼電器和接觸器自身的功率消耗越來(lái)越小，線圈阻抗則很高，在使用它們時(shí)電纜芯線的電容所產(chǎn)生的感應(yīng)電壓對(duì)交流控制的影響就越加顯得不可忽視[2]。當(dāng)通過(guò)控制開關(guān)( 轉(zhuǎn)換開關(guān)、按鈕等) 或繼電器接點(diǎn)去控制遠(yuǎn)方的交流繼電器( 或中間繼電器)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣設(shè)備的運(yùn)行及停止操作時(shí)，控制開關(guān)距交流繼電器( 接觸器) 越遠(yuǎn)，它們之間的連接電纜就越長(zhǎng)，而電纜如果長(zhǎng)到一定限度.其芯線間存在的電容所產(chǎn)生的感應(yīng)電壓將有可能使交流繼電器(接觸器)失去控制(不能復(fù)歸，甚至出現(xiàn)自行吸合的現(xiàn)象[3]。

3 串?dāng)_對(duì)控制系統(tǒng)影響實(shí)例分析

某變電站#1 主變有載調(diào)壓裝置采用上海華明電力設(shè)備制造有限公司的SHM-D 分接開關(guān)數(shù)控操作機(jī)構(gòu)，其控制系統(tǒng)采用單相交流電源、控制電纜選用KVVP2/22 7X1.5，長(zhǎng)約200 米，具有共17 個(gè)分接頭，啟停方式有2 種：（1）遠(yuǎn)控啟動(dòng)；（2）就地啟動(dòng)。正常啟動(dòng)使用第一種方式啟動(dòng)。其控制回路如圖2所示。

圖2 SHM-D 有載調(diào)壓機(jī)構(gòu)控制原理圖

其中KM1、KM2、KM3 是遠(yuǎn)控輸入節(jié)點(diǎn)，分別控制升、停、降調(diào)檔，可自動(dòng)復(fù)歸，K1、K2、K3、K4 分別是閉鎖、升檔、停止、降檔控制交流繼電器，用于閉鎖調(diào)壓機(jī)構(gòu)和進(jìn)行調(diào)壓機(jī)構(gòu)的升、停、降檔電機(jī)控制操作，Q1-2、Q1-4 分別接交流電源AC～、N。在調(diào)壓機(jī)構(gòu)正常控制過(guò)程中，通過(guò)集控室發(fā)升檔(停止、降檔)指令使遠(yuǎn)控輸入節(jié)點(diǎn)KM1（KM2、KM3）閉合，使升檔（停止、降檔）控制回路聯(lián)通，交流繼電器K2( K3、K4)線圈勵(lì)磁后動(dòng)作，從而使調(diào)檔電機(jī)正確升檔(停止、降檔)，在升檔(停止、降檔)完成后，遠(yuǎn)控輸入節(jié)點(diǎn)KM1（KM2、KM3）自動(dòng)返回，KM1（KM2、KM3）控制回路斷開并自動(dòng)復(fù)歸。

3.1 串?dāng)_對(duì)調(diào)壓裝置控制回路影響分析

在驗(yàn)收過(guò)程中，出現(xiàn)了遠(yuǎn)控操作不靈的情況，第一次操作時(shí)可正常的升、停、降，第二次操作時(shí)遠(yuǎn)控不能實(shí)現(xiàn)，升、降遙控命令不能執(zhí)行，偶然機(jī)會(huì)升、降命令可被執(zhí)行，同時(shí)手動(dòng)操作正常。針對(duì)這一現(xiàn)象我們進(jìn)行了排查和分析，排除了以下4 點(diǎn)可能會(huì)造成控制命令執(zhí)行紊亂的情況：（1）設(shè)計(jì)圖有設(shè)計(jì)缺陷。（2）圖紙與安裝接線不一致。（3）鐵芯殘磁的影響使接觸器鐵芯卡死。（4）接觸器主觸點(diǎn)有過(guò)熱，粘接現(xiàn)象。排除以上4 項(xiàng)情況后，我們多次做模擬啟停實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)第一次操作后，停止接觸器線圈依然有190V 左右的電壓，接觸器線圈仍然在吸合位置不返回。發(fā)現(xiàn)上述現(xiàn)象后我們又進(jìn)行了以下幾項(xiàng)檢查試驗(yàn)。

（1）測(cè)端子排間、端子排對(duì)地絕緣電阻、至主控室控制電纜芯線對(duì)地及線間絕緣電阻均大于5 兆歐。由此可以排除絕緣不良、其他交流電串入，引起的接觸器線圈在吸合位置不返回。

（2）在給遠(yuǎn)控控制電纜的一根芯線施加220V 的交流電壓后，在同一電纜的其他被使用芯線分別出現(xiàn)了36.7V、36.0V、35.8V 的對(duì)地電壓。切斷220V 交流電源后，對(duì)地電壓消失。

（3）檢查控制電纜屏蔽兩端接地良好

通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)，我們確認(rèn)調(diào)壓機(jī)構(gòu)控制不靈是由于本身芯線串?dāng)_產(chǎn)生的感應(yīng)電壓影響了接觸器的返回引起的。為了詳盡分析，文中將控制電路進(jìn)行了簡(jiǎn)化等效，等效電路圖如圖3（以“停止”回路為例）

圖3 控制回路簡(jiǎn)化等效電路圖

需要說(shuō)明的是，由于電纜的電阻和感抗值遠(yuǎn)小于容抗值Xc，此處忽略不計(jì)，C表示升、降、?？刂齐娎|線間耦合電容；R，分別為繼電器線圈的阻抗和感抗；U1，U2 分別為線間串?dāng)_感應(yīng)電壓電壓和接觸器線圈兩端電壓。

結(jié)合圖1，3 可以看出，當(dāng)控制電纜較長(zhǎng)時(shí)，電纜線間電容越大，電纜電容電壓U1 也越大，隨之流過(guò)交流繼電器K2(K3、K4)線圈電流也將增大；而繼電器線圈兩端電壓U2與流過(guò)線圈電流成正比，也隨之增大，當(dāng)U2 大于繼電器返回電壓時(shí)，交流繼電器K2(K3、K4)將會(huì)一直保持動(dòng)作狀態(tài)不返回，使K2(K3、K4)輔助觸點(diǎn)保持閉合狀態(tài)，故無(wú)法實(shí)現(xiàn)升降控制，同時(shí)在處理故障時(shí)，我們還將閉鎖回路解開希望能消除故障，但是解開閉鎖回路故障并沒(méi)有解除，故排除了閉鎖回路影響。

設(shè)計(jì)圖紙中交流接觸器K2、K3、K4 的型號(hào)是CJX2-12型，其線圈參數(shù)為：線圈額定電壓Us 為AC220V，吸合電壓為（0.85 ～1.1）Us，釋放電壓為（0.2 ～0.7）Us，線圈吸合功率70VA，相應(yīng)吸合電流為318mA，線圈吸持功率8VA，相應(yīng)吸持電流為36mA。經(jīng)測(cè)量芯線的感應(yīng)電壓有37V 左右，由于其相位可能和交流電源（Q1-2，AC220V）相位存在差異，故有載調(diào)壓升、停、降控制交流接觸器線圈兩端電壓至少180V，從而使接觸器K2 不能釋放，調(diào)壓控制一直處于停的狀態(tài)，致使升、降回路控制失效。同時(shí)由于180V 處于吸合電壓臨界值附近，所以第一次操作時(shí)升、降命令可能被執(zhí)行，這也解釋了控制紊亂的原因。

3.2 解決方法

在確認(rèn)是由于本身芯線帶感應(yīng)電壓的原因影響接觸器的返回后，論文提出了以下解決方案：

（1）對(duì)調(diào)控制回路的電源極性，即把設(shè)計(jì)圖中的相線換成零線，零線換成相線，如圖4所示，以“停止”控制回路為例。

圖4 “停止”控制回路圖

按此接線，經(jīng)測(cè)量X2-5 處感應(yīng)電壓為37V 左右，考慮到相位問(wèn)題，若感應(yīng)電壓和電源方向相反，線圈兩端的電壓也在183V 左右，這使得停止繼電器K3 無(wú)法返回，從而使升檔降檔控制回路功能無(wú)法實(shí)現(xiàn)。對(duì)調(diào)相線和零線后，K3 線圈兩端電位為感應(yīng)電壓大小，約37V，小于吸合電壓，從而可消除感應(yīng)電壓對(duì)繼電器返回的影響。

該方法操作簡(jiǎn)單，不過(guò)當(dāng)電纜很長(zhǎng)時(shí)，耦合電容C 值便比較大，產(chǎn)生的感應(yīng)電壓也很高，若此時(shí)線圈緊靠N 線時(shí)，當(dāng)感應(yīng)電壓達(dá)到吸合電壓以上時(shí)也會(huì)造成繼電器無(wú)法返回的影響。

（2）在接觸器線圈兩端并聯(lián)合適的電容或電阻，如圖5所示：

圖5 并聯(lián)電容（電阻）控制回路圖

串?dāng)_對(duì)繼電器的影響主要在于其引起的感應(yīng)電壓滿足了繼電器吸合功率，從而使繼電器不能釋放，引起控制的紊亂。在接觸器線圈兩端并聯(lián)合適的電容或電阻可以有效降低線圈兩端電壓或者電流，從而不能滿足吸合功率大小要求，可有效消除串?dāng)_對(duì)繼電器返回的影響。需要注意的是當(dāng)電容電流比較大時(shí)，若選用電阻過(guò)小時(shí)，電阻會(huì)被燒壞，無(wú)法起到分流消除感應(yīng)電壓的作用；同時(shí)若選用電阻過(guò)大時(shí)，會(huì)增加了整個(gè)控制回路的功耗，所以應(yīng)通過(guò)計(jì)算選擇合適的電阻。

（3）用驅(qū)動(dòng)功率較大動(dòng)作電壓較高的繼電器替換

長(zhǎng)電纜回路中繼電器無(wú)指令吸合是由于驅(qū)動(dòng)電流通過(guò)分布電容形成回路引起的，所以更換起動(dòng)電流相對(duì)較大的繼電器，通?？梢越鉀Q這一問(wèn)題。將受影響的繼電器更換成返回電壓高或消耗功率大的繼電器，可消除感應(yīng)電壓的影響，但有時(shí)受元件選型或空間位置不足的限制，不一定能實(shí)施。

4 結(jié)論

論文對(duì)串?dāng)_產(chǎn)生的原因及其影響因素進(jìn)行了分析，并結(jié)合工程實(shí)例就串?dāng)_電壓引起有載調(diào)壓控制系統(tǒng)紊亂問(wèn)題提出了解決方案，以求對(duì)受到類似問(wèn)題困擾的工程技術(shù)人員有所啟發(fā)。

串?dāng)_電壓引起的控制系統(tǒng)紊亂可能是大多數(shù)同行朋友都比較頭疼的問(wèn)題，除了采取上述方法改進(jìn)后我還要提醒大家要事前提前預(yù)防，設(shè)計(jì)時(shí)在滿足要求的情況下盡量減少電纜長(zhǎng)度，采用兩相制控制電源或直流控制，以免運(yùn)行之后引起不必要的人力物力浪費(fèi)。