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·湖南 長沙410004

有載調壓；串擾；感應電壓；繼電器

1 引言

有載調壓變壓器（OLTC）對電力系統(tǒng)穩(wěn)定具有重大影響，研究表明，重載時，OLTC 調整可以帶來“負調壓效應”甚至引起電壓失穩(wěn)；在電壓失穩(wěn)的過程中，OLTC 調整又會加快電壓失穩(wěn)的進程，所以有載調壓裝置調整正確與否關系重大，有載調壓裝置的電氣控制也顯得尤為重要[1]。

現(xiàn)今在有載調壓裝置的電氣控制多使用如KVVP2、KVVP2/22等普通控制電纜，當電源為交流且敷設距離較長時，便會產生較嚴重的串擾問題，并由此帶來控制系統(tǒng)工作的不穩(wěn)定，甚至使控制系統(tǒng)癱瘓，不能滿足有載調壓的需求。為了消除由串擾問題帶來的不良影響，必須對串擾問題進行深入分析，對其形成的原理進行剖析。

論文首先用集總參數(shù)模型分析了串擾產生的原因及其影響因素，然后結合工程實例，就工作中遇見的有載調壓單相交流控制回路中串擾引起的控制系統(tǒng)紊亂現(xiàn)象進行了分析，并提出可能解決該類問題的幾種方法，以求對受到類似問題困擾的工程技術人員有所啟發(fā)。

2 串擾產生原因及對控制回路影響

串擾是兩條信號線之間的耦合，信號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。信號線間距對串擾有一定的影響。導線之間發(fā)生串擾時，一根導線上的信號耦合到了另一根信號線上，對與這根信號線連接的電路造成干擾，這種現(xiàn)象經常發(fā)生在平行的導線之間。在設計電纜時，要特別注意這種現(xiàn)象。

圖1 平行導線串擾分析集總參數(shù)模型

對于兩根平行的導線，當電纜的長度與波長相比很短(小于1/20 波長)時，可以用集總參數(shù)模型來描述電容耦合，如圖1所示。這樣就可以用電路分析的方法來計算串擾電壓，計算的結果如下。

（1）頻率很低時，R 遠小于C12 和C2g 構成的阻抗，即，在這個條件下，串擾電壓為：

（2）頻率很高時，R 遠小于C12 和C2g 構成的阻抗，即：，在這個條件下，串擾電壓為：

串擾問題主要是由于耦合感應電壓引起的，綜合公式（1）（2）可知，感應電壓均和導體之間的耦合電容成正比，因此當電纜長度比較長時，導體間的感應電容比較大，此時感應電壓的影響便不容忽視了。

近年來生產的新型繼電器和接觸器自身的功率消耗越來越小，線圈阻抗則很高，在使用它們時電纜芯線的電容所產生的感應電壓對交流控制的影響就越加顯得不可忽視[2]。當通過控制開關( 轉換開關、按鈕等) 或繼電器接點去控制遠方的交流繼電器( 或中間繼電器)，從而實現(xiàn)對電氣設備的運行及停止操作時，控制開關距交流繼電器( 接觸器) 越遠，它們之間的連接電纜就越長，而電纜如果長到一定限度.其芯線間存在的電容所產生的感應電壓將有可能使交流繼電器(接觸器)失去控制(不能復歸，甚至出現(xiàn)自行吸合的現(xiàn)象[3]。

3 串擾對控制系統(tǒng)影響實例分析

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

圖2 SHM-D 有載調壓機構控制原理圖

其中KM1、KM2、KM3 是遠控輸入節(jié)點，分別控制升、停、降調檔，可自動復歸，K1、K2、K3、K4 分別是閉鎖、升檔、停止、降檔控制交流繼電器，用于閉鎖調壓機構和進行調壓機構的升、停、降檔電機控制操作，Q1-2、Q1-4 分別接交流電源AC～、N。在調壓機構正常控制過程中，通過集控室發(fā)升檔(停止、降檔)指令使遠控輸入節(jié)點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)線圈勵磁后動作，從而使調檔電機正確升檔(停止、降檔)，在升檔(停止、降檔)完成后，遠控輸入節(jié)點KM1（KM2、KM3）自動返回，KM1（KM2、KM3）控制回路斷開并自動復歸。

3.1 串擾對調壓裝置控制回路影響分析

在驗收過程中，出現(xiàn)了遠控操作不靈的情況，第一次操作時可正常的升、停、降，第二次操作時遠控不能實現(xiàn)，升、降遙控命令不能執(zhí)行，偶然機會升、降命令可被執(zhí)行，同時手動操作正常。針對這一現(xiàn)象我們進行了排查和分析，排除了以下4 點可能會造成控制命令執(zhí)行紊亂的情況：（1）設計圖有設計缺陷。（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）接觸器主觸點有過熱，粘接現(xiàn)象。排除以上4 項情況后，我們多次做模擬啟停實驗，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)象后我們又進行了以下幾項檢查試驗。

（1）測端子排間、端子排對地絕緣電阻、至主控室控制電纜芯線對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 的對地電壓。切斷220V 交流電源后，對地電壓消失。

（3）檢查控制電纜屏蔽兩端接地良好

通過以上實驗，我們確認調壓機構控制不靈是由于本身芯線串擾產生的感應電壓影響了接觸器的返回引起的。為了詳盡分析，文中將控制電路進行了簡化等效，等效電路圖如圖3（以“停止”回路為例）

圖3 控制回路簡化等效電路圖

需要說明的是，由于電纜的電阻和感抗值遠小于容抗值Xc，此處忽略不計，C表示升、降、停控制電纜線間耦合電容；R，分別為繼電器線圈的阻抗和感抗；U1，U2 分別為線間串擾感應電壓電壓和接觸器線圈兩端電壓。

結合圖1，3 可以看出，當控制電纜較長時，電纜線間電容越大，電纜電容電壓U1 也越大，隨之流過交流繼電器K2(K3、K4)線圈電流也將增大；而繼電器線圈兩端電壓U2與流過線圈電流成正比，也隨之增大，當U2 大于繼電器返回電壓時，交流繼電器K2(K3、K4)將會一直保持動作狀態(tài)不返回，使K2(K3、K4)輔助觸點保持閉合狀態(tài)，故無法實現(xiàn)升降控制，同時在處理故障時，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有解除，故排除了閉鎖回路影響。

設計圖紙中交流接觸器K2、K3、K4 的型號是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，相應吸合電流為318mA，線圈吸持功率8VA，相應吸持電流為36mA。經測量芯線的感應電壓有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，調壓控制一直處于停的狀態(tài)，致使升、降回路控制失效。同時由于180V 處于吸合電壓臨界值附近，所以第一次操作時升、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

在確認是由于本身芯線帶感應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）對調控制回路的電源極性，即把設計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，經測量X2-5 處感應電壓為37V 左右，考慮到相位問題，若感應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 無法返回，從而使升檔降檔控制回路功能無法實現(xiàn)。對調相線和零線后，K3 線圈兩端電位為感應電壓大小，約37V，小于吸合電壓，從而可消除感應電壓對繼電器返回的影響。

該方法操作簡單，不過當電纜很長時，耦合電容C 值便比較大，產生的感應電壓也很高，若此時線圈緊靠N 線時，當感應電壓達到吸合電壓以上時也會造成繼電器無法返回的影響。

（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

串擾對繼電器的影響主要在于其引起的感應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，可有效消除串擾對繼電器返回的影響。需要注意的是當電容電流比較大時，若選用電阻過小時，電阻會被燒壞，無法起到分流消除感應電壓的作用；同時若選用電阻過大時，會增加了整個控制回路的功耗，所以應通過計算選擇合適的電阻。

（3）用驅動功率較大動作電壓較高的繼電器替換

長電纜回路中繼電器無指令吸合是由于驅動電流通過分布電容形成回路引起的，所以更換起動電流相對較大的繼電器，通?？梢越鉀Q這一問題。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，可消除感應電壓的影響，但有時受元件選型或空間位置不足的限制，不一定能實施。

4 結論

論文對串擾產生的原因及其影響因素進行了分析，并結合工程實例就串擾電壓引起有載調壓控制系統(tǒng)紊亂問題提出了解決方案，以求對受到類似問題困擾的工程技術人員有所啟發(fā)。

串擾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題，除了采取上述方法改進后我還要提醒大家要事前提前預防，設計時在滿足要求的情況下盡量減少電纜長度，采用兩相制控制電源或直流控制，以免運行之后引起不必要的人力物力浪費。