保護(hù)用控制電纜分布電容參數(shù)測試方法研究

1、第 4期 ( 總第 1 4 8期)2 0 0 8 年 8 月山 西 電 力 S HANXIE LECTRI C P 0W ER No ． 4 ( S e r ． 1 4 8 )A u g ． 2 0 0 8保 護(hù)用控制 電纜分布 電容參 數(shù)測試方法研究 孟恒信 ，張 悅 ，朱 良肄。 ，楊 崢。( 1 ．山 西 電 力科 學(xué)研 究 院 ， 山 西 太 原 0 3 0 0 0 1 ；2 ．太原 供 電 分 公 司 ， 山 西 太原 0

2、 3 0 0 0 9 ；3 ．超 ( 特 ) 高壓 輸 變 電分 公 司 ， 山 西 太原 0 3 0 0 0 6 )摘 要 ：通過研 究保 護(hù) 用控 制 電纜 分布 電容 ，結(jié)合 現(xiàn) 場 實(shí)測和 仿 真校 對 ，探 討 了電纜 的分 布 電容構(gòu) 成及 測試 方 法 ，并應(yīng) 用此 方法 實(shí)測 了多種保 護(hù) 用控制 電纜的 分布 電容 參 數(shù) ，得 出每 百米 電纜 的芯 線 對屏 蔽層 綜合分 布 電容 的規(guī)律 。關(guān)鍵 詞 ：控 制 電

3、纜 ；分布 電容 ；測試 方 法 ；仿 真 中 圖分 類 號 ：TM2 4 6文 獻(xiàn)標(biāo) 識碼 ：B文章 編 號 ：1 6 7 1 — 0 3 2 0 ( 2 0 0 8 ) 0 4 — 0 0 1 6 — 0 40 引言 1控制 電纜結(jié)構(gòu) 近 年來 ，微 機(jī)保 護(hù)及 集成 型斷 路器 操作 箱 的廣 泛應(yīng) 用 ，保護(hù) 的重要輸 入 光耦 及操 作箱 的手 跳及 三 跳繼 電器 等 的驅(qū) 動功率 普 遍較 小 ，當(dāng)變 電站 或 電廠 升

4、壓 站保 護(hù) 室與 被控設(shè) 備 距離 較遠(yuǎn) ，控 制 電纜距 離 較長 時 ，經(jīng)常 在 系統(tǒng)有 擾 動時 由于 長 電纜 的 電容分 布效 應(yīng) 引起設(shè) 備誤 動 ，造成 電網(wǎng)事 故 。特 別 是大 型 的發(fā) 電廠 ，此 現(xiàn)象 更加 嚴(yán)重 。國 網(wǎng)公 司十八 項(xiàng) 反 措 第 1 4 ． 7 ． 5條 規(guī) 定 ，對 經(jīng) 長 電纜跳 閘 的 回路要 采 取 防止長 電纜 分布 電容 影 響 和防止 出 口繼 電器 誤動 的措 施 。那么 對于

5、 保護(hù) 用控 制 電纜 多少 米算 長 電纜 ，百 米長 電纜 分布 電容 是多 少 ，電纜生 產(chǎn) 廠家 一般 不提 供這 一參數(shù) 。為此 ，首 先 分析 了不 同 電纜 的芯線 空 間布 置結(jié) 構(gòu)與 分布 電容 的關(guān) 系 ，制 定 了等效 分 布 電容 電路 ，然后 依據(jù) 等效 電路 實(shí) 測 了部分 電纜 的分 布 電容參 數(shù) ，在 此基礎(chǔ) 上 又根 據(jù)等 效 電路 建立 了 軟件仿 真數(shù) 學(xué)模 型 ，進(jìn)行 了 仿真 校 對 ，驗(yàn)證

6、了等效 電路 有效性 及測 試 方法 的可 行性 ，進(jìn) 而應(yīng) 用 此方法 實(shí) 測 了多種 保護(hù) 用控 制 電纜 的分 布 電容參 數(shù) ，得 到 了統(tǒng)計(jì) 規(guī)律 [ 1 _ 3 _ 。收 稿 日期 ：2 0 0 8 — 0 4 — 1 0作者簡介 ：孟恒信 ( 1 9 5 3 - ) ，男 ，河北 辛集 人 ，1 9 8 2年畢 業(yè) 于華 北電力學(xué)院繼 電保護(hù)及其 自動化專業(yè) ，高級工程師 ；張 悅 ( 1 9 6 5 - ) ，女 ，山西

7、 太原 人 ，1 9 8 8年 畢業(yè) 于 太 原工業(yè)大學(xué) 電力分校 電力系統(tǒng)及其 自動化專業(yè) ，高級工 程 師 ；朱良肄 ( 1 9 6 3 一 ) ，男 ，山 西太 原 人 ，1 9 9 2年 畢業(yè) 于 華 北 電力 學(xué)院繼電保護(hù)及其 自動化專業(yè) ，工程師 ；楊 崢 ( 1 9 8 0 一 ) ，女 ，山 西太 原 人 ，2 0 0 3年畢 業(yè) 于 太 原科技 大學(xué)工 業(yè)設(shè) 計(jì)專業(yè) ，助理工程師 。· 1 6·控

8、 制 電纜 的 基 本 結(jié) 構(gòu) ( 如 圖 1所 示 ) ，一 般 是 由導(dǎo) 體 、絕緣 層 、繞 包層 、填充 料 、屏蔽 層 和護(hù) 套 組 成 的 。 由于控 制 電纜 的應(yīng) 用場 合不 同 ，各 部分 的 材料 構(gòu)成 有所 不 同 ，圖 1所 示 的聚氯 乙烯 絕緣 聚氯 乙烯 護(hù) 套 控 制 電纜 ，它 適 合 于 敷 設(shè) 在 室 內(nèi)、 電 纜 溝 、管道 等 固定 的場 合 ，還 有適用 于有 阻燃要 求 的 聚氯 乙烯 絕緣

9、 阻燃 控制 電纜等 。按 照 控 制 電 纜 的 屏 蔽 效 果 來 區(qū) 分 ， 可 分 為 KVV 型銅 芯 聚 氯 乙烯 絕 緣 聚 氯 乙 烯 護(hù) 套 控 制 電 纜 ，KVVP型 聚 氯 乙 烯 絕 緣 聚 氯 乙 烯 護(hù) 套 編 織 屏 蔽 電纜 、KVVP 。型聚 氯 乙烯 絕 緣 聚 氯 乙烯 護(hù) 套銅 帶屏 蔽 電纜 、KVV型 聚 氯 乙烯 絕 緣 聚氯 乙烯 護(hù) 套 鋼 帶鎧 裝屏 蔽 電纜 等 。銅導(dǎo) 電線 芯

10、聚氯乙烯絕緣層 聚氯乙烯帶繞包墊層 銅絲繞線屏蔽層或 銅帶繞包屏蔽層 聚氯乙烯鋼套 圖 1 控 制 電 纜結(jié) 構(gòu) 保護(hù) 用控 制 電纜芯 數(shù) 一般 以 2 ，4 ，7 ，8 ，1 O ，1 2 ，1 4芯 居 多 ，導(dǎo) 線 截 面 積 常 見 的 有 1 ， 1 ． 5 ，2 ． 5 ，4及 6mm。 。電流 電壓 回路 常用 4 ×4mm。 帶 屏 蔽控 制 電纜 ，控 制 回路 常用 7 ×2 ． 5mm。 和

11、 7 ×1 ． 5mm。帶屏 蔽 控 制 電 纜 。 它 們 的 芯 線 布 置 如 圖 2 、 圖 3 所 示 。維普資訊 http://www.cqvip.com 山 西 電 力 2 0 0 8年 第 4期 表 1KV V P 2 24 ×1 ． 5mm 控 制 電 纜 分 布 電 容 n F表 2Z R C - KV V P7 ×2 ． 5mm控 制 電 纜 分 布 電 容 n F3仿 真校 核 3

12、 ． 1 仿真 模型 及參 數(shù) 為 了驗(yàn) 證 等 效 電路 有 效 性 及 測試 方 法 的 可 行 性 ，利用 上 述實(shí) 測數(shù) 據(jù)進(jìn) 行 了仿 真校核 ，仿 真軟 件 MAT L AB - S i mu l i n k - S i mP o we rS y s t e ms7 ． 5 。為 了 減少 篇 幅 ，僅 以 7芯 電纜 為例 ，作 如下 說 明 。依 據(jù) 等效 電路 建立 的仿 真模 型如 圖 8a 所 示 。圖 中外 圍

13、芯對 屏 蔽 分 布 電 容 C 。 。參 數(shù) 設(shè) 為 1 7 ． 3 7 7n F；C l 2 — 2 3 _ 6 l 及 C l 7 — 2 7 — 6 7 參 數(shù)設(shè) 為 5 ． 9 0 4n F。3 ． 2 仿 真校 核方 法 分別 在外 圍 1芯線 對屏 蔽 、中間芯 線對屏 蔽 和 外 圍芯線 與 中 間芯線 之 間加 1 0 0V2 1 2 頻 5 0Hz 交 流 電壓 ，讀 取加 入 電壓 和 電流 ，通過讀 取 的 電壓

14、 和 電 流計(jì) 算 出仿真 綜合 電容 參數(shù) ，再 與實(shí) 測綜 合 電容 參 數(shù) 比對 若 兩者 相吻 合 ，說 明實(shí)測 參數(shù) 準(zhǔn)確 。3 ． 3 仿真 校核 項(xiàng) 目及 結(jié)果 仿 真 校核項(xiàng) 目依據(jù) 表 2的測 試項(xiàng) 目 ，即外 圍 芯 對 屏蔽 層 、中芯對 屏蔽 及 中芯對 外 芯施加 1 0 0V交 流 5 0Hz電壓 ，讀 取 回路 電 流 ，計(jì) 算 仿 真 綜 合 電 容 ，圖 8b示 出了外 圍芯 對屏 蔽層 的仿 真 電流

15、 電壓 波形 。仿 真 電壓 1 0 0V，電流 為 0 ． 9 6mA，計(jì) 算仿 真綜合 電容 ，中芯 對屏蔽 及 中芯 對 外芯 施 加 1 0 0V交 流 5 0Hz電壓 ，讀 取 的 電流及計(jì) 算 仿 真電容 列 于 表 3 。表 3 仿 真 結(jié) 果 及 計(jì) 算 綜 合 電容 項(xiàng) 目仿真／ v電壓 讀取／ m喊A 仿真 實(shí)測／ nF由表 3可 以看 出 ，利用 7芯 控制 電纜 分布 電容 · 1 8·一

16、4一 C l 6為 a 仿真模型 b 仿 真 波 形 圖 8 外 圍芯對屏蔽層 仿真模型及波形 等效 電路及 實(shí)測 芯線 對屏 蔽 C 0 、芯 線 間 C 。 分 布 電 容參 數(shù)建 立 的仿 真模 型 ，得 到 的仿 真計(jì)算 綜 合 電容 值 與實(shí)測 綜 合 電容非 常接 近 ，因此 可 以認(rèn) 為 上述 等 效 電路有 效 ，測 試方 法 可行 。另 外 ，還對 4芯 電纜 進(jìn) 行 了同樣 的仿 真校 核 ，結(jié)論 同 7芯 。4 保

17、護(hù)常用控 制電纜綜合分 布電容參數(shù) 通過 對 分布 電容 測試 方法 的研究 ，對 控 制 電纜 的分 布 電容參 數(shù) 的構(gòu) 成機(jī) 理及 等 效 電路有 了較 明確 的 了解 ，進(jìn) 而應(yīng)用 此 方法 實(shí)測 了多種 保護(hù) 用 控制 電 纜 的分布 電容 參數(shù) ，現(xiàn)將 保護(hù) 常 用控 制 電纜綜 合分 布 電容參 數(shù)列 于 表 4 。從 表 4的實(shí)測 數(shù) 據(jù)可 以看 出 ，不 同型號 控制 電 纜 芯 線對屏 蔽 的綜 合 分布 電容 ，與

18、 電纜 的型 號及結(jié) 構(gòu) 有 一定 的關(guān) 系 ，但 相差 不大 ，每百 米長 電纜單 芯 線 對屏 蔽 層 的綜合 分 布 電容在 1 5 ～3 0n F之 間 。5結(jié) 論 a )根 據(jù)控 制 電 纜 的芯 線 布 置 結(jié) 構(gòu) ，建 立 分 布 電容等效模型的方法可行。b )電纜 芯 線 對 屏 蔽 層 的分 布 電 容 較 大 ，芯 線 間分 布 電容 較小 。c )每 百 米 長 電 纜 單 芯 線 對 屏 蔽 層 的 綜 合 分