GIS汇控柜内耦合电压问题分析及解决

GIS汇控柜内耦合电压问题分析及解决

焦淑敏

（河南平高电气股份有限公司河南省平顶山市467001）

摘要：文章介绍了贵州某电站GIS产品在调试过程中发现隔离接地开关机构电源空开有感应电压存在。通过对厂内产品摸底试验以及现场测量分析查明原因，通过现场整改，耦合电压大大降低。

关键词：GIS；耦合电压；矢量叠加；电容

引言

贵州某电站110kVGIS产品，在现场调试过程中，施工单位反馈：如图1所示，当6个隔离接地开关的控制空开都断开时，测量其中一个空开的出线端的电压，基本为零；当控制空开逐个依次合上的过程中，每合上一个空开，断开空开的出线端电压增加10V左右；当其中5个空开均合上时，断开空开出线端电压增加至50V左右。并且，类似情况在本站其他间隔均有出现。

说明：F3*：隔离接地开关电机电源空开F4*：隔离接地开关控制电源空开

图1GIS工程电源分布图

2现场试验及整改

2.1测量过程及数据

测得现场提供的三相交流电源的线电压为364V，相电压为210V。以该电站某一个间隔为测量对象进行测量，测量过程如下：

1、断开交流电源总空开，然后逐一闭合除-F41以外的所有隔离接地开关的控制空开和电机电源空开，测得-F41空开出线端电压变化规律，如图2所示。

2、闭合交流电源总空开，重复以上测量过程，测得-F41空开出线端电压变化规律，如图2所示。

图2供交流电前后，依次关合空开测-F41出线侧电压（单位：伏特，V）

3、合上交流电源总空开，断开-F41与-F42之间的导线，此时除-F41空开外，隔离接地开关的其他控制空开与所有电机空开的输入端都不带电。然后按步骤1顺序依次投入空开，测得-F42空开输出侧电压为1.5V。

4、合上交流电源总空开，断开-F43与-F44之间的导线，此时除-F41、-F42、-F43空开外，隔离接地开关的其他控制空开与所有电机空开的输入端都不带电。然后按步骤1顺序依次投入空开，测得-F42空开输出侧电压为21.7V。

5、修改隔离接地开关控制与电机电源的接线方式，把隔离接地开关的控制空开和电机空开均匀的分布到三相电源的A、B、C三相上(通过外引导线进行连接)，即:-F41、-F42、-F31和-F32接B相，-F43、-F44、-F33和-F34接A相，-F45、-F49、-F35和-F39接C相。然后重复步骤1测量过程，测得-F41空开出线端电压变化规律，如图3所示：

图3空开分布在交流三相时，依次关合空开测-F41出线侧电压

从以上测量过程可以总结出以下规律：

a.当交流总空开断开时，线槽中导线均不带电，这时随着所投入空开的增加，-F41出线端电压变化不大，且无递增规律。

b.当交流总空开合上，随着输入端带电空开的越多，-F42空开输出端的电压随之增高。

c．当空开均匀接入三相电压时，-F42空开输出端的电压明显减少。并且，随着空开的逐个关合，电压变化呈现较显著的矢量叠加规律，具体分析如下：

由于本站所有隔离接地开关的控制空开与电机空开都接到了三相电源的B相，因此隔离接地开关所有空开输入端的电压都是同相位的，导线间产生的感应电压也是同相位的，进行矢量叠加时，就是进行数值的相加，如图4所示。

考虑到三相电源的A、B、C三相依次相差120°，若把隔离接地开关的空开均匀的分布在A、B、C三相上，三相产生的感应电压也会相差120°，感应电压进行矢量叠加时，总结果值就会大大减少，如图5所示。

图4同相位电压进行矢量叠加

图5不同相位电压进行矢量叠加

2.2整改方案及效果

通过对以上数据的分析，初步判断此种现象可能是产生的耦合电压造成的。在汇控柜行线槽内，带电导线对不带电导线产生耦合电压，导致与导线连接的设备端子电位升高。要消除或降低耦合电压，就必须：

（1）减少线槽中带电导线的数量，但是由于柜内元件布置及线槽结构的原因，改造难度很大。

（2）利用不同相位电压矢量和的原理使得感应电压趋于降低。

整改方案：把隔离接地开关的控制空开和电机空开均匀的分布到三相电源的A、B、C三相上，即:-F41、-F42、-F31和-F32接B相，-F43、-F44、-F33和-F34接A相，-F45、-F49、-F35和-F39接C相。

整改效果：当隔离接地开关控制和电机电源空开对称分配到A、B、C三相时，耦合电压明显减少。

3耦合电压产生的原因及影响因素分析

3.1耦合电压产生的原因

由于导线之间存在分布电容，因此线槽内带电导线对不带电导线之间存在耦合电流。图6所示为带电导线与空导线间等值电容电路图，其中C1、C2都是分布电容，C1为带电导线与空导线之间的分布电容，C2为空导线对N的耦合电容，i为耦合电流，L、N通过耦合电容C1、C2构成回路。

图6带电导线与空导线间等值电容电路图

图6中U1、U2是通过C1、C2分压的，可以求得空导线对地耦合电压U2的大小为式（1）。

由式（1）可知，当C2为常数的时候，U2与C1有关系，U2随着C1的增大而增大，C1的大小为式（2）所示。

式（2）中，为介电常数，k为静电力常量，S为导线间的相对面积，d为导线之间的距离。

3.2影响因素分析

通过分析可见，带电导线数量、长度及电源的分布与耦合电压之间有一定的关系。同一线槽内带电导线数量越多，或者带电导线的长度越长。产生耦合电压的源就越多；同一线槽内，带电导线的电压三相越对称，产生的耦合电压就越小；导线之间越平行，导线间距越小，产生的耦合电压就越大；多根带电导线对同一带电导线的耦合电压也会产生叠加作用。

4结束语

文章针对现场出现的问题进行测量、分析，找出空开出线端电压增加的原因，通过简单可行的整改措施，有效降低了耦合电压值，从而保证了工作人员的人身安全和电网的安全稳定运行。

参考文献

1张新闻.长距离电缆内导线间分布电容的影响及处理.湖南电力，1999.

2陶向东.线路分布电容导致停机失灵的原因分析与改进.电气技术，2011.3.

3王海明,蔡黔鹰,郑绳楦.基于电容耦合原理的导线定位仿真分析.全国计算机科学与技术应用学术会议.2004.