串聯(lián)補(bǔ)償電容器對(duì)線路保護(hù)的影響

賈新亞

(西安亮麗集團(tuán)安質(zhì)部，陜西西安 710032)

隨著電力負(fù)荷的快速增長(zhǎng)，電力系統(tǒng)的規(guī)模呈現(xiàn)出超高壓、長(zhǎng)距離輸電線路也愈來(lái)愈多。并存在一系列問(wèn)題的情況，而解決問(wèn)題的有效的方法就是在超高壓、長(zhǎng)距離輸電線路安裝設(shè)串聯(lián)補(bǔ)償電容，這可縮短輸電線路的電氣距離、提高線路輸送容量、改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

1 距離保護(hù)原理

距離保護(hù)是反應(yīng)故障點(diǎn)到保護(hù)安裝地點(diǎn)之間的距離，并根據(jù)距離遠(yuǎn)近而確定動(dòng)作時(shí)間的一種保護(hù)裝置。該裝置的核心元件是阻抗繼電器，其主要作用就是測(cè)量短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處之向的阻抗，并與整定阻抗值進(jìn)行比較，以決定保護(hù)是否應(yīng)該動(dòng)作。當(dāng)短路點(diǎn)距保護(hù)安裝處近時(shí)，其測(cè)量阻抗小，動(dòng)作時(shí)間短;當(dāng)短路點(diǎn)距保護(hù)遠(yuǎn)時(shí)，其測(cè)量阻抗增加，動(dòng)作時(shí)間長(zhǎng)，這樣就保證了繼電器有選擇性的切除故障線路［1－2］。

根據(jù)距離保護(hù)的工作原理，加入繼電器的電壓和電流要滿足下面的要求:(1)繼電器的測(cè)量阻抗正比于短路點(diǎn)到保護(hù)安裝地點(diǎn)之間的距離。(2)繼電器的測(cè)量阻抗應(yīng)與故障類型無(wú)關(guān)，即保護(hù)范圍不隨故障類型的變化而變化。

為滿足上述要求，阻抗繼電器加入的電壓和電流分別為UAB和IA－IB，若A，B兩相短路，故障環(huán)路的電壓為

繼電器J1的測(cè)量阻抗則為單相接地屬非對(duì)稱故障。因此，故障將產(chǎn)生零序和負(fù)序分量。保護(hù)安裝地點(diǎn)母線上A相電壓應(yīng)為

測(cè)量阻抗為

2 串聯(lián)補(bǔ)償電容器對(duì)距離保護(hù)的影響

對(duì)采用串補(bǔ)電容的輸電線路，故障電流中有低頻分量，會(huì)影響繼電保護(hù)的工作。暫態(tài)過(guò)程中的振蕩頻率ω可近似等于電路的共振頻率。由于串補(bǔ)電容僅僅是補(bǔ)償線路感抗的一部分，通常，Xc≤50%X1，從整個(gè)電網(wǎng)看，容抗Xc更小。所以暫態(tài)分量的振蕩頻率ω=ω0＜ω，故稱為低頻分量。從T1=2L/R可知，低頻分量比直流分量衰減得更慢，這是因?yàn)榈皖l振蕩電流瞬時(shí)值周期性通過(guò)零，振蕩時(shí)能量的衰減比直流時(shí)慢。低頻分量的幅值Im'與短路發(fā)生時(shí)的初相角有關(guān)，當(dāng)短路發(fā)生電勢(shì)相角為0°時(shí)，低頻分量最大;當(dāng)相角為90°時(shí)，低頻分量最小，但不為零，這是因電感中的電流和電容上的電壓不能突變的原理。當(dāng)?shù)皖l分量大于或等于基波分量時(shí)，對(duì)距離保護(hù)的影響最大，會(huì)導(dǎo)致保護(hù)裝置超越誤動(dòng)作［3－4］。

3 距離保護(hù)的動(dòng)作分析

距離保護(hù)的動(dòng)作情況與串聯(lián)補(bǔ)償電容裝設(shè)位置有關(guān)，當(dāng)串聯(lián)補(bǔ)償電容的容抗較大時(shí)，串聯(lián)補(bǔ)償電容的后一段線路處在保護(hù)區(qū)之內(nèi)，前一段線路處在保護(hù)區(qū)之外。當(dāng)保護(hù)間隙擊穿時(shí)，后一半線路均處于保護(hù)區(qū)之外，如圖中虛線所示。對(duì)相鄰線路保護(hù)裝置，可能出現(xiàn)保護(hù)區(qū)的縮短或非選擇性動(dòng)作的情況，與串聯(lián)補(bǔ)償電容在線路始端情況類似。

在不出現(xiàn)電流反相的情況下，串聯(lián)補(bǔ)償電容對(duì)阻抗繼電器的影響可歸納為:正向經(jīng)串聯(lián)補(bǔ)償電容短路故障，阻抗繼電器可能發(fā)生拒動(dòng);反向經(jīng)串聯(lián)補(bǔ)償電容短路故障，阻抗繼電器可能誤動(dòng)。這種拒動(dòng)不包含工頻變化量方向阻抗繼電器。此外，相鄰線或?qū)?cè)阻抗繼電器出現(xiàn)正向短路故障時(shí)保護(hù)區(qū)的縮短，保護(hù)裝置超越誤動(dòng)。

3.1 正向經(jīng)串聯(lián)補(bǔ)償電容短路故障拒動(dòng)對(duì)策

距離保護(hù)的電壓回路接于線路側(cè):解決拒動(dòng)問(wèn)題的對(duì)策之一是將距離保護(hù)的電壓回路接于線路側(cè)電壓互感器上，如圖1所示。是將距離保護(hù)移到串聯(lián)補(bǔ)償電容外側(cè)的Q點(diǎn)上，當(dāng)然正方向上發(fā)生短路故障時(shí)，Q點(diǎn)不會(huì)出現(xiàn)電壓反相，不存在拒動(dòng)問(wèn)題。這種接線存在的問(wèn)題是采取措施防止反向短路故障的誤動(dòng)［5－6］。

圖1 距離保護(hù)接于不同的電壓互感器上

解決正向出口短路距離繼電器可能拒動(dòng)的對(duì)策之二就是距離繼電器采用帶記憶的正序電壓極化，而且所采用帶記憶的正序電壓不僅是正序電壓低于10%Un。

對(duì)低壓阻抗繼電器，極化電壓采用記憶量，繼電器能可靠動(dòng)作。對(duì)以正序電壓為極化量的接地距離及相間距離阻抗繼電器，在正向不對(duì)稱短路時(shí)，其正序極化電壓基本為故障前正序電壓，并未失去方向性。

3.2 反向經(jīng)串聯(lián)補(bǔ)償電容短路故障誤動(dòng)

圖2中的1和2為以正序電壓極化的方向阻抗繼電器，對(duì)于三相短路故障，正序電壓有強(qiáng)的記憶作用;方向阻抗繼電器2的動(dòng)作方向?yàn)镻M方向，方向阻抗繼電器1的動(dòng)作方向?yàn)镻N方向，即動(dòng)作方向相反［7］。

圖2 比較方向阻抗繼電器1、2動(dòng)作先后說(shuō)明

串聯(lián)補(bǔ)償電容外側(cè)K1點(diǎn)短路故障時(shí)，繼電器1的極化電壓在記憶作用存在期間保持原有的正常線路電壓，記憶作用消失后變?yōu)槎搪冯妷?，出現(xiàn)電壓反相，即繼電器1在極化電壓記憶作用消失后才發(fā)生誤動(dòng)作;對(duì)于繼電器2，極化電壓在記憶作用存在期間保持原有正常電壓，記憶作用消失變?yōu)榱悖蠢^電器2在短路故障發(fā)生時(shí)就開(kāi)始動(dòng)作。可見(jiàn)，只要繼電器2在繼電器1極化電壓記憶作用消失前動(dòng)作并切除故障，繼電器1就不會(huì)發(fā)生誤動(dòng)作。

3.3 采用方向繼電器進(jìn)行閉鎖

方向繼電器與方向阻抗繼電器具有相同的動(dòng)作方向，保護(hù)方向上短路故障時(shí)，方向繼電器應(yīng)可靠動(dòng)作，不影響方向阻抗繼電器快速切除短路故障:反向經(jīng)串聯(lián)補(bǔ)償電容短路故障時(shí)，方向繼電器應(yīng)可靠不動(dòng)作，閉鎖方向阻抗繼電器可能發(fā)生的誤動(dòng)作。

采用的方向繼電器可以是零序方向元件、負(fù)序方向元件、工頻變化量方向元件、反映正序故障分量的方向元件。這些方向元件正確工作的條件是保護(hù)安裝處到與故障點(diǎn)相反方向的等值正序阻抗應(yīng)呈感性阻抗。

在圖3中，PN線 P側(cè)方向元件1的電壓取自TV1、電流取自TA11。當(dāng)正方向上K1點(diǎn)短路故障時(shí)，方向元件1可靠動(dòng)作的條件是ZP1∥(ZM1+ZMQ1+jXc)呈感性阻抗(ZP1為P母線上電源或分支線的等值正序阻抗)，因XC＜XMQ1，所以條件是滿ZP1∥(ZPN1+ZN1)呈感性阻抗，故方向元件1可靠不動(dòng)作。因此，方向元件1可防止方向阻抗繼電器1反向經(jīng)串聯(lián)補(bǔ)償電容短路故障時(shí)的誤動(dòng)作。

圖3 方向繼電器閉鎖示意圖

4 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)上述分析，不計(jì)暫態(tài)過(guò)程時(shí)以及計(jì)及暫態(tài)過(guò)程，串聯(lián)補(bǔ)償電容器對(duì)分相電流差動(dòng)保護(hù)以及零序電流差動(dòng)保護(hù)理論上應(yīng)該沒(méi)有影響的，也不用任何改進(jìn)措施，因此分相電流差動(dòng)以及零序電流差動(dòng)成為串補(bǔ)及其相鄰線路首選主保護(hù)。

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