分布電容對(duì)輸電線(xiàn)路負(fù)序方向縱聯(lián)保護(hù)的可靠性影響研究

王 莉，曹甦惠，常 黎，段 五，楊藝瑾，白 月

（國(guó)網(wǎng)河南省電力公司檢修公司，河南鄭州450000）

負(fù)序方向縱聯(lián)保護(hù)配置簡(jiǎn)單、原理清晰、動(dòng)作可靠，在常規(guī)線(xiàn)路上得到了廣泛應(yīng)用［1］。但特高壓電網(wǎng)與高壓電網(wǎng)相比，導(dǎo)線(xiàn)分裂數(shù)更多，傳輸距離更遠(yuǎn)。導(dǎo)線(xiàn)分裂數(shù)更多，所以分布電容更大。分布電容電流的存在，將會(huì)使正常及外部故障情況下線(xiàn)路兩端的電流不再相等；在短路暫態(tài)情況下，故障相電容的放電將會(huì)在故障電壓、電流中產(chǎn)生眾多的高頻分量［2］。

1 分布電容對(duì)負(fù)序方向縱聯(lián)保護(hù)影響的理論分析

以長(zhǎng)距離輸電線(xiàn)路外部不對(duì)稱(chēng)故障的情況為例進(jìn)行分析，突出分布電容電流的影響。線(xiàn)路的T型等效網(wǎng)絡(luò)如圖1。忽略系統(tǒng)電阻，長(zhǎng)線(xiàn)外部不對(duì)稱(chēng)短路時(shí)系統(tǒng)模型及負(fù)序等值網(wǎng)絡(luò)見(jiàn)圖1。XL2為線(xiàn)路負(fù)序感抗，XC2為線(xiàn)路負(fù)序容抗，XM2為系統(tǒng)負(fù)序電抗。

圖1 長(zhǎng)線(xiàn)外部不對(duì)稱(chēng)短路時(shí)系統(tǒng)模型及負(fù)序等值網(wǎng)絡(luò)

當(dāng)規(guī)定電流的正方向均由母線(xiàn)流向線(xiàn)路時(shí)有：

由此可見(jiàn)，˙IN2的大小和相位隨著XM2+XL2和XC2大小不同而不同。由于線(xiàn)路分布電容對(duì)負(fù)序等值網(wǎng)絡(luò)的純電感電路的電壓相位影響很小，所以以下分析假設(shè)˙Uk2、˙UM2、˙UN2同相位。

（1）當(dāng)XM2+XL2／2＜XC2時(shí)，有˙IM2＞˙IC2，則˙IN2很小，且˙IM2與˙IN2相位差為180°。在這種情況下，線(xiàn)路 M端正向功率方向元件動(dòng)作，N端反向功率方向元件動(dòng)作，保護(hù)不會(huì)誤動(dòng)。但是當(dāng)電容電流很大時(shí)，由于線(xiàn)路兩端電流大小不同，當(dāng)保護(hù)采用兩個(gè)靈敏度不同的元件時(shí)，增大高低定值之比將不能滿(mǎn)足靈敏度不同的要求。

（2）當(dāng)XM2+XL2／2=XC2時(shí)，有˙IM2=˙IC2，則˙IN2=0。在這種情況下，線(xiàn)路N端無(wú)電流，使N端不能送出閉鎖信號(hào)，將造成M端負(fù)序方向保護(hù)的誤動(dòng)作。

（3）當(dāng)XM2+XL2／2＞XC2時(shí)，有˙IM2＜˙IC2，則˙IN2與˙IM2同相位。在這種情況下，由于分布電容的影響，已使線(xiàn)路兩端電流的相位和功率方向變?yōu)閮?nèi)部故障關(guān)系，將造成負(fù)序方向保護(hù)的誤動(dòng)作。

500 k V以下的線(xiàn)路容抗一般較大，而IC2較小，系統(tǒng)阻抗較小而IM2較大，保護(hù)誤動(dòng)的可能性不大；但特高壓長(zhǎng)線(xiàn)路的XL2較大，XC2較小，當(dāng)系統(tǒng)負(fù)序阻抗XM2相對(duì)較大時(shí)，有可能造成負(fù)序方向保護(hù)的誤動(dòng)作。

2 分布電容對(duì)負(fù)序方向縱聯(lián)保護(hù)影響的仿真分析

針對(duì)以上理論分析，本文采用電磁暫態(tài)仿真軟件ATP對(duì)1 000 k V雙端電源系統(tǒng)進(jìn)行仿真，以檢驗(yàn)理論分析的正確性。仿真所搭建的模型如圖2所示。

圖2 ATP仿真模型

圖2模型中線(xiàn)路的分布參數(shù)為：Rl=0.00805Ω／km， Ro=0.20489Ω／km； L1=0.82525 mH／km，Lo=0.82525 mH／km；Cl=0.01403699μF／km，Co=0.00943039μF／km。兩側(cè)系統(tǒng)夾角為M側(cè)超前N側(cè)65°，系統(tǒng)內(nèi)阻抗均為R=2Ω，L=206 mH。本文中仿真步長(zhǎng)為1E-5s，濾波算法為全周傅氏算法，開(kāi)關(guān)操作或故障時(shí)刻為33 ms。

圖3 線(xiàn)路長(zhǎng)度為800 km外部故障時(shí)兩端負(fù)序方向

為了反映線(xiàn)路的不同長(zhǎng)度對(duì)負(fù)序方向縱聯(lián)保護(hù)的影響，本文仿真了不同線(xiàn)路長(zhǎng)度，分別為300 km、500 km以及800 km。由仿真結(jié)果可以得到，當(dāng)線(xiàn)路長(zhǎng)度為300 km、500 km時(shí)，保護(hù)動(dòng)作正確。當(dāng)線(xiàn)路增長(zhǎng)到800 km時(shí)，N側(cè)的負(fù)序方向元件已錯(cuò)誤判別功率方向，圖3給出了線(xiàn)路長(zhǎng)度為800 km外部故障時(shí)兩端負(fù)序方向元件的動(dòng)作特性。從而驗(yàn)證了理論分析的正確性。

3 改進(jìn)方向

許多文獻(xiàn)提出通過(guò)計(jì)算來(lái)補(bǔ)償分布電容的方法。文獻(xiàn)［3］提出了基于D’Alembert公式的分布電容電流補(bǔ)償方法，并得到了差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作電流的差分和微分計(jì)算方法。這類(lèi)補(bǔ)償原理用不同點(diǎn)的電流（保護(hù)安裝處的電流）、電壓（補(bǔ)償點(diǎn)電壓）進(jìn)行方向判斷補(bǔ)償分布電容，物理意義不清晰。文獻(xiàn)［4］提出了基于電流行波的新型分布電容電流的時(shí)域補(bǔ)償方法。這種補(bǔ)償方法無(wú)論是在穩(wěn)態(tài)，還是在暫態(tài)過(guò)程中，補(bǔ)償效果均比較理想，而且不增加任何數(shù)據(jù)通信量，也不需要提高采樣頻率，所以，這種補(bǔ)償方法適用于縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)。

以上電容電流補(bǔ)償方法都提出了減少分布電容影響的方法，但在故障發(fā)生后幾個(gè)周期或斷路器操作的暫態(tài)過(guò)程中，采用濾波算法得到的任何電壓相量本身就是不太準(zhǔn)確的，因而對(duì)電容電流的補(bǔ)償效果或許不夠理想。因此說(shuō)，解決分布電容對(duì)負(fù)序方向縱聯(lián)保護(hù)影響的措施，還要從多方面考慮（如更好的濾波算法），以系統(tǒng)的角度提高保護(hù)的性能。

［1］陳德樹(shù).計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)原理與技術(shù)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，1994.

［2］賀家李，李永麗，李 斌，郭 征，董新洲.特高壓輸電線(xiàn)繼電保護(hù)配置方案（二）保護(hù)配置方案［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2002，26（24）：1-6.

［3］YAMAURAM，KUROSAWAY，A YAKAWAH.Improvement of Internal Charglng Current Compensatlon for Transmlsslon Llne Dlfferentlal Proteetlon ［C］.In-Proeeedlngs of SlxthInternatlonal Confereneeon DeveloP-ments In Power System Proteetlon.Nothlngam（UK）：1997：74-77.

［4］蘇斌董，新洲，孫元章.適用于特高壓線(xiàn)路的差動(dòng)保護(hù)分布電容電流補(bǔ)償算法［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2005，29（8）：36-40.