電流差動保護(hù)的電容電流補(bǔ)償方法研究

胡翰文　嚴(yán)玲玲

摘 要：為確保超高壓輸電線路安全穩(wěn)定運(yùn)行，要求輸電線路主保護(hù)能夠可靠快速的切除線路首次發(fā)生的故障，輸電線路保護(hù)的動作時(shí)間應(yīng)安排2個(gè)周波以內(nèi)。電流差動保護(hù)原理，理論上基于基爾霍夫電流定律，所需電氣量少，原理簡單，靈敏度高，動作速度快，是輸電線路最理想的主保護(hù)之一。但在超高壓輸電線路中，分布電容電流的存在是影響電流差動保護(hù)靈敏度和選擇性的主要因素。目前這個(gè)問題仍未被很好解決。因此，研究超高壓輸電線路中分布電容電流對差動保護(hù)的影響以及對策的研究是繼電保護(hù)研究領(lǐng)域中的一個(gè)重要課題。

關(guān)鍵詞：差動保護(hù)；電容電流；補(bǔ)償

中圖分類號：TM771 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）17-0135-02

Abstract： In order to ensure the safe and stable operation of the EHV transmission line， it is required that the main protection of the transmission line can reliably and quickly remove the first fault of the transmission line. The operation time of the transmission line protection should be arranged within 2 Zhou Bo. The principle of current differential protection is based on Kirchhoff's law of current in theory. It needs less electrical quantity， simple principle， high sensitivity and high speed of action， so it is one of the most ideal main protection for transmission lines. However， in EHV transmission lines， the existence of distributed capacitance current is the main factor that affects the sensitivity and selectivity of current differential protection. At present， this problem has not been solved very well. Therefore， it is an important subject in the field of relay protection to study the effect of distributed capacitance current on differential protection in EHV transmission line and its countermeasures.

Keywords： differential protection； capacitive current； compensation

引言

為了輸送更大的功率，超高壓輸電線路通過的電流一般比輸電線路大。超高壓輸電線路之間相與相、相與地之間存在分布電容，電壓等級越高，線路越長，分布電容電流就越大。正常運(yùn)行情況下也存在很大的分布電容電流，其大小可與負(fù)荷電流相比擬。由于分布電容的存在，超高壓長輸電線在穩(wěn)態(tài)和故障暫態(tài)過程中，線路電流、電壓的大小和相位都因電容電流的存在而產(chǎn)生嚴(yán)重的畸變，因此超高壓長線的分布電容電流不可忽略，它直接影響到差動保護(hù)的正確動作。

1 超壓輸電線路電容電流

當(dāng)線路中電壓等級比較低，線路較短的情況下，線路中存在的分布電容電流基本可以忽略不計(jì)。超高壓輸電線路中為滿足遠(yuǎn)距離，大容量的輸電要求往往線路采用分裂導(dǎo)線，分裂導(dǎo)線的采用會使得電感減小、電容增大，同時(shí)輸電距離比較長，會使得相與地、相與相之間的分布電容電流顯著增加，并且達(dá)到很高的水平。大的電容電流對差動保護(hù)會產(chǎn)生很大的影響，會使得線路兩端的電壓、電流的幅值大小和相位大小都會發(fā)生很大的畸變，被保護(hù)線路兩端測量電流不會再滿足基爾霍夫電流定律，保護(hù)性能受到一定影響，保護(hù)會誤動或是不動作。

2 減小電容電流影響的方式

2.1 并聯(lián)電抗器

超高壓輸電線路電壓等級高，線路長，傳送容量大，電容效應(yīng)嚴(yán)重，從而更容易發(fā)生工頻過電壓。為限制工頻過電壓以及改善電網(wǎng)中無功功率分布情況，往往在輸電線路上裝設(shè)并聯(lián)電抗器。電抗器產(chǎn)生的感性功率可以對線路容性充電功率起到一定補(bǔ)償作用，能夠減小流過線路的電容電流。電抗器只在工頻穩(wěn)態(tài)情況下對電容電流具有一定的補(bǔ)償效果，可以適當(dāng)提高保護(hù)可靠性，對于故障暫態(tài)時(shí)電容電流就無能為力。

2.2 應(yīng)用差動保護(hù)新原理

為了適應(yīng)電力系統(tǒng)對超高速保護(hù)的要求，逐步提出不受電容電流影響的行波差動保護(hù)的新原理。行波保護(hù)新原理都需要采集發(fā)生故障后極短時(shí)間內(nèi)的行波信息來作為保護(hù)判斷的依據(jù)，因而需要很高的采樣頻率來采集行波波頭。行波差動是基于電流瞬時(shí)值和從對側(cè)來的反射波的采樣值進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算量比較大，同時(shí)保護(hù)與線路長度和采樣頻率息息相關(guān)。

3 常用電容電流補(bǔ)償方法分析

3.1 差動電流補(bǔ)償原理

3.2 電容電流的穩(wěn)態(tài)補(bǔ)償方法

電容電流穩(wěn)態(tài)補(bǔ)償法（也稱為相量補(bǔ)償法）是在工頻量方式下的一種補(bǔ)償方法，即利用兩端電壓相量值可分別求得兩端電容電流，對兩端電流相量進(jìn)行補(bǔ)償，消除電容電流帶來的誤差，使得差流值盡可能為零，保護(hù)更加靈敏，三相Π型等效電路如下圖所示：

3.3 電容電流的時(shí)域補(bǔ)償方法

線路暫態(tài)情況下時(shí)，會產(chǎn)生許多電壓高頻分量，高頻分量的出現(xiàn)會帶來很大的電容電流，會使線路電流波形畸變嚴(yán)重，因而高頻電容電流嚴(yán)重影響到差動保護(hù)正確動作。有文獻(xiàn)提出基于線路等值電路微分方程下的時(shí)域補(bǔ)償法，能夠?qū)Ψ€(wěn)態(tài)和暫態(tài)電容電流給予有效的補(bǔ)償。

根據(jù)電路基本知識可知，電壓和電容電流之間存在如下關(guān)系：ic=C，求解時(shí)，利用數(shù)值微分的方法近似求解導(dǎo)數(shù)：

根據(jù)上面的式子可以看出，時(shí)域電容電流補(bǔ)償就是按照上式中的求電容電流的微分式子對每個(gè)采樣點(diǎn)都進(jìn)行計(jì)算，求得每個(gè)采樣點(diǎn)所對應(yīng)時(shí)刻下應(yīng)該補(bǔ)償?shù)碾娙蓦娏?，因而能夠有效的補(bǔ)償暫態(tài)電容電流和穩(wěn)態(tài)電容電流。對時(shí)域下補(bǔ)償方式的分析仍然采用Π型等值電路的半補(bǔ)償法。

未發(fā)生故障時(shí)，由電路原理可列出A相m端和n端需補(bǔ)償?shù)碾娙蓦娏鳛椋?/p>

4 結(jié)束語

本文基于目前高壓輸電線路的電流差動保護(hù)及考慮到的電容電流補(bǔ)償角度出發(fā)，從理論上分析了電容電流對差動保護(hù)的影響，對實(shí)際應(yīng)用有一定性意義。

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