摘要 結(jié)合山西陽城至江蘇送電工程，分析了串聯(lián)電容補(bǔ)償對線路繼電保護(hù)的影響，包括它對保護(hù)所測相量的影響、對保護(hù)動作特性的影響等?；趲追N典型原理的保護(hù)在串聯(lián)電容補(bǔ)償線路中對故障的反應(yīng)，論述了串聯(lián)電容補(bǔ)償線路繼電保護(hù)設(shè)計應(yīng)注意的問題，并探討了設(shè)計保護(hù)原理的思路，最后結(jié)合陽城至江蘇送電工程，對線路繼電保護(hù)的設(shè)計提出了幾點建議。 關(guān)鍵詞 串聯(lián)電容補(bǔ)償　保護(hù)超越　姆歐距離保護(hù)　電抗型距離保護(hù) 　　 0引言 　　　 串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置（簡稱串補(bǔ)，含串補(bǔ)的線路簡稱為串補(bǔ)線路）應(yīng)用于長距離輸電線路能夠增加穩(wěn)定裕度，改善聯(lián)網(wǎng)負(fù)荷分配，提高線路潮流輸送能力等。在山西陽城至江蘇送電工程的建設(shè)初期，將采用此種補(bǔ)償裝置，以節(jié)省投資。但是串補(bǔ)的投入或退出會改變線路的阻抗，影響基于阻抗特性原理的保護(hù)的正確測量。本文結(jié)合此項工程，分析線路串補(bǔ)電容對繼電保護(hù)的影響，提出該線路保護(hù)的設(shè)計方案。 1串補(bǔ)電容對線路保護(hù)的影響 　　 1.1串補(bǔ)電容對繼電保護(hù)測量相量的影響　　 　　　 根據(jù)對陽城至江蘇送電工程的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)等值計算，電壓反向、電流反向均有可能發(fā)生。 　　 1.1.1 電壓反向 　　 通常在非串補(bǔ)線路上，電源流出的短路電流落后于電源電勢，母線電壓與電源電勢基本同相。但在串補(bǔ)系統(tǒng)中，如從電源到保護(hù)安裝處的感抗大于容抗，當(dāng)靠近串補(bǔ)處發(fā)生故障時（如圖1中F1點故障），將導(dǎo)致加在繼電器上的電壓相位和電源電勢相差180°，即保護(hù)測量的電壓將發(fā)生反向。在故障序網(wǎng)圖中，也會發(fā)生電壓反向。 　　 距離保護(hù)或方向保護(hù)的電流方向不會因串補(bǔ)而改變。這種電壓方向的變化將對保護(hù)動作的正確性產(chǎn)生影響，但對不以測量故障電壓為參考量的保護(hù)（如電流差動保護(hù)），則不會造成影響。 　　 1.1.2　　電流反向 　　 在串補(bǔ)線路上，以線路始端母線電壓為基準(zhǔn)，線路短路電流可能超前于電勢，相位變化約180°，即發(fā)生電流反向。當(dāng)電源負(fù)序阻抗小于電容容抗時，保護(hù)測得的負(fù)序電流也將反方向。 　　 以電流為參考量的保護(hù)，如距離保護(hù)、方向保護(hù)、電流差動保護(hù)，在電流發(fā)生反向時，正常的選擇性將受到影響。 　　 1.2串補(bǔ)電容對典型保護(hù)的影響 　　　 1.2.1　　串補(bǔ)電容對距離保護(hù)的影響 　　當(dāng)串補(bǔ)電容器的保護(hù)MOV將串補(bǔ)電容旁路時，距離保護(hù)自然適應(yīng)，故以下主要討論串補(bǔ)電容不被旁路的情況。 　　對于圖1中F1點故障，線路保護(hù)繼電器的測量電壓取自母線側(cè)電壓互感器（TV）。當(dāng)|XC|<|ZS|時（XC為電容器容抗，ZS為保護(hù)安裝處到S端電源的阻抗），電壓發(fā)生反向，無記憶的姆歐繼電器與以有限記憶為極化量的可變姆歐繼電器的動作特性如圖2（a），區(qū)內(nèi)故障時，可變姆歐繼電器在動態(tài)期間能動作，在穩(wěn)態(tài)期間不能動作。當(dāng)|XC|>|ZS|時，電流發(fā)生反向，姆歐繼電器與可變姆歐繼電器的動作特性如圖2（b），區(qū)內(nèi)故障時，可變姆歐繼電器在動態(tài)期間與穩(wěn)態(tài)期間均不能動作。 　 　　 對于串補(bǔ)相鄰線路，如圖1中F1處故障，MP線路的M側(cè)的保護(hù)測量的電壓發(fā)生反向。設(shè)MP線路M側(cè)保護(hù)繼電器的整定阻抗為ZY′，當(dāng)|XC|<|ZY′|時，姆歐繼電器與可變姆歐繼電器的動作特性如圖3（a），可見，對于反方向故障，可變姆歐繼電器在穩(wěn)態(tài)時誤動作，在動態(tài)時不動作。當(dāng)|XC|>|ZY′|時，姆歐繼電器與可變姆歐繼電器的動作特性如圖3（b），可見，對于區(qū)外故障，可變姆歐繼電器在動態(tài)時會誤動，在穩(wěn)態(tài)時不動作。 　　 　　 1.2.2 對負(fù)序繼電器及方向保護(hù)的影響 　　 假設(shè)在圖1中F1點發(fā)生不對稱短路。若MN線路M側(cè)保護(hù)繼電器測量電壓取自線路TV，在負(fù)序網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)|Z2S|>|X2C|時，I2J超前U2J，負(fù)序方向繼電器動作，但是當(dāng)|Z2S|<|X2C|時，出現(xiàn)了電流反向，I2J落后于U2J，負(fù)序繼電器不動作。當(dāng)保護(hù)繼電器測量電壓取自母線TV時，不論是否出現(xiàn)電流反向，負(fù)序方向繼電器都動作，與串補(bǔ)電容無關(guān)。 　　 對于圖1中MP線路M側(cè)的保護(hù)，當(dāng)F2點短路，保護(hù)的動作決定于串補(bǔ)線路及R端電源的總阻抗與串補(bǔ)容抗的相對大校。 2串補(bǔ)線路保護(hù)動作原理 　 2.1距離保護(hù)設(shè)置電平檢測器　　 　　　 對于圖1中的MN線路N側(cè)的保護(hù)，如不采取其他措施，保護(hù)整定范圍通常為（80%～90%）（XNM-XC）。GE公司提出設(shè)置一個電平門檻檢測器，將距離保護(hù)的整定范圍設(shè)為90%XNM，保護(hù)動作輸出由距離保護(hù)與電平檢測器“與門”輸出，構(gòu)成過電流/距離保護(hù)組合。原理上電平檢測器檢測IZ-V的值，其中Z為電平檢測器整定范圍，V為繼電器電壓。設(shè)Z整定為XNM，考慮在M母線出口故障，串補(bǔ)電容不被MOV旁路的情況，整定門檻值PL=IXNM-I（XNM-Xt）=IXt,Xt為串補(bǔ)電容與MOV的并聯(lián)值。當(dāng)串補(bǔ)電容被旁路時，電平檢測器的檢測電壓為IXt′，Xt′為串補(bǔ)電容與MOV導(dǎo)通后的并聯(lián)值，顯然Xt′Uz 對接地故障Uop=U-（I+3KI0）Zzd 對相間故障Uop=U-IZzd 其中U為相間電壓；I為相間電流；Zzd為整定阻抗，Zzd取（80%～90%）（ZL-XC）；I0為零序電流；K為零序電流補(bǔ)償系數(shù)；Uz為整定門檻，取故障前工作電壓的記憶量。 可變姆歐繼電器：

[IMG=可變姆歐繼電器]/uploadpic/THESIS/2008/1/2008010711073715535H.jpg[/IMG]

電抗型繼電器：

[IMG=電抗型繼電器公式]/uploadpic/THESIS/2008/1/2008010711074267906E.jpg[/IMG]

根據(jù)圖2、圖3，有下列結(jié)論見表1。

表1各種保護(hù)動作特性

　

[IMG=各種保護(hù)動作特性]/uploadpic/THESIS/2008/1/2008010711074898558J.jpg[/IMG]

由此，工頻變化量距離保護(hù)可借助電抗器根據(jù)上述結(jié)論來構(gòu)成其保護(hù)的邏輯。 2.3方向保護(hù)中的補(bǔ)償　　 　　　 以負(fù)序方向為例，分析MN線M側(cè)的保護(hù)。在圖1中，若正方向F1點故障，假設(shè)保護(hù)接線路TV，補(bǔ)償前V2=-I2ZJ,ZJ為TV背后的等效負(fù)序阻抗，ZJ=ZS-XC。當(dāng)電容被旁路時，ZJ=ZS，為感抗特性；當(dāng)電容不被旁路時，如ZS|ZS-XC|，故在ZS|XC|,保護(hù)測量電壓為正方向。若反方向F1點故障，V2=ZSI2，當(dāng)XC>ZS時，出現(xiàn)電流反向的情況，同時也出現(xiàn)電壓反向的情況，保護(hù)測量電壓仍為反方向，故保護(hù)均能正確動作。 3 串補(bǔ)線路繼電保護(hù)設(shè)計　 　　　 陽城至江蘇送電工程的系統(tǒng)圖如圖4所示。

[IMG=陽城到江蘇送電系統(tǒng)接線示意圖]/uploadpic/THESIS/2008/1/20080107110753544658.jpg[/IMG]

圖4陽城到江蘇送電系統(tǒng)接線示意圖

串補(bǔ)線路東明側(cè)的保護(hù)配置較簡單，可按通常線路的保護(hù)設(shè)計方式來考慮，可設(shè)置電平檢測器提高保護(hù)范圍。 　　 串補(bǔ)線路三堡側(cè)的保護(hù)配置較復(fù)雜，電壓反向與電流反向都可能發(fā)生，保護(hù)測量電壓取電容器內(nèi)側(cè)線路TV，可允許使用單純的方向元件、序分量方向元件；保護(hù)測量電壓取電容器外側(cè)線路TV，方向元件需要帶補(bǔ)償。 　　 根據(jù)前面分析，串補(bǔ)電容未被旁路時，保護(hù)測量電壓取電容器內(nèi)側(cè)TV的距離保護(hù)，在串補(bǔ)電容附近故障時會出現(xiàn)電流反向或電壓反向；保護(hù)測量電壓取線路外側(cè)TV的距離保護(hù)，在反方向故障時，線路距離保護(hù)也會出現(xiàn)電壓反向。 4串補(bǔ)相鄰線路的繼電保護(hù)設(shè)計　　 　　　 對于陽城—東明三回線路的保護(hù)，如不考慮遠(yuǎn)景串補(bǔ)配置，補(bǔ)償度為40%的串補(bǔ)對線路兩側(cè)的保護(hù)影響不大。三堡—淮陰線路與三堡—任莊線路受串補(bǔ)的影響類似。下面以三堡—任莊線路的保護(hù)為例來加以說明。 　　 對任莊側(cè)保護(hù)，根據(jù)前面分析，其距離保護(hù)Ⅰ段與串補(bǔ)旁路與否關(guān)系頗大，為保證其選擇性及與下級的保護(hù)配合，可借助電平檢測器來提高保護(hù)范圍。 　　 受串補(bǔ)影響較大的保護(hù)可能要算三堡側(cè)的保護(hù)了。根據(jù)前面的分析，主要是當(dāng)反方向故障且串補(bǔ)電容不被旁路時，會發(fā)生電壓反向或電流反向。當(dāng)選用距離保護(hù)原理時，要考慮相鄰線助增電流的影響。繼電器的動作特性在計及助增作用產(chǎn)生的等效容抗后有如圖3中兩種情況，因此要采取一些措施以滿足動態(tài)、靜態(tài)保護(hù)動作的正確性。 5 結(jié)論　 　　　 根據(jù)上面的討論分析，有下列建議性結(jié)論： a.從保護(hù)原理上看，對距離保護(hù)增加一電平檢測器可防止保護(hù)超越，并能提高保護(hù)動作范圍。 b.工頻變化量距離保護(hù)增加一電抗型繼電器線，對保證保護(hù)的方向性是很有效果的。 c.方向保護(hù)的方向性與保護(hù)測量電壓取用線路TV位置有關(guān)，但對測量電壓取用電容器外側(cè)TV進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆较虮Ｗo(hù)，能夠正確判斷保護(hù)的方向性。 d.對串補(bǔ)線路串補(bǔ)側(cè)的保護(hù)，若測量電壓取用串補(bǔ)外側(cè)TV，串補(bǔ)反方向故障對保護(hù)的影響與三堡—淮陰、三堡—任莊線路三堡側(cè)保護(hù)反方向故障相類似。另外還需要注意在母線與線路TV之間故障時串補(bǔ)線路保護(hù)的動作特性。