邵文權， 劉毅力, 李彥斌， 黨幼云

(西安工程大學電信學院, 陜西 西安 710048)

0 引 言

超/特高壓長距離輸電線路的分布電容電流是影響電流差動保護性能的主要因素[1-4].目前，減少分布電容電流影響的方法主要有3種[5-9]：(1)補償并聯(lián)電抗器.并聯(lián)電抗器通常采取欠補償方式，只能補償穩(wěn)態(tài)電容電流，對高頻暫態(tài)電容電流補償能力有限.(2)電容電流補償算法.主要方法是通過電容電流穩(wěn)態(tài)或時域補償方法來做一定的彌補.(3)采用差動保護新原理.尚處于理論研究階段，短期內難以應用于工業(yè)現(xiàn)場.

針對電流差動保護的傳統(tǒng)全相量判據、半補償判據的缺點，本文提出了一種基于故障測距的精確補償判據.結合1 000 kV輸電線路模型，在未補償、半補償、基于故障測距的補償并在線路不帶并聯(lián)電抗器、帶并聯(lián)電抗器的情況下，采用3種判據對在線路發(fā)生內部故障情況下的性能進行了對比分析，以驗證不同的電容電流補償方法在超/特高壓輸電線路中的適用性和有效性，結果表明基于故障測距的精確補償方式具有較好的補償效果.

1 補償判據

1.1 傳統(tǒng)差動判據

全量判據：

(1)

故障分量判據：

(2)

式(1)、式(2)中的輔助判據主要用于防止線路空投或空載情況下裝置因某種原因誤動作.只有當輔助判據和主判據同時滿足時，差動元件動作.

圖1 忽略分布電容的等值電路 圖2 考慮分布電容的等值電路

當忽略分布電容電流的影響時，等值電路如圖1所示，則正常運行或者區(qū)外故障時，線路兩側電流和為零.當計及線路分布電容電流后，等值電路如圖2所示，正常運行或者區(qū)外故障時，線路兩側電流和為該線路上的電容電流.電容電流的存在使線路兩端的測量電流不再滿足大小相等而方向相反的條件，從而直接影響了保護的靈敏度和可靠性[3].

1.2 傳統(tǒng)補償判據

為了消除電容電流的影響，可在線路中引入補償電流進行補償.通常有3種補償方式，即全補償方式、半補償方式以及合閘前全補償、合閘后半補償方式.僅以常見的半補償為例進行說明，由圖2可得如下關系：

(3)

1.3 修正判據

正常運行和區(qū)外故障時，傳統(tǒng)半補償方式效果很好，保證了可靠性.

當線路內部發(fā)生故障時如圖3所示，傳統(tǒng)半補償方式受故障點影響非常大，補償很不準確，故障點偏向一端時補償后兩端電流夾角仍很大，靈敏度低，很難滿足特高壓快速切除故障的要求[10].

圖3 內部故障時考慮分布 電容的等值電路

針對傳統(tǒng)補償方法在區(qū)內故障靈敏度低的缺點，本文提出了一種基于故障測距的電容電流補償方法，在保證區(qū)外故障安全性的基礎上，大大提高了區(qū)內故障的靈敏度.基于故障測距的電容電流補償方式如下：

(4)

在正常運行和區(qū)外故障時λ=0.5，和傳統(tǒng)補償的可靠性相同；區(qū)內故障時，λ值由測距結果決定，實現(xiàn)更精確的補償，進而提高靈敏度.

對于故障分量判據,則采用線路兩端的故障分量電壓、電流同樣按照上式計算.在實際計算中,需要按照序網圖計算出各序補償電流,再合成各相補償電流.考慮實際線路為具有均勻分布參數的超高壓長線,各序電容計算如下:

(5)

式中:Yc1、Yc0為正序和零序等值容抗;Zc1、Zc0為正序和零序線路波阻抗；γ1、γ0為正序和零序傳播系數.

2 仿真驗證

用ATP建立1 000 kV雙電源單回輸電線路仿真模型，線路模型采用分布參數的貝瑞隆模型，線路參數來自晉東南 -南陽特高壓示范工程試驗參數，具體參數見圖4.

圖4 1 000 kV輸電線路系統(tǒng)

系統(tǒng)阻抗參數：

Z1m=0.80+j10.89Ω，Z0m=0.86+j52.74Ω，Z1n=3.15+j8.15Ω，Z0n=5.69+j14.18Ω.

線路參數為：

R1=0.075 8 Ω/km，R0=0.154 2 Ω/km，L1=0.838 7 mH/km，L0=2.600 mH/km，c1=0.013 97μF/km，c0=0.009 296μF/km.

電抗器參數：Xp1=1 260 Ω，Xp2=1 680 Ω，XN1=280 Ω ，XN2=370 Ω.

分別考慮線路不帶補償并聯(lián)電抗器和兩端帶并聯(lián)補償電抗器兩種情況.

2.1 線路不帶并聯(lián)電抗器

假定故障發(fā)生時間為10～40 ms，故障發(fā)生在區(qū)內靠近m端50 km處，A相經20 Ω電阻接地.

圖5(a)、圖5(b)、圖5(c)分別為m、n側A相電流未進行補償、半補償、故障測距補償時的差動保護動作電流及制動電流.

圖5 不同補償情況下差動電流保護的對比分析

由圖5(a)～圖5(c)可以看出：經補償后的n側電流較未補償時幅值有所增大，由于故障點偏向n側，此時基于故障測距的補償精度高于半補償方法，n側電流在基于故障測距的補償效果要優(yōu)于半補償方式.

圖6 不同補償情況下差動電流保護的對比分析

2.2 線路帶并聯(lián)電抗器

假定故障發(fā)生時間為10～40 ms，故障發(fā)生在區(qū)內靠近n端50 km處,A相經20 Ω電阻接地.圖6(a)、圖6(b)、圖6(c)分別為m、n側A相電流未進行補償、半補償、故障測距補償時的差動保護動作電流及制動電流.

3 結束語

特/超高壓長線路發(fā)生區(qū)內故障時，采用固定的電容值計算補償電流的方式受故障點位置的影響很大，當故障偏向線路一端時，遠離故障點一側補償誤差大，從而影響差動保護的靈敏度.本文提出的基于故障測距的精確補償方法在內部發(fā)生故障時可根據故障位置精確補償電容電流，區(qū)內非中點處故障時靈敏度得到提高，有望作為特高壓長線路電流差動保護的電容電流補償措施.需要指出的是，故障測距的快速性及準確性是制約該方法使用的主要因素，在實時快速故障測距技術日益成熟的基礎上，該方法具有良好的應用前景.

參考文獻

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