喬占俊

(華北科技學(xué)院機電工程學(xué)院，北京東燕郊 101601)

帶串補裝置的超高壓輸電長線行波差動保護研究①

喬占?、?/p>

(華北科技學(xué)院機電工程學(xué)院，北京東燕郊 101601)

行波差動保護基于輸電長線兩側(cè)方向性行波差值判斷故障，可避開電流差動保護對電容電流的補償問題，仿真驗證表明，對于帶串補超高壓輸電長線，行波差動保護在高阻故障時靈敏度高，動作速度快，具有良好的應(yīng)用前景消除容性電流的影響，從而可有效應(yīng)用于帶串補償裝置的超高壓輸電長線這類特殊結(jié)構(gòu)的線路保護。

電力系統(tǒng);線路保護;超高壓輸電長線;行波差動保護;電容電流補償

0 引言

行波差動保護基于輸電長線兩側(cè)方向性行波差值來判斷故障［1－2］，具有較好的選擇性，可避開容性電流補償問題，理論上能夠完全消除系統(tǒng)中電容電流的影響?；谛〔ㄗ儞Q的行波差動保護僅利用行波波頭信息，即能適用于帶串補的超高壓輸電線路［3］，且不受分布電容電流、母線結(jié)構(gòu)、過渡電阻、CT飽和等因素的影響。

行波差動保護盡管能夠從理論上消除電容電流的影響，但對于帶串補的超高壓輸電長線，即使系統(tǒng)內(nèi)部無故障，兩側(cè)方向性行波的差值不為零，仍存在較大的不平衡電流。本文針對行波差動保護在帶串補線路上應(yīng)用時存在的問題，基于實際模型結(jié)構(gòu)推導(dǎo)得出合理的行波差流表達式，據(jù)此提出保護理論和方案，實現(xiàn)了行波差動保護在帶串補輸電長線中的應(yīng)用。

1 帶串補裝置的超高壓輸電長線行波差動保護

現(xiàn)代串補裝置常采用金屬氧化物避雷器以防止大故障電流引起的串補電容過電壓。如圖3為一裝設(shè)串聯(lián)電容補償裝置SC的超高壓輸電長線無損線路示意圖，正常運行時，SC不導(dǎo)通;當(dāng)發(fā)生故障后，當(dāng)電容電壓低于門檻值時，SC仍然不導(dǎo)通;當(dāng)電容電壓超過門檻值，SC快速導(dǎo)通，限制過電壓。但是，串聯(lián)電容補償裝置SC導(dǎo)通與否，行波波頭一般都不會受到影響［3］，故可探討行波差動保護。

圖1 帶串補超高壓輸電長線無損線路示意圖

以上各式為瞬時值形式，實用時采用濾波算法可得相量Iop、Ire等。實際三相輸電系統(tǒng)采用模變換解耦可得到各相行波差流和制動電流。以串補位于線路中間為例，Iop·a和Ire·a的計算式分別為：

同理可得Iop·b、Iop·c、Ire·b、Ire·c，從而構(gòu)成分相差動保護。

2 輸電長線行波差動保護方案

在行波差動保護方案中實行分相配置，判據(jù)式C1為行波差動保護基本判據(jù)，C2為比例制動判據(jù)，分別為：

式中Idz為最小動作電流。式(13)用于防止線路正常、區(qū)外故障或空充時插值等誤差引起的保護誤動，比例制動系數(shù)k1按線路正常、區(qū)外故障和線路空充時差流與制動電流的最大比值來確定。

C3和C5為區(qū)內(nèi)故障時防止非故障相誤動而設(shè)，分別為：

式中max(Iop)表示取三相行波差流最大值，K2l和K2h分別為高、低系數(shù)值，K2l對應(yīng)地模分量到達之后的△τ時間段，其值與線路長度有關(guān);K2h對應(yīng)空間模量已到而地模分量未到的△τ時間段。

線路M側(cè)反向出口故障時產(chǎn)生向右的故障正向行波，到達N側(cè)母線前，理論上兩側(cè)反向故障行波均為零。若N處波阻抗連續(xù)，則在更長時間內(nèi)為零。然而在實用時，由于存在測量、參數(shù)誤差等，可能導(dǎo)致比例制動判據(jù)無法制動而誤動，為此設(shè)判據(jù)式C4：

3 輸電長線行波差動保護仿真

圖2 500KV帶串補線路系統(tǒng)仿真模型

在EMTP電磁暫態(tài)仿真程序中建立500 kV帶串補線路仿真模型，參數(shù)見圖2，串補裝置位于線路中間，補償度為40%，串補額定電壓為70.6 kV，對系統(tǒng)內(nèi)、外部故障及線路空充進行仿真。圖3為仿真線路M側(cè)出口處發(fā)生300歐姆單相接地故障時故障相的行波差流iop曲線和差流與制動電流比值m曲線。可見，線路區(qū)內(nèi)發(fā)生故障后iop和m比值都上升很快且單調(diào)，經(jīng)3ms后，iop為0.25kA，對應(yīng)的m值為0.12;經(jīng)4 ms后，iop、m的穩(wěn)態(tài)值分別達1.42 kA和0.57。由此可知，對于帶串補超高壓輸電長線，行波差動保護在高阻故障時具有很快的動作速度。

圖3 500kV帶串補線路區(qū)內(nèi)故障

4 結(jié)論

仿真驗證表明，基于輸電長線兩側(cè)方向性行波的差值來判斷線路故障的行波差流保護，從原理上避開電流差動保護中對容性電流的補償，完全消除了電容電流的影響，從而能有效應(yīng)用于帶串聯(lián)電容補償裝置的超高壓輸電長線這類特殊結(jié)構(gòu)的線路中。

［1］TakagiT，BabaJ，Uemurak，etal.Fault protection based on traveling wave theory：part I theory.In Proceedings of IEEE Power Engineering Society Summer Meeting Jul 17－22，1977，Mexico City. Mexico.1977：750－753

［2］TakagiT，BabaJ，Uemurak，etal.Fault protection based on traveling wave theory：part II sensitivity analysis and ratory test.In Proceedings of IEEE Power Engineering Society Winter Meeting Jan 29－Feb 3，1978，New York，NY，USA.1978：220－226

［3］蘇斌，董新洲，孫元章.特高壓帶并聯(lián)電抗器線路的行波差動保護［J］.電力系統(tǒng)自動化，2004，28(23)：41－44

［4］Subin，Dongxinzhou，Sunyuanzhang，etal.Traveling wave differential protection based on wavelet transform［J］.Automation of Electric Power Systems，2004，28(18)：25－29(in Chinese)

Research on traveling-wave differential protection for EHV transmission line with series compensated capacitor

QIAO Zhanjun

(North China Institute of Science and Technology，Yanjiao Beijing－East101601)

Based on directional traveling－wave difference both sides of the EHV transmission line，traveling－wave differential protection can distinguish fault，avoid the matter of compensation for capacitive current of current differential protection，and also eliminate the effects of capacitive current.Thus it can effectively used in protection of EHV transmission line with series compensated capacitor.EMTP simulation results show that the proposed scheme operates sensitively，rapidly and selectively，demonstrating good potential in field applications.

power system;line protection;EHV transmission line;traveling－wave differential protection;capacitance current compensation

TM723

A

1672－7169(2012)01－0064－03

2012－01－02

喬占俊(1973－)，男，甘肅白銀人，碩士研究生，華北科技學(xué)院機電工程學(xué)院副教授，從事高電壓技術(shù)、繼電保護等電氣工程理論教學(xué)與研究工作。