于 輝覃劍永唐 勛張建民郭 京

（1.廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司河池供電局，廣西，河池 547000；2.四方華能電網(wǎng)控制系統(tǒng)有限公司，北京 100085）

高中壓配網(wǎng)中串補(bǔ)裝置對(duì)繼電保護(hù)的影響

于 輝1覃劍永1唐 勛1張建民2郭 京2

（1.廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司河池供電局，廣西，河池 547000；2.四方華能電網(wǎng)控制系統(tǒng)有限公司，北京 100085）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)對(duì)電力的需求不斷增加的同時(shí)，對(duì)電壓質(zhì)量的要求也逐漸提高。近年來(lái)我國(guó)長(zhǎng)線路重負(fù)荷造成的線路末端低電壓、電壓波動(dòng)大等電壓質(zhì)量問(wèn)題非常嚴(yán)重，為提高電壓質(zhì)量，串聯(lián)電容補(bǔ)償技術(shù)作為一項(xiàng)相對(duì)成熟的技術(shù)，是提高電壓質(zhì)量，解決低電壓?jiǎn)栴}的重要手段。而串聯(lián)補(bǔ)償電容的接入破壞了輸電線路阻抗的均勻性，改變了系統(tǒng)中各點(diǎn)電流與電壓的分布，因此會(huì)對(duì)輸電線路的繼電保護(hù)帶來(lái)一定的影響。

串聯(lián)電容補(bǔ)償；繼電保護(hù)；低電壓

隨著我國(guó)配電網(wǎng)規(guī)模的不斷增長(zhǎng)，電網(wǎng)在邊緣地區(qū)逐漸延伸，高中壓配網(wǎng)的低電壓?jiǎn)栴}逐漸顯現(xiàn)出來(lái)。而在高中壓配網(wǎng)中加入串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置，相當(dāng)于減小了線路電抗，縮短了電氣距離，可以顯著提高電壓質(zhì)量，解決低電壓?jiǎn)栴}。但在電網(wǎng)中加入串聯(lián)補(bǔ)償裝置后，其安裝線路電抗發(fā)生改變，導(dǎo)致電力線路繼電保護(hù)測(cè)量的參數(shù)發(fā)生改變，如在串補(bǔ)裝置后端發(fā)生故障時(shí)故障電流、電壓等，從而對(duì)線路出口端的繼電保護(hù)造成影響。本文介紹了串補(bǔ)裝置的原理及快速開(kāi)關(guān)型串補(bǔ)裝置的結(jié)構(gòu)，并對(duì)其在線路中對(duì)電流保護(hù)、距離保護(hù)及縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)產(chǎn)生的影響進(jìn)行了分析。

1 串聯(lián)補(bǔ)償裝置介紹

串聯(lián)補(bǔ)償電容器原理如圖1所示。

圖1 串補(bǔ)線路示意圖

在圖1所示的線路運(yùn)行過(guò)程中，線路本身有電阻和電抗。線路在輸電的過(guò)程中，電流流過(guò)就會(huì)在線路中產(chǎn)生一定的電壓降和功率損耗，當(dāng)傳送的電能越大時(shí)，在導(dǎo)線中流過(guò)的電流越大，在導(dǎo)線上產(chǎn)生的電能損耗和電壓損耗也就越大，會(huì)造成線路末端的電壓低，影響電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行和產(chǎn)品的質(zhì)量和設(shè)備安全運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，造成系統(tǒng)解列或不安全事故及隱患。

造成電壓降的主要原因是導(dǎo)線的分布電阻和分布電感，通過(guò)串聯(lián)電容的容抗補(bǔ)償線路的感抗，減小了負(fù)荷電流在線路感抗上的壓降，提升了線路各點(diǎn)的電壓，并降低了線路首末端電壓的相角差。

2 快速開(kāi)關(guān)型串聯(lián)補(bǔ)償裝置

傳統(tǒng)的串聯(lián)補(bǔ)償裝置存在配置復(fù)雜、價(jià)格昂貴和性差等問(wèn)題，在高中壓配電網(wǎng)應(yīng)用并不十分廣泛?；诳焖匍_(kāi)關(guān)型串聯(lián)補(bǔ)償裝置是在旁路設(shè)備中應(yīng)用快速真空開(kāi)關(guān)取代火花間隙，使整個(gè)串補(bǔ)裝置可靠性高、裝置體積小、造價(jià)低，在高中壓配電網(wǎng)中得到廣泛的應(yīng)用。

其結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 快速開(kāi)關(guān)型串補(bǔ)裝置原理圖

現(xiàn)將快速開(kāi)關(guān)型串補(bǔ)裝置各部分功能介紹如下。

1）串聯(lián)電容器組：用于補(bǔ)償線路壓降，提高電壓質(zhì)量。根據(jù)補(bǔ)償深度的要求合理配置電容器，正常運(yùn)行時(shí)將電容器串聯(lián)在線路中。

2）氧化鋅組件：用于限制串補(bǔ)電容器兩端的電壓。由氧化鋅閥片串并聯(lián)組成，電網(wǎng)線路正常運(yùn)行時(shí)串聯(lián)電容器的電壓低于氧化鋅的門檻電壓，氧化鋅不動(dòng)作；外部短路時(shí)，將電容器兩端的電壓限制在較低的水平，保護(hù)電容器不受損壞。

3）快速真空放電開(kāi)關(guān)：基于快速渦流驅(qū)動(dòng)技術(shù)開(kāi)發(fā)的快速真空斷路器用以快速釋放串聯(lián)電容器儲(chǔ)存的電荷。裝置正常運(yùn)行時(shí)快速開(kāi)關(guān)處于分閘狀態(tài)，線路發(fā)生短路時(shí)接通放電回路。其合閘時(shí)間可以控制在10ms左右，分閘時(shí)間可以控制在5ms以內(nèi)。以快速真空斷路器為基礎(chǔ)，結(jié)合短路故障的快速識(shí)別技術(shù)，能夠做到在線路發(fā)生短路后 15ms左右將串聯(lián)補(bǔ)償電容器快速短接，大幅度縮短了過(guò)電壓的持續(xù)時(shí)間，從而使氧化鋅組件所需的能容量大大減少。電容器運(yùn)行安全性的保障和氧化鋅組件能容量的降低為串聯(lián)補(bǔ)償裝置的研究與開(kāi)發(fā)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

當(dāng)線路正常運(yùn)行時(shí)，串聯(lián)電容器組串聯(lián)在線路中，利用電容器的容抗抵消線路的感抗，從而提高線路末端電壓；當(dāng)線路在串補(bǔ)電容器安裝點(diǎn)后部發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)氧化鋅組件限制電容器兩端的電壓，然后閉合快速開(kāi)關(guān)短接電容器，使電容器退出運(yùn)行。整個(gè)過(guò)程在15ms內(nèi)完成。

3 串聯(lián)補(bǔ)償對(duì)繼電保護(hù)的影響

3.1 串補(bǔ)裝置對(duì)電流保護(hù)的影響

1）電流保護(hù)的基本原理

在110kV、35kV及10kV各個(gè)電壓等級(jí)的配電網(wǎng)中均安裝有電流保護(hù)，下面分析串補(bǔ)裝置安裝后對(duì)電流保護(hù)的影響。

電流保護(hù)是反應(yīng)于電流升高而動(dòng)作的保護(hù)，根據(jù)繼電器起動(dòng)電流的選擇原則不同分為3個(gè)階段式保護(hù)。

（1）電流Ⅰ段保護(hù)：電流Ⅰ段保護(hù)為電流速斷保護(hù)，其反應(yīng)于短路電流幅值的增大而瞬間動(dòng)作。由于本條線路保護(hù)末端及下一條線路保護(hù)首端發(fā)生短路故障時(shí)短路電流大小十分近似無(wú)法做出判斷，因此電流速斷保護(hù)按躲過(guò)相鄰下一條線路出口處的短路電流的最大值來(lái)整定。電流速斷保護(hù)不能保護(hù)本段線路的全長(zhǎng)。

（2）電流Ⅱ段保護(hù)：電流Ⅱ段保護(hù)即限時(shí)電流速斷保護(hù)，其保護(hù)范圍延伸至下級(jí)線路，與下級(jí)線路Ⅰ段保護(hù)配合，有時(shí)間延遲。其動(dòng)作電流的整定原則是，以躲開(kāi)下級(jí)各相鄰元件電流速斷保護(hù)的最大動(dòng)作范圍來(lái)整定。

（3）電流Ⅲ段保護(hù)：電流Ⅲ段保護(hù)為過(guò)電流保護(hù)。其作為下級(jí)線路主保護(hù)拒動(dòng)和斷路器距動(dòng)時(shí)的遠(yuǎn)后備保護(hù)，同時(shí)作為本線路主保護(hù)距動(dòng)時(shí)的近后備保護(hù)，也作為過(guò)負(fù)荷保護(hù)，整定原則為躲開(kāi)最大負(fù)荷電流來(lái)整定。按照保護(hù)動(dòng)作時(shí)間的差異，過(guò)電流保護(hù)又分為定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)和反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)。

2）串聯(lián)補(bǔ)償對(duì)電流保護(hù)的影響

由Ⅰ、Ⅱ段或Ⅲ段保護(hù)所組成的階段式電流保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單、可靠，在110kV、35kV及以下電壓等級(jí)的電網(wǎng)中得到了廣泛的應(yīng)用。

電流保護(hù)是反應(yīng)于電流升高而動(dòng)作的保護(hù)，串聯(lián)補(bǔ)償電容器的存在對(duì)電流保護(hù)的影響討論如下。

（1）故障發(fā)生在串補(bǔ)裝置安裝點(diǎn)的前端。由于配電網(wǎng)線路均為單電源線路，沒(méi)有環(huán)網(wǎng)，所以，電流是從電源側(cè)經(jīng)過(guò)串補(bǔ)裝置流向負(fù)荷側(cè)，故障點(diǎn)在串補(bǔ)裝置前，串補(bǔ)裝置沒(méi)有改變串補(bǔ)裝置前的線路參數(shù)，串補(bǔ)裝置不會(huì)對(duì)電源側(cè)的保護(hù)裝置產(chǎn)生影響。

（2）故障發(fā)生在串補(bǔ)裝置安裝點(diǎn)的后端。由于串補(bǔ)的容抗部分抵消或全部抵消了線路的感抗，使得從電源點(diǎn)到故障點(diǎn)的阻抗相對(duì)于串補(bǔ)安裝前明顯減小，所以會(huì)使短路電流增大。由此說(shuō)明，串補(bǔ)裝置安裝后提高了電源側(cè)的保護(hù)裝置的靈敏度。

（3）從時(shí)序上看，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，電源側(cè)的保護(hù)裝置判斷故障到保護(hù)Ⅰ段出口大約需要 20～30ms，電源側(cè)的斷路器的動(dòng)作時(shí)間為 50ms左右，從故障發(fā)生到切除故障需要70～80ms，而在線路發(fā)生短路時(shí)其合閘時(shí)間能夠控制在 10ms左右，結(jié)合短路故障快速識(shí)別技術(shù)，可以做到在 15ms只內(nèi)迅速將串聯(lián)補(bǔ)償電容器短接，時(shí)間遠(yuǎn)小于電流保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)間，在電源側(cè)的保護(hù)還沒(méi)有動(dòng)作出口時(shí)，串聯(lián)補(bǔ)償裝置已經(jīng)退出了運(yùn)行，因此，快速開(kāi)關(guān)型串補(bǔ)裝置對(duì)線路的電流保護(hù)并不會(huì)產(chǎn)生影響。時(shí)序?qū)Ρ热鐖D3所示。

圖3 故障動(dòng)作時(shí)序?qū)Ρ葓D

（4）如果是單相接地故障，那么在小電流接地系統(tǒng)中沒(méi)有大的短路電流產(chǎn)生，保護(hù)裝置不需要?jiǎng)幼魈l。同理，串補(bǔ)裝置無(wú)法得到短路電流信息，也不會(huì)將串補(bǔ)裝置退出運(yùn)行。

3.2 串補(bǔ)裝置對(duì)距離保護(hù)的影響

1）距離保護(hù)的基本原理

在110kV高壓配電網(wǎng)中均安裝有距離保護(hù)，下面分析串補(bǔ)裝置安裝后對(duì)距離保護(hù)的影響。

距離保護(hù)是利用短路發(fā)生時(shí)電壓、電流同時(shí)變化的特征，測(cè)量電壓與電流的比值，該比值反應(yīng)故障點(diǎn)到保護(hù)安裝處的距離，如果短路點(diǎn)距離小于整定值，則動(dòng)作保護(hù)。電力系統(tǒng)如圖4所示。

圖4 距離保護(hù)整定示意圖

按照繼電保護(hù)選擇性的要求，安裝在線路兩端的距離保護(hù)僅在線路MN內(nèi)部故障時(shí)，保護(hù)裝置才應(yīng)該立即動(dòng)作，將相應(yīng)的斷路器跳開(kāi)；而在保護(hù)區(qū)間的反方向或正方向區(qū)外短路時(shí)，保護(hù)裝置不應(yīng)動(dòng)作。與電流速斷保護(hù)一樣，為了保證在下級(jí)線路的出口處短路時(shí)保護(hù)不誤動(dòng)作，速動(dòng)段距離保護(hù)的保護(hù)區(qū)應(yīng)小于線路全長(zhǎng) MN。距離保護(hù)的保護(hù)區(qū)，用整定距離 Lset來(lái)表示。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，首先判斷故障的方向，若故障位于保護(hù)區(qū)的正方向，則設(shè)法測(cè)出故障點(diǎn)到保護(hù)安裝處的距離Lk，并將Lk與Lset進(jìn)行比較，若Lk小于Lset，則說(shuō)明故障發(fā)生在保護(hù)范圍之內(nèi)，這時(shí)保護(hù)應(yīng)立即動(dòng)作，跳開(kāi)對(duì)應(yīng)的斷路器；若 Lk大于 Lset，則說(shuō)明故障發(fā)生在保護(hù)范圍之外，保護(hù)不應(yīng)動(dòng)作，對(duì)應(yīng)的斷路器不會(huì)跳開(kāi)；若故障位于保護(hù)區(qū)的反方向，則直接判為區(qū)外故障而不動(dòng)作。

可見(jiàn)，通過(guò)判斷故障方向來(lái)測(cè)量故障距離，判斷出故障是否位于保護(hù)區(qū)內(nèi)，從而決定是否需要跳閘，實(shí)現(xiàn)線路保護(hù)。距離保護(hù)可以通過(guò)測(cè)量短路阻抗的方法來(lái)測(cè)量和判斷故障距離。

2）串聯(lián)補(bǔ)償對(duì)距離保護(hù)的影響

由于串補(bǔ)電容減小了線路的電抗，破壞力輸電線路阻抗的均勻性，因此在串補(bǔ)后短路時(shí)，阻抗繼電器的測(cè)量阻抗會(huì)發(fā)生變化，而這些變化與和串補(bǔ)裝置的氧化鋅組件及開(kāi)關(guān)動(dòng)作特性都密切相關(guān)。

短路發(fā)生時(shí)，用來(lái)保護(hù)電容器的氧化鋅組件幾乎瞬時(shí)動(dòng)作，用短路電流快速識(shí)別技術(shù)開(kāi)發(fā)的控制器，可在2ms內(nèi)識(shí)別故障并在15ms內(nèi)將串聯(lián)電容器組短接退出。而對(duì)繼電保護(hù)來(lái)說(shuō)，主保護(hù)動(dòng)作時(shí)間實(shí)際為20～30ms，距離Ⅱ段及Ⅲ段規(guī)程要求延時(shí)動(dòng)作，一般Ⅱ段取0.5s、相間1s，Ⅲ段則一般在2s以上。因此，對(duì)于具有延時(shí)段的距離Ⅱ段及Ⅲ段保護(hù)來(lái)說(shuō)，動(dòng)作出口時(shí)串補(bǔ)電容已被短接，故本文主要討論距離Ⅰ段保護(hù)的影響。

在110kV線路中沒(méi)有分支線，串聯(lián)補(bǔ)償裝置安裝于線路末端下一級(jí)變電站內(nèi)，假定串補(bǔ)電容器兩端分別為a和b，b點(diǎn)即為下一級(jí)變電站的入口處。

在將線路接入了串補(bǔ)電容之后，測(cè)量阻抗Zm與短路距離 z1lk之間不再構(gòu)成線性正比關(guān)系，如圖 5所示，測(cè)量阻抗在電容器兩側(cè)的a點(diǎn)和b點(diǎn)之間出現(xiàn)了阻抗突變。下面分析其對(duì)距離保護(hù)的影響。

圖5 安裝串補(bǔ)裝置后線路接線圖

（1）如果a點(diǎn)以前即M-a之間發(fā)生故障，故障點(diǎn)處于Ⅰ段的保護(hù)范圍內(nèi)（即在圖6的阻抗圓內(nèi)），那么此時(shí)串補(bǔ)裝置沒(méi)有感受到故障電流而不會(huì)動(dòng)作，串補(bǔ)裝置縮短了電氣距離，使距離保護(hù)Ⅰ段的靈敏度提高。

圖6 距離保護(hù)阻抗圓

（2）如果a點(diǎn)以前即M-a之間發(fā)生故障，故障點(diǎn)處于Ⅰ段的保護(hù)范圍以外（即在圖 6的阻抗圓外），那么此時(shí)串補(bǔ)裝置沒(méi)有感受到故障電流而不會(huì)動(dòng)作，距離保護(hù)Ⅰ段可能失去保護(hù)的選擇性，自動(dòng)擴(kuò)大了保護(hù)距離，使得Ⅰ段的保護(hù)范圍可能延伸到下一級(jí)。

（3）如果b點(diǎn)以后發(fā)生故障（可能發(fā)生在N母線或出線上），故障點(diǎn)處于上級(jí)Ⅰ段的保護(hù)范圍以外（即在圖6所示的阻抗圓外），那么此時(shí)串補(bǔ)裝置卻感受到故障電流迅速被旁路，上級(jí)Ⅰ段的保護(hù)尚未出口，故不會(huì)引起上級(jí)距離保護(hù)的動(dòng)作。而此時(shí)只要電容器能夠被迅速的旁路，無(wú)論是母線保護(hù)還是下一級(jí)線路的距離保護(hù)，就都不會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)。

4 結(jié)論

本文研究了快速開(kāi)關(guān)型串補(bǔ)裝置的原理和結(jié)構(gòu)，并對(duì)其對(duì)高中壓配電網(wǎng)中繼電保護(hù)裝置的影響做了分析，得到以下結(jié)論：

1）快速開(kāi)關(guān)型串補(bǔ)裝置對(duì)中壓電網(wǎng)中電流保護(hù)并沒(méi)有影響，串補(bǔ)裝置安裝后會(huì)提高電源側(cè)保護(hù)裝置的靈敏度。

2）快速開(kāi)關(guān)型串補(bǔ)裝置對(duì)距離保護(hù)會(huì)產(chǎn)生一定影響，串補(bǔ)電容器前端發(fā)生故障，而這個(gè)故障又在距離Ⅰ段的保護(hù)范圍以外，此時(shí)距離保護(hù)Ⅰ段可能失去保護(hù)的選擇性，自動(dòng)擴(kuò)大了保護(hù)距離，使得Ⅰ段的保護(hù)范圍可能延伸到下一級(jí)。

3）針對(duì)這種情況，最好的解決方案就是在做距離保護(hù)整定時(shí)，將串補(bǔ)電容器的容抗考慮進(jìn)去。

[1]安玉紅.可控串聯(lián)補(bǔ)償（TCSC）對(duì)輸電線路繼電保護(hù)的影響分析[D].北京: 華北電力大學(xué),2010.

[2]王向平.串聯(lián)電容補(bǔ)償線路的繼電保護(hù)設(shè)計(jì)研究[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,1999,23(13): 41-44.

[3]張金虎.串聯(lián)補(bǔ)償線路保護(hù)若干關(guān)鍵問(wèn)題研究[D].北京: 華北電力大學(xué),2015.

[4]劉亞軍.串聯(lián)電容補(bǔ)償對(duì)線路繼電保護(hù)的影響研究[D].北京: 華北電力大學(xué),2013.

基于DSP的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組滾動(dòng)軸承故障信號(hào)采集系統(tǒng)

近日，國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局公布專利“基于DSP的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組滾動(dòng)軸承故障信號(hào)采集系統(tǒng)”，專利權(quán)人為哈爾濱理工大學(xué)。

本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于DSP的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組滾動(dòng)軸承故障信號(hào)采集系統(tǒng)，它涉及風(fēng)力發(fā)電機(jī)故障診斷技術(shù)領(lǐng)域，將電渦流位移傳感器安裝在需要監(jiān)測(cè)的滾動(dòng)軸承上，采集到的信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D采集模塊將信息發(fā)送給DSP數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，處理后的數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，DSP數(shù)據(jù)處理模塊通過(guò)RS232接口將數(shù)據(jù)發(fā)送給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)通過(guò)仿真器對(duì)DSP數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行控制。本實(shí)用新型能夠?qū)崿F(xiàn)采集發(fā)電機(jī)組滾動(dòng)軸承的故障信號(hào)，使用方便，操作簡(jiǎn)單。

Research on the Influence of the Series Compensator on Relay Protection of Distribution Networks

Yu Hui1Qin Jianyong1Tang Xun1Zhang Jianmin2Guo Jing2
(1.Guangxi Power Grid Co.,Ltd,Hechi Power Supply Bureau,Hechi,Guangxi 547000；2.Beijing Sifang-Huaneng Power Network Control System Co.,Ltd,Beijing 100085)

As China's economic development,social demand for electricity continues to increase,while the primary energy to the unbalanced distribution of electricity load centers resulted in our country needs long-distance,high-capacity transmission.To improve power quality,series capacitor compensation as a relatively mature technology,improve power quality,an important means to solve the problem of low voltage.Compensation capacitor in series access undermine the uniformity of the transmission line impedance,change the distribution system each point current and voltage,so bring some impact on transmission line protection.

series capacitor compensation; electric protection; low voltage

于 輝（1973-），男，本科，工程師，主要從事企業(yè)高低壓配電運(yùn)行管理工作。