沈衛(wèi)剛 王清 吳疆

摘 要：應(yīng)用串補(bǔ)電容提高線路輸送能力的同時(shí)影響了距離保護(hù)的正確動(dòng)作。本文深入分析了串補(bǔ)電容線路對(duì)方向距離保護(hù)的影響，通過(guò)比較線路補(bǔ)償電壓與保護(hù)處測(cè)量電壓相量間的相位關(guān)系分析了不同串補(bǔ)電容接入位置、故障位置和串補(bǔ)度情況下，串補(bǔ)電容對(duì)方向阻抗繼電器的影響。并且通過(guò)EMTP仿真軟件對(duì)串補(bǔ)電容影響方向阻抗距離繼電器的重要的結(jié)論進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：串補(bǔ)電容；距離保護(hù)；距離繼電器；方向繼電器

0 引言

串聯(lián)電容補(bǔ)償是提高輸電系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性和可靠性的有效且經(jīng)濟(jì)的手段。其主要作用在于：通過(guò)控制潮流提高電力系統(tǒng)的輸送能力；改善電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性；改善電壓質(zhì)量及無(wú)功功率平衡；調(diào)節(jié)雙回線路之間的負(fù)荷使其達(dá)到最佳分配；減少系統(tǒng)的線路損耗。與增設(shè)輸電線路相比，其經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。然而，應(yīng)用串補(bǔ)電容在提高線路輸送能力的同時(shí)，也給電力系統(tǒng)帶來(lái)了一些不利影響。

對(duì)輸電線路而言，其阻抗主要為感性，線路保護(hù)裝置的方向測(cè)量元件及阻抗測(cè)量元件均以線路參數(shù)的這一特點(diǎn)為基礎(chǔ)。而線路串補(bǔ)電容改變了線路參數(shù)的這一“感性”特點(diǎn)，必然會(huì)對(duì)線路保護(hù)帶來(lái)影響。線路加入串補(bǔ)電容后提高了輸送能力的同時(shí)也帶來(lái)一些問(wèn)為：電壓反向；電流反向；LC諧振；電容的過(guò)電壓保護(hù)性能及電壓電流變換器安裝位置的選擇；引入暫態(tài)分量；次同步諧振等。這些問(wèn)題將一定程度上影響繼電保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行性能，增加繼電保護(hù)系統(tǒng)判斷故障的難度與復(fù)雜性。

1 串補(bǔ)電容對(duì)方向距離保護(hù)的影響分析

串補(bǔ)電容的加入對(duì)距離保護(hù)的影響體現(xiàn)在對(duì)其動(dòng)作原理和動(dòng)作判據(jù)的影響，有時(shí)可能讓距離保護(hù)得出完全相反的結(jié)論；同時(shí)，串補(bǔ)電容安裝位置的不同、補(bǔ)償度的不同以及故障點(diǎn)和串補(bǔ)電容相對(duì)位置的不同也將對(duì)其產(chǎn)生進(jìn)一步的影響。

線路增加串補(bǔ)電容后將對(duì)線路上各點(diǎn)的電壓電流相位關(guān)系，保護(hù)安裝處的電壓電流相位關(guān)系產(chǎn)生較大的影響，有時(shí)甚至?xí)勾a(bǔ)電容加入前后的相位產(chǎn)生反相。方向距離保護(hù)采用方向阻抗距離繼電器，它的原理是通過(guò)比較事先構(gòu)造的補(bǔ)償電壓相量和保護(hù)安裝處測(cè)量電壓相量間的相位差（如圖1），其動(dòng)作判據(jù)為：

（1）

圖1 補(bǔ)償電壓與測(cè)量電壓的關(guān)系

如圖1所示，忽略輸電線電阻，則當(dāng)故障位置滿足時(shí)，與同相，即為區(qū)外故障；當(dāng)故障位置滿足時(shí)，與反相，即為區(qū)內(nèi)故障；當(dāng)處發(fā)生三相金屬性短路時(shí)，，M到整定點(diǎn)OP的阻抗，，與反相，滿足動(dòng)作判據(jù)（1）。根據(jù)上述原理，串補(bǔ)電容位置不同時(shí)，串補(bǔ)線路發(fā)生金屬性短路可得以下結(jié)論：

（1）當(dāng)串補(bǔ)電容位于線路首端時(shí)（圖1中左上側(cè)電容位置），距離保護(hù)整定阻抗為。當(dāng)臨界點(diǎn)處發(fā)生金屬性三相短路故障時(shí)，，，ZOP-ZC>ZF-ZC，與反相，動(dòng)作判據(jù)（1）成立，串補(bǔ)電容對(duì)方向阻抗距離繼電器沒(méi)有影響。

（2）當(dāng)串補(bǔ)電容位于線路末端時(shí)（圖1中右上側(cè)電容位置），距離保護(hù)整定阻抗為。當(dāng)臨界點(diǎn)處發(fā)生金屬性三相短路故障時(shí)，，這時(shí)，，與反相，動(dòng)作判據(jù)（1）成立，串補(bǔ)電容對(duì)方向阻抗距離繼電器沒(méi)有影響。

（3）當(dāng)串補(bǔ)電容位于線路中間（不一定為正中央）時(shí)，距離保護(hù)整定阻抗為。如果故障位置在串補(bǔ)電容左側(cè)時(shí)，，有可能出現(xiàn)距離保護(hù)整定阻抗的情況，此時(shí)，與為同相關(guān)系，保護(hù)動(dòng)作判據(jù)（1）不再成立，方向阻抗距離繼電器失效。

上述分析表明，當(dāng)串補(bǔ)電容位于線路的首端和末端時(shí)，對(duì)方向阻抗距離繼電器沒(méi)有影響。當(dāng)串補(bǔ)電容位于線路中間時(shí)，若故障發(fā)生于串補(bǔ)電容左側(cè)，當(dāng)線路補(bǔ)償度不同時(shí)，與的相位關(guān)系有可能同相，也有可能反相，動(dòng)作判據(jù)（1）可能滿足亦可能不滿足；此外，若補(bǔ)償度不變，而故障位置不同，與的相位關(guān)系也可能發(fā)生變化，動(dòng)作判據(jù)（1）可能滿足亦可能不滿足。

2 串補(bǔ)電容對(duì)方向距離保護(hù)影響的仿真分析

在EMTP仿真軟件中建立圖2所示的一個(gè)簡(jiǎn)單的雙電源單回輸電系統(tǒng)。其中，線路長(zhǎng)度120km，整定距離為100km，線路采用分布參數(shù)進(jìn)行仿真，故障點(diǎn)位置分別為F1、F2，F(xiàn)1距首端M為55km，F(xiàn)2在串補(bǔ)電容之后，距首端70km。通過(guò)仿真分析分別得到串補(bǔ)位于線路位置不同、故障位置不同及串補(bǔ)度不同情況下補(bǔ)償電壓相量補(bǔ)償電壓相量與保護(hù)安裝處測(cè)量電壓相量之間的相位關(guān)系。

圖2 仿真系統(tǒng)示意圖

（1）當(dāng)串補(bǔ)位于線路中間，補(bǔ)償度為分別為40%、70%時(shí)，與的相位關(guān)系（兩相量夾角的余弦值），如下圖4所示。

由圖3可知，補(bǔ)償度40%時(shí)，當(dāng)故障發(fā)生在距首端M點(diǎn)55km處（F1）時(shí)，與保持反相關(guān)系；補(bǔ)償度70%時(shí)，兩電壓相量呈同相關(guān)系。當(dāng)故障發(fā)生在距首端M點(diǎn)70km處（F2）時(shí)，兩種補(bǔ)償度情況下，與從趨勢(shì)上看為反相關(guān)系，但受串補(bǔ)電容的影響，波形會(huì)產(chǎn)生振蕩。

（2）串補(bǔ)位于線路首端和末端，補(bǔ)償度均為40%，故障點(diǎn)位于測(cè)量點(diǎn)M點(diǎn)70km處（F2），與的相位關(guān)系，如下圖4所示。

圖4 串補(bǔ)位于首端和末端時(shí)故障后電壓相量相位關(guān)系

由上圖可知，當(dāng)串補(bǔ)電容位于線路首端時(shí)，方向距離保護(hù)受其影響非常大，這也是串補(bǔ)電容一般不在輸電線路首端的原因之一；當(dāng)串補(bǔ)電容位于線路末端時(shí)，對(duì)動(dòng)作判據(jù)沒(méi)有影響，即與為反相關(guān)系，且與補(bǔ)償度無(wú)關(guān)，這與理論分析一致。

3 串補(bǔ)線路繼電保護(hù)的主要解決措施

為了解決上述問(wèn)題，主要有以下幾個(gè)方面：

（1）縱聯(lián)距離保護(hù)或縱聯(lián)方向保護(hù)作為主保護(hù)。采用帶記憶的極化電壓可很好地解決對(duì)于串補(bǔ)線路中首端阻抗繼電器正方向電容外發(fā)生短路時(shí)的拒動(dòng)及上級(jí)線路末端阻抗繼電器反方向電容外發(fā)生短路時(shí)的誤動(dòng)問(wèn)題，縱聯(lián)距離保護(hù)是目前固定串補(bǔ)線路中用得最多的主保護(hù)。在一定條件下，負(fù)（零）序功率方向元件或故障分量方向元件不受串補(bǔ)電容的影響，但縱聯(lián)方向保護(hù)實(shí)際應(yīng)用并不多。

（2）縱聯(lián)相差保護(hù)或分相電流差動(dòng)縱聯(lián)保護(hù)作為主保護(hù)?？v聯(lián)相差保護(hù)保護(hù)與分相電流差動(dòng)縱聯(lián)保護(hù)分別以線路兩側(cè)電流相差與大小作為保護(hù)動(dòng)作判據(jù)，受串補(bǔ)電容的影響很小。因此，對(duì)串補(bǔ)線路及其相鄰一定范圍內(nèi)的線路保護(hù)，應(yīng)首先考慮選用縱聯(lián)相差保護(hù)或分相電流差動(dòng)保護(hù)。

4 結(jié)論

通過(guò)串補(bǔ)電容對(duì)方向距離繼電器影響的理論分析和仿真驗(yàn)證，可得到如下結(jié)論：

（1）串補(bǔ)電容對(duì)方向距離繼電器的穩(wěn)態(tài)影響是巨大的。當(dāng)串補(bǔ)電容安裝在線路首端時(shí)，對(duì)方向阻抗距離繼電器沒(méi)有影響；而當(dāng)串補(bǔ)電容安裝在線路中間時(shí)，方向距離繼電器失效；當(dāng)串補(bǔ)電容安裝在線路末端時(shí)，對(duì)方向阻抗距離繼電器沒(méi)有影響。

（2）如果串補(bǔ)電容的安裝位置對(duì)方向距離繼電器沒(méi)有影響，則補(bǔ)償度、故障點(diǎn)和串補(bǔ)電容位置也不會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響；如果串補(bǔ)電容的安裝位置對(duì)方向距離繼電器有影響，則補(bǔ)償度、故障點(diǎn)和串補(bǔ)電容也會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響。

參考文獻(xiàn)

[1]張保會(huì)，尹項(xiàng)根.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2005.

（作者單位：蘇州供電公司）