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(duì)線路繼電保護(hù)的影響，包括它對(duì)保護(hù)所測(cè)相量的影響、對(duì)保護(hù)動(dòng)作特性的影響等。基于幾種典型原理的保護(hù)在串聯(lián)電容補(bǔ)償線路中對(duì)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(jì)應(yīng)注意的問題，并探討了設(shè)計(jì)保護(hù)原理的思路，最后結(jié)合陽城至江蘇送電工程，對(duì)線路繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)提出了幾點(diǎn)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(jiǎn)稱串補(bǔ)，含串補(bǔ)的線路簡(jiǎn)稱為串補(bǔ)線路）應(yīng)用于長(zhǎng)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(huì)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(cè)量。本文結(jié)合此項(xiàng)工程，分析線路串補(bǔ)電容對(duì)繼電保護(hù)的影響，提出該線路保護(hù)的設(shè)計(jì)方案。 1串補(bǔ)電容對(duì)線路保護(hù)的影響 　　 1.1串補(bǔ)電容對(duì)繼電保護(hù)測(cè)量相量的影響　　 　　　 根據(jù)對(duì)陽城至江蘇送電工程的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)等值計(jì)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(shì)，母線電壓與電源電勢(shì)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(shí)（如圖1中F1點(diǎn)故障），將導(dǎo)致加在繼電器上的電壓相位和電源電勢(shì)相差180°，即保護(hù)測(cè)量的電壓將發(fā)生反向。在故障序網(wǎng)圖中，也會(huì)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(huì)因串補(bǔ)而改變。這種電壓方向的變化將對(duì)保護(hù)動(dòng)作的正確性產(chǎn)生影響，但對(duì)不以測(cè)量故障電壓為參考量的保護(hù)（如電流差動(dòng)保護(hù)），則不會(huì)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(shì)，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(shí)，保護(hù)測(cè)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(dòng)保護(hù)，在電流發(fā)生反向時(shí)，正常的選擇性將受到影響。 　　 1.2串補(bǔ)電容對(duì)典型保護(hù)的影響 　　　 1.2.1　　串補(bǔ)電容對(duì)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(shí)，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(duì)于圖1中F1點(diǎn)故障，線路保護(hù)繼電器的測(cè)量電壓取自母線側(cè)電壓互感器（TV）。當(dāng)|XC|<|ZS|時(shí)（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(dòng)作特性如圖2（a），區(qū)內(nèi)故障時(shí)，可變姆歐繼電器在動(dòng)態(tài)期間能動(dòng)作，在穩(wěn)態(tài)期間不能動(dòng)作。當(dāng)|XC|>|ZS|時(shí)，電流發(fā)生反向，姆歐繼電器與可變姆歐繼電器的動(dòng)作特性如圖2（b），區(qū)內(nèi)故障時(shí)，可變姆歐繼電器在動(dòng)態(tài)期間與穩(wěn)態(tài)期間均不能動(dòng)作。 　 　　 對(duì)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(cè)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(shí)，姆歐繼電器與可變姆歐繼電器的動(dòng)作特性如圖3（a），可見，對(duì)于反方向故障，可變姆歐繼電器在穩(wěn)態(tài)時(shí)誤動(dòng)作，在動(dòng)態(tài)時(shí)不動(dòng)作。當(dāng)|XC|>|ZY′|時(shí)，姆歐繼電器與可變姆歐繼電器的動(dòng)作特性如圖3（b），可見，對(duì)于區(qū)外故障，可變姆歐繼電器在動(dòng)態(tài)時(shí)會(huì)誤動(dòng)，在穩(wěn)態(tài)時(shí)不動(dòng)作。 　　 　　 1.2.2 對(duì)負(fù)序繼電器及方向保護(hù)的影響 　　 假設(shè)在圖1中F1點(diǎn)發(fā)生不對(duì)稱短路。若MN線路M側(cè)保護(hù)繼電器測(cè)量電壓取自線路TV，在負(fù)序網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)|Z2S|>|X2C|時(shí)，I2J超前U2J，負(fù)序方向繼電器動(dòng)作，但是當(dāng)|Z2S|<|X2C|時(shí)，出現(xiàn)了電流反向，I2J落后于U2J，負(fù)序繼電器不動(dòng)作。當(dāng)保護(hù)繼電器測(cè)量電壓取自母線TV時(shí)，不論是否出現(xiàn)電流反向，負(fù)序方向繼電器都動(dòng)作，與串補(bǔ)電容無關(guān)。 　　 對(duì)于圖1中MP線路M側(cè)的保護(hù)，當(dāng)F2點(diǎn)短路，保護(hù)的動(dòng)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(duì)大校。 2串補(bǔ)線路保護(hù)動(dòng)作原理 　 2.1距離保護(hù)設(shè)置電平檢測(cè)器　　 　　　 對(duì)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(gè)電平門檻檢測(cè)器，將距離保護(hù)的整定范圍設(shè)為90%XNM，保護(hù)動(dòng)作輸出由距離保護(hù)與電平檢測(cè)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(cè)器檢測(cè)IZ-V的值，其中Z為電平檢測(cè)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(shí)，電平檢測(cè)器的檢測(cè)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(duì)接地故障Uop=U-（I+3KI0）Zzd 對(duì)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�。�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(dòng)作特性

　

[IMG=各種保護(hù)動(dòng)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?yàn)槔�，分析MN線M側(cè)的保護(hù)。在圖1中，若正方向F1點(diǎn)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(shí)，ZJ=ZS，為感抗特性；當(dāng)電容不被旁路時(shí)，如ZS|ZS-XC|，故在ZS|XC|,保護(hù)測(cè)量電壓為正方向。若反方向F1點(diǎn)故障，V2=ZSI2，當(dāng)XC>ZS時(shí)，出現(xiàn)電流反向的情況，同時(shí)也出現(xiàn)電壓反向的情況，保護(hù)測(cè)量電壓仍為反方向，故保護(hù)均能正確動(dòng)作。 3 串補(bǔ)線路繼電保護(hù)設(shè)計(jì)　 　　　 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(jiǎn)單，可按通常線路的保護(hù)設(shè)計(jì)方式來考慮，可設(shè)置電平檢測(cè)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(cè)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(cè)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(shí)，保護(hù)測(cè)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(shí)會(huì)出現(xiàn)電流反向或電壓反向；保護(hù)測(cè)量電壓取線路外側(cè)TV的距離保護(hù)，在反方向故障時(shí)，線路距離保護(hù)也會(huì)出現(xiàn)電壓反向。 4串補(bǔ)相鄰線路的繼電保護(hù)設(shè)計(jì)　　 　　　 對(duì)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(duì)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(duì)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(jí)的保護(hù)配合，可借助電平檢測(cè)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(shí)，會(huì)發(fā)生電壓反向或電流反向。當(dāng)選用距離保護(hù)原理時(shí)，要考慮相鄰線助增電流的影響。繼電器的動(dòng)作特性在計(jì)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(dòng)態(tài)、靜態(tài)保護(hù)動(dòng)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(duì)距離保護(hù)增加一電平檢測(cè)器可防止保護(hù)超越，并能提高保護(hù)動(dòng)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(duì)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(cè)量電壓取用線路TV位置有關(guān)，但對(duì)測(cè)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(duì)串補(bǔ)線路串補(bǔ)側(cè)的保護(hù)，若測(cè)量電壓取用串補(bǔ)外側(cè)TV，串補(bǔ)反方向故障對(duì)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(shí)串補(bǔ)線路保護(hù)的動(dòng)作特性。