摘要 結合山西陽城至江蘇送電工程，分析了串聯電容補償對線路繼電保護的影響，包括它對保護所測相量的影響、對保護動作特性的影響等。基于幾種典型原理的保護在串聯電容補償線路中對故障的反應，論述了串聯電容補償線路繼電保護設計應注意的問題，并探討了設計保護原理的思路，最后結合陽城至江蘇送電工程，對線路繼電保護的設計提出了幾點建議。 關鍵詞 串聯電容補償　保護超越　姆歐距離保護　電抗型距離保護 　　 0引言 　　　 串聯電容補償裝置（簡稱串補，含串補的線路簡稱為串補線路）應用于長距離輸電線路能夠增加穩定裕度，改善聯網負荷分配，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初期，將采用此種補償裝置，以節省投資。但是串補的投入或退出會改變線路的阻抗，影響基于阻抗特性原理的保護的正確測量。本文結合此項工程，分析線路串補電容對繼電保護的影響，提出該線路保護的設計方案。 1串補電容對線路保護的影響 　　 1.1串補電容對繼電保護測量相量的影響　　 　　　 根據對陽城至江蘇送電工程的系統網絡等值計算，電壓反向、電流反向均有可能發生。 　　 1.1.1 電壓反向 　　 通常在非串補線路上，電源流出的短路電流落后于電源電勢，母線電壓與電源電勢基本同相。但在串補系統中，如從電源到保護安裝處的感抗大于容抗，當靠近串補處發生故障時（如圖1中F1點故障），將導致加在繼電器上的電壓相位和電源電勢相差180°，即保護測量的電壓將發生反向。在故障序網圖中，也會發生電壓反向。 　　 距離保護或方向保護的電流方向不會因串補而改變。這種電壓方向的變化將對保護動作的正確性產生影響，但對不以測量故障電壓為參考量的保護（如電流差動保護），則不會造成影響。 　　 1.1.2　　電流反向 　　 在串補線路上，以線路始端母線電壓為基準，線路短路電流可能超前于電勢，相位變化約180°，即發生電流反向。當電源負序阻抗小于電容容抗時，保護測得的負序電流也將反方向。 　　 以電流為參考量的保護，如距離保護、方向保護、電流差動保護，在電流發生反向時，正常的選擇性將受到影響。 　　 1.2串補電容對典型保護的影響 　　　 1.2.1　　串補電容對距離保護的影響 　　當串補電容器的保護MOV將串補電容旁路時，距離保護自然適應，故以下主要討論串補電容不被旁路的情況。 　　對于圖1中F1點故障，線路保護繼電器的測量電壓取自母線側電壓互感器（TV）。當|XC|<|ZS|時（XC為電容器容抗，ZS為保護安裝處到S端電源的阻抗），電壓發生反向，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作特性如圖2（a），區內故障時，可變姆歐繼電器在動態期間能動作，在穩態期間不能動作。當|XC|>|ZS|時，電流發生反向，姆歐繼電器與可變姆歐繼電器的動作特性如圖2（b），區內故障時，可變姆歐繼電器在動態期間與穩態期間均不能動作。 　 　　 對于串補相鄰線路，如圖1中F1處故障，MP線路的M側的保護測量的電壓發生反向。設MP線路M側保護繼電器的整定阻抗為ZY′，當|XC|<|ZY′|時，姆歐繼電器與可變姆歐繼電器的動作特性如圖3（a），可見，對于反方向故障，可變姆歐繼電器在穩態時誤動作，在動態時不動作。當|XC|>|ZY′|時，姆歐繼電器與可變姆歐繼電器的動作特性如圖3（b），可見，對于區外故障，可變姆歐繼電器在動態時會誤動，在穩態時不動作。 　　 　　 1.2.2 對負序繼電器及方向保護的影響 　　 假設在圖1中F1點發生不對稱短路。若MN線路M側保護繼電器測量電壓取自線路TV，在負序網絡中，當|Z2S|>|X2C|時，I2J超前U2J，負序方向繼電器動作，但是當|Z2S|<|X2C|時，出現了電流反向，I2J落后于U2J，負序繼電器不動作。當保護繼電器測量電壓取自母線TV時，不論是否出現電流反向，負序方向繼電器都動作，與串補電容無關。 　　 對于圖1中MP線路M側的保護，當F2點短路，保護的動作決定于串補線路及R端電源的總阻抗與串補容抗的相對大校。 2串補線路保護動作原理 　 2.1距離保護設置電平檢測器　　 　　　 對于圖1中的MN線路N側的保護，如不采取其他措施，保護整定范圍通常為（80%～90%）（XNM-XC）。GE公司提出設置一個電平門檻檢測器，將距離保護的整定范圍設為90%XNM，保護動作輸出由距離保護與電平檢測器“與門”輸出，構成過電流/距離保護組合。原理上電平檢測器檢測IZ-V的值，其中Z為電平檢測器整定范圍，V為繼電器電壓。設Z整定為XNM，考慮在M母線出口故障，串補電容不被MOV旁路的情況，整定門檻值PL=IXNM-I（XNM-Xt）=IXt,Xt為串補電容與MOV的并聯值。當串補電容被旁路時，電平檢測器的檢測電壓為IXt′，Xt′為串補電容與MOV導通后的并聯值，顯然Xt′Uz 對接地故障Uop=U-（I+3KI0）Zzd 對相間故障Uop=U-IZzd 其中U為相間電壓；I為相間電流；Zzd為整定阻抗，Zzd取（80%～90%）（ZL-XC）；I0為零序電流；K為零序電流補償系數；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]

根據圖2、圖3，有下列結論見表1。

表1各種保護動作特性

　

[IMG=各種保護動作特性]/uploadpic/THESIS/2008/1/2008010711074898558J.jpg[/IMG]

由此，工頻變化量距離保護可借助電抗器根據上述結論來構成其保護的邏輯。 2.3方向保護中的補償　　 　　　 以負序方向為例，分析MN線M側的保護。在圖1中，若正方向F1點故障，假設保護接線路TV，補償前V2=-I2ZJ,ZJ為TV背后的等效負序阻抗，ZJ=ZS-XC。當電容被旁路時，ZJ=ZS，為感抗特性；當電容不被旁路時，如ZS|ZS-XC|，故在ZS|XC|,保護測量電壓為正方向。若反方向F1點故障，V2=ZSI2，當XC>ZS時，出現電流反向的情況，同時也出現電壓反向的情況，保護測量電壓仍為反方向，故保護均能正確動作。 3 串補線路繼電保護設計　 　　　 陽城至江蘇送電工程的系統圖如圖4所示。

[IMG=陽城到江蘇送電系統接線示意圖]/uploadpic/THESIS/2008/1/20080107110753544658.jpg[/IMG]

圖4陽城到江蘇送電系統接線示意圖

串補線路東明側的保護配置較簡單，可按通常線路的保護設計方式來考慮，可設置電平檢測器提高保護范圍。 　　 串補線路三堡側的保護配置較復雜，電壓反向與電流反向都可能發生，保護測量電壓取電容器內側線路TV，可允許使用單純的方向元件、序分量方向元件；保護測量電壓取電容器外側線路TV，方向元件需要帶補償。 　　 根據前面分析，串補電容未被旁路時，保護測量電壓取電容器內側TV的距離保護，在串補電容附近故障時會出現電流反向或電壓反向；保護測量電壓取線路外側TV的距離保護，在反方向故障時，線路距離保護也會出現電壓反向。 4串補相鄰線路的繼電保護設計　　 　　　 對于陽城—東明三回線路的保護，如不考慮遠景串補配置，補償度為40%的串補對線路兩側的保護影響不大。三堡—淮陰線路與三堡—任莊線路受串補的影響類似。下面以三堡—任莊線路的保護為例來加以說明。 　　 對任莊側保護，根據前面分析，其距離保護Ⅰ段與串補旁路與否關系頗大，為保證其選擇性及與下級的保護配合，可借助電平檢測器來提高保護范圍。 　　 受串補影響較大的保護可能要算三堡側的保護了。根據前面的分析，主要是當反方向故障且串補電容不被旁路時，會發生電壓反向或電流反向。當選用距離保護原理時，要考慮相鄰線助增電流的影響。繼電器的動作特性在計及助增作用產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態、靜態保護動作的正確性。 5 結論　 　　　 根據上面的討論分析，有下列建議性結論： a.從保護原理上看，對距離保護增加一電平檢測器可防止保護超越，并能提高保護動作范圍。 b.工頻變化量距離保護增加一電抗型繼電器線，對保證保護的方向性是很有效果的。 c.方向保護的方向性與保護測量電壓取用線路TV位置有關，但對測量電壓取用電容器外側TV進行補償的方向保護，能夠正確判斷保護的方向性。 d.對串補線路串補側的保護，若測量電壓取用串補外側TV，串補反方向故障對保護的影響與三堡—淮陰、三堡—任莊線路三堡側保護反方向故障相類似。另外還需要注意在母線與線路TV之間故障時串補線路保護的動作特性。