特高压输电线路差动保护电容电流补偿方法

邵文权， 刘毅力, 李彦斌， 党幼云

(西安工程大学电信学院, 陕西 西安 710048)

0 引 言

超/特高压长距离输电线路的分布电容电流是影响电流差动保护性能的主要因素[1-4].目前，减少分布电容电流影响的方法主要有3种[5-9]：(1)补偿并联电抗器.并联电抗器通常采取欠补偿方式，只能补偿稳态电容电流，对高频暂态电容电流补偿能力有限.(2)电容电流补偿算法.主要方法是通过电容电流稳态或时域补偿方法来做一定的弥补.(3)采用差动保护新原理.尚处于理论研究阶段，短期内难以应用于工业现场.

针对电流差动保护的传统全相量判据、半补偿判据的缺点，本文提出了一种基于故障测距的精确补偿判据.结合1 000 kV输电线路模型，在未补偿、半补偿、基于故障测距的补偿并在线路不带并联电抗器、带并联电抗器的情况下，采用3种判据对在线路发生内部故障情况下的性能进行了对比分析，以验证不同的电容电流补偿方法在超/特高压输电线路中的适用性和有效性，结果表明基于故障测距的精确补偿方式具有较好的补偿效果.

1 补偿判据

1.1 传统差动判据

全量判据：

(1)

故障分量判据：

(2)

式(1)、式(2)中的辅助判据主要用于防止线路空投或空载情况下装置因某种原因误动作.只有当辅助判据和主判据同时满足时，差动元件动作.

图1 忽略分布电容的等值电路 图2 考虑分布电容的等值电路

当忽略分布电容电流的影响时，等值电路如图1所示，则正常运行或者区外故障时，线路两侧电流和为零.当计及线路分布电容电流后，等值电路如图2所示，正常运行或者区外故障时，线路两侧电流和为该线路上的电容电流.电容电流的存在使线路两端的测量电流不再满足大小相等而方向相反的条件，从而直接影响了保护的灵敏度和可靠性[3].

1.2 传统补偿判据

为了消除电容电流的影响，可在线路中引入补偿电流进行补偿.通常有3种补偿方式，即全补偿方式、半补偿方式以及合闸前全补偿、合闸后半补偿方式.仅以常见的半补偿为例进行说明，由图2可得如下关系：

(3)

1.3 修正判据

正常运行和区外故障时，传统半补偿方式效果很好，保证了可靠性.

当线路内部发生故障时如图3所示，传统半补偿方式受故障点影响非常大，补偿很不准确，故障点偏向一端时补偿后两端电流夹角仍很大，灵敏度低，很难满足特高压快速切除故障的要求[10].

图3 内部故障时考虑分布 电容的等值电路

针对传统补偿方法在区内故障灵敏度低的缺点，本文提出了一种基于故障测距的电容电流补偿方法，在保证区外故障安全性的基础上，大大提高了区内故障的灵敏度.基于故障测距的电容电流补偿方式如下：

(4)

在正常运行和区外故障时λ=0.5，和传统补偿的可靠性相同；区内故障时，λ值由测距结果决定，实现更精确的补偿，进而提高灵敏度.

对于故障分量判据,则采用线路两端的故障分量电压、电流同样按照上式计算.在实际计算中,需要按照序网图计算出各序补偿电流,再合成各相补偿电流.考虑实际线路为具有均匀分布参数的超高压长线,各序电容计算如下:

(5)

式中:Yc1、Yc0为正序和零序等值容抗;Zc1、Zc0为正序和零序线路波阻抗；γ1、γ0为正序和零序传播系数.

2 仿真验证

用ATP建立1 000 kV双电源单回输电线路仿真模型，线路模型采用分布参数的贝瑞隆模型，线路参数来自晋东南 -南阳特高压示范工程试验参数，具体参数见图4.

图4 1 000 kV输电线路系统

系统阻抗参数：

Z1m=0.80+j10.89Ω，Z0m=0.86+j52.74Ω，Z1n=3.15+j8.15Ω，Z0n=5.69+j14.18Ω.

线路参数为：

R1=0.075 8 Ω/km，R0=0.154 2 Ω/km，L1=0.838 7 mH/km，L0=2.600 mH/km，c1=0.013 97μF/km，c0=0.009 296μF/km.

电抗器参数：Xp1=1 260 Ω，Xp2=1 680 Ω，XN1=280 Ω ，XN2=370 Ω.

分别考虑线路不带补偿并联电抗器和两端带并联补偿电抗器两种情况.

2.1 线路不带并联电抗器

假定故障发生时间为10～40 ms，故障发生在区内靠近m端50 km处，A相经20 Ω电阻接地.

图5(a)、图5(b)、图5(c)分别为m、n侧A相电流未进行补偿、半补偿、故障测距补偿时的差动保护动作电流及制动电流.

图5 不同补偿情况下差动电流保护的对比分析

由图5(a)～图5(c)可以看出：经补偿后的n侧电流较未补偿时幅值有所增大，由于故障点偏向n侧，此时基于故障测距的补偿精度高于半补偿方法，n侧电流在基于故障测距的补偿效果要优于半补偿方式.

图6 不同补偿情况下差动电流保护的对比分析

2.2 线路带并联电抗器

假定故障发生时间为10～40 ms，故障发生在区内靠近n端50 km处,A相经20 Ω电阻接地.图6(a)、图6(b)、图6(c)分别为m、n侧A相电流未进行补偿、半补偿、故障测距补偿时的差动保护动作电流及制动电流.

3 结束语

特/超高压长线路发生区内故障时，采用固定的电容值计算补偿电流的方式受故障点位置的影响很大，当故障偏向线路一端时，远离故障点一侧补偿误差大，从而影响差动保护的灵敏度.本文提出的基于故障测距的精确补偿方法在内部发生故障时可根据故障位置精确补偿电容电流，区内非中点处故障时灵敏度得到提高，有望作为特高压长线路电流差动保护的电容电流补偿措施.需要指出的是，故障测距的快速性及准确性是制约该方法使用的主要因素，在实时快速故障测距技术日益成熟的基础上，该方法具有良好的应用前景.

参考文献

[1] 沈晓凡，粟小华，周春霞. 750 kV 输电线路对继电保护的影响[J]. 电力设备，2006，(1): 18-19.

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[10] 桑丙玉，王晓茹. 特高压长线路电流差动保护自适应电容电流补偿方法[J]. 电力系统保护与控制，2010，38(8): 1-5.