带串补装置的超高压输电长线行波差动保护研究①

乔占俊

(华北科技学院机电工程学院，北京东燕郊 101601)

带串补装置的超高压输电长线行波差动保护研究①

乔占俊②

(华北科技学院机电工程学院，北京东燕郊 101601)

行波差动保护基于输电长线两侧方向性行波差值判断故障，可避开电流差动保护对电容电流的补偿问题，仿真验证表明，对于带串补超高压输电长线，行波差动保护在高阻故障时灵敏度高，动作速度快，具有良好的应用前景消除容性电流的影响，从而可有效应用于带串补偿装置的超高压输电长线这类特殊结构的线路保护。

电力系统;线路保护;超高压输电长线;行波差动保护;电容电流补偿

0 引言

行波差动保护基于输电长线两侧方向性行波差值来判断故障［1－2］，具有较好的选择性，可避开容性电流补偿问题，理论上能够完全消除系统中电容电流的影响。基于小波变换的行波差动保护仅利用行波波头信息，即能适用于带串补的超高压输电线路［3］，且不受分布电容电流、母线结构、过渡电阻、CT饱和等因素的影响。

行波差动保护尽管能够从理论上消除电容电流的影响，但对于带串补的超高压输电长线，即使系统内部无故障，两侧方向性行波的差值不为零，仍存在较大的不平衡电流。本文针对行波差动保护在带串补线路上应用时存在的问题，基于实际模型结构推导得出合理的行波差流表达式，据此提出保护理论和方案，实现了行波差动保护在带串补输电长线中的应用。

1 带串补装置的超高压输电长线行波差动保护

现代串补装置常采用金属氧化物避雷器以防止大故障电流引起的串补电容过电压。如图3为一装设串联电容补偿装置SC的超高压输电长线无损线路示意图，正常运行时，SC不导通;当发生故障后，当电容电压低于门槛值时，SC仍然不导通;当电容电压超过门槛值，SC快速导通，限制过电压。但是，串联电容补偿装置SC导通与否，行波波头一般都不会受到影响［3］，故可探讨行波差动保护。

图1 带串补超高压输电长线无损线路示意图

以上各式为瞬时值形式，实用时采用滤波算法可得相量Iop、Ire等。实际三相输电系统采用模变换解耦可得到各相行波差流和制动电流。以串补位于线路中间为例，Iop·a和Ire·a的计算式分别为：

同理可得Iop·b、Iop·c、Ire·b、Ire·c，从而构成分相差动保护。

2 输电长线行波差动保护方案

在行波差动保护方案中实行分相配置，判据式C1为行波差动保护基本判据，C2为比例制动判据，分别为：

式中Idz为最小动作电流。式(13)用于防止线路正常、区外故障或空充时插值等误差引起的保护误动，比例制动系数k1按线路正常、区外故障和线路空充时差流与制动电流的最大比值来确定。

C3和C5为区内故障时防止非故障相误动而设，分别为：

式中max(Iop)表示取三相行波差流最大值，K2l和K2h分别为高、低系数值，K2l对应地模分量到达之后的△τ时间段，其值与线路长度有关;K2h对应空间模量已到而地模分量未到的△τ时间段。

线路M侧反向出口故障时产生向右的故障正向行波，到达N侧母线前，理论上两侧反向故障行波均为零。若N处波阻抗连续，则在更长时间内为零。然而在实用时，由于存在测量、参数误差等，可能导致比例制动判据无法制动而误动，为此设判据式C4：

3 输电长线行波差动保护仿真

图2 500KV带串补线路系统仿真模型

在EMTP电磁暂态仿真程序中建立500 kV带串补线路仿真模型，参数见图2，串补装置位于线路中间，补偿度为40%，串补额定电压为70.6 kV，对系统内、外部故障及线路空充进行仿真。图3为仿真线路M侧出口处发生300欧姆单相接地故障时故障相的行波差流iop曲线和差流与制动电流比值m曲线。可见，线路区内发生故障后iop和m比值都上升很快且单调，经3ms后，iop为0.25kA，对应的m值为0.12;经4 ms后，iop、m的稳态值分别达1.42 kA和0.57。由此可知，对于带串补超高压输电长线，行波差动保护在高阻故障时具有很快的动作速度。

图3 500kV带串补线路区内故障

4 结论

仿真验证表明，基于输电长线两侧方向性行波的差值来判断线路故障的行波差流保护，从原理上避开电流差动保护中对容性电流的补偿，完全消除了电容电流的影响，从而能有效应用于带串联电容补偿装置的超高压输电长线这类特殊结构的线路中。

［1］TakagiT，BabaJ，Uemurak，etal.Fault protection based on traveling wave theory：part I theory.In Proceedings of IEEE Power Engineering Society Summer Meeting Jul 17－22，1977，Mexico City. Mexico.1977：750－753

［2］TakagiT，BabaJ，Uemurak，etal.Fault protection based on traveling wave theory：part II sensitivity analysis and ratory test.In Proceedings of IEEE Power Engineering Society Winter Meeting Jan 29－Feb 3，1978，New York，NY，USA.1978：220－226

［3］苏斌，董新洲，孙元章.特高压带并联电抗器线路的行波差动保护［J］.电力系统自动化，2004，28(23)：41－44

［4］Subin，Dongxinzhou，Sunyuanzhang，etal.Traveling wave differential protection based on wavelet transform［J］.Automation of Electric Power Systems，2004，28(18)：25－29(in Chinese)

Research on traveling-wave differential protection for EHV transmission line with series compensated capacitor

QIAO Zhanjun

(North China Institute of Science and Technology，Yanjiao Beijing－East101601)

Based on directional traveling－wave difference both sides of the EHV transmission line，traveling－wave differential protection can distinguish fault，avoid the matter of compensation for capacitive current of current differential protection，and also eliminate the effects of capacitive current.Thus it can effectively used in protection of EHV transmission line with series compensated capacitor.EMTP simulation results show that the proposed scheme operates sensitively，rapidly and selectively，demonstrating good potential in field applications.

power system;line protection;EHV transmission line;traveling－wave differential protection;capacitance current compensation

TM723

A

1672－7169(2012)01－0064－03

2012－01－02

乔占俊(1973－)，男，甘肃白银人，硕士研究生，华北科技学院机电工程学院副教授，从事高电压技术、继电保护等电气工程理论教学与研究工作。