串联补偿电容器对线路保护的影响

贾新亚

(西安亮丽集团安质部，陕西西安 710032)

随着电力负荷的快速增长，电力系统的规模呈现出超高压、长距离输电线路也愈来愈多。并存在一系列问题的情况，而解决问题的有效的方法就是在超高压、长距离输电线路安装设串联补偿电容，这可缩短输电线路的电气距离、提高线路输送容量、改善系统的稳定性。

1 距离保护原理

距离保护是反应故障点到保护安装地点之间的距离，并根据距离远近而确定动作时间的一种保护装置。该装置的核心元件是阻抗继电器，其主要作用就是测量短路点到保护安装处之向的阻抗，并与整定阻抗值进行比较，以决定保护是否应该动作。当短路点距保护安装处近时，其测量阻抗小，动作时间短;当短路点距保护远时，其测量阻抗增加，动作时间长，这样就保证了继电器有选择性的切除故障线路［1－2］。

根据距离保护的工作原理，加入继电器的电压和电流要满足下面的要求:(1)继电器的测量阻抗正比于短路点到保护安装地点之间的距离。(2)继电器的测量阻抗应与故障类型无关，即保护范围不随故障类型的变化而变化。

为满足上述要求，阻抗继电器加入的电压和电流分别为UAB和IA－IB，若A，B两相短路，故障环路的电压为

继电器J1的测量阻抗则为单相接地属非对称故障。因此，故障将产生零序和负序分量。保护安装地点母线上A相电压应为

测量阻抗为

2 串联补偿电容器对距离保护的影响

对采用串补电容的输电线路，故障电流中有低频分量，会影响继电保护的工作。暂态过程中的振荡频率ω可近似等于电路的共振频率。由于串补电容仅仅是补偿线路感抗的一部分，通常，Xc≤50%X1，从整个电网看，容抗Xc更小。所以暂态分量的振荡频率ω=ω0＜ω，故称为低频分量。从T1=2L/R可知，低频分量比直流分量衰减得更慢，这是因为低频振荡电流瞬时值周期性通过零，振荡时能量的衰减比直流时慢。低频分量的幅值Im'与短路发生时的初相角有关，当短路发生电势相角为0°时，低频分量最大;当相角为90°时，低频分量最小，但不为零，这是因电感中的电流和电容上的电压不能突变的原理。当低频分量大于或等于基波分量时，对距离保护的影响最大，会导致保护装置超越误动作［3－4］。

3 距离保护的动作分析

距离保护的动作情况与串联补偿电容装设位置有关，当串联补偿电容的容抗较大时，串联补偿电容的后一段线路处在保护区之内，前一段线路处在保护区之外。当保护间隙击穿时，后一半线路均处于保护区之外，如图中虚线所示。对相邻线路保护装置，可能出现保护区的缩短或非选择性动作的情况，与串联补偿电容在线路始端情况类似。

在不出现电流反相的情况下，串联补偿电容对阻抗继电器的影响可归纳为:正向经串联补偿电容短路故障，阻抗继电器可能发生拒动;反向经串联补偿电容短路故障，阻抗继电器可能误动。这种拒动不包含工频变化量方向阻抗继电器。此外，相邻线或对侧阻抗继电器出现正向短路故障时保护区的缩短，保护装置超越误动。

3.1 正向经串联补偿电容短路故障拒动对策

距离保护的电压回路接于线路侧:解决拒动问题的对策之一是将距离保护的电压回路接于线路侧电压互感器上，如图1所示。是将距离保护移到串联补偿电容外侧的Q点上，当然正方向上发生短路故障时，Q点不会出现电压反相，不存在拒动问题。这种接线存在的问题是采取措施防止反向短路故障的误动［5－6］。

图1 距离保护接于不同的电压互感器上

解决正向出口短路距离继电器可能拒动的对策之二就是距离继电器采用带记忆的正序电压极化，而且所采用带记忆的正序电压不仅是正序电压低于10%Un。

对低压阻抗继电器，极化电压采用记忆量，继电器能可靠动作。对以正序电压为极化量的接地距离及相间距离阻抗继电器，在正向不对称短路时，其正序极化电压基本为故障前正序电压，并未失去方向性。

3.2 反向经串联补偿电容短路故障误动

图2中的1和2为以正序电压极化的方向阻抗继电器，对于三相短路故障，正序电压有强的记忆作用;方向阻抗继电器2的动作方向为PM方向，方向阻抗继电器1的动作方向为PN方向，即动作方向相反［7］。

图2 比较方向阻抗继电器1、2动作先后说明

串联补偿电容外侧K1点短路故障时，继电器1的极化电压在记忆作用存在期间保持原有的正常线路电压，记忆作用消失后变为短路电压，出现电压反相，即继电器1在极化电压记忆作用消失后才发生误动作;对于继电器2，极化电压在记忆作用存在期间保持原有正常电压，记忆作用消失变为零，即继电器2在短路故障发生时就开始动作。可见，只要继电器2在继电器1极化电压记忆作用消失前动作并切除故障，继电器1就不会发生误动作。

3.3 采用方向继电器进行闭锁

方向继电器与方向阻抗继电器具有相同的动作方向，保护方向上短路故障时，方向继电器应可靠动作，不影响方向阻抗继电器快速切除短路故障:反向经串联补偿电容短路故障时，方向继电器应可靠不动作，闭锁方向阻抗继电器可能发生的误动作。

采用的方向继电器可以是零序方向元件、负序方向元件、工频变化量方向元件、反映正序故障分量的方向元件。这些方向元件正确工作的条件是保护安装处到与故障点相反方向的等值正序阻抗应呈感性阻抗。

在图3中，PN线 P侧方向元件1的电压取自TV1、电流取自TA11。当正方向上K1点短路故障时，方向元件1可靠动作的条件是ZP1∥(ZM1+ZMQ1+jXc)呈感性阻抗(ZP1为P母线上电源或分支线的等值正序阻抗)，因XC＜XMQ1，所以条件是满ZP1∥(ZPN1+ZN1)呈感性阻抗，故方向元件1可靠不动作。因此，方向元件1可防止方向阻抗继电器1反向经串联补偿电容短路故障时的误动作。

图3 方向继电器闭锁示意图

4 结束语

根据上述分析，不计暂态过程时以及计及暂态过程，串联补偿电容器对分相电流差动保护以及零序电流差动保护理论上应该没有影响的，也不用任何改进措施，因此分相电流差动以及零序电流差动成为串补及其相邻线路首选主保护。

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