串联电容补偿线路距离保护研究

贾新亚

(西安亮丽集团安质部，陕西西安 710032)

一次能源和电力负荷中心分布的不平衡决定了我国需要长距离、大容量地输送电力。然而，一方面由于生态环境保护或经济方面的原因，开发一条新的输电走廊或扩建原有的输电系统具有一定的难度;另一方面，由于系统暂态稳定极限的限制及电网的“木桶效应”，现有输电线路实际的输送容量并没有达到设计的稳定极限，造成了较大浪费。因此，如何充分利用原有的输电线路，提高线路输送能力，有效节约能源，保护生态环境，提高电力系统运行的经济性、可靠性、稳定性和灵活性，是电力系统发展的方向［1－3］。

1 串联电容补偿技术基本原理

串联电容补偿技术是通过在线路上加装串联补偿电容，以补偿线路的电感，相当于缩短了线路的电气距离，提高线路传输功率，降低线路输送损耗，改善线路的电压质量，降低线路的电压降及减少两端电压相角差，更加合理地分布输送功率，提高系统的动态和静态稳定性，串联电容补偿基本原理如图1所示。

图1 串联补偿系统示意图

电容补偿前输送功率为

电容补偿后输送功率为

设KC为线路串联补偿电容补偿度，即KC=XC/XL，由上式可知，在保持两端电压不变的情况下，串联电容补偿线路的输送能力可提高1/(1－KC)，线路串联补偿电容后可以显著提高线路的传输容量。串联补偿电容的主要作用在于通过补偿线路感抗，降低线路两端的电压降和相角差，从而提高了线路的动态和暂态稳定裕度，为大功率传输电力提供条件［4－5］。

2 串联补偿电容的主要作用

串联补偿电容主要通过补偿线路电感，缩短交流传输的电气距离，以提高线路的传输容量和电力系统的稳定性。串联补偿电容主要有以下作用［6－8］:(1)提高输电线路的输送容量及电力系统的稳定性。(2)降低电压偏差，改善电力系统的运行电压和无功平衡条件，在配电网中主要用于补偿线路压降，提高电压质量。(3)改善传输功率的分配，合理分配并联线路或环网中的潮流。(4)降低电网损耗。

串联电容相当于减小了线路感抗，降低了输电线路损耗;同时在长距离大容量输电线路中，串联电容可减少输电线路回数和投资。

3 串联电容补偿装置

串联在输配电线路中以补偿线路感抗的电容器及其保护、控制等设备组成的装置称为串联电容补偿装置，即串补装置。一般串联电容器的容抗应是所补偿输电线路电抗的25% ～75%。目前，串补装置可分为固定串补和可控串补，均采用金属氧化锌非线性电阻(MOV)构成电容器的过电压保护。

(1)固定串补装置(FSC)。主要由以下部分组成:电容器组金属氧化锌非线性电阻(MOV)、放电间隙、旁路开关和阻尼电阻，其接线示意，如图2(a)所示。

图2 可控串与固定串补装置示意图

当系统正常运行时，MOV不导通，呈高阻状态。当线路发生故障时，通过串联补偿电容器的电流会不断增大，电容器两端的电压也不断增大。当电容器两端的电压达到MOV的保护电压水平时，MOV导通，限制串联补偿电容器两端的电压和流过串联补偿电容器的电流，起到保护作用。当MOV两端电压或MOV吸收的能量达到预定值时，触发放电间隙导通，将MOV旁路。放电间隙所能承受的电流是有限的，若放电间隙长时间有电流流过或平台故障时，将触发与之并联的旁路开关闭合，电容器组和保护设备短路。

(2)可控串补装置(TCSC)。主要由以下部分组成:串联电容器组、金属氧化锌非线性电阻MOV、电感L、双向晶闸管SCR、旁路开关及阻尼装置，其接线示意如图2(b)所示。

双向晶闸管的两个反向并联的晶闸管每半个工频周期轮流被触发一次。可控串补装置通过对触发角的控制，可控制晶闸管的导通时间，从而控制流过电抗器回路的电流，进而控制电抗器回路的基频电抗，达到连续控制可控串补TCSC的等效电抗XTCSC的目的。可控串补TCSC的稳态基波阻抗XTCSC(α)与触发角α的关系如下式所示

其中

4 串联补偿电容对距离保护的影响

距离保护是利用短路时电压、电流同时变化的特征，测量电压与电流的比值，能反应故障点到保护安装处的距离，基本原理如图3所示。

图3 距离保护原理示意图

当系统发生短路故障时，首先判断故障的方向，若故障位于保护区的正方向上，则测出故障点到保护安装处的距离Lk，然后与整定距离Lset进行比较:若Lk＜Lset，说明故障点位于保护范围之内，保护应该立即动作(图3中k1点);若Lk＞Lset，则说明故障点位于保护范围之外，保护不应动作(图3中k2点)。若故障位于保护区的反方向上，则无需进行故障距离的测量，直接判为区外故障，保护不应动作(图3中k3点)。

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以下要求:(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

这样，测量阻抗为

5 结束语

首先介绍了串联电容补偿装置的构成及工作原理，等效模型的不同的工作方式分析了MOV的工作特性。以集中参数模型分析了串补线路故障时的电压电流特征，以及其对距离保护造成的影响。而串联补偿电容对距离保护的影响主要在于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，阻抗继电器可能发生误动作;串联补偿电容对侧阻抗继电器正向短路故障时保护范围缩短或

者保护超越。

［1］许正亚.输电线路新型距离保护［M］.北京:中国水利水电出版社，2002.

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