特高壓輸電線路差動(dòng)保護(hù)電容電流補(bǔ)償方法

邵文權(quán)， 劉毅力, 李彥斌， 黨幼云

(西安工程大學(xué)電信學(xué)院, 陜西 西安 710048)

0 引 言

超/特高壓長(zhǎng)距離輸電線路的分布電容電流是影響電流差動(dòng)保護(hù)性能的主要因素[1-4].目前，減少分布電容電流影響的方法主要有3種[5-9]：(1)補(bǔ)償并聯(lián)電抗器.并聯(lián)電抗器通常采取欠補(bǔ)償方式，只能補(bǔ)償穩(wěn)態(tài)電容電流，對(duì)高頻暫態(tài)電容電流補(bǔ)償能力有限.(2)電容電流補(bǔ)償算法.主要方法是通過(guò)電容電流穩(wěn)態(tài)或時(shí)域補(bǔ)償方法來(lái)做一定的彌補(bǔ).(3)采用差動(dòng)保護(hù)新原理.尚處于理論研究階段，短期內(nèi)難以應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng).

針對(duì)電流差動(dòng)保護(hù)的傳統(tǒng)全相量判據(jù)、半補(bǔ)償判據(jù)的缺點(diǎn)，本文提出了一種基于故障測(cè)距的精確補(bǔ)償判據(jù).結(jié)合1 000 kV輸電線路模型，在未補(bǔ)償、半補(bǔ)償、基于故障測(cè)距的補(bǔ)償并在線路不帶并聯(lián)電抗器、帶并聯(lián)電抗器的情況下，采用3種判據(jù)對(duì)在線路發(fā)生內(nèi)部故障情況下的性能進(jìn)行了對(duì)比分析，以驗(yàn)證不同的電容電流補(bǔ)償方法在超/特高壓輸電線路中的適用性和有效性，結(jié)果表明基于故障測(cè)距的精確補(bǔ)償方式具有較好的補(bǔ)償效果.

1 補(bǔ)償判據(jù)

1.1 傳統(tǒng)差動(dòng)判據(jù)

全量判據(jù)：

(1)

故障分量判據(jù)：

(2)

式(1)、式(2)中的輔助判據(jù)主要用于防止線路空投或空載情況下裝置因某種原因誤動(dòng)作.只有當(dāng)輔助判據(jù)和主判據(jù)同時(shí)滿足時(shí)，差動(dòng)元件動(dòng)作.

圖1 忽略分布電容的等值電路 圖2 考慮分布電容的等值電路

當(dāng)忽略分布電容電流的影響時(shí)，等值電路如圖1所示，則正常運(yùn)行或者區(qū)外故障時(shí)，線路兩側(cè)電流和為零.當(dāng)計(jì)及線路分布電容電流后，等值電路如圖2所示，正常運(yùn)行或者區(qū)外故障時(shí)，線路兩側(cè)電流和為該線路上的電容電流.電容電流的存在使線路兩端的測(cè)量電流不再滿足大小相等而方向相反的條件，從而直接影響了保護(hù)的靈敏度和可靠性[3].

1.2 傳統(tǒng)補(bǔ)償判據(jù)

為了消除電容電流的影響，可在線路中引入補(bǔ)償電流進(jìn)行補(bǔ)償.通常有3種補(bǔ)償方式，即全補(bǔ)償方式、半補(bǔ)償方式以及合閘前全補(bǔ)償、合閘后半補(bǔ)償方式.僅以常見(jiàn)的半補(bǔ)償為例進(jìn)行說(shuō)明，由圖2可得如下關(guān)系：

(3)

1.3 修正判據(jù)

正常運(yùn)行和區(qū)外故障時(shí)，傳統(tǒng)半補(bǔ)償方式效果很好，保證了可靠性.

當(dāng)線路內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)如圖3所示，傳統(tǒng)半補(bǔ)償方式受故障點(diǎn)影響非常大，補(bǔ)償很不準(zhǔn)確，故障點(diǎn)偏向一端時(shí)補(bǔ)償后兩端電流夾角仍很大，靈敏度低，很難滿足特高壓快速切除故障的要求[10].

圖3 內(nèi)部故障時(shí)考慮分布 電容的等值電路

針對(duì)傳統(tǒng)補(bǔ)償方法在區(qū)內(nèi)故障靈敏度低的缺點(diǎn)，本文提出了一種基于故障測(cè)距的電容電流補(bǔ)償方法，在保證區(qū)外故障安全性的基礎(chǔ)上，大大提高了區(qū)內(nèi)故障的靈敏度.基于故障測(cè)距的電容電流補(bǔ)償方式如下：

(4)

在正常運(yùn)行和區(qū)外故障時(shí)λ=0.5，和傳統(tǒng)補(bǔ)償?shù)目煽啃韵嗤?；區(qū)內(nèi)故障時(shí)，λ值由測(cè)距結(jié)果決定，實(shí)現(xiàn)更精確的補(bǔ)償，進(jìn)而提高靈敏度.

對(duì)于故障分量判據(jù),則采用線路兩端的故障分量電壓、電流同樣按照上式計(jì)算.在實(shí)際計(jì)算中,需要按照序網(wǎng)圖計(jì)算出各序補(bǔ)償電流,再合成各相補(bǔ)償電流.考慮實(shí)際線路為具有均勻分布參數(shù)的超高壓長(zhǎng)線,各序電容計(jì)算如下:

(5)

式中:Yc1、Yc0為正序和零序等值容抗;Zc1、Zc0為正序和零序線路波阻抗；γ1、γ0為正序和零序傳播系數(shù).

2 仿真驗(yàn)證

用ATP建立1 000 kV雙電源單回輸電線路仿真模型，線路模型采用分布參數(shù)的貝瑞隆模型，線路參數(shù)來(lái)自晉東南 -南陽(yáng)特高壓示范工程試驗(yàn)參數(shù)，具體參數(shù)見(jiàn)圖4.

圖4 1 000 kV輸電線路系統(tǒng)

系統(tǒng)阻抗參數(shù)：

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

線路參數(shù)為：

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.

電抗器參數(shù)：Xp1=1 260 Ω，Xp2=1 680 Ω，XN1=280 Ω ，XN2=370 Ω.

分別考慮線路不帶補(bǔ)償并聯(lián)電抗器和兩端帶并聯(lián)補(bǔ)償電抗器兩種情況.

2.1 線路不帶并聯(lián)電抗器

假定故障發(fā)生時(shí)間為10～40 ms，故障發(fā)生在區(qū)內(nèi)靠近m端50 km處，A相經(jīng)20 Ω電阻接地.

圖5(a)、圖5(b)、圖5(c)分別為m、n側(cè)A相電流未進(jìn)行補(bǔ)償、半補(bǔ)償、故障測(cè)距補(bǔ)償時(shí)的差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作電流及制動(dòng)電流.

圖5 不同補(bǔ)償情況下差動(dòng)電流保護(hù)的對(duì)比分析

由圖5(a)～圖5(c)可以看出：經(jīng)補(bǔ)償后的n側(cè)電流較未補(bǔ)償時(shí)幅值有所增大，由于故障點(diǎn)偏向n側(cè)，此時(shí)基于故障測(cè)距的補(bǔ)償精度高于半補(bǔ)償方法，n側(cè)電流在基于故障測(cè)距的補(bǔ)償效果要優(yōu)于半補(bǔ)償方式.

圖6 不同補(bǔ)償情況下差動(dòng)電流保護(hù)的對(duì)比分析

2.2 線路帶并聯(lián)電抗器

假定故障發(fā)生時(shí)間為10～40 ms，故障發(fā)生在區(qū)內(nèi)靠近n端50 km處,A相經(jīng)20 Ω電阻接地.圖6(a)、圖6(b)、圖6(c)分別為m、n側(cè)A相電流未進(jìn)行補(bǔ)償、半補(bǔ)償、故障測(cè)距補(bǔ)償時(shí)的差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作電流及制動(dòng)電流.

3 結(jié)束語(yǔ)

特/超高壓長(zhǎng)線路發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時(shí)，采用固定的電容值計(jì)算補(bǔ)償電流的方式受故障點(diǎn)位置的影響很大，當(dāng)故障偏向線路一端時(shí)，遠(yuǎn)離故障點(diǎn)一側(cè)補(bǔ)償誤差大，從而影響差動(dòng)保護(hù)的靈敏度.本文提出的基于故障測(cè)距的精確補(bǔ)償方法在內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)可根據(jù)故障位置精確補(bǔ)償電容電流，區(qū)內(nèi)非中點(diǎn)處故障時(shí)靈敏度得到提高，有望作為特高壓長(zhǎng)線路電流差動(dòng)保護(hù)的電容電流補(bǔ)償措施.需要指出的是，故障測(cè)距的快速性及準(zhǔn)確性是制約該方法使用的主要因素，在實(shí)時(shí)快速故障測(cè)距技術(shù)日益成熟的基礎(chǔ)上，該方法具有良好的應(yīng)用前景.

參考文獻(xiàn)

[1] 沈曉凡，粟小華，周春霞. 750 kV 輸電線路對(duì)繼電保護(hù)的影響[J]. 電力設(shè)備，2006，(1): 18-19.

[2] 李瑞生, 索南加樂(lè). 750 kV 輸電線路的特殊問(wèn)題及其對(duì)線路保護(hù)的影響[J]. 繼電器, 2006, 34(3): 1-4.

[3] 陳德樹(shù)，唐 萃，尹項(xiàng)根, 等. 特高壓交流輸電繼電保護(hù)及相關(guān)問(wèn)題[J]．繼電器, 2007, 35(5):1-3.

[4] 伍葉凱，鄒東霞．電容電流對(duì)差動(dòng)保護(hù)的影響及補(bǔ)償方案[J].繼電器，1997，25(4)：4-8.

[5] 索南加樂(lè)，張懌寧，齊 軍, 等. Π模型時(shí)域電容電流補(bǔ)償?shù)碾娏鞑顒?dòng)保護(hù)研究[J]．中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2006,26(5): 12-18.

[6] 吳通華, 鄭玉平，朱曉彤. 基于暫態(tài)電容電流補(bǔ)償?shù)木€路差動(dòng)保護(hù)[J]．電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2005, 29(12): 61-67.

[7] 郭 征，賀家李．輸電線縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)的新原理[J]．電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2004，28(11)：1-5.

[8] 湯 俊，王曉茹. 反應(yīng)重負(fù)荷下高阻故障的穩(wěn)態(tài)量線路差動(dòng)保護(hù)判據(jù)[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2008, 28(4):72-77.

[9] 索南加樂(lè), 劉 凱, 張懌寧. 基于電阻性差流的差動(dòng)保護(hù)新原理[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2007, 31(16): 45-49.

[10] 桑丙玉，王曉茹. 特高壓長(zhǎng)線路電流差動(dòng)保護(hù)自適應(yīng)電容電流補(bǔ)償方法[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38(8): 1-5.