快速開關(guān)型串聯(lián)補償裝置對配電網(wǎng)繼電保護的影響研究

新鄉(xiāng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 閆 敏

目前我國配電網(wǎng)的建設(shè)相對滯后，相應(yīng)的供電設(shè)備、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)以及電源支撐等都無法滿足實際運行的需要，這也引發(fā)了一系列的問題，諸如無功功率短缺、電壓水平低下等。串聯(lián)補償技術(shù)通過電容容抗補償線路感抗，有效的提升了線路電壓，舊傳統(tǒng)串補裝置而言，仍然存在著造價高、運行維護困難等明顯的缺陷，這也是限制串聯(lián)補償技術(shù)優(yōu)勢發(fā)揮的重要因素。本文則介紹了串補技術(shù)的基本原理，并深入探究了串聯(lián)補償對于線路繼電保護的影響。

1 快速開關(guān)型串聯(lián)補償裝置基本結(jié)構(gòu)及繼電保護技術(shù)簡要分析

在具體的分析基于快速開關(guān)型串聯(lián)補償裝置對于配電網(wǎng)繼電保護的影響之前，首先了解快速開關(guān)型串聯(lián)補償裝置的基本結(jié)構(gòu)及其各部分的具體功能。經(jīng)過分析后可知，目前傳統(tǒng)的串聯(lián)補償裝置由于價格昂貴、可靠性差、配置復(fù)雜等多方面的缺陷，導(dǎo)致中高壓配電網(wǎng)中無法廣泛的應(yīng)用，而基于快速開關(guān)型串聯(lián)補償裝置則有效的解決了這類問題，其主要是在旁路設(shè)備中應(yīng)用快速真空開關(guān)來替代火花間隙。有關(guān)快速開關(guān)型串聯(lián)補償裝置的接線圖如圖1所示。

圖1 基于快速開關(guān)型串聯(lián)補償裝置的一次接線圖

目前繼電保護技術(shù)的發(fā)展趨于智能化、網(wǎng)絡(luò)化，旨在實現(xiàn)控制、保護、測量以及數(shù)據(jù)通信的一體化發(fā)展。隨著新的控制原理及方法不斷應(yīng)用于繼電保護之中，微機繼電保護的研究也是向著更高層次的方向邁進(jìn)。其中較為顯著的便是自適應(yīng)控制技術(shù)以及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在繼電保護中的應(yīng)用。自適應(yīng)繼電保護的思想在于使保護能盡可能地適應(yīng)電力系統(tǒng)產(chǎn)生的各種變化，從而進(jìn)一步改善保護的性能。當(dāng)前自適應(yīng)繼電保護在輸電線路距離保護、發(fā)電機保護等領(lǐng)域都有著廣闊的應(yīng)用前景，例如自適應(yīng)繼電保護原理應(yīng)用于距離保護之中，根據(jù)系統(tǒng)運行的基本情況可以調(diào)整距離保護動作特性，由此便提高了距離保護的性能。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)于電力系統(tǒng)繼電保護的應(yīng)用也是十分重要，其可以有效的判斷電力系統(tǒng)繼電保護領(lǐng)域出現(xiàn)的故障類型、故障距離等。有學(xué)者提出了基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電力系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)，主要是利用電力系統(tǒng)中繼電器以及斷路器的狀態(tài)信息來較好的估算故障可能出現(xiàn)的范圍。將之用于電力系統(tǒng)控制中心，可以幫助工作人員對故障范圍進(jìn)行判別，從而及時采取措施消除故障。

2 快速開關(guān)型串聯(lián)補償裝置對于繼電保護的影響分析探討

快速開關(guān)型串聯(lián)電容補償裝置的接入，有效的減少了線路的等效電抗，從而提高了線路電壓。然而快速開關(guān)型串聯(lián)補償裝置也會對節(jié)點保護產(chǎn)生一定的影響，主要在于串聯(lián)補償電容電抗破壞了線路阻抗整體的均勻性，并通過繼電保護裝置的電流值及相位產(chǎn)生影響。一般的，在接有快速開關(guān)型串聯(lián)補償裝置的線路上，其串補裝置對于繼電保護的影響因素主要有以下幾點：第一，串聯(lián)電容補償裝置的安裝位置；第二，串聯(lián)電容補償?shù)木唧w深度；第三，發(fā)生短路故障時，串聯(lián)電容器的旁路速度；第四，線路繼電保護裝置自身工作特性所造成的影響。在了解了快速開關(guān)型串補裝置對于電路繼電保護的主要影響因素后，具體的論述短路故障下，串補裝置對于繼電保護所產(chǎn)生的影響。

2.1 基于快速開關(guān)型串補裝置對電流保護的影響

電流保護實質(zhì)上是在電流增大時系統(tǒng)自發(fā)的保護動作，一般將電流保護分為以下幾個階段式保護：電流I段保護即為電流速斷保護，是在線路發(fā)生短路時迅速熔斷的行為。電流速斷保護無法實現(xiàn)本段線路全長的保護；電流Ⅱ段保護則為限時電流速斷保護，其基本原則是躲開下級各相鄰元件電流速斷保護的最大動作范圍，該保護段能夠?qū)崿F(xiàn)本段線路全長的保護；最后則是電流Ⅲ段保護，該段主要為過電流保護，是依據(jù)躲開最大符合電流確定的。通常過電流保護即可以作為本段線路全場的保護，亦可以保護相鄰線路的全長?？傮w而言，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段保護所組成的階段式電流保護有著十分重要的作用，可以迅速可靠的切斷線路故障，因而目前也是在電網(wǎng)中得到了廣泛的應(yīng)用。由于電流保護是用于反應(yīng)電流升高的保護動作，因而接入串聯(lián)補償電容器會導(dǎo)致短路電流進(jìn)一步增大，這也是保護裝置拒動現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因。為了避免短路時保護裝置無選擇性動作情況的發(fā)生，需要提高電流整定值，但這一操作也將帶來另一方面的問題，即繼電器電流保護范圍減小，其保護距離更是可能縮短為零。

2.2 基于快速開關(guān)型串補裝置對于距離保護的影響探討

距離保護主要是利用短路時電流、電壓變化的特征，通過具體的測量電壓與電流比值，實現(xiàn)故障點到保護安裝處的距離工作的保護。隨著快速開關(guān)型串聯(lián)電容器的加入，線路阻抗與測量距離之間的比例關(guān)系被破壞，此時串補電容器安裝位置阻抗將會發(fā)生變化，導(dǎo)致無法正確測量故障距離，最終對距離保護產(chǎn)生了影響。

以下則根據(jù)圖2具體的說明串聯(lián)電容補償裝置對于線路距離保護所產(chǎn)生的影響。首先是保護裝置正方向上所發(fā)生的短路故障，當(dāng)該線路未接入快速開關(guān)型串補裝置時，保護裝置1的基本動作特性如圖3中BD線所示，相關(guān)測量元件也將根據(jù)測量阻抗整定，這也表面D點最終將落在保護范圍之外。而當(dāng)接入串聯(lián)電容器后，其阻抗特性將發(fā)生改變，具體可如圖3中的CD實線所示。具體分析后可知，串聯(lián)電容器阻抗抵償了部分線路感康，因而測量阻抗最終落在動作區(qū)之外，造成保護裝置拒動的現(xiàn)象。

圖2 串聯(lián)補償裝置對距離保護影響示意圖

圖3 保護裝置1動作區(qū)域示意圖

接下來分析保護裝置正方向區(qū)外發(fā)生短路故障的情況，該方面可如圖3中的D點所示，該點一旦短路，則所對應(yīng)的保護測量到的阻抗為線路CD段電抗以及串補電容器電抗的總和。若阻抗總之有所減小，勢必會導(dǎo)致D點落入動作區(qū)內(nèi)，最終引起保護裝置1誤動現(xiàn)象的發(fā)生。經(jīng)過實踐探究后可知，適當(dāng)減小整定阻抗值可以避免串補電容引發(fā)保護裝置正上方區(qū)外故障誤動現(xiàn)象的發(fā)生，然而一旦串補裝置停止運行，其保護裝置的范圍也將有很大程度的減小。除此之外，若將串補裝置安裝在近線路中點的位置，同時采用較小的補償度，此時可以有效的避免保護裝置的無選擇性動作。例如圖4中將串聯(lián)電容器轉(zhuǎn)移到Ct點，此時C點附近不會落在保護裝置2區(qū)域內(nèi)，因而C點故障不會引發(fā)保護裝置2的誤動。

圖4 保護裝置2的動作區(qū)域示意圖

結(jié)束語：本文重點研究了快速開關(guān)型串補裝置的原理及其具體結(jié)構(gòu)，同時也以快速開關(guān)型串補為研究對象，分析其對于繼電保護的影響。與傳統(tǒng)串補裝置相比，快速開關(guān)型串補裝置極大的減小了串補電容器對于線路保護的影響，也使得串補技術(shù)在配電網(wǎng)中得到了進(jìn)一步的推廣應(yīng)用。