串补电容对差动保护的稳态影响
摘要 本文首先分析了串补电容装置在输电系统的重要作用，接着阐述了串补电容对继电保护的负面影响，重点分析了其对差动保护的影响。原理分析表明，串补电容对差动保护的稳态影响决定于补偿度，补偿度小于50%时，串补电容对差动保护没有影响；否则，补偿度大于50%时，在特定的输电线路内故障时，将造成保护的拒动。
关键词 串补电容；差动保护；补偿度；拒动
0 引言
由于交流输电线路的阻抗特性呈感性，利用串联电容器的容性特性，补偿输电线的部分感性阻抗，从而相当于缩短了输电线路的电气距离，进而提高输电系统的传输容量，提高网络实际输送能力。应用于长距离大容量输电线路除能够扩大线路输送容量和提高线路潮流输送能力外，还能够增加输电线路稳定裕度，改善联网负荷分配，改善系统稳定性。为了提高线路的传输功率，在线路上串联电容器，用电容器的容抗来补偿线路的一部分感抗，比用其它方法更容易和经济。
串联电容补偿技术是一项成熟的技术。1928年，串联电容补偿技术最早应用于美国的35kV纽约电网。我国自上个世纪50年代起将串补技术用于改善电网的电压质量，六七十年代分别应用于部分220kV和330kV系统来提高系统的稳定能力和输送能力。
关于补偿度的问题，所谓的补偿度即串联电容的容抗与所补偿的线路感抗之比。采用串联补偿后，一个突出的问题是过高的串联补偿度有可能引起次同步谐振，从而导致发电机组轴系破坏。在一般情况下，采用固定串联补偿时，串联补偿度不应超过50％。而采用可控串联补偿时，因不会引起次同步谐振，串联补偿度可接近100％。
1 差动保护原理
但是，串联电容补偿在输电线路上的应用所带来的问题，一般认为，串联电容补偿系统给输电线路带来的主要问题为：电压反向；电流反向；引入暂态分量（高频和低频分量）；次同步谐振等[1，2]。因而，串联电容补偿系统对二次系统，尤其是继电保护系统的运行性能将产生很大影响，增加了继电保护系统判断故障的难度与复杂性。影响到动作的正确性、选择性[3]以至于原有的继电保护系统在串补线路及其相邻线路上是否适用，还需要重新论证和实践证明。
下面首先给出差动保护原理，接着详细分析一下串补电容线路发生短路故障时对差动保护的稳态影响。
输电线路纵联差动保护是利用比较被保护线路两端电流（包括：大小和相位）
来实现的，即当该线路外部故障或正常运行时，线路两端电流为：一端由母线流向该线路，另一端由该线路流向该侧母线；当该线路内部故障时，线路两端电流为：一端由母线流向该线路，另一端也是由该侧母线流向该线路。
因此，比较这两种情况下的两端电流，即可判断是否发生了内部故障。通常的比较方法是将两端电流相减(相量差)，根据差值判断该线路是否发生了内部故障，所以称为差动保护。
如图1所示，若，则为区内故障；若和近似相等且二者值较大，则为区外故障。
2 串补电容对差动保护的稳态影响
假设在10km长的输电线路上，串补电容处在线路中间位置，且补偿度小于50%时，以补偿度40%为例，如图1所示。
令M端至区内任一故障点F的阻抗为Zx，因线路的电阻可忽略不计，线路呈感性特征，再令短路故障为金属性短路故障，接地电阻忽略不计，则区内某一处发生短路故障时，M端电流Im=Um/Zx，Um的大小是一定的，Im只与Zx有关，即Im的大小随故障点位置的不同而呈现反比例变化，将不同的Im连成曲线。在图1中，两条较细曲线近似为区内任一点发生故障时，M端电流的方向曲线；同理，两条较粗曲线近似为区内任一点发生故障时，N端电流的方向曲线。无论故障发生在MN之间任何一个位置点，和始终是同相关系，动作判据始终成立，保护装置都能正确动作。
图1 区内故障时（细线）和（粗线）的方向曲线补偿度:40%
假设在10km长的输电线路上，串补电容处在线路中间位置，且补偿度大于50%时，以补偿度60%为例，如图2所示：
图2 区内故障时（细线）和（粗线）的方向曲线补偿度:60%
在图2中，三条较细曲线近似为区内任一点发生故障时，M端电流的方向曲线；三条较粗曲线近似为区内任一点发生故障时，N端电流的方向曲线。当故障发生在线路AB两点之间任何一个中间位置时，和不再是反相关系，而是近似的同相关系，把区内故障误以为是区外故障，造成保护装置的拒动。
3 结论
由上面的分析可知，串补电容安装在输电线路中间，当补偿度小于50%时，
对差动保护没有任何稳态影响；另外，当补偿度大于50％时，差动保护的动作判据不再成立，将造成保护装置的拒动。另外串补电容的加入使短路后输电线路的暂态过程同样明显，对差动保护装置的暂态影响是非常巨大的，这是以后研究的重点。
参考文献
[1]Hebing S G, Karady G G.Investigation of an advanced form of series compensationJ.IEEE Trans on PWRD, 1994 ,9(2)：93947.
[2]尹忠东，童陆园，郭春林，等.基于稳定控制的TCSC装置特性研究[J].电力系统自动化，1999，23(3)：19-25.
[3]王向平.串联电容补偿线路的继电保护设计研究[J].电力系统自动化，1999(13).
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容