分布電容對輸電線路負序方向縱聯保護的可靠性影響研究

王 莉，曹甦惠，常 黎，段 五，楊藝瑾，白 月

（國網河南省電力公司檢修公司，河南鄭州450000）

負序方向縱聯保護配置簡單、原理清晰、動作可靠，在常規線路上得到了廣泛應用［1］。但特高壓電網與高壓電網相比，導線分裂數更多，傳輸距離更遠。導線分裂數更多，所以分布電容更大。分布電容電流的存在，將會使正常及外部故障情況下線路兩端的電流不再相等；在短路暫態情況下，故障相電容的放電將會在故障電壓、電流中產生眾多的高頻分量［2］。

1 分布電容對負序方向縱聯保護影響的理論分析

以長距離輸電線路外部不對稱故障的情況為例進行分析，突出分布電容電流的影響。線路的T型等效網絡如圖1。忽略系統電阻，長線外部不對稱短路時系統模型及負序等值網絡見圖1。XL2為線路負序感抗，XC2為線路負序容抗，XM2為系統負序電抗。

圖1 長線外部不對稱短路時系統模型及負序等值網絡

當規定電流的正方向均由母線流向線路時有：

由此可見，˙IN2的大小和相位隨著XM2+XL2和XC2大小不同而不同。由于線路分布電容對負序等值網絡的純電感電路的電壓相位影響很小，所以以下分析假設˙Uk2、˙UM2、˙UN2同相位。

（1）當XM2+XL2／2＜XC2時，有˙IM2＞˙IC2，則˙IN2很小，且˙IM2與˙IN2相位差為180°。在這種情況下，線路 M端正向功率方向元件動作，N端反向功率方向元件動作，保護不會誤動。但是當電容電流很大時，由于線路兩端電流大小不同，當保護采用兩個靈敏度不同的元件時，增大高低定值之比將不能滿足靈敏度不同的要求。

（2）當XM2+XL2／2=XC2時，有˙IM2=˙IC2，則˙IN2=0。在這種情況下，線路N端無電流，使N端不能送出閉鎖信號，將造成M端負序方向保護的誤動作。

（3）當XM2+XL2／2＞XC2時，有˙IM2＜˙IC2，則˙IN2與˙IM2同相位。在這種情況下，由于分布電容的影響，已使線路兩端電流的相位和功率方向變為內部故障關系，將造成負序方向保護的誤動作。

500 k V以下的線路容抗一般較大，而IC2較小，系統阻抗較小而IM2較大，保護誤動的可能性不大；但特高壓長線路的XL2較大，XC2較小，當系統負序阻抗XM2相對較大時，有可能造成負序方向保護的誤動作。

2 分布電容對負序方向縱聯保護影響的仿真分析

針對以上理論分析，本文采用電磁暫態仿真軟件ATP對1 000 k V雙端電源系統進行仿真，以檢驗理論分析的正確性。仿真所搭建的模型如圖2所示。

圖2 ATP仿真模型

圖2模型中線路的分布參數為：Rl=0.00805Ω／km， Ro=0.20489Ω／km； L1=0.82525 mH／km，Lo=0.82525 mH／km；Cl=0.01403699μF／km，Co=0.00943039μF／km。兩側系統夾角為M側超前N側65°，系統內阻抗均為R=2Ω，L=206 mH。本文中仿真步長為1E-5s，濾波算法為全周傅氏算法，開關操作或故障時刻為33 ms。

圖3 線路長度為800 km外部故障時兩端負序方向

為了反映線路的不同長度對負序方向縱聯保護的影響，本文仿真了不同線路長度，分別為300 km、500 km以及800 km。由仿真結果可以得到，當線路長度為300 km、500 km時，保護動作正確。當線路增長到800 km時，N側的負序方向元件已錯誤判別功率方向，圖3給出了線路長度為800 km外部故障時兩端負序方向元件的動作特性。從而驗證了理論分析的正確性。

3 改進方向

許多文獻提出通過計算來補償分布電容的方法。文獻［3］提出了基于D’Alembert公式的分布電容電流補償方法，并得到了差動保護動作電流的差分和微分計算方法。這類補償原理用不同點的電流（保護安裝處的電流）、電壓（補償點電壓）進行方向判斷補償分布電容，物理意義不清晰。文獻［4］提出了基于電流行波的新型分布電容電流的時域補償方法。這種補償方法無論是在穩態，還是在暫態過程中，補償效果均比較理想，而且不增加任何數據通信量，也不需要提高采樣頻率，所以，這種補償方法適用于縱聯差動保護。

以上電容電流補償方法都提出了減少分布電容影響的方法，但在故障發生后幾個周期或斷路器操作的暫態過程中，采用濾波算法得到的任何電壓相量本身就是不太準確的，因而對電容電流的補償效果或許不夠理想。因此說，解決分布電容對負序方向縱聯保護影響的措施，還要從多方面考慮（如更好的濾波算法），以系統的角度提高保護的性能。

［1］陳德樹.計算機繼電保護原理與技術［M］.北京：中國電力出版社，1994.

［2］賀家李，李永麗，李 斌，郭 征，董新洲.特高壓輸電線繼電保護配置方案（二）保護配置方案［J］.電力系統自動化，2002，26（24）：1-6.

［3］YAMAURAM，KUROSAWAY，A YAKAWAH.Improvement of Internal Charglng Current Compensatlon for Transmlsslon Llne Dlfferentlal Proteetlon ［C］.In-Proeeedlngs of SlxthInternatlonal Confereneeon DeveloP-ments In Power System Proteetlon.Nothlngam（UK）：1997：74-77.

［4］蘇斌董，新洲，孫元章.適用于特高壓線路的差動保護分布電容電流補償算法［J］.電力系統自動化，2005，29（8）：36-40.