電流差動保護的電容電流補償方法研究

胡翰文　嚴玲玲

摘 要：為確保超高壓輸電線路安全穩定運行，要求輸電線路主保護能夠可靠快速的切除線路首次發生的故障，輸電線路保護的動作時間應安排2個周波以內。電流差動保護原理，理論上基于基爾霍夫電流定律，所需電氣量少，原理簡單，靈敏度高，動作速度快，是輸電線路最理想的主保護之一。但在超高壓輸電線路中，分布電容電流的存在是影響電流差動保護靈敏度和選擇性的主要因素。目前這個問題仍未被很好解決。因此，研究超高壓輸電線路中分布電容電流對差動保護的影響以及對策的研究是繼電保護研究領域中的一個重要課題。

關鍵詞：差動保護；電容電流；補償

中圖分類號：TM771 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）17-0135-02

Abstract： In order to ensure the safe and stable operation of the EHV transmission line， it is required that the main protection of the transmission line can reliably and quickly remove the first fault of the transmission line. The operation time of the transmission line protection should be arranged within 2 Zhou Bo. The principle of current differential protection is based on Kirchhoff's law of current in theory. It needs less electrical quantity， simple principle， high sensitivity and high speed of action， so it is one of the most ideal main protection for transmission lines. However， in EHV transmission lines， the existence of distributed capacitance current is the main factor that affects the sensitivity and selectivity of current differential protection. At present， this problem has not been solved very well. Therefore， it is an important subject in the field of relay protection to study the effect of distributed capacitance current on differential protection in EHV transmission line and its countermeasures.

Keywords： differential protection； capacitive current； compensation

引言

為了輸送更大的功率，超高壓輸電線路通過的電流一般比輸電線路大。超高壓輸電線路之間相與相、相與地之間存在分布電容，電壓等級越高，線路越長，分布電容電流就越大。正常運行情況下也存在很大的分布電容電流，其大小可與負荷電流相比擬。由于分布電容的存在，超高壓長輸電線在穩態和故障暫態過程中，線路電流、電壓的大小和相位都因電容電流的存在而產生嚴重的畸變，因此超高壓長線的分布電容電流不可忽略，它直接影響到差動保護的正確動作。

1 超壓輸電線路電容電流

當線路中電壓等級比較低，線路較短的情況下，線路中存在的分布電容電流基本可以忽略不計。超高壓輸電線路中為滿足遠距離，大容量的輸電要求往往線路采用分裂導線，分裂導線的采用會使得電感減小、電容增大，同時輸電距離比較長，會使得相與地、相與相之間的分布電容電流顯著增加，并且達到很高的水平。大的電容電流對差動保護會產生很大的影響，會使得線路兩端的電壓、電流的幅值大小和相位大小都會發生很大的畸變，被保護線路兩端測量電流不會再滿足基爾霍夫電流定律，保護性能受到一定影響，保護會誤動或是不動作。

2 減小電容電流影響的方式

2.1 并聯電抗器

超高壓輸電線路電壓等級高，線路長，傳送容量大，電容效應嚴重，從而更容易發生工頻過電壓。為限制工頻過電壓以及改善電網中無功功率分布情況，往往在輸電線路上裝設并聯電抗器。電抗器產生的感性功率可以對線路容性充電功率起到一定補償作用，能夠減小流過線路的電容電流。電抗器只在工頻穩態情況下對電容電流具有一定的補償效果，可以適當提高保護可靠性，對于故障暫態時電容電流就無能為力。

2.2 應用差動保護新原理

為了適應電力系統對超高速保護的要求，逐步提出不受電容電流影響的行波差動保護的新原理。行波保護新原理都需要采集發生故障后極短時間內的行波信息來作為保護判斷的依據，因而需要很高的采樣頻率來采集行波波頭。行波差動是基于電流瞬時值和從對側來的反射波的采樣值進行計算，計算量比較大，同時保護與線路長度和采樣頻率息息相關。

3 常用電容電流補償方法分析

3.1 差動電流補償原理

3.2 電容電流的穩態補償方法

電容電流穩態補償法（也稱為相量補償法）是在工頻量方式下的一種補償方法，即利用兩端電壓相量值可分別求得兩端電容電流，對兩端電流相量進行補償，消除電容電流帶來的誤差，使得差流值盡可能為零，保護更加靈敏，三相Π型等效電路如下圖所示：

3.3 電容電流的時域補償方法

線路暫態情況下時，會產生許多電壓高頻分量，高頻分量的出現會帶來很大的電容電流，會使線路電流波形畸變嚴重，因而高頻電容電流嚴重影響到差動保護正確動作。有文獻提出基于線路等值電路微分方程下的時域補償法，能夠對穩態和暫態電容電流給予有效的補償。

根據電路基本知識可知，電壓和電容電流之間存在如下關系：ic=C，求解時，利用數值微分的方法近似求解導數：

根據上面的式子可以看出，時域電容電流補償就是按照上式中的求電容電流的微分式子對每個采樣點都進行計算，求得每個采樣點所對應時刻下應該補償的電容電流，因而能夠有效的補償暫態電容電流和穩態電容電流。對時域下補償方式的分析仍然采用Π型等值電路的半補償法。

未發生故障時，由電路原理可列出A相m端和n端需補償的電容電流為：

4 結束語

本文基于目前高壓輸電線路的電流差動保護及考慮到的電容電流補償角度出發，從理論上分析了電容電流對差動保護的影響，對實際應用有一定性意義。

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