[b]0 引言
[/b] 可控串聯(lián)電容補償器(TCSC)是一個重要的FACTS元件,由于其潛在的性能效益,在各國FACTS實踐中均為首選的實用化裝置。因此,不僅有必要深入研究TCSC對現(xiàn)有繼電保護的影響,考察現(xiàn)有繼電保護系統(tǒng)在TCSC線路上的適應(yīng)性,而且有必要探索新的線路保護原理,結(jié)合現(xiàn)代計算機技術(shù)、控制技術(shù)和通信技術(shù),構(gòu)造適合TCSC運行環(huán)境的高性能的繼電保護裝置[1]。
近年來的TCSC工程運行狀況及仿真研究在一定程度上證明了現(xiàn)有繼電保護在TCSC線路上的適應(yīng)性。但現(xiàn)有TCSC工程中使用故障分量保護的例子還不多見。文獻[2]認為現(xiàn)有的能夠用于常規(guī)串補線路的繼電保護都能夠用于TCSC線路;GE等知名公司的研究人員對現(xiàn)有繼電保護裝置的仿真研究也認為,現(xiàn)有的單相和多相線路繼電器動作正確,僅有很少或沒有性能降級[3]。但由于繼電保護的復(fù)雜性,這方面的研究工作還有必要進一步深入展開。本文在文獻[4]對動態(tài)基頻阻抗研究的基礎(chǔ)上,對故障分量保護在TCSC線路上的適應(yīng)性進行了較系統(tǒng)的分析研究。本文涉及的故障分量保護包括負(零)序功率方向保護、工頻故障分量距離保護和工頻故障分量方向保護。
[b]1 TCSC對故障分量保護的影響
[/b] 1.1 TCSC對負(零)序功率方向保護的影響
負序、零序方向繼電器分別比較各分量電壓與電流的相位[5]。相對于圖1所對應(yīng)的負序分量計算網(wǎng)絡(luò)(零序分量計算網(wǎng)絡(luò)與圖1相類似),負序、零序功率方向繼電器的動作條件為式(1)、式(2)。
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(1)
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式中 Zr2,Zr0為繼電器的模擬阻抗,Zr2,Zr0的阻抗角分別與電源的負序和零序阻抗角相等。
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圖1 負序分量計算用網(wǎng)絡(luò)圖
Fig.1 Circuit for negative sequence
component calculation
文獻[6]詳細論述了常規(guī)串補對負序和零序功率方向繼電器的影響。概括起來講,對于圖1所示的負序網(wǎng)絡(luò),無論是保護正方向不對稱短路,還是反方向不對稱短路,也不論串補電容在繼電器與短路點之間,還是在短路點的反方向,只要串補電容不存在不對稱擊穿現(xiàn)象,且其容抗Xc小于系統(tǒng)感抗Zs,負序功率方向繼電器都能正確作出反應(yīng)。在實際系統(tǒng)中,通常能夠滿足上述約束條件,所以負序功率方向繼電器不會有誤動作。當(dāng)采用TCSC補償且補償度相同的條件下,根據(jù)TCSC的動態(tài)基頻阻抗特性,這一條件更易滿足,因此繼電器更不會有誤動作。對于零序網(wǎng)絡(luò),當(dāng)母線接有大容量變壓器且中性點接地時,在常規(guī)串補(FSC)線路上,容抗Xc有可能大于系統(tǒng)感抗Zs,零序功率方向元件可能拒動。但在TCSC線路上,如果故障后TCSC的電容被旁路,TCSC會朝感性方向轉(zhuǎn)化,故障初期短時的容性阻抗最多只會引起延時動作,不會發(fā)生拒動現(xiàn)象。如果TCSC的電容不被旁路,零序網(wǎng)絡(luò)上的拒動現(xiàn)象仍有可能發(fā)生,但發(fā)生拒動的可能性比FSC線路上要小。但另一方面,當(dāng)采用常規(guī)串補時,如果串補電容不對稱短接,無論是負序網(wǎng)絡(luò)還是零序網(wǎng)絡(luò),在短路條件下都有可能發(fā)生拒動或誤動現(xiàn)象。在TCSC線路上三相TCSC控制可能不一致,同樣會引起三相不對稱,使短路條件下負序或零序功率方向保護誤動作。
1.2 TCSC對工頻故障分量距離保護的影響
對于工頻故障分量距離繼電器,當(dāng)整定值末端電壓變化量ΔUop大于整定門坎電壓Uz時,繼電器動作,否則不動作。根據(jù)文獻[7],對于圖2所示的系統(tǒng),當(dāng)采用常規(guī)串補電容時,如果按K(Zzd-Xc)整定保護范圍,正向區(qū)外F3短路,反向F2短路及區(qū)內(nèi)近端F4短路時,繼電器都能正確作出反應(yīng)。但對于區(qū)內(nèi)F1短路,繼電器能否正確動作,與短路電流、補償度及F1與保護裝置的距離等因素有關(guān)。如果按Zzd整定,反向區(qū)外F2短路及區(qū)內(nèi)F4短路,繼電器可正確作出反應(yīng)。但正向區(qū)外F3短路,則有可能產(chǎn)生超越動作。
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圖2 故障分量距離元件特性分析系統(tǒng)圖
Fig.2 Diagram for analysis of fault component
distance protection relay
當(dāng)輸電線路采用TCSC補償時,如果故障后TCSC旁路,對于按K(Zzd-Xc)整定保護范圍的繼電器,電容前向區(qū)內(nèi)短路時,其保護范圍將大大縮小,即區(qū)內(nèi)遠端短路拒動范圍加大。當(dāng)按KZzd整定時,繼電器動作特性與無串補線路相似。如果故障后TCSC不旁路,繼電器動作特性較復(fù)雜。由文獻[4]對TCSC動態(tài)基頻阻抗特性的研究可知,當(dāng)TCSC的電容不被旁路時,TCSC的電抗部分在從暫態(tài)到穩(wěn)態(tài)的過程中在容性和感性間交替變換,這給保護的整定帶來了困難。如果按K(Zzd-Xc)整定保護范圍,則不能充分發(fā)揮暫態(tài)時電抗部分呈較小容性電抗或電感特性的優(yōu)點,使保護范圍過小。如果按KZzd整定,則區(qū)外短路時進入穩(wěn)態(tài)后極可能誤動作。綜合考慮旁路和不旁路兩種情況,為可靠起見,按K(Zzd-Xc)進行保守一些的整定可能比較合適。
1.3 串補電容對故障分量方向繼電器的影響
故障分量方向繼電器測量電壓、電流故障分量的相位,反相時動作[7]。
對于圖3所示的系統(tǒng),反應(yīng)故障分量3個正方向動作的方向元件ΔFφφ+測量的相角為:
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圖3 故障分量方向元件特性分析系統(tǒng)圖
Fig.3 Diagram for analysis of directional power
frequency fault component relay
反應(yīng)故障分量3個反方向動作的方向元件ΔFφφ-測量的相角為:
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其中 φφ=AB,BC,AC;CZd是補償阻抗,為線路阻抗的35%~45%;Zd為模擬阻抗。
當(dāng)輸電線路采用常規(guī)串補時,文獻[7]認為,只有當(dāng)|Xc|<min(|Zs1|,|Zs1′|)時,故障分量方向元件才不受串補電容的影響。|Zs1|和|Zs1′|分別為正向和反向短路時電源正序阻抗。當(dāng)輸電線路采用TCSC補償時,如果故障后TCSC旁路,TCSC將迅速變成感性,只是在故障初期的極短時間內(nèi)呈現(xiàn)容性電抗,而且比正常運行時的容抗小得多。因此,對提高繼電器性能很有利。如果故障后TCSC不旁路,由文獻[4]的研究可知,不管TCSC的阻抗如何變化,其容抗模值始終小于故障前TCSC容抗的模值。因此,在相同補償度的情況下,TCSC線路比FSC線路更容易滿足|Xc|<min(|Zs1|,|Zs1′|)這個條件,TCSC線路上繼電器性能更加可靠。而且從TCSC阻抗變化特性還知道,TCSC暫態(tài)時的容性阻抗比穩(wěn)態(tài)時的更小。因此,利用TCSC的暫態(tài)阻抗特性,將更有利于提高方向繼電器的性能。
2 結(jié)論
TCSC對故障分量保護的影響將根據(jù)不同的構(gòu)成原理而有所不同。與FSC線路上的保護相比,TCSC線路上故障分量保護的性能不會降低。
參考文獻
1 Mankoff L L. Protective Relaying and Associated Control for FACTS Applications. In: FACTS Conference. EPRI(USA): 1992
2 Pereira M.Digital Protection of Advanced Series Compensators. In: Developments in Power System Protection Conference Publication. 1993
3 Adamiak M, Patterson R.Protection Requirements for Flexible AC Transmission System. In: CIGRE. 1992
4 余 江,段獻忠,王為國,等.TCSC的動態(tài)基頻阻抗特性分析.電力系統(tǒng)自動化,1999,23(14)
5 朱聲石.高壓電網(wǎng)繼電保護原理與運行.北京:中國電力出版社,1995
6 華中工學(xué)院編.電力系統(tǒng)繼電保護原理與運行.北京:電力工業(yè)出版社,1980
7 王為國,尹項根,段獻忠,等.固定串補電容對工頻故障分量繼電保護的影響.電力系統(tǒng)自動化,1998,22(12)