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探讨串联补偿装置对110KV的输电线路保护的影响

来源:职称驿站所属分类:电力论文发布时间:2012-06-08 08:56:02浏览:

  摘要:本文作者分析了串联补偿装置对距离保护、工频故障分量距离保护、方向保护、纵联保护的影响,并提出了解决办法。
  关键词:110KV输电系统;继电保护
  1串补对距离保护的影响
  110KV输电线路的距离保护,同样是通过测量电压电流比来反映故障点到保护安装处的阻抗,最终实现距离保护的。当系统安装串联补偿装置后,故障时将可能引起线路上的电压以及电流的反向、暂态低频分量等系列问题。下文将结合串补电容的补偿度、安装位置、串补电容在短路情况下是否被旁路以及距离保护的电压互感器(TV)安装位置讨论110KV串联补偿对其距离保护的影响。
  在110KV输电线路中,串联补偿装置的安装位置一般在输电线路的中间或两侧。由于串联补偿装置设于线路当中,运行维护很不方便;国内串联补偿装置大多倾向于设在变电站内,也就是安装在线路的一侧。
  
  图1串补装置置于系统中间
  
  图2串补装置置于系统一侧
  首先我们以中间位置为例分析其对距离保护的影响,其系统网络图如图1所示。当KC<0.5(XC<0.5ZL)时,发生在该串联补偿线路上的故障不会引起电压反向和电流反向现象。在这里,串补线路以及与之相邻的保护不受串联补偿电容是否被旁路的影响,均能够正确动作。
  (1)
  如果按照式1的结果进行整定,结果将是距离保护的范围将会缩短。这里我们取补偿度为45%,即有:Zse=0.8(ZL-0.45ZL)=0.44ZL保护范围不到线路的1/2。
  当其串联补偿电容安装在输电线路一侧时,其系统图如图2所示。当短路发生在串补电容出口附近时,在图2的系统中,此时XC>XK,又由于此时电压反向,保护b会拒动,而保护c则会出现误动现象。当保护装置a、d出现正向区外故障,且串联补偿电容没有被旁路时,则在AP段会发生超越动作。
  阻抗继电器能够正确动作取决于电压互感器(TV)连接点与故障点之间的阻抗的性质。对图2中的保护装置b,这里假设故障时不产生电流反向现象,分两种情况分别讨论其故障对保护装置b的影响。
  对保护装置b而言,若采用线路侧电压互感器(TV),短路故障时的保护范围将不受串补电容的影响,保护范围为线路全长的80%~85%。当短路故障点出现在反向区以外,即图2中S2点时,在线路的电压互感器(TV)处电压将反向,引起保护b产生误动。
  当保护装置b采用母线电压互感器(TV)时,反向故障时不会出现保护误动。当为防止正向区外短路故障的超越动作而采用式1进行整定时,同样会使得当区内出现故障时其保护范围减小。出现电容出口正向故障时,保护b的电压将反向,其结果是保护拒动。
  因此,对于保护装置b而言,无论是采用母线电压互感器还是线路电压互感器,都无法完全避免电压反向的影响。
  2串补对工频故障分量距离保护的影响
  110KV系统的工频故障分量距离是通过反应工频故障分量电压、电流而工作的距离保护。由于其具有动作速度快、方向性明确、安全可靠、无需振荡闭锁等特性,因而在110KV无串补系统中得到了广泛的应用。但是在串补系统中,由于串补电容的投入改变了输电线路阻抗线分布的均匀性,引入了低频分量等,从而可能对工频变化量距离继电器产生一定影响。
  工频故障分量距离保护测量工作电压的工频变化量的幅值,其动作方程为:
  (2)
  (3)
  (4)
  式中,故障前工作电压的记忆量取为△E,△UP为整定门坎;Zse为保护的整定阻抗,其大小一般为正序阻抗的80%~85%。当整定值末端电压变化量∣△UP∣大于故障前的工作电压U[0]K时,继电器动作,否则不动作。
  图3~图5为给出了不带串联补偿装置的输电系统在不同地点发生故障时电压故障分量的分布图。由图可知,假设线路中无串联补偿电容,反向区外K1,正向区外K3短路时,∣△UP∣<U[0]K,继电器不动作;中间点K2发生故障时,∣△UP∣≥U[0]K,继电器正常动作。
  
  图3反向区外短路
  
  图4区内短路
  
  图5正向区外短路
  当系统安装串联补偿电容后,如果电容在保护正方向区内并按K(Zse-Xc)整定保护范围,当反向区外K1,正向区外K3短路时,无论电容短接与否,继电器都不会动作。对区内串补电容出口处K4短路时,如果MOV(压敏电阻)触发,容抗Xc将减小,维持短路电流的感性性质,继电器正确动作;如果MOV(压敏电阻)不触发,短路电流呈容性,继电器拒动。当短路发生在区内K2位置,继电器能否正确动作取决于MOV(压敏电阻)是否触发。
  如果按Zse进行整定,反向区外K1短路时,继电器不动作;当短路点出现在K3即正向区外短路时,仅当短路电流较大并且MOV被触发时,才会出现继电器不动作的情况,否则,继电器可能超越动作;当短路点出现在K4,区内短路时,不管电容的MOV是否被触发,继电器均能够正确动作。
  3串补对方向保护的影响
  国内目前沿用的110KV输电系统大多都采用了方向保护装置,其结构组成分为零序功率方向保护、工频故障方向保护以及负序功率方向保护三个部分。由于不受正常状态下的负荷影响,灵敏度都较高,因而在110KV输电线路的继电保护中得到广泛的应用。以下是三种方向保护的动作方程:
  零序功率方向保护:
  (5)
  工频故障分量的方向保护:
  (6)
  负序功率方向保护:
  (7)
  
  其中,Zr0、Zr1、Zr2为模拟阻抗。
  通过对以上方程的分析可知,系统等效电源中性点与电压互感器TV的联结点之间的电抗(即ZS或Z's)决定了方向保护是否能正确动作。在110KV输电线路中其表现为故障点到保护装置背后等值电源电抗的性质决定方向保护的动作。
  由此,在无串联补偿装置的110KV系统中,上述等效电抗(Zs或Z's)呈现感性,这时继电器能够正确动作;当加入串联补偿装置后,等效电抗(Zs或Z's)表现为容性,区内出现正方向故障时,有可能出现电压的反响,保护装置拒动。
  对于电压互感器(TV)的联接,这里可选择采用母线电压互感器和线路电压互感器两种形式。选择线路TV时,其正、反方向故障时继电器的动作分别取决于Zs-jXC和Z's的性质,而母线TV时其正、反方向故障时继电器的动作取决于Zs和Z's-jXC的性质。在110KV系统中,Zs和Z's均呈现感性,串补度KC在25%~75%之间,Z's-jXC呈现感性,所以采用母线TV时不会出现保护拒动;而Zs-jXC的性质是不能确定的,当其呈容性时,对于故障点出现在串补电容出口的情况,线路电压发生反向,保护装置将拒动。
  4串补对纵联保护的影响
  110KV输电线路的纵联保护由纵联方向保护、纵联距离保护和纵联相差保护三部分组成。
  理论来讲,串联补偿装置对于纵联的方向保护和距离保护的影响与前面几个部分的分析相似,由于串补可能引起电流以及电压的反向,使得方向阻抗元件或者方向元件的方向判断出现误判。而方向元件的判断能力直接影响了纵联方向保护以及距离保护的性能。当短路发生在被保护线路的内部,且有串补电容一侧的综合阻抗成容性时,纵联相差保护拒动;当短路发生在被保护线路外部时,相差保护的性能不受串联补偿装置的影响。
  但在现行的110KV系统中,用于串联补偿的电容容抗要比保护背侧的等效系统阻抗小,系统一般不会发生电流反向,因而串联补偿装置对于110KV系统纵联保护的影响有限。
  5解决办法
  在110KV输电系统中,一般建议采取以下方法来避免上述串补给系统继电保护带来的问题:
  1.采用全电流差动纵联保护作为主保护。该保护以基本不受串补电容的影响,且对故障具有较高的灵敏度,在信号传输问题上具有高抗干扰性的特点。
  2.采用纵联方向保护作为主保护。一般情况下,串补电容对零(负)序功率方向元件或故障分量方向元件的影响较小。理论上来讲,纵联方向保护可以作为串补线路的主保护,但在110KV系统中这种保护方式应用并不多见。
  3.考虑采用用纵联距离保护作为主保护。纵联距离保护是目前固定串补线路中用得最多的主保护。该办法能够有效防止由于电压反向引起的区内故障拒动及区外反方向故障的误动情况。
  4.采用纵联相差保护作为主保护。从理论上讲,纵联相差保护受串补电容的影响较小。
  6结束语
  随着社会的进步和电网的飞速发展,对电网的安全稳定运行和供电可靠性提出了越来越高的要求。在继电保护方面,要求不断提高继电保护动作的正确率,将电网故障造成的负荷损失降至最低,以最快的速度隔离故障点。
  参考文献:
  (1)朱声石.高压电网继电保护原理与技术[M]北京:中国电力出版社,2005.
  (2)国家电力调度通信中心.电力系统继电保护规定汇编[M]北京:中国电力出版社.1997.

《探讨串联补偿装置对110KV的输电线路保护的影响》

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文章名称: 探讨串联补偿装置对110KV的输电线路保护的影响

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