快速開關型串聯補償裝置對配電網繼電保護的影響研究

新鄉職業技術學院 閆 敏

目前我國配電網的建設相對滯后，相應的供電設備、網架結構以及電源支撐等都無法滿足實際運行的需要，這也引發了一系列的問題，諸如無功功率短缺、電壓水平低下等。串聯補償技術通過電容容抗補償線路感抗，有效的提升了線路電壓，舊傳統串補裝置而言，仍然存在著造價高、運行維護困難等明顯的缺陷，這也是限制串聯補償技術優勢發揮的重要因素。本文則介紹了串補技術的基本原理，并深入探究了串聯補償對于線路繼電保護的影響。

1 快速開關型串聯補償裝置基本結構及繼電保護技術簡要分析

在具體的分析基于快速開關型串聯補償裝置對于配電網繼電保護的影響之前，首先了解快速開關型串聯補償裝置的基本結構及其各部分的具體功能。經過分析后可知，目前傳統的串聯補償裝置由于價格昂貴、可靠性差、配置復雜等多方面的缺陷，導致中高壓配電網中無法廣泛的應用，而基于快速開關型串聯補償裝置則有效的解決了這類問題，其主要是在旁路設備中應用快速真空開關來替代火花間隙。有關快速開關型串聯補償裝置的接線圖如圖1所示。

圖1 基于快速開關型串聯補償裝置的一次接線圖

目前繼電保護技術的發展趨于智能化、網絡化，旨在實現控制、保護、測量以及數據通信的一體化發展。隨著新的控制原理及方法不斷應用于繼電保護之中，微機繼電保護的研究也是向著更高層次的方向邁進。其中較為顯著的便是自適應控制技術以及人工神經網絡在繼電保護中的應用。自適應繼電保護的思想在于使保護能盡可能地適應電力系統產生的各種變化，從而進一步改善保護的性能。當前自適應繼電保護在輸電線路距離保護、發電機保護等領域都有著廣闊的應用前景，例如自適應繼電保護原理應用于距離保護之中，根據系統運行的基本情況可以調整距離保護動作特性，由此便提高了距離保護的性能。人工神經網絡于電力系統繼電保護的應用也是十分重要，其可以有效的判斷電力系統繼電保護領域出現的故障類型、故障距離等。有學者提出了基于人工神經網絡的電力系統故障診斷系統，主要是利用電力系統中繼電器以及斷路器的狀態信息來較好的估算故障可能出現的范圍。將之用于電力系統控制中心，可以幫助工作人員對故障范圍進行判別，從而及時采取措施消除故障。

2 快速開關型串聯補償裝置對于繼電保護的影響分析探討

快速開關型串聯電容補償裝置的接入，有效的減少了線路的等效電抗，從而提高了線路電壓。然而快速開關型串聯補償裝置也會對節點保護產生一定的影響，主要在于串聯補償電容電抗破壞了線路阻抗整體的均勻性，并通過繼電保護裝置的電流值及相位產生影響。一般的，在接有快速開關型串聯補償裝置的線路上，其串補裝置對于繼電保護的影響因素主要有以下幾點：第一，串聯電容補償裝置的安裝位置；第二，串聯電容補償的具體深度；第三，發生短路故障時，串聯電容器的旁路速度；第四，線路繼電保護裝置自身工作特性所造成的影響。在了解了快速開關型串補裝置對于電路繼電保護的主要影響因素后，具體的論述短路故障下，串補裝置對于繼電保護所產生的影響。

2.1 基于快速開關型串補裝置對電流保護的影響

電流保護實質上是在電流增大時系統自發的保護動作，一般將電流保護分為以下幾個階段式保護：電流I段保護即為電流速斷保護，是在線路發生短路時迅速熔斷的行為。電流速斷保護無法實現本段線路全長的保護；電流Ⅱ段保護則為限時電流速斷保護，其基本原則是躲開下級各相鄰元件電流速斷保護的最大動作范圍，該保護段能夠實現本段線路全長的保護；最后則是電流Ⅲ段保護，該段主要為過電流保護，是依據躲開最大符合電流確定的。通常過電流保護即可以作為本段線路全場的保護，亦可以保護相鄰線路的全長。總體而言，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段保護所組成的階段式電流保護有著十分重要的作用，可以迅速可靠的切斷線路故障，因而目前也是在電網中得到了廣泛的應用。由于電流保護是用于反應電流升高的保護動作，因而接入串聯補償電容器會導致短路電流進一步增大，這也是保護裝置拒動現象產生的主要原因。為了避免短路時保護裝置無選擇性動作情況的發生，需要提高電流整定值，但這一操作也將帶來另一方面的問題，即繼電器電流保護范圍減小，其保護距離更是可能縮短為零。

2.2 基于快速開關型串補裝置對于距離保護的影響探討

距離保護主要是利用短路時電流、電壓變化的特征，通過具體的測量電壓與電流比值，實現故障點到保護安裝處的距離工作的保護。隨著快速開關型串聯電容器的加入，線路阻抗與測量距離之間的比例關系被破壞，此時串補電容器安裝位置阻抗將會發生變化，導致無法正確測量故障距離，最終對距離保護產生了影響。

以下則根據圖2具體的說明串聯電容補償裝置對于線路距離保護所產生的影響。首先是保護裝置正方向上所發生的短路故障，當該線路未接入快速開關型串補裝置時，保護裝置1的基本動作特性如圖3中BD線所示，相關測量元件也將根據測量阻抗整定，這也表面D點最終將落在保護范圍之外。而當接入串聯電容器后，其阻抗特性將發生改變，具體可如圖3中的CD實線所示。具體分析后可知，串聯電容器阻抗抵償了部分線路感康，因而測量阻抗最終落在動作區之外，造成保護裝置拒動的現象。

圖2 串聯補償裝置對距離保護影響示意圖

圖3 保護裝置1動作區域示意圖

接下來分析保護裝置正方向區外發生短路故障的情況，該方面可如圖3中的D點所示，該點一旦短路，則所對應的保護測量到的阻抗為線路CD段電抗以及串補電容器電抗的總和。若阻抗總之有所減小，勢必會導致D點落入動作區內，最終引起保護裝置1誤動現象的發生。經過實踐探究后可知，適當減小整定阻抗值可以避免串補電容引發保護裝置正上方區外故障誤動現象的發生，然而一旦串補裝置停止運行，其保護裝置的范圍也將有很大程度的減小。除此之外，若將串補裝置安裝在近線路中點的位置，同時采用較小的補償度，此時可以有效的避免保護裝置的無選擇性動作。例如圖4中將串聯電容器轉移到Ct點，此時C點附近不會落在保護裝置2區域內，因而C點故障不會引發保護裝置2的誤動。

圖4 保護裝置2的動作區域示意圖

結束語：本文重點研究了快速開關型串補裝置的原理及其具體結構，同時也以快速開關型串補為研究對象，分析其對于繼電保護的影響。與傳統串補裝置相比，快速開關型串補裝置極大的減小了串補電容器對于線路保護的影響，也使得串補技術在配電網中得到了進一步的推廣應用。