摘要：以PSCAD为平台，采用数字仿真的方法，仿真故障发生时，在无TCSC、TCSC旁路、TCSC在感抗调节模式、容抗调节模式四种情况下距离继电保护所得到的测量阻抗值。分析TCSC对输电线路距离保护的影响。并讨论了减少TCSC对距离保护影响的一些措施。
关键词：TCSC、距离保护、测量阻抗
引言
TCSC直接串入输电线，阻抗可快速、连续地平滑调节，从而可连续改变传输线路阻抗，在潮流控制、提高系统稳定性方面发挥着重要作用。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沿线分布的均匀性,从而会对距离继电器产生一些影响。深入研究TCSC对输电线路距离保护的影响对于保证含TCSC的电力系统的安全稳定具有重要的意义。
一、TCSC的动态基频阻抗
安装TCSC后,从本侧保护测得的线路阻抗为Zl+ZTCSC，当被保护线路上发生接地短路时，由于ZTCSC的存在，继电器的测量阻抗不再和母线与短路点间的距离成正比，这样易导致电压反向、电流反向、继电保护装置拒动、误动、超越动作等一些列问题，可见，TCSC的动态基频阻抗是影响输电线路继电保护性能的关键因素。
文献[1]指出，在选定滤波器的条件下,TCSC对故障的应对方式是影响动态基
频阻抗变化规律的最重要因素。故障条件下,如果TCSC旁路,其动态基频阻抗的幅值和阻抗角均较快地进入稳态,受短路条件的影响不大。若故障后TCSC不旁路,其动态基频阻抗幅值随时间变化先减小,然后逐渐上升,当达到最大值后开始衰减并趋于一个稳定值,呈现出一个超调过程。注：系统发生单相接地故障，短路点距电容器出口的距离占线路全长的50%，短路后TCSC晶闸管的触发角仍按固定角触发（ ），以线电流过零时刻为基准。如果TCSC不旁路,则其动态基频阻抗的幅值、进入稳态时间等还会随滤波器、触发角、短路时刻、短路地点有所变化。
二、仿真方案
试验以PSCAD为平台，搭建包含TCSC的双端电源系统，研究线路发生各种故障时，TCSC对输电线路距离保护的影响 。
仿真采取三相220kV双端电源系统，其单线接线图如图1所示
图 1 仿真系统示意图
为说明串补电容的影响,试验在有、无串补两种情况下,模拟各类线路故障,并分别对故障状态下采样所得的测量阻抗进行对比。
含TCSC的线路上发生故障时,当故障电流达到一定数值,TCSC运行于旁路模式,以减小故障电流。但由于存在TCSC旁路不成功的情况,而且对于某些故障,当短路电流不很大时,TCSC也不需要旁路操作,故障条件下,如果TCSC的电容没有被旁路,它就会马上由容性变为感性,以有效限制短路电流的大小;如果故障更为严重,或者故障发生在距离串补较近的位置,TCSC的阻抗就会根据其获得的短路电流的值,自行调整选择正确触发角下的阻抗值;
因此，有串补情况下，根据TCSC对故障的应对方式，分为旁路、感抗、容抗调节模式三种情况。
线路发生A相单相接地短路时，仿真结果表1所示
表1 仿真试验结果
三、仿真结果分析
（1）故障发生后，TCSC旁路
当TCSC旁路时,电流主要从晶闸管通过,电容的作用微乎其微,其动态基频阻抗能在较短的时间内达到稳态,此时无论短路条件如何变化,TCSC的外特性均表现为一个小电感。由表1可以看出，TCSC旁路时，线路的测量阻抗比无TCSC线路的测量阻抗略大。
（2）TCSC在感抗调节模式下
在系统发生单相接地短路等故障时，TCSC可以迅速从容抗调节模式跳变到感抗调节模式，以限制线路电流。由表1可见，TCSC在感抗调节模式下，线路的测量阻抗比无TCSC线路的测量阻抗略大。
故障发生后，TCSC旁路或是切换到感抗调节模式，测量电阻比无TCSC线路的测量阻抗略大，如果继电保护装置按无TCSC线路整定不变，保护范围略有缩小，但不会对继电保护带来根本性的影响。
（3）TCSC在容抗调节模式下
安装TCSC后,从本侧保护测得的线路阻抗为Zl+ZTCSC,其中ZTCSC可以被认为是纯容抗,而线路为感抗,实际测得的阻抗将小于实际的线路阻抗。由表1可见，在线路10%处发生A相接地短路时，测量阻抗为负。TCSC在容抗调节模式下，正向电容外近区短路时，如果不考虑过渡电阻，继电保护安装处的电压反向必然会发生，对距离继电保护产生十分恶劣的影响。对图1所示系统，如在k点发生短路，各阻抗继电器采用方向特性。保护3的测量阻抗为负，则保护3将拒动；保护2的阻抗继电器感受到的测量阻抗为反向补偿电容的容抗值，呈正向纯电感性质，落在其动作区之内，所以保护2可能误动作；保护1感受到的测量阻抗将是线路A-B的阻抗与电容容抗之和，总阻抗值减小，也可能会落入其动作区，导致保护1误动作；而保护4的测量阻抗不受TCSC的影响，但如果故障发生在串联补偿电容的左侧，保护4也有可能拒动。
四、减少TCSC对输电线路距离保护影响的措施分析
（1）PT位置
TCSC的动态基频阻抗是影响输电线路距离保护性能的关键因素。安装TCSC后,从本侧保护测得的线路阻抗为Zl+ZTCSC,由于ZTCSC的存在，继电器的测量阻抗不再和母线与短路点间的距离成正比，为了避免这种情况的出现,可以将TCSC安装在母线与线路PT之间,即线路PT安装于TCSC的线路侧,这样距离保护反应的仍然是线路的测量阻抗,不过在这种方式下,TCSC设备对距离保护而言位于反向,距离保护不能对TCSC设备起到保护作用。
（2）通过整定计算
故障发生时，当TCSC在容抗调节模式下，由于有TCSC的存在,对侧继电器的测量阻抗减小了。为保护不会越级误动,须改变保护的整定值。整定后，可以保证区外短路是不误动作，但减小了内部故障的保护区，即降低了保护的灵敏度。（3）TCSC对故障的应对方式
故障发生后，TCSC如果迅速旁路或是切换到感抗模调节式，测量电阻比无TCSC线路的测量阻抗略大，继电保护装置可以按无TCSC线路整定不变，保护范围略有缩小，但不会对继电保护带来根本性的影响。
五、结论
在安装了TCSC的线路中， 由于TCSC动态基频阻抗的存在，距离继电器的测量阻抗不再和母线与短路点间的距离成正比。TCSC的动态基频阻抗是影响输电线路继电保护性能的关键因素。
故障发生后，如果TCSC迅速旁路或是切换到感抗模调节式，测量电阻比无TCSC线路的测量阻抗略大，继电保护装置可以按无TCSC线路整定不变，保护范围略有缩小，但不会对继电保护带来根本性的影响。如果TCSC在容抗调节模式下，实际测得的阻抗将小于实际的线路阻抗, 易引起电压反向、电流反向，造成继电保护装置拒动、误动、超越动作等一些列问题。可以通过将线路PT安装在TCSC的线路侧, 改变保护的整定值等措施来减少TCSC对距离继电保护的影响。
参考文献：
[1]余江、段献忠等，TCSC的动态基频阻抗特性分析，电力系统自动化，1999，23（14）：21-23
[2]串补线路距离保护全数字仿真，高东锋，孙志媛，广西电力，2005，1：33-35
论文作者:任玉保1,曲娟娟2
论文发表刊物:《电力设备》2018年第4期
论文发表时间:2018/6/13
标签：阻抗论文; 线路论文; 旁路论文; 故障论文; 测量论文; 基频论文; 感抗论文; 《电力设备》2018年第4期论文;