摘要：随着经济社会的不断发展，用电需求的日益提升，电力系统呈现出非常迅猛的发展势头，超高压输电线路作为电网系统的重要组成部分也日渐增多。因此，保证其安全稳定运行对于整个电力系统的正常运行而言具有非常重要的意义。而电流差动保护作为超高压长距离输电线路的主保护之一，因其原理简单、动作速度快，能够适应各种故障和不正常运行状态，已被广泛的应用。但在保护原理上，电流差动保护要受分布电容电流的影响，从而对其保护的灵敏度和可靠性影响巨大。在电压等级不高、线路不长的情况下，其分布电容量很小，对输电线路的电流和电压影响不大，可忽略其对继电保护的影响；而在高压长输电线上，分布电容的等值容抗将大大减小，分布电容电流对继电保护的影响就不可忽略。为此，笔者结合自己的工作实践，对超高压输电线路中电流差动保护的电容电流补偿方法开展探究，以供参考。
关键词：差动保护；电容电流；补偿
随着电力系统容量迅速增加，超高压输电线路日益增多。超高压输电线路往往一端联系着一个大电厂，另一端联系着一个负荷中心；或者两端各联系着一个大电力系统。由于线路长、输送功率大，所以维持超高压输电线路的安全稳定运行是一个十分重要的问题。为确保超高压输电线路安全稳定运行，要求输电线路主保护能够可靠快速的切除线路首次发生的故障，输电线路保护的动作时间不得大于 1-2个周波。但在超高压输电线路中，分布电容电流的存在，会对差动保护造成很大的影响，直接影响差动保护的正确动作。因此，超高压长线的分布电容电流不可忽略。下文笔者针对超高压输电线路中电流差动保护的电容电流补偿方法进行探讨与分析，旨在为相关工作提供参考。
1 超压输电线路电容电流
当线路中电压等级比较低，线路较短的情况下，线路中存在的分布电容电流基本可以忽略不计。超高压输电线路中为满足远距离，大容量的输电要求往往线路采用分裂导线，分裂导线的采用会使得电感减小、电容增大，同时输电距离比较长，会使得相与地、相与相之间的分布电容电流显著增加，并且达到很高的水平。大的电容电流对差动保护会产生很大的影响，会使得线路两端的电压、电流的幅值大小和相位大小都会发生很大的畸变，被保护线路两端测量电流不会再满足基尔霍夫电流定律，保护性能受到一定影响，保护会误动或是不动作。
2 减小电容电流影响的方式
2.1 并联电抗器
超高压输电线路电压等级高，线路长，传送容量大，电容效应严重，从而更容易发生工频过电压。为限制工频过电压以及改善电网中无功功率分布情况，往往在输电线路上装设并联电抗器。电抗器产生的感性功率可以对线路容性充电功率起到一定补偿作用，能够减小流过线路的电容电流。电抗器只在工频稳态情况下对电容电流具有一定的补偿效果，可以适当提高保护可靠性，对于故障暂态时电容电流就无能为力。
2.2 应用差动保护新原理
为了适应电力系统对超高速保护的要求，逐步提出不受电容电流影响的行波差动保护的新原理。行波保护新原理都需要采集发生故障后极短时间内的行波信息来作为保护判断的依据，因而需要很高的采样频率来采集行波波头。行波差动是基于电流瞬时值和从对侧来的反射波的采样值进行计算，计算量比较大，同时保护与线路长度和采样频率息息相关。
3 常用电容电流补偿方法分析
3.1 差动电流补偿原理
分布电容电流的补偿方法往往都是用在输电线路集中参数模型中，也就是用在典型的 Τ 型和 Π 型等值电路中，相对于 Τ 型等值电路，Π 型等值电路在响应特性上更加接近于分布参数线路模型。但是在分析超高压输电线路的情况时，由于线路本身的特性与中低压线路有很大的差别，如果继续采用集中参数模型会有比较大的误差，就需要用分布参数模型来建立超高压输电线路，但是如果在研究过程中只需要用到两端电压、电流存在的关系时，可把线路近似看成是集中参数等值电路。对于电容电流补偿的基本原理用 Π 型等值电路来说明，由电流差动保护的基本原理可知，以母线流向线路方向为正参考方向时，在正常运行、区外故障以及空载合闸等线路情况下，im+in=0 线路保护应该不动作。但由于电容电流存在等式不再成立，由 Π型等值电路可知存在：
在电容电流不大的情况下，可以通过提高差动保护门槛值，来躲过不平衡电流，提高保护可靠性。而在超高压输电线路中由于电容很大，单一靠提高门槛值的话，会降低保护的灵敏性，在发生区内故障时保护就有可能不动作。通常用测得电流减去电容电流后的电流值来作为差动保护判据的构成，即未发生内部故障时im1+ in1=（im- icm）-（in - icn）=0成立。电容电流补偿有半补偿、全补偿，以下分析基于目前用的比较多的半补偿法，即两端各补偿电路电容电流一半，也就是双端电压量补偿。
3.2 电容电流的稳态补偿方法
电容电流稳态补偿法（也称为相量补偿法）是在工频量方式下的一种补偿方法，即利用两端电压相量值可分别求得两端电容电流，对两端电流相量进行补偿，消除电容电流带来的误差，使得差流值尽可能为零，保护更加灵敏。
未发生故障时，线路是稳定状态，三相之间参数有线路对地容纳 Y
d，相间容纳为 Yx，两端分别补偿的电容电流为：
上公式中第一个式子求的是 m端 A 相的电容电流，Uma为 m端
A 相电压，Umab、Umac分别为 A、B 和 A、C 相之间的线电压。按照公式可相应求出正常运行时线路两端每相要补偿的电容电流。
发生内部或外部不对称故障时，线路三相对称性破坏，利用对称分量法将一组不对称的三相量分解为正序、负序、零序对称的三相量，然后求两端的电容电流：
式中Um、Un为 m、n 端的相电压，输电线路参数中正序参数与负序参数相等所以有 Y1=Y2，两端每相的电容电流都可按上公式求得。
3.3 电容电流的时域补偿方法
线路暂态情况下时，会产生许多电压高频分量，高频分量的出现会带来很大的电容电流，会使线路电流波形畸变严重，因而高频电容电流严重影响到差动保护正确动作。有文献提出基于线路等值电路微分方程下的时域补偿法，能够对稳态和暂态电容电流给予有效的补偿。
根据电路基本知识可知，电压和电容电流之间存在如下关系：ic=C ，求解时，利用数值微分的方法近似求解导数：
根据上面的式子可以看出，时域电容电流补偿就是按照上式中的求电容电流的微分式子对每个采样点都进行计算，求得每个采样点所对应时刻下应该补偿的电容电流，因而能够有效的补偿暂态电容电流和稳态电容电流。对时域下补偿方式的分析仍然采用 Π 型等值电路的半补偿法。
未发生故障时，由电路原理可列出 A相 m 端和 n 端需补偿的电容电流为：
利用数值微分近似求解导数可将上式化为：
式中 Cd为每相的对地电容，Cx为两相之间的相间电容。类似的可求得两端每相需要补偿的电容电流瞬时值。
结语
本文基于目前高压输电线路的电流差动保护及考虑到的电容电流补偿角度出发，从理论上分析了电容电流对差动保护的影响，对实际应用有一定性意义。
参考文献：
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[3]何正友，李小鹏，林圣.超高压线路电流差动保护原理的研究[J].电力科学与技术学报，2016，（01）：5-16.
论文作者:朱将荣
论文发表刊物:《电力设备》2018年第18期
论文发表时间:2018/10/14
标签：电流论文; 电容论文; 线路论文; 差动论文; 两端论文; 输电线论文; 电压论文; 《电力设备》2018年第18期论文;