摘要：无功补偿装置（Static Var System，简称SVS）是灵活交流输电系统（FACTS）的一种比较成熟的无功补偿技术和设备，具有快速、动态的电压无功调节能力。在高电压长距离交流输电系统中，采用SVS无功补偿，可以改变系统的等效波阻抗及输电线路的等效自然功率，提高系统的传输功率极限，改善系统的暂态稳定，并能提供系统附加阻尼有效抑制系统的低频振荡。基于此，本文主要对500kV变电站无功补偿装置继电保护整定进行分析探讨。
关键词：晶闸管相控电抗器；无功补偿装置；继电保护整定
1、前言
继电保护定值不正确可造成无功设备投不上或起不到保护无功补偿装置的作用。试想如果保护定值过高，动作时间过长，在设备遭受系统过电压、过电流等外部故障时，无功设备不能迅速的脱离供电系统，势必造成设备的损坏。相反，保护定值过低，动作时间过短，必将会在正常的情况下，造成保护的误动，使无功补偿设备无法投入运行或无故障跳闸。这些都是运行所不允许的，所以正确的保护定值和动作时间，在无功设备的运行中起着非常重要的作用。
2、500kV变电站无功补偿装置继电保护整定的分析与研究
根据系统研究及要求，在500kV洪沟变电站安装一套容量为120Mvar的35kVSVS装置，SVS系统的稳态无功补偿范围为：-240Mvar（容性）~+215Mvar（感性）。
SVS系统可根据500kV系统电压及无功的变化情况自动进行控制调节，比如单台熔丝保护、时电流速断保护及过电流保护、零序保护、相电流差动保护，其控制调节方式可以适应电网的各种运行方式。洪沟变电站的35kVSVS系统配置为：1组晶闸管相控电抗器，容量120Mvar；1组5次滤波电容器，容量40Mvar；5组并联电容器，容量5×40Mvar；3组并联电抗器，容量3×45Mvar。
其中，晶闸管相控电抗器（Thyristor Controlled Re-actor，简称TCR）采用三角形接线方式以消除三次谐波，用于调节感性无功功率的晶闸管阀采用光电触发、水-风冷却。滤波电容器组主要用于吸收TCR产生的谐波分量，同时具有无功补偿功能。
2.1限时电流速断保护
并联电容器在正常情况下，有耐受涌流的能力，但当系统发生短路故障时，电容器组能够迅速的脱离系统。为此，将电容器组设置限时电流速断保护。《3～110kV电网继电保护装置运行整定规程》中计算公式为：
IDZ＝KKIe（1）
公式中KK为可靠系数，KK＝3～5；IE为电容器组额定电流。大容量的电容器组在投切过程中，即便有串联电抗器，其涌流仍然很大，可达到额定电流的8～10倍，涌流振荡衰减时间为1/5周波。有的整定计算将其动作时间整定为0s，这是不合理的。如果电容器组涌流较大，会造成保护的误动，使电容器组无法投入运行。如果将定值设定为8～10Ie，可以将时间设为0s，如果将定值设定为3～5Ie，应设置0.1～0.2s的延时，包括合闸涌流4ms的过渡过程。
2.2过电流保护
高压并联电容器技术条件要求电容器应能在有效值为1.3Ie稳态过电流下运行，对于电容值具有最大正偏差的电容器，这种过电流允许达到1.4倍。即在正常情况下电容器组可以在1.4Ie稳态过电流下运行。
IDZ=KKIE（2）
这里可靠系数KK应取1.5～2。而工厂中一般习惯将过流保护定值按该路电流互感器二次侧电流的1.5～2倍取值（即5×1.5＝7.5A），动作时间采用0.5s。但在运行中，按这样的定值计算，电容器组是很难动作的，即使一组大容量的电容器，譬如800kvar的电容器，其额定电流也只有38.5A，换算到二次侧（电流互感器变比75/5）为2.57A，7.5A的定值已经是额定电流的2.9倍。超过了《3～110kV电网继电保护装置运行整定规程》中1.5～2Ie的要求。所以过电流的定值不应该以电流互感器二次电流为标准，而应以所要保护的电容器组额定电流为计算依据。电容器组额定电流随着电容器组容量的增大而增大，那么保护定值也应随着额定电流的增大而增高。为防止误动或定值偏高，在1.5～1.8Ie之间选取。
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2.3过电压保护
过电压保护是电容器组在系统过电压情况下，电容器组能迅速的脱离电源，避免造成电容器的损坏。
UDZ=KV（1-XL/XC）UE（3）
公式中KV为过电压系数，KV＝1.1；XL为串联电抗器的感抗；XC为电容器组容抗；UE为电容器组额定线电压。需要强调的是不要混淆电容器组额定相电压（UEX）和电容器组额定线电压（UE）两个不同的概念，前者是电容器铭牌所标明的额定电压，后者比前者大姨3倍。值得一提的是近几年在10kV级变电站，设计单位将电容器额定电压按照高一个等级串联6％电抗器的电容器额定电压选取，串联12％电抗器的电容器额定电压取13/ kV。这样计算出的过电压保护定值很高。如果按照此定值（见表1），母线侧电压将达到12.4～12.6kV，超过10kV最高电压。为了保证设备的完好和正确动作，可以规定过电压定值不允许超过117V。另外，随着放电线圈制造工艺的进步，放电线圈已经达到0.5级的高精度。且放电线圈直接与电抗器并联，可以从放电线圈二次侧取过电压保护定值的电压。其定值计算很简单，选择放电线圈二次电压的1.1倍即可。
2.4单星型接线电容器组开口三角电压保护
开口三角保护其二次电压一般在放电线圈处取值，保护设备涉及到两种类型的电容器，一是单台密集型电容器，二是单台小容量电容器。分述如下：
2.4.1单台密集型电容器K值的确定
应根据单台密集型电容器内部的串联段数和各串联段并联的电容器小元件数计算。该组电容器内部串并联数由厂家提供，然后根据公式（4）计算出K值。
K=3mn（KV-1）/KV（3n-2）（4）
然后根据公式（5）计算出开口三角零序电压和公式（6）计算出动作电压。
UCH=3KUEX/3n（m-K）+2K（5）
UDZ=UCH/KLM（6）
实践证明，用上述方法计算出的开口三角保护定值很小，一般为2～5V，正常情况下保护容易出现误动。可以采用以下方法解决，一是取灵敏系数KLM为1，二是将过电压系数KV取1.15，这是《3～110kV电网继电保护装置运行整定规程》所允许的。
2.4.2单台小容量电容器组
在计算开口三角保护定值时，首先要根据公式（7）确定K值。
K=3NM（KV-1）/KV（3N-2）（7）
K值计算各单位不尽相同，有的单位无论电容器容量为多少，K值全部取1。这种计算是不妥的，单星型接线电容器组的开口三角电压保护是部分电容器切除或击穿后，故障相其余单台电容器所承受的电压不长期超过1.1倍额定电压的原则整定。试想一组3000kvar电容器组，当单台电容器容量选100kvar时，如果有一台电容器损坏，经计算不难得出，其余电容器仅承受1.052倍的额定电压，在如此低的电压就使电容器组脱离电源是不妥的。相反，若按照《3～110kV电网继电保护装置运行整定规程》的方法计算K值，当整组容量越大，单台容量越小时，计算出的K值就越大。一般选取原则为单台容量为334kvar时，K最大取2，单台容量为200kvar时，K最大取3，单台容量为100kvar时，K最大取5。这样即避免了定值偏小保护误动，也避免定值偏大多台损坏保护不动。K值确定后，根据（8）式计算开口三角零序电压，然后根据（6）式计算出开口三角零序电压动作值。
UCH=3KUEX/3N（M-K）+2K（8）
结语
该整定计算方案经多年运行考验，符合保护“四性”要求，动作时间准确，未出现误动情况，保证了电网安全、稳定、优质、经济运行.
参考文献：
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[3]杨宇，闫晓玲，韩富春.变电站无功补偿装置过电压保护探讨[J].太原理工大学学报，2001，32（4）：414-416.
论文作者:马兆春
论文发表刊物:《电力设备》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/17
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