基于并联电抗器线路行波的研究:线路并联电抗器作用
摘 要：随着电力系统的发展，一些特殊结构的输电线路如带并联电抗器线路应用日益广泛，当行波差动保护应用于这些特殊线路时会面临一些新的问题。为此，论文基于这种特殊线路的模型研究推导出合理准确的行波差流定义式，同时结合所提的实用方案及技术，实现了行波差动保护在这种特殊线路中的应用。
关键词：并联电抗器；行波；差动保护
引言
随着电力系统的发展，电网规模的扩大，为限制线路过电压、提高线路输送能力、增强系统稳定性或节省投资等，一些特殊拓扑结构的输电线路如带并联电抗器线路、T接线路、带串补线路、同杆并架双回线路等在国内外超(特)高压电力系统中应用日益增多。行波差动保护由于能够从理论上消除电容电流的影响，因而在超(特)高压输电长线保护中具有很大的优势。但当行波差动保护应用于上述特殊的输电线路时会面临一些新的问题，如在这些装置或T节点发生行波的反射和折射，或回路间存在零序耦合等，因而适合于普通双端线路的方案在此不能直接应用，因此有必要对此展开深入的研究，探求适合于这些特殊线路的行波差动保护方案。超(特)高压输电长线中为吸收高压电网过剩的无功功率，防止过电压，同时对线路进行参数补偿，通常需要装设并联电抗器。并联电抗器可能装设在线路两侧，也可能装设在线路中间，或线路两侧和中点均装设。行波传输到并联电抗器时，会发生反射和折射，即使线路内部无故障时，两侧方向性行波的差值也会产生不平衡电流，大大抬高动作门槛值，影响行波差动保护的灵敏度，因此有必要采取措施消除并联电抗器的影响。
本文针对行波差动保护在带并联电抗器线路应用时存在的问题，基于其模型结构经研究推导给出了合理准确的行波差流表达式，实现了行波差动保护在这种特殊线路中的应用。
1行波的基本特性
图1所示单相分布参数线路MN，设单位长度电阻为R，电感为L，电导为G，电容为C。
按照图示的电压和电流参考方向，可得均匀分布参数线路电压电流关系的偏微分方程如下：
行波差动保护应用于带并联电抗器线路时，同样会受到线路模型误差、插值计算误差、波速不一致性等因素的影响，正常运行或区外故障时也会产生一定的不平衡差流，若通过提高动作电流门槛来防止保护误动，势必会影响区内高阻故障时的灵敏度。为此对于带并联电抗器线路上式行波制动电流定义为：
对于实际三相输电线路，同样可采用模变换解耦方法得到各相的行波差流和制动电流从而构成分相差动保护，实现选相跳闸。
3仿真及结论
在EMTP仿真环境下，对图3所示线路进行仿真计算。线路全长500km，左右两侧各装有一台 和一台
的并联电抗器，线路中点装设两台 的并联电抗器，具体系统和线路参数如图示。由参数计算得波阻抗为 ， ，线路MN上的行波传输时间为 ，
。保护装于M侧，本侧采样与对侧经通道传递的数据均为每周波24点。
常规电流差动保护中，线路空充时不平衡差流最大，因此首先考察空充时行波差动保护的特性，虽然在线路空充(或区外故障)时，理论上不会产生行波差流，但由于数值计算和线路参数模型(忽略线路电阻)误差等原因，实际应用时存在不平衡行波差流。瞬时值行波差流中的暂态不平衡量最大值达到2.13kA，远远大于稳态不平衡量，且主要由高次谐波组成，说明上述误差对高次谐波比较敏感。采取半波或全波富氏算法后，行波差流大为降低(例如采用全波富氏算法后的最大值为0.16kA，只有瞬时值行波的7.5%)，所以在实际应用中采
取适当的滤波措施是必要的，可显著降低行波差动保护的动作门槛。虽然全波富氏算法的数据窗长度比半波富氏算法大一倍，但最大行波差流只有半波富氏算法的 0.45。差动保护在区内故障时不必等到算法数据窗满后才投入，由于采取全波富氏算法后，保护的动作门槛比半波富氏算法降低一倍，故区内故障时并不会影响动作速度。故本文采用全波富氏算法。显然，在采用全波富氏算法后，行波差动保护对装置采样率的要求并不比常规差动保护高，完全可以在现有技术条件下实现。
表 1 区内故障时不同故障条件的比较
Table 1 Comparison of different condition for internal faults
表1列出了线路区内故障时，不同故障点、过渡电阻条件下故障点电流、行波差流及m值的比较。可见行波差流 与故障点电流 非常接近，即判据的行波差流值能时时反映故障点电流值。此外，在末端高阻接地故障时，行波差流与制动电流之比m取得最小值 ，远大于区外故障、线路空充时的m值，保护能快速可靠动作。
参考文献
[1] Ground Fault Proteetion of ImPedanee A.P. MelioPoulas，R.I.James，J.A.Gavin，G.J.Breaux， P.J.Chamoun，Grounded Svstems：Acase Study，50thArmual Georgia Tech Proteetive Relaying Conferenee，Mayl一3，1996．
[2] 贺家李，宋从矩．电力系统继电保护原理．增订版．[M]：北京：中国电力出版社，2007： 275-325．
[3] 徐丙垠，李京，陈平，等． 现代行波测距技术及其应用［J］． 电力系统自动化，2001，25（23）：62-65．XU Bingyin，LI Jing，CHEN Ping，et al. Modern travelling wave based fault location technology and its application［J］. Automation of Electric Power Systems，2001，25（23）： 62-65.
[4] 覃剑，陈祥训，郑健超．行波在输电线上传播的色散研究[J]．中国电机工程学报,1999,19 （9）：21-24．TAN Jian，CHEN Xiang-xun，ZHENG Jian-chao. Study on Dispersion of Traveling Wave in Transmission Line[J].Proceedings of the CSEE, 1999, 19(9)：21-24．
[5] 刘振松．行波测距失效点处的故障测距研究[J]．云南水力发电，2008，24(3)：89-94．LIU Zhen-song．The Study on Faults Location on FailedPoint of Traveling Wave"s Method [J]．Yunnan WaterPower, 2008, 24(3)：89-94
[6] 严凤，杨奇逊，齐郑，等．基于行波理论的配电网故障定位方法的研究[J]．中国电机工程学报，2004，24(9)：37-43．Yan Feng，Yang Qixun，Qi Zheng，et al．Study on fault location scheme for distribution network based on traveling wave theory[J]．Proceedings of the CSEE，2004，24(9)：37-43