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快速开关型串联补偿装置对配电网继电保护的影响研究

2022-07-23新乡职业技术学院

电子世界 2022年1期
关键词:串联保护装置电容器

新乡职业技术学院 闫 敏

目前我国配电网的建设相对滞后,相应的供电设备、网架结构以及电源支撑等都无法满足实际运行的需要,这也引发了一系列的问题,诸如无功功率短缺、电压水平低下等。串联补偿技术通过电容容抗补偿线路感抗,有效的提升了线路电压,旧传统串补装置而言,仍然存在着造价高、运行维护困难等明显的缺陷,这也是限制串联补偿技术优势发挥的重要因素。本文则介绍了串补技术的基本原理,并深入探究了串联补偿对于线路继电保护的影响。

1 快速开关型串联补偿装置基本结构及继电保护技术简要分析

在具体的分析基于快速开关型串联补偿装置对于配电网继电保护的影响之前,首先了解快速开关型串联补偿装置的基本结构及其各部分的具体功能。经过分析后可知,目前传统的串联补偿装置由于价格昂贵、可靠性差、配置复杂等多方面的缺陷,导致中高压配电网中无法广泛的应用,而基于快速开关型串联补偿装置则有效的解决了这类问题,其主要是在旁路设备中应用快速真空开关来替代火花间隙。有关快速开关型串联补偿装置的接线图如图1所示。

图1 基于快速开关型串联补偿装置的一次接线图

目前继电保护技术的发展趋于智能化、网络化,旨在实现控制、保护、测量以及数据通信的一体化发展。随着新的控制原理及方法不断应用于继电保护之中,微机继电保护的研究也是向着更高层次的方向迈进。其中较为显著的便是自适应控制技术以及人工神经网络在继电保护中的应用。自适应继电保护的思想在于使保护能尽可能地适应电力系统产生的各种变化,从而进一步改善保护的性能。当前自适应继电保护在输电线路距离保护、发电机保护等领域都有着广阔的应用前景,例如自适应继电保护原理应用于距离保护之中,根据系统运行的基本情况可以调整距离保护动作特性,由此便提高了距离保护的性能。人工神经网络于电力系统继电保护的应用也是十分重要,其可以有效的判断电力系统继电保护领域出现的故障类型、故障距离等。有学者提出了基于人工神经网络的电力系统故障诊断系统,主要是利用电力系统中继电器以及断路器的状态信息来较好的估算故障可能出现的范围。将之用于电力系统控制中心,可以帮助工作人员对故障范围进行判别,从而及时采取措施消除故障。

2 快速开关型串联补偿装置对于继电保护的影响分析探讨

快速开关型串联电容补偿装置的接入,有效的减少了线路的等效电抗,从而提高了线路电压。然而快速开关型串联补偿装置也会对节点保护产生一定的影响,主要在于串联补偿电容电抗破坏了线路阻抗整体的均匀性,并通过继电保护装置的电流值及相位产生影响。一般的,在接有快速开关型串联补偿装置的线路上,其串补装置对于继电保护的影响因素主要有以下几点:第一,串联电容补偿装置的安装位置;第二,串联电容补偿的具体深度;第三,发生短路故障时,串联电容器的旁路速度;第四,线路继电保护装置自身工作特性所造成的影响。在了解了快速开关型串补装置对于电路继电保护的主要影响因素后,具体的论述短路故障下,串补装置对于继电保护所产生的影响。

2.1 基于快速开关型串补装置对电流保护的影响

电流保护实质上是在电流增大时系统自发的保护动作,一般将电流保护分为以下几个阶段式保护:电流I段保护即为电流速断保护,是在线路发生短路时迅速熔断的行为。电流速断保护无法实现本段线路全长的保护;电流Ⅱ段保护则为限时电流速断保护,其基本原则是躲开下级各相邻元件电流速断保护的最大动作范围,该保护段能够实现本段线路全长的保护;最后则是电流Ⅲ段保护,该段主要为过电流保护,是依据躲开最大符合电流确定的。通常过电流保护即可以作为本段线路全场的保护,亦可以保护相邻线路的全长。总体而言,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段保护所组成的阶段式电流保护有着十分重要的作用,可以迅速可靠的切断线路故障,因而目前也是在电网中得到了广泛的应用。由于电流保护是用于反应电流升高的保护动作,因而接入串联补偿电容器会导致短路电流进一步增大,这也是保护装置拒动现象产生的主要原因。为了避免短路时保护装置无选择性动作情况的发生,需要提高电流整定值,但这一操作也将带来另一方面的问题,即继电器电流保护范围减小,其保护距离更是可能缩短为零。

2.2 基于快速开关型串补装置对于距离保护的影响探讨

距离保护主要是利用短路时电流、电压变化的特征,通过具体的测量电压与电流比值,实现故障点到保护安装处的距离工作的保护。随着快速开关型串联电容器的加入,线路阻抗与测量距离之间的比例关系被破坏,此时串补电容器安装位置阻抗将会发生变化,导致无法正确测量故障距离,最终对距离保护产生了影响。

以下则根据图2具体的说明串联电容补偿装置对于线路距离保护所产生的影响。首先是保护装置正方向上所发生的短路故障,当该线路未接入快速开关型串补装置时,保护装置1的基本动作特性如图3中BD线所示,相关测量元件也将根据测量阻抗整定,这也表面D点最终将落在保护范围之外。而当接入串联电容器后,其阻抗特性将发生改变,具体可如图3中的CD实线所示。具体分析后可知,串联电容器阻抗抵偿了部分线路感康,因而测量阻抗最终落在动作区之外,造成保护装置拒动的现象。

图2 串联补偿装置对距离保护影响示意图

图3 保护装置1动作区域示意图

接下来分析保护装置正方向区外发生短路故障的情况,该方面可如图3中的D点所示,该点一旦短路,则所对应的保护测量到的阻抗为线路CD段电抗以及串补电容器电抗的总和。若阻抗总之有所减小,势必会导致D点落入动作区内,最终引起保护装置1误动现象的发生。经过实践探究后可知,适当减小整定阻抗值可以避免串补电容引发保护装置正上方区外故障误动现象的发生,然而一旦串补装置停止运行,其保护装置的范围也将有很大程度的减小。除此之外,若将串补装置安装在近线路中点的位置,同时采用较小的补偿度,此时可以有效的避免保护装置的无选择性动作。例如图4中将串联电容器转移到Cþ点,此时C点附近不会落在保护装置2区域内,因而C点故障不会引发保护装置2的误动。

图4 保护装置2的动作区域示意图

结束语:本文重点研究了快速开关型串补装置的原理及其具体结构,同时也以快速开关型串补为研究对象,分析其对于继电保护的影响。与传统串补装置相比,快速开关型串补装置极大的减小了串补电容器对于线路保护的影响,也使得串补技术在配电网中得到了进一步的推广应用。

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