朱青成，解良，楊遠(yuǎn)航，石恒初，游昊，趙明，張哲銘，張?chǎng)?/p>

（云南電力調(diào)度控制中心，昆明 650011）

0 前言

在輸電線路中加入串聯(lián)補(bǔ)償裝置，是提高線路輸送能力，增加輸電線路的穩(wěn)定裕度，改善電壓質(zhì)量及無功功率平衡，優(yōu)化多回輸電線路間潮流分布的重要手段，在長(zhǎng)距離、大容量的高壓輸電線路中得到廣泛應(yīng)用。雙端測(cè)距具有不受過渡電阻影響的優(yōu)勢(shì)[1-2]，被大量運(yùn)用于輸電線路故障測(cè)距，帶串補(bǔ)線路的雙端測(cè)距亦有不少研究[3-6]，基于雙端錄波的串補(bǔ)線路測(cè)距基本原理未考慮串補(bǔ)旁路的情況，但在實(shí)際運(yùn)行過程[7-12]中，線路發(fā)生故障往往會(huì)聯(lián)動(dòng)旁路線路串補(bǔ)，這就給測(cè)距方法的具體應(yīng)用帶來困難，需要辨識(shí)出故障持續(xù)過程中是否需要進(jìn)行測(cè)距補(bǔ)償。針對(duì)這一問題，本文對(duì)串補(bǔ)線路旁路情況進(jìn)行分析研究，提出了考慮串補(bǔ)旁路情況的串補(bǔ)線路雙端測(cè)距方法，并利用工程案例對(duì)所提出的故障測(cè)距方法加以驗(yàn)證。

1 串補(bǔ)模型簡(jiǎn)介

圖1 固定串補(bǔ)模型

典型的串補(bǔ)模型及其保護(hù)方案如圖1所示，主要包括電容器組、金屬氧化物限壓器（MOV）、放電間隙、旁路開關(guān)、阻尼回路、電流互感器和輔助設(shè)備等。MOV為串補(bǔ)電容的過電壓保護(hù)，將電容器上的電壓限制到規(guī)定的最大水平。放電間隙作為MOV的保護(hù)，一是當(dāng)MOV上的過電壓上升到一定程度，MOV吸收較多能量時(shí)迅速將串補(bǔ)旁路，防止MOV爆炸；二是當(dāng)電容器發(fā)生故障或承受過大電流時(shí)，通過控制系統(tǒng)觸發(fā)放電間隙在幾個(gè)毫秒內(nèi)將電容器旁路。旁路開關(guān)作為串補(bǔ)系統(tǒng)的后備保護(hù)，當(dāng)MOV導(dǎo)通、放電間隙放電或線路保護(hù)聯(lián)跳串補(bǔ)保護(hù)時(shí)（線路故障時(shí)，線路保護(hù)向串補(bǔ)保護(hù)發(fā)出遠(yuǎn)跳信號(hào)），旁路開關(guān)合閘以避免線路故障對(duì)串補(bǔ)系統(tǒng)造成損害。

2 串補(bǔ)旁路動(dòng)作情況分析

設(shè)t0時(shí)刻為串補(bǔ)線路故障發(fā)生時(shí)刻，t1為線路兩端故障先隔離端開關(guān)熄弧時(shí)刻，t1一般在40～90 ms之間（考慮主流保護(hù)廠家線路保護(hù)動(dòng)作時(shí)間一般為10～30 ms，加上斷路器的固有分閘時(shí)間及燃弧持續(xù)時(shí)間一般為30～60 ms）。

記MOV導(dǎo)通形成旁路的初始時(shí)刻為tpm，放電間隙放電形成旁路的初始時(shí)刻為tpg，旁路斷路器閉合形成旁路的時(shí)刻為tpb。當(dāng)串補(bǔ)電容未被旁路時(shí)，串補(bǔ)裝置的阻抗表現(xiàn)為純?nèi)菘?，?dāng)串補(bǔ)裝置被MOV、放電間隙、旁路斷路器任一旁路時(shí)，串補(bǔ)裝置都為純電阻性。在t0～t1期間，串補(bǔ)電容存在以下幾種旁路情況：

1）串補(bǔ)電容始終未被旁路，即MOV未導(dǎo)通、放電間隙未放電、旁路斷路器未閉合，串補(bǔ)裝置的容抗示意圖如圖2(a)所示。

2）MOV未導(dǎo)通，放電間隙未放電，旁路斷路器閉合形成旁路。此種情況旁路斷路器是線路保護(hù)聯(lián)跳串補(bǔ)使其閉合的，tpb通常大于40 ms（考慮主流保護(hù)廠家線路保護(hù)動(dòng)作時(shí)間一般大于10 ms，斷路器固有合閘時(shí)間通常大于30 ms），串補(bǔ)裝置的容抗示意圖如圖2(b)所示。

3）當(dāng)出現(xiàn)非常嚴(yán)重的故障，放電間隙在極短的時(shí)間（一般小于5 ms）內(nèi)被強(qiáng)制觸發(fā)放電將串補(bǔ)電容旁路，因電壓被鉗制，此后MOV不會(huì)被導(dǎo)通，旁路斷路器未閉合或者閉合，串補(bǔ)裝置的容抗示意圖如圖2(c)、(d)所示。

4）MOV導(dǎo)通將串補(bǔ)電容旁路，放電間隙未放電，旁路斷路器未閉合或者閉合，串補(bǔ)裝置的容抗示意圖如圖2(e)、(f)所示。

5）MOV先導(dǎo)通形成旁路，隨后放電間隙放電再次旁路，旁路斷路器未閉合或者閉合，串補(bǔ)裝置的容抗示意圖如圖2(g)、(h)所示。上述分類情況可借助SCADA系統(tǒng)采集到的串補(bǔ)裝置MOV導(dǎo)通、放電間隙放電、旁路斷路器合位繼等信息輔助判斷。

圖2 串補(bǔ)不同旁路情況下的容抗示意圖

3 不同旁路情況下的測(cè)距方法

3.1 串補(bǔ)安裝在線路廠站端的測(cè)距方法

當(dāng)串補(bǔ)未被旁路時(shí)，利用雙端測(cè)距原理進(jìn)行測(cè)距計(jì)算，見式（1）。

其中：lM為故障點(diǎn)到M側(cè)的距離；l為線路總長(zhǎng)度；分別為M側(cè)、N側(cè)測(cè)量到的故障相電壓；分別為M側(cè)、N側(cè)測(cè)量到的故障相電流；分別為M側(cè)、N側(cè)測(cè)量到的故障相電流零序分量；Z1為線路單位長(zhǎng)度的正序阻抗；ZC為串補(bǔ)電容的工頻阻抗；K為線路零序電流補(bǔ)償系數(shù)。

當(dāng)串補(bǔ)被旁路后，式（1）中ZC等于0，測(cè)距公式演變?yōu)槭剑?）。

對(duì)前文所述的五種分類情況，分別選擇相應(yīng)的測(cè)距公式及特定的滑窗時(shí)段對(duì)經(jīng)同步后的兩端故障錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行滑窗測(cè)距計(jì)算（一個(gè)數(shù)據(jù)窗時(shí)長(zhǎng)取一個(gè)周波20 ms），可得到實(shí)際測(cè)距結(jié)果。

對(duì)第（1）種情況，數(shù)據(jù)窗首端從t0+20 ms時(shí)刻滑至t1時(shí)刻，利用式（1）進(jìn)行測(cè)距計(jì)算，可得到(t1-t0-20)/k/1000個(gè)測(cè)距結(jié)果（k為錄波數(shù)據(jù)的采樣頻率，單位為Hz）。該序列測(cè)距結(jié)果維持在一個(gè)穩(wěn)定的窄區(qū)間，以下簡(jiǎn)述為可得到穩(wěn)定的滑窗測(cè)距結(jié)果。該系列結(jié)果的平均值即為故障距離。

對(duì)第（2）種情況，數(shù)據(jù)窗首端從t0+20 ms時(shí)刻滑至tpb時(shí)刻，利用式（1）進(jìn)行測(cè)距計(jì)算，可得到穩(wěn)定的滑窗測(cè)距結(jié)果，該系列結(jié)果的平均值即為故障距離。當(dāng)t1-tpb＞20 ms時(shí)，數(shù)據(jù)窗首端從tpb+20 ms時(shí)刻滑至t1時(shí)刻，利用式（2）進(jìn)行測(cè)距計(jì)算，滑窗測(cè)距可得到穩(wěn)定的結(jié)果，該系列結(jié)果的平均值亦為實(shí)際故障距離，可與前述結(jié)果相互校驗(yàn)。

對(duì)第（3）種情況，數(shù)據(jù)窗首端從tpg+20 ms時(shí)刻滑至t1時(shí)刻，利用式（2）進(jìn)行測(cè)距計(jì)算，可得到穩(wěn)定的滑窗測(cè)距結(jié)果，該系列結(jié)果的平均值即為故障距離。

對(duì)第（4）、（5）種情況，數(shù)據(jù)窗首端從tpn+20 ms時(shí)刻滑至t1時(shí)刻，利用式（2）進(jìn)行測(cè)距計(jì)算，可得到穩(wěn)定的滑窗測(cè)距結(jié)果，該系列結(jié)果的平均值即為故障距離。當(dāng)tpn＞20 ms時(shí)，數(shù)據(jù)窗首端從t0+20 ms時(shí)刻滑至tpn時(shí)刻，利用式（1）進(jìn)行測(cè)距計(jì)算，滑窗測(cè)距可得到穩(wěn)定的結(jié)果，該系列結(jié)果的平均值亦為實(shí)際故障距離，可與前述結(jié)果相互校驗(yàn)。

3.2 串補(bǔ)安裝在線路中間的測(cè)距方法

對(duì)串補(bǔ)裝置安裝在線路中間的串補(bǔ)線路，當(dāng)旁路情況為前述的情況（1），或情況（2）中t1-tpb＜20 ms時(shí)，對(duì)故障點(diǎn)所在位置做假設(shè)，用對(duì)應(yīng)的測(cè)距公式進(jìn)行滑窗測(cè)距計(jì)算。當(dāng)旁路情況為前述的情況（3）、（4）、（5），或情況（2）中t1-tpb＞20 ms時(shí)，利用式（2）對(duì)旁路后至t1期間的錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行滑窗測(cè)距，取平均值可得到故障距離，不需要考慮故障點(diǎn)是位于串補(bǔ)裝置的M側(cè)還是N側(cè)。

4 串補(bǔ)旁路的工程案例測(cè)距驗(yàn)證

云南電網(wǎng)某帶串補(bǔ)的220 kV MN線，線路長(zhǎng)度為110.6 km，串補(bǔ)安裝在220 kV M 站，線路不帶串補(bǔ)的正序阻抗參數(shù)為：(0.050+j0.320)Ω/km，零序阻抗參數(shù)為：(0.341+j1.154)Ω/km，串補(bǔ)的容抗值為21.33 Ω，補(bǔ)償度為60%。

圖3 220 kV MN線式（2）滑窗測(cè)距結(jié)果

圖4 220 kV MN線式（1）滑窗測(cè)距結(jié)果

圖5 220 kV MN線滑窗測(cè)距示意圖

某日，該線路發(fā)生B相接地故障，串補(bǔ)的旁路情況為前述的圖2（e）的情況。數(shù)據(jù)窗首端從t0+20 ms時(shí)刻滑至t1時(shí)刻，利用式（2）進(jìn)行測(cè)距計(jì)算，得到的測(cè)距結(jié)果如圖3所示。數(shù)據(jù)窗首端從t0+20 ms時(shí)刻滑至t0+27.33 ms時(shí)刻，利用補(bǔ)償后的測(cè)距公式（1）進(jìn)行測(cè)距計(jì)算，得到的測(cè)距結(jié)果如圖4所示。圖3、圖4中t0+20 ms等時(shí)刻表示數(shù)據(jù)窗首端位于此時(shí)刻時(shí)的測(cè)距結(jié)果。圖5(a)、(b)、(c)、(d)分別為數(shù)據(jù)窗首端位于t0+20 ms、t0+27.33 ms、t0+47.33 ms、t0+48.99 ms（t1）四個(gè)時(shí)刻的示意圖。圖3中測(cè)距序列c的平均值為57.39 km，圖4中測(cè)距序列d的平均值為57.71 km。實(shí)際巡線結(jié)果是故障點(diǎn)距M站的距離為59.26 km，測(cè)距序列c的誤差為3.2%，測(cè)距序列d的誤差為2.6%，均具有較高的測(cè)距精度。

5 結(jié)束語

本文對(duì)串補(bǔ)裝置的各種旁路情況進(jìn)行了分析，針對(duì)不同旁路情況，確定了相應(yīng)的測(cè)距公式及滑窗時(shí)段進(jìn)行滑窗測(cè)距，提出了考慮串補(bǔ)旁路的串補(bǔ)線路雙端測(cè)距方法。經(jīng)工程實(shí)例驗(yàn)證，本文提出的測(cè)距方法行之有效，且具有較高的測(cè)距精度，利用本文的方法對(duì)串補(bǔ)線路進(jìn)行測(cè)距可對(duì)串補(bǔ)線路故障后的巡線提供參考。