可控串补线路行波故障定位方法探究

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1、可控串补线路行波故障定位方法探究　　【摘要】分析了可控串补装置对输电线路行波测距法的影响，研究了故障电流行波通过可控串补装置的暂态过程。研究结果表明：可控串补装置在容抗调节状态下，电感支路的反向充电对故障初始波头有平滑作用，降低了初始波头的幅值，延迟了初始波头到达时刻，从而影响了行波故障测距的精度。为此提出了利用可控串补装置对端站数据的故障测距方法，避免了可控串补装置对测距的影响，通过仿真及实际数据验证了所提方法的有效性。【关键词】可控串补装置；输电线路；行波故障测距1.引言可控串联电容补偿装置（下文简称为可控串补装置）可用于提高长距离输电线路的输送能力、增加稳定裕度等，从电网发展趋势来看

2、，输电线路可控串补装置将会得到越来越广泛的应用。输电线路故障测距主要用于短路点的定位[1-2]，其原理大致可分为2类：阻抗法和行波法。由于可控串补装置在阻抗特性上相当于改变了线路的电气长度，特别是MOV的非线性特性又严重影响了阻抗法的计算[3]，从实际运行经验看，可控串补线路的阻抗法测距结果在部分情况下误差可达数十公里，因此，可控串补线路采用行波测距法更为适合。10如文献[4-10]所述，以往的研究认为，可控串补装置整体上作为电容串联在线路上，不会对暂态行波的通过造成影响，不会影响到行波测距装置的工作。但从测距装置在伊敏—冯屯线路上的实际运行经验看，基于暂态量的行波故障测距算法仍然受到了影

3、响，在部分情况下，测距误差明显扩大。2.可控串补装置及输电线路行波测距基本原理2.1输电线路行波测距基本原理目前，实际应用较多的输电线路行波测距法是双端法，其利用故障产生的行波信号，通过计算第1个故障行波波头到达线路两端的时间差来计算故障位置，工作原理如图1所示，其计算公式为：式中：l1、l2分别为故障点到两端的距离；t1、t2分别为行波到达线路两端的时间；L为线路全长。由于双端行波测距法只需要识别故障初始波头，因此，双端测距法原理上具有简单可靠的特点，工程中考虑到互感器的暂态响应特性，主要采用暂态电流行波的双端行波来进行测距。2.2可控串补装置基本原理及工作模式10可控串补装置的基本结构

4、是Vithay-athil等于1986年提出的，原理电路如图2（a）所示，实际运行中，装置由多组基本补偿器串联在一起构成，基本控制思想是通过调节电感支路（TCR支路）来部分补偿电容的大小，以提供一个连续可变的电容，主要用于电力系统降低输电线路从送端到受端间总的等效串联阻抗，即改变输电线路传输特性中的X。可控串补装置的基本工作模式包括以下4种：1）晶闸管闭锁模式。该模式下，TCR支路闭锁，可控串补装置与固定串补没有区别。2）容抗调节模式。当可控串补装置触发角αcrt∣iT∣，随着TCSC容抗的增加，iC和iT的差别也加大。在暂态情况下，由于故障电流行波通过TCSC时间极短，在初期电感支路电流

5、iL（0+）不变，电感支路可视为一电流源，与故障前电感支路电流iL（0-）相同，故障电流通过电容达到母线。此时，可控串补偿装置电容回路两侧的电流如式（3）所示。由电路原理可知，当故障初始波头到达串补装置时，由于电感支路的存在，阻止电感支路电流的突变，即：电容支路电流iC，则与电容支路电压vC（t）相关，幅值上与进入可控串补装置前线路电路iT、XL、XC以及RMOV相关，即：则故障电流通过TCSC装置后，10考虑到MOV的影响和电感支路iL（0-）与电容回路电流反向问题。因此，在到达稳定状态前，相对普通线路，安装可控串补装置的线路电流iT低于无串补装置情况下的iT，降低了初始行波波头幅值，相

6、当于对初始波头进行了平滑，与高阻接地故障和小故障电压初相角时故障电流的情况类似。在持续时间上，电感回路对电容进行反向充电的充电周期与XL、XC大小相关，以及与故障电流行波到达时刻相关。如前所述，可控串补装置只是在部分工作模式下才会对行波测距造成影响。并且需要指出的是，不是在所有故障条件下，可控串补装置对初始波头的平滑都会造成测距精度的降低，还受故障电流幅值大小、测距算法阈值等因素的影响。当故障为金属性短路或雷击故障情况下，由于初始波头幅值较大，即使可控串补装置导致对初始波头的平滑，也不会影响到行波测距装置的精度。　　以伊敏—冯屯线路为例，冯屯变电站一侧装有可控串补装置，在历年故障统计中，行

7、波测距装置精度都能达到1km以内，但在少数几次故障中出现了10～15km的测距误差，这表明可控串补装置的工作状态会影响测距装置的工作。同时，故障测距装置测距结果与实际巡线结果相比较，都偏向伊敏一侧，这也表明由可控串补装置造成的时延主要出现在冯屯一侧，是导致测距误差的主要因素。3.2可控串补线路故障电流波形特征EMTDC仿真线路电流波形如图4所示，由图4（a）（b）对比可知，可控串补线路与普通线路相比较，在故障电流初始阶段