電容電流補(bǔ)償超/特高壓線路差動(dòng)保護(hù)電容電流補(bǔ)償方法

在超/特高壓長(zhǎng)輸電線中，分布電容電流將達(dá)到很高的水平，是影響電流差動(dòng)保護(hù)靈敏度和選擇性的主要因素。特高壓電網(wǎng)，其特征是電壓高、線路電容大，分布電容電流對(duì)差動(dòng)保護(hù)的影響更加顯著。

電流差動(dòng)保護(hù)主要有全電流差動(dòng)保護(hù)和故障分量電流差動(dòng)保護(hù)2 種。全電流差動(dòng)保護(hù)得到了廣泛應(yīng)用，對(duì)于全電流差動(dòng)，目前最常用的電容電流補(bǔ)償方法是將線路等效為Π 模型的相量補(bǔ)償法。故障分量差動(dòng)保護(hù)靈敏度高，抗電流互感器（TA）飽和能力強(qiáng)，也在線路保護(hù)中得到了應(yīng)用。類似于全量電流差動(dòng)保護(hù)，故障分量差動(dòng)保護(hù)的電容電流補(bǔ)償方法也采用基于線路Π 模型的相量補(bǔ)償法。

當(dāng)被保護(hù)線路上無(wú)故障支路時(shí)，使用Π 模型來(lái)模擬線路是足夠精確的，但發(fā)生故障后，仍舊用Π模型來(lái)模擬線路會(huì)有較大誤差，目前尚未有文獻(xiàn)對(duì)此問(wèn)題做深入研究。本文首先針對(duì)基于線路Π 模型的故障分量電流差動(dòng)保護(hù)的電容電流補(bǔ)償方法做了研究。指出Π 模型只能精確模擬一段無(wú)故障的線路，當(dāng)線路上發(fā)生故障時(shí)，線路上的電容電流同時(shí)受線路兩端電壓和故障點(diǎn)電壓的影響，仍使用Π 模型來(lái)模擬線路會(huì)帶來(lái)較大的誤差。如果因故障分量差動(dòng)保護(hù)判據(jù)已經(jīng)采用了基于Π 模型的電容電流補(bǔ)償方法，而在整定時(shí)不考慮電容電流的影響，有可能造成保護(hù)誤動(dòng)，整定時(shí)應(yīng)避免此誤區(qū)。電容電流仍會(huì)影響故障分量電流差動(dòng)保護(hù)判據(jù)的精度。其后對(duì)基于線路Π 模型的全量電流差動(dòng)保護(hù)的電容電流補(bǔ)償方法進(jìn)行了研究，線路上發(fā)生故障時(shí)，使用傳統(tǒng)方法計(jì)算電容電流也會(huì)帶來(lái)誤差，但與故障分量電流差動(dòng)保護(hù)相比，計(jì)算誤差相對(duì)較小，整定時(shí)應(yīng)作適當(dāng)考慮。

對(duì)于一定長(zhǎng)的度的電纜，具有一定的對(duì)地分布電容，電網(wǎng)對(duì)地分布的電容為各條對(duì)電纜對(duì)地分布電容總和，由于使用的電網(wǎng)的長(zhǎng)度，截面大小不同，分布電容也不同。所以要求附加支路電感量必須能夠調(diào)整。一般都采取兩種方法：

1、采用零序電抗器。增加電抗器分接頭，調(diào)整零序電抗器的分接頭，就可以調(diào)整附加支路的電感量，達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康?。如圖五

調(diào)整時(shí)，按下按鈕BS，調(diào)整電抗器的分接頭，使毫安表的指示電流最小。

2、采用磁放大器。首先說(shuō)明磁放大器的原理。由對(duì)口型鐵芯成π型布置。在鐵芯的兩個(gè)邊柱各有一個(gè)交流線圈并相串聯(lián)，中柱有一個(gè)匝數(shù)較多的直流控制線圈。兩個(gè)交流線圈并想串聯(lián)時(shí)，應(yīng)使其在中柱鐵芯產(chǎn)生交流磁通大小相等，方向相反，以保證在直流控制線圈中無(wú)感應(yīng)電勢(shì)見(jiàn)圖六。

由電工基礎(chǔ)可知，一只鐵芯線圈接入交流電路以后，其電感量L為：

L=（4πw2S10-8/1）μ

式中 L-線圈的電感量

W-線圈匝數(shù)

1-磁路長(zhǎng)度

μ-鐵芯導(dǎo)磁系數(shù)

從上式中可知，當(dāng)鐵芯的幾何尺寸確定以后，其電感量與匝數(shù)W平方成正比，與導(dǎo)磁系數(shù)μ有關(guān)，所以要得到各種不同的電感量，只要改變?cè)褦?shù)W和μ就可以改變電感量，達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康摹Ｔ阼F芯材料一定的情況下，其導(dǎo)磁系數(shù)決定于外加直流控制磁場(chǎng)的大小，隨著直流控制磁場(chǎng)的變化，磁化曲線上的工作點(diǎn)也隨之改變，因此導(dǎo)磁系數(shù)μ也就隨之改變。

調(diào)整時(shí)，按下按鈕BS，調(diào)節(jié)電位器W1使毫安表的讀數(shù)最小，就能達(dá)到最佳補(bǔ)償效果。

電容電流補(bǔ)償是利用增設(shè)感性支路的辦法來(lái)補(bǔ)償?shù)?。也就是在人為的中性點(diǎn)與大地之間接入可調(diào)零序電抗器BK，構(gòu)成一個(gè)感性支路，用以補(bǔ)償電網(wǎng)三相對(duì)地的分布電容產(chǎn)生的入地電流。補(bǔ)償原如圖二

根據(jù)電原理圖，電容電流可以等值如圖三

根據(jù)電工學(xué)知識(shí)，在上述電路中，電容的作用與電感作用相等時(shí)，產(chǎn)生并聯(lián)諧振，即通過(guò)電容3C的電流和感抗支路電流在數(shù)值上相等，相位相反，這時(shí)通過(guò)人體的電流則取決于電網(wǎng)總絕緣電阻Rx，使電容電流得到補(bǔ)償。

我們也可以從物理的概念上來(lái)理解電流的向量關(guān)系，電感引起流過(guò)人體的電流是感性電流Ilr滯后于絕緣電阻引起的電流Ir900，而由于電容引起的觸電電Icr則超前電阻引起的電流Ir900，也就是說(shuō)，Ilr與Icr方向相反如圖四

電纜實(shí)際上各相通過(guò)絕緣電阻和分布電容與大地相連接，當(dāng)人身體觸及一相時(shí)，觸電電流通過(guò)人身、大地、另外兩相對(duì)地絕緣電阻及分布電容回到電源的另外兩相，構(gòu)成閉合回路（見(jiàn)圖一）。

通過(guò)分析和數(shù)學(xué)推導(dǎo)得出通過(guò)人體的電流為：

式中Ir通過(guò)人體的電流

Uφ電網(wǎng)電壓

Rr人體電阻

Rx相對(duì)地絕緣電阻

C相對(duì)地分布電容

ω交流角頻率

從上式中可以看出,人體電阻為一定值。觸電電流主要取決于電網(wǎng)的絕緣電阻RX和分布電容C。觸電電流當(dāng)然也取決于電網(wǎng)電壓Uφ。

例如，電網(wǎng)電壓為660V、電網(wǎng)對(duì)地絕緣電阻為100KΩ、人體電阻為1KΩ。如果不考慮分布電容的影響，則通過(guò)人體的電流為：

當(dāng)考慮對(duì)地電容影響時(shí)，如果C=0.5UF，則通過(guò)人體電流為：

從上述計(jì)算可知，即使在絕緣電阻較高的情況下，如果分布電容的影響，則人身觸電電流顯著增加，危及生命安全。因此必須電容電流補(bǔ)償，以保證供電安全。

綜上所述，電網(wǎng)分布電容是可以通過(guò)調(diào)節(jié)電感來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)?。目前很多類型的開(kāi)關(guān)都實(shí)現(xiàn)了電容電流補(bǔ)償。如果在原電路的基礎(chǔ)上稍加改動(dòng)，增加一些功能模塊就可以實(shí)現(xiàn)智能調(diào)節(jié)電感量的大小。從而提高了防爆開(kāi)關(guān)的保護(hù)性能。