靳艾静
（国网河北省电力有限公司衡水供电分公司， 河北 衡水 053000）
0 引言升压变电站为了充分利用平台面积，需要所有设备都实现紧凑布局，二次系统属于升压变电站的重要部分，也选择陆上变电站设计形式，并未设置明确的优化方案[1-2]。大部分情况下，虽然线路不长，但此时并不能忽略电容与电流产生的影响，这种具备短线路而电容电流很大的特点，跟陆上架空输电模式存在显着差异，架空线路通过常规电容电流处理方法来实现差动保护[3-4]，到目前为止，尚未有文献报道关于风电交流线路保护方面的内容。
文明浩[5]对电流采样结果采用虚拟数字CVT 技术进行处理后，再以同样低通滤波方法处理电信号来实现保护作用。之后利用仿真模型进行测试发现，以上保护方式能够有效消除CVT 暂态因素的干扰。
1 集成优化设计整体方案集成优化装置的二次回路如图1 所示，通过线路间隔合并单元获取母线电压与线路电流参数，同时，利用电抗器间隔合并单元采集电抗器高压侧与低压侧的电信号参数。通过集成优化保护装置获取线路间隔和电抗器间隔合并单元信号参数，再以插值方式同步控制间隔数据，采集得到本侧模拟量参数。
图1 集成优化装置的二次回路
针对智能站集成优化装置进行硬件设计，根据现有高压输电线路保护设施进行优化，只需新增电抗器间隔合并单元。线路与电抗器保护功能则根据分区设计原则进行设置，包括线路与电抗器两种保护区域，算法与逻辑保持独立状态，以内部总线实现信息交互。2 个保护区共同使用后端跳闸功能，再将线路保护动作与电抗器保护动作映射至同一GOOSE 虚端子，再将结果输出至间隔智能终端来达到跳合闸控制效果。
2 电容电流补偿设计差动保护的原理简单可靠，可以实现操作，已成为当前主要的输电线路保护方案。三相系统还可利用解耦转换的方式将其转变至单相系统，因此，设计了图2 的单相输电系统补偿系统。
图2 电容电流补偿原理
稳态法则根据工频量选择等效电路，对线路电容进行平均等效处理，分配到线路两端，依次对电容与电流进行计算。
式中：Ce为等效电容；UM、UN分别为线路M、N 两侧端电压；ICM、ICN分别为线路M、N 两侧等效电容中形成的电流。
通过计算两侧初始电流与电容电流差值，可以确定补偿电流，以补偿电流取代初始电流来实现差动保护。线路处于正常运行状态时，补偿差动电流理论值等于零，不会造成误动的情况。而处于故障暂态时，当受到区外扰动影响，依然会引起电流差动保护的误动情况。
3 仿真验证3.1 模型搭建通过理论分析确定了风电送出线路的继电保护方案，同时，采用电磁暂态仿真软件PSCAD 构建得到图3 的系统。仿真模型则是以国内风电工程作为原型，对线路与电抗器运行工况进行模拟测试，对其余部分进行了简化处理。图3 是对风电机组、集电线路与升压站进行等效处理形成的风场。对各类故障进行了仿真测试，并对以上设计方案性能进行了验证。
图3 仿真系统模型
根据电缆结构计算得到表1 的电缆参数。此时，形成了很大的电容，相对常规架空线的电容超过1～2个数量级。同样，电压等级的电容电流也超过架空线1～2 个数量级。线路两侧都设置了并联电抗器，补偿比例接近80%，单侧电抗器的等效电抗值为329 Ω。
表1 电缆电气参数表
3.2 电容电流补偿算法验证对线路正常运行状态下的两侧电流进行测试，电流复数形式的实部和虚部结果见图4。由图4 可知，当线路处于无故障运状态下时，两侧电流值也存在一定的偏差，形成了150°左右的夹角。受到两侧电抗器与线路分布电容作用时，系统在正常状态下在两侧区域产生差流。
图4 正常运行时线路两侧电流情况
图5 为以传统算法与本文算法测试得到的故障相差动电流。由图5 可知，采用传统算法进行处理时，两侧电流经在0.1 s 内就形成了明显的差流，产生故障时则形成了更大的差流，这跟之前理论分析结果相符。受传统算法误差影响，线路在正常运行过程也会形成较大差动电流，进一步提高了整定难度，导致灵敏度下降。以本文算法处理时，正常状态下的差流接近0，而产生区内故障时会造成差流的明显上升，故障前后差流存在明显差异。
图5 故障相差动电流
对各个故障位置的故障种类、过渡电阻与故障相角调整后，再进行测试时发现，本文算法在故障状态下形成的制动电流比差动电流更大，具备比传统算法更高的灵敏度。
3.3 电抗器零序差动保护逻辑验证进行仿真测试时，依次设定了2 个区外故障点F1、F2与1 个区内故障点F3，对上述故障点开展单相接地故障仿真测试。同时，记录了电抗器零序差流与制动电流，表2 是仿真测试所得的结果。
表2 故障仿真结果
由表2 可以发现，当出现区外故障时，选择优化制动电流算法能够有效提升电抗器零序差动保护制动效果，经过优化处理的制动性增强了数十倍。存在区内故障时，利用优化制动电流算法可以获得更高的电抗器零序差动保护灵敏度。经过优化处理的电抗器零序差动保护能够达到更高的可靠度与灵敏性，可以为电抗器提供更可靠的保护。
4 结论本文开展面向电容电流补偿的风电交流线路继电保护的研究，取得如下有益结果：
1）传统处理时，两侧电流形成了明显差流。本文算法处理会造成差流的明显上升，故障前后差流存在明显差异，具备比传统算法更高的灵敏度。
2）选择优化制动电流算法，能够有效提升电抗器零序差动保护制动效果，制动性增强了数十倍，电抗器零序差动保护的灵敏度更高。
