新能源电力系统国家重点实验室 郑彬 毕天姝

　　中国电力科学研究院 项祖涛 班连庚 马其燕 周佩朋 王承玉

　　摘要：特高压线路加装串补使得线路发生故障时流经断路器的短路电流特性与无串补线路相比存在差别。受故障工况及串补布置方式、过电压保护措施等因素影响，特高压串补线路回数为双回及以上时，一回线故障时流经断路器的短路电流可能存在过零延迟，与无串补或单回串补线路相比更加突出，对断路器开断不利，需要加以抑制。本文仿真研究特高压串补线路断路器短路电流的过零延迟特性，并结合串补金属氧化物限压器、放电间隙的动作状态，采用时、频域解析方法，建立串补装置的等效模型，探讨串补线路短路电流过零延迟的产生机理，研究分析典型影响因素，并提出对策建议。研究成果为特高压串补的规划设计、断路器设备选型提供一定参考。

　　1 引言

　　自20世纪50年代以来，串联补偿技术在国内外220kV及以上超高压输电系统中得到了广泛应用，在提高输电能力、改善系统稳定性、均衡潮流等方面发挥了显著的经济效益[1-3]。我国现已建成多个特高压交流输电工程[4-5]，并依托特高压交流试验示范工程扩建工程研制了世界首套特高压串联补偿装置，掌握了特高压串补应用的全部核心技术，并于2011年付诸工程实践[6]，为开展特高压远距离、大容量输电奠定了坚实基础。随着未来大型能源基地的开发和特高压远距离联网的发展，特高压串补技术的应用需求变得更为迫切[7]。

　　系统短路电流特性会影响故障分析结果，并使保护动作特性产生误差[8-9]，还可能影响断路器的开断[10]。特高压线路加装串补时的短路电流特性与无串补线路相比有显著差异，并可能对断路器正常开断造成不利影响[11-13]。在一定的系统及串补自身条件下，断路器的短路电流可能存在过零延迟现象，若在燃弧时间窗内无过零点，将造成断路器开断失败甚至损坏。文献[14-15]探讨了超/特高压无串补线路产生短路电流过零延迟的机理及影响因素，提出直流分量与交流分量比值大是造成过零延迟的主要原因，并指出各种故障类型中以两相相间故障（2LS）方式下的短路电流过零延迟最为突出，但出现概率低；文献[16]提出线路加装串补时可能产生短路电流过零延迟现象；文献[17]采用阻抗变换方法，分析了735kV线路单侧加装串补条件下断路器短路电流的过零延迟现象及影响因素，提出串补金属氧化物限压器导通前后故障回路阻抗由大变小，引起串补对侧断路器电流幅值相应由大变小是造成该侧断路器短路电流发生过零延迟的原因；文献[18]研究了特高压线路单侧加装串补时的断路器短路电流过零延迟产生机制及影响因素，该文也采用阻抗变换方法，并将导通后的MOV视作恒定直流电压源，提出MOV动作改变了线路参数引起故障回路短路电流中的周期性分量经非故障回路分流是引起过零延迟的主要因素，并提出串补双侧布置可以解决过零延迟问题；文献[19]分析了短路电流直流分量对断路器开断条件的影响。现有文献对串补线路短路电流过零延迟产生机理的分析均采用阻抗分析方法，对串补MOV动作过程及短路电流交、直流分量变化的分析较为抽象，未从时、频域解析角度进行过研究，对串补MOV动作过程中的模型等效方法及故障回路特性分析也有待完善，并仅从改变串补布置方式角度提出了过零延迟的抑制措施，手段单一，亟需丰富拓展，为实际工程应用提供指导。