串联补偿电容对电路的影响分析

串联补偿电容历来是提高系统稳定运行的措施之一。随着电力电子技术的发展，串联补偿电容的使用会越来越多。串联补偿电容是一个集中的负电抗，它的存在必然会给阻抗继电器的工作带来严重影响。因此，尽量减少它的影响是继电保护工作者面临的一个重要课题。本节以故障分量距离继电器为例，分析串联补偿电容对其动作性能的影响。

由于串补电容是一个集中的负电抗，为了分析和叙述方便，把电源和输电线路的阻抗也按纯电抗来对待，其分析的结果不会引起很大误差。

1.串补电容位于保护的正向出口情况

系统图如图433所示，保护装于NP线路N端。

图433　串补位于保护正方向出口

以故障分量阻抗继电器第Ⅰ段为例，其整定阻抗按躲本线路末端短路计算。

（1）正向短路。

由式（482）可知，正向短路的动作特性如图434所示。

正向电容器短路后，继电器的测量阻抗是-jXC，一般情况下，所以测量阻抗位于-jX轴上的XC点，即位于圆内。因此故障分量阻抗继电器可以灵敏的动作，而且有相当大的保护过渡电阻的能力。这与固定动作特性的方向阻抗继电器在电容后面短路，保护必定存在一段拒动区的情况相比，故障分量的阻抗继电器的这个优点是很突出的。

当正向保护范围末端Y点短路时，继电器的测量阻抗将等于Xzd。由于整定阻抗计算时已考虑了串补电容，因而测量阻抗将位于＋jX轴上的Xzd点。因为在正方向区内短路时，从电容器后面短路一直到保护范围末端短路，测量阻抗都位于圆内，所以阻抗继电器都能动作。

当在正向保护范围内短路时，若短路电流很大，电容器的保护使电容器被端接时，继电器的测量阻抗将在＋jX轴上加大了XC值，所以正向短路的保护范围将缩小。

当正向区外（Y点外）短路时，继电器测量阻抗将位于jX轴的Xzd外，继电器不会误动。若电容器被短接时，测量阻抗增大了XC值，保护将更不会误动。

（2）反向短路。

反向短路时的动作特性如图435所示中的圆1。

图434　正向短路动作特性

图435　反向短路动作特性

阻抗继电器的测量阻抗位于-jX轴上，远离动作特性，所以继电器不会误动。当反向短路时，若电容器被短接，此时阻抗继电器的整定值Xzd没变，但从保护安装处到对侧电源中性点的X R值加大了XC值，所以动作特性将变成图435所示中的圆2。圆2的下端仍在Xzd点，继电器的测量阻抗仍位于-jX轴上，保护不会误动。

2.串补电容位于保护反方向出口情况

系统图如图436所示，保护位于MN线路N端。

图436　串补位于保护反方向出口

（1）正向短路。

正向短路的动作特性如图437所示中的圆1。

正向区内短路，测量阻抗位于动作特性中＋j X方向的X zd之内，所以继电器能可靠动作。正向短路区外，测量阻抗位于＋j X方向的X zd之外，位于圆外，继电器可靠不动。(www.xing528.com)

在正方向短路情况下，如果电容器被短接。整定阻抗Xzd没变但XS值加大了。正向动作特性圆将如图437所示中的圆2。正向区内故障时继电器仍能正确动作而且保护过渡电阻的能力更增强了。正向区外故障仍能可靠不动作。

（2）反向短路。

反向短路的动作特性如图438所示。

图437　正向短路动作特性

图438　反向短路动作特性

反向电容器后短路，继电器的测量阻抗ZJ＝＋jXC，ZJ位于＋jX方向上，此时可分两种情况讨论。若，也就是反向的串补电容容抗很大，而该保护的整定阻抗较小时，在反向电容器后短路，继电器的测量阻抗ZJ＝＋jXC将位于圆内，保护将会误动，而且在电容器后的一段范围内短路保护都将误动。误动区AB的范围XQ由式（4108）确定。

若，反方向电容器后短路时，测量阻抗XJ虽位于＋jX轴上，但在Xzd下方，继电器不会误动。

反方向短路时，若电容器被短接，由于Xzd和XR都没变，因而动作特性仍如图438所示，此时继电器的测量阻抗由于电容器被短接而肯定位于-jX方向上，继电器不会误动。

3.串补电容位于保护正向相邻线路出口

系统图如图439所示，保护位于MN线路的M端。

图439　串补位于保护正向相邻线路出口

以阻抗继电器第Ⅰ段为例，其定值应按躲正向电容器后短路整定。

（1）正向短路。

正向短路时，其动作特性如图440所示，由于整定阻抗已考虑了电容器的容抗，所以正向区内短路测量阻抗位于圆内，继电器能正确动作。正向区外短路包括相邻线路电容器后短路，测量阻抗位于圆外，继电器能可靠不动。如果相邻线路电容器后短路而电容器被短接时，测量阻抗在jX方向上伸得更远，继电器更不会误动。

（2）反向短路。

反向短路时，继电器的动作特性如图440所示中的圆1，测量阻抗位于-jX方向上，继电器不会误动。反向短路时，如果电容器被短接（一般情况下，由于电流较小不会被短接），由于XR加大而Xzd不变，反向短路的动作特性圆将如图441所示中的圆2。继电器测量阻抗ZJ仍位于-jX方向上，所以继电器不会误动。

图440　正向短路动作特性

图441　反向短路动作特性

4.串补电容位于保护安装处的线路末端

系统接线图如图442所示，保护位于NP线路的P端。这种情况的分析方法和结论与串补电容位于保护正向相邻线路出口的分析完全相同，即正、反方向短路时，无论电容器是否被短接，继电器的动作行为都是正确的，正向区内短路能可靠动作，正向区外或反方向短路继电器不会误动。

图442　串补位于保护安装处线路末端