可控串补(TCSC)本体保护原理、配置及实现研究.doc

可控串补（TCSC）本体保护原理、配置及实现研究胡玉峰，尹项根，陈德树，张哲（华中科技大学电气与电子工程学院，湖北武汉430074）摘要：以可控串补本体保护为研究对象，在介绍其基本故障类型与故障形式的基础上，分析了其保护的基本配置与构成，详细说明了各保护模块的基本原理与实现方法，同时阐述了各保护的功能及其作用，以期对该领域的研究提供一个较全面的参考。关键词：不平衡保护；过载保护；高温保护；能量保护；电容器放电保护；平台闪络保护；三相不一致保护1引言可控串补的实际运用，为继电保护领域提供了一个新的研究方向：如何配置与提供完整而有效的继电保护系统，以保证可控串补的安全可靠运行。与传统电力系统设备相比较，可控串补设备的组件类型较多，不仅涉及传统的电力元器件，还包括新型的电力电子设备，同时各组件在保护原理与实现技术上也与传统继电保护有一定差别。可以说，整个的可控串补保护是随电力系统发展而产生的一个新型元件保护分支。本文以此为对象，对可控串补保护进行系统研究。探讨其基本配置、相关原理以及实现方法的具体问题。2TCSC本体故障的基本类型任何一个继电保护系统的构成，都是在充分分析被保护对象可能出现的各种故障与异常工况的基础上，从保证可靠性、灵敏性、选择性几个方面的要求出发而构成。因而，在配置TCSC本体保护系统之前，有必要对可控串补系统可能出现的各种故障作出分析。图1是TCSC本体的单相结构图，其保护及控制所用的传感器在图中也表示了出来（电容电压VC是通过与电容器并联的大电阻R来测量的）。从图中可以看到，TCSC本体电路主要包括串补电容器组、可控硅电感支路（TCR）、氧化锌避雷器MOA与旁路断路器BPS。在这些组件中，串补电容器组与TCR支路是TCSC本体的核心部件，为系统提供可调节的补偿度。氧化锌MOA、TCR支路以及旁路断路器BPS作为TCSC的保护环节，主要为电容器提供过电压保护和为氧化锌提供能量与温度保护。从TCSC的本体电路以及考虑实际运行工况的角度来看，其可能出现的故障与异常情况主要包括以下几部分：①TCSC本体元件故障。主要有：串补电容器组内部电容器被击穿、氧化锌MOA被破坏、可控硅元件被破坏、绝缘平台绝缘度下降、旁路断路器BPS故障以及隔离开关故障等。②TCSC异常运行情况。主要指由外部系统故障以及异常运行导致的非正常运行。包括：电容器组过载（过电压或过电流）、MOA能量越限或温度越限、MOA过负荷等。从以上的基本故障类型来看，TCSC本体故障涉及的范围较广、元件的类型较多，因而决定了其继电保护系统的多样性与复杂性。3TCSC本体继电保护系统的基本配置及其原理［1，2］针对上述TCSC的基本故障类型与异常运行工况，其继电保护系统一般采用以下配置：①电容器组保护，主要包括：电容器不平衡保护（差动保护）、电容器过载保护及其自动重投功能、电容器放电功能。②MOA保护，主要包括：MOA能量保护、MOA温度保护、MOA能量梯度保护、MOA过流保护以及相应的电容器自动重投功能。③晶闸管元件保护，主要包括电力电子元件保护以及触发回路监视功能。④其它设备保护与监测，主要有：平台闪络保护、断路器失灵保护、三相位置不一致保护以及电容器放电等功能。3．1电容器保护TCSC系统的电容器保护主要为电容器不平衡保护与电容器过载保护。前者主要针对电容器单元内部故障而设置，后者则主要是在电力系统发生过负荷运行等异常情况下为TCSC提供保护。下面简要介绍一下两种保护的原理。3．1．1电容器不平衡保护TCSC串联电容器组的连接，一般采用H型的桥式连接方式（如图1所示），各桥臂由若干电容器组单元构成，其单元电容器组的内部结构通常如图2所示。当单元电容器组内部电容器元件因过电压而击穿或熔丝熔断时，该电容器元件即退出运行，从而使得电容器组单元等值电容减小。这种减小，将造成流过该单元的电流增加，电压升高，对非故障电容器元件造成不利影响，甚至导致恶性循环。为此，必须设置相应的保护措施，避免这种现象的发生。常用的保护方法是电容器不平衡保护，它是通过测量电容器组桥臂中点连接支路的电流（不平衡电流）的大小，来判断与衡量单元电容器组内部电容器元件的运行情况。当单元电容器组内部完好无缺时，在不考虑电容器元件参数差异、测量系统误差时，其中心连接支路上的不平衡电流的理论值应该为0。当内部有电容器元件退出运行时，桥臂平衡被破坏，不平衡电流随之出现，且这种不平衡电流将随内部电容器元件损坏的个数，即不平衡度的增加而加大，表1是一组典型的工程数据。实际运用中，考虑到电容器元件参数的差异、测量系统的误差，在正常情况下，