0　引言
　　可控串联电容补偿器（TCSC）是一个重要的FACTS元件，由于其潜在的性能效益，在各国FACTS实践中均为首选的实用化装置。因此，不仅有必要深入研究TCSC对现有继电保护的影响，考察现有继电保护系统在TCSC线路上的适应性，而且有必要探索新的线路保护原理，结合现代计算机技术、控制技术和通信技术，构造适合TCSC运行环境的高性能的继电保护装置^［1］。
　　近年来的TCSC工程运行状况及仿真研究在一定程度上证明了现有继电保护在TCSC线路上的适应性。但现有TCSC工程中使用故障分量保护的例子还不多见。文献［2］认为现有的能够用于常规串补线路的继电保护都能够用于TCSC线路；GE等知名公司的研究人员对现有继电保护装置的仿真研究也认为，现有的单相和多相线路继电器动作正确，仅有很少或没有性能降级^［3］。但由于继电保护的复杂性，这方面的研究工作还有必要进一步深入展开。本文在文献［4］对动态基频阻抗研究的基础上，对故障分量保护在TCSC线路上的适应性进行了较系统的分析研究。本文涉及的故障分量保护包括负（零）序功率方向保护、工频故障分量距离保护和工频故障分量方向保护。

1　TCSC对故障分量保护的影响
1.1　TCSC对负（零）序功率方向保护的影响
　　负序、零序方向继电器分别比较各分量电压与电流的相位^［5］。相对于图1所对应的负序分量计算网络(零序分量计算网络与图1相类似)，负序、零序功率方向继电器的动作条件为式(1)、式(2)。

(1)
(2)

式中　Z_r2,Z_r0为继电器的模拟阻抗，Z_r2,Z_r0的阻抗角分别与电源的负序和零序阻抗角相等。

图1　负序分量计算用网络图
Fig.1　Circuit for negative sequence
component calculation

　　文献［6］详细论述了常规串补对负序和零序功率方向继电器的影响。概括起来讲，对于图1所示的负序网络，无论是保护正方向不对称短路，还是反方向不对称短路，也不论串补电容在继电器与短路点之间，还是在短路点的反方向，只要串补电容不存在不对称击穿现象，且其容抗X_c小于系统感抗Z_s，负序功率方向继电器都能正确作出反应。在实际系统中，通常能够满足上述约束条件，所以负序功率方向继电器不会有误动作。当采用TCSC补偿且补偿度相同的条件下，根据TCSC的动态基频阻抗特性，这一条件更易满足，因此继电器更不会有误动作。对于零序网络，当母线接有大容量变压器且中性点接地时，在常规串补(FSC)线路上，容抗X_c有可能大于系统感抗Z_s，零序功率方向元件可能拒动。但在TCSC线路上，如果故障后TCSC的电容被旁路，TCSC会朝感性方向转化，故障初期短时的容性阻抗最多只会引起延时动作，不会发生拒动现象。如果TCSC的电容不被旁路，零序网络上的拒动现象仍有可能发生，但发生拒动的可能性比FSC线路上要小。但另一方面，当采用常规串补时，如果串补电容不对称短接，无论是负序网络还是零序网络，在短路条件下都有可能发生拒动或误动现象。在TCSC线路上三相TCSC控制可能不一致，同样会引起三相不对称，使短路条件下负序或零序功率方向保护误动作。
1.2　TCSC对工频故障分量距离保护的影响
　　对于工频故障分量距离继电器，当整定值末端电压变化量ΔU_op大于整定门坎电压U_z时，继电器动作，否则不动作。根据文献［7］，对于图2所示的系统，当采用常规串补电容时，如果按K(Z_zd-X_c)整定保护范围，正向区外F₃短路，反向F₂短路及区内近端F₄短路时，继电器都能正确作出反应。但对于区内F₁短路，继电器能否正确动作，与短路电流、补偿度及F₁与保护装置的距离等因素有关。如果按Z_zd整定，反向区外F₂短路及区内F₄短路，继电器可正确作出反应。但正向区外F₃短路，则有可能产生超越动作。

图2　故障分量距离元件特性分析系统图
Fig.2　Diagram for analysis of fault component
distance protection relay

　　当输电线路采用TCSC补偿时，如果故障后TCSC旁路，对于按K(Z_zd-X_c)整定保护范围的继电器，电容前向区内短路时，其保护范围将大大缩小，即区内远端短路拒动范围加大。当按KZ_zd整定时，继电器动作特性与无串补线路相似。如果故障后TCSC不旁路，继电器动作特性较复杂。由文献［4］对TCSC动态基频阻抗特性的研究可知，当TCSC的电容不被旁路时，TCSC的电抗部分在从暂态到稳态的过程中在容性和感性间交替变换，这给保护的整定带来了困难。如果按K(Z_zd-X_c)整定保护范围，则不能充分发挥暂态时电抗部分呈较小容性电抗或电感特性的优点，使保护范围过小。如果按KZ_zd整定，则区外短路时进入稳态后极可能误动作。综合考虑旁路和不旁路两种情况，为可靠起见，按K(Z_zd-X_c)进行保守一些的整定可能比较合适。
1.3　串补电容对故障分量方向继电器的影响
　　故障分量方向继电器测量电压、电流故障分量的相位，反相时动作^［7］。
　　对于图3所示的系统，反应故障分量3个正方向动作的方向元件ΔF_φφ⁺测量的相角为：

(3)

图3　故障分量方向元件特性分析系统图
Fig.3　Diagram for analysis of directional power
frequency fault component relay

　　反应故障分量3个反方向动作的方向元件ΔF_φφ^-测量的相角为：

其中　φφ=AB,BC,AC；CZ_d是补偿阻抗，为线路阻抗的35％～45％；Z_d为模拟阻抗。
　　当输电线路采用常规串补时，文献［7］认为，只有当｜X_c｜＜min(｜Z_s1｜，｜Z_s1′｜)时，故障分量方向元件才不受串补电容的影响。｜Z_s1｜和｜Z_s1′｜分别为正向和反向短路时电源正序阻抗。当输电线路采用TCSC补偿时，如果故障后TCSC旁路，TCSC将迅速变成感性，只是在故障初期的极短时间内呈现容性电抗，而且比正常运行时的容抗小得多。因此，对提高继电器性能很有利。如果故障后TCSC不旁路，由文献［4］的研究可知，不管TCSC的阻抗如何变化，其容抗模值始终小于故障前TCSC容抗的模值。因此，在相同补偿度的情况下，TCSC线路比FSC线路更容易满足｜X_c｜＜min(｜Z_s1｜，｜Z_s1′｜)这个条件，TCSC线路上继电器性能更加可靠。而且从TCSC阻抗变化特性还知道，TCSC暂态时的容性阻抗比稳态时的更小。因此，利用TCSC的暂态阻抗特性，将更有利于提高方向继电器的性能。

2　结论
　　TCSC对故障分量保护的影响将根据不同的构成原理而有所不同。与FSC线路上的保护相比，TCSC线路上故障分量保护的性能不会降低。