智能變電站同桿雙回線保護(hù)功能優(yōu)化的探討

申 泉，高 云

(國電南京自動化股份有限公司，江蘇南京210032)

出線走廊的限制使得同桿并架雙回線路日益增多。與單回線路相比，同桿雙回線路結(jié)構(gòu)具有特殊性,不僅可能發(fā)生單回線對地故障或者單回線相間故障，還可能發(fā)生兩回線線間的跨線故障。跨線故障情況復(fù)雜，給基于單回線信息的繼電保護(hù)原理帶來了許多新問題，例如故障選相困難，測距不準(zhǔn)等。另外，雙回線間的零序互感也給常用的縱聯(lián)零序方向保護(hù)、接地距離保護(hù)等帶來很大的影響。常規(guī)變電站中，為簡化二次回路，方便調(diào)試和維護(hù)，雙回線繼電保護(hù)都是按單回線獨(dú)立配置的，兩回線路的繼電保護(hù)裝置之間沒有任何聯(lián)系，一回線的保護(hù)裝置也不能獲取相鄰線任何電氣量信息。應(yīng)該說這種配置方案在傳統(tǒng)變電站是發(fā)揮了積極作用的，降低了因二次回路問題導(dǎo)致保護(hù)不正確動作的幾率，但由于保護(hù)獲得的信息有限，限制了雙回線路繼電保護(hù)性能的改進(jìn)。如今智能變電站建設(shè)正如火如荼的展開，站內(nèi)信息數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的特點(diǎn)為信息共享提供了方便，為進(jìn)一步提高雙回線保護(hù)性能提供了條件。文中主要在選相元件、距離保護(hù)、縱聯(lián)零序保護(hù)和差動保護(hù)方面展開探討。

1 基于電流平衡原理的選相方法

常規(guī)的選相原理均是基于單回線路故障特征所提出的，在同桿雙回線路發(fā)生跨線故障時其選擇性和可靠性難以保證[1，2]。雙回線故障選相是雙回線路保護(hù)的一大難題，文中提出在智能變電站雙回線保護(hù)中采用基于電流平衡原理的選相方法。

對稱雙回線區(qū)內(nèi)無故障時兩回線對應(yīng)相電流完全相等，區(qū)內(nèi)故障時兩線對應(yīng)故障相電流不平衡。電流平衡選相原理就基于此特征，判據(jù)如下：

若故障后兩回線Φ相電流之間滿足式（1）所示關(guān)系，則選Φ為故障相。

對于單線故障或異名相跨線故障（IA_IIB等）均能可靠選出故障相別，但是對于含同名相的故障，如IA_IIAB這樣的故障，A相可能選不出來，還需要進(jìn)一步甄別。另外，對于選出的相別也需要通過電流方向、幅值等進(jìn)一步判別故障線。以A相故障為例，初步選相邏輯如圖 1 所示。 圖中I˙AI和I˙AII分別為 I線和 II線的 A相電流。

圖1 電流平衡選相邏輯

2 自適應(yīng)距離保護(hù)

2.1 距離I段定值自適應(yīng)

雙回線上接地距離保護(hù)受零序互感影響容易造成保護(hù)拒動或者誤動[3]。最嚴(yán)重的情況在于相鄰線路兩側(cè)掛地運(yùn)行，本線路末端母線故障，受零序互感影響，遠(yuǎn)端距離I段保護(hù)可能超越動作。為保證距離保護(hù)的選擇性和安全性，雙回線路距離I段保護(hù)范圍整定的都比普通線路要小，這樣就影響了雙回線正常運(yùn)行時候距離保護(hù)的靈敏度。文中在基于智能變電站雙回線路信息充分共享的基礎(chǔ)上提出了距離I段定值自適應(yīng)方案。

保護(hù)通過GOOSE網(wǎng)絡(luò)不僅采集線路開關(guān)的位置接點(diǎn)，同時采集相應(yīng)接地刀閘位置接點(diǎn)。通過線路開關(guān)及接地刀閘位置可以實(shí)時判別兩回線路運(yùn)行狀況。相鄰線路空掛運(yùn)行或者正常運(yùn)行時，對本線路影響很小，本線路距離I段保護(hù)定值可以按單回線運(yùn)行考慮，保證其靈敏度；相鄰線路兩側(cè)掛地運(yùn)行時，保護(hù)自動縮小距離I段保護(hù)范圍，以保證其安全性。

2.2 阻抗繼電器自適應(yīng)

常規(guī)的基于單回線電氣量的阻抗繼電器在雙回線發(fā)生跨線故障時無法準(zhǔn)確反應(yīng)故障點(diǎn)位置和故障回路阻抗[4]。智能變電站雙回線路保護(hù)由于引入了相鄰線路的交流量，可以計(jì)算基于線間的故障回路阻抗。

線路發(fā)生單回線相間故障則采用常規(guī)的相間阻抗繼電器；若發(fā)生異名相跨線故障，則采用基于線間故障回路的阻抗繼電器。以IA_IIB的故障為例，可以根據(jù)式（2）計(jì)算故障回路阻抗，并判別是否發(fā)生區(qū)內(nèi)故障。

式中：U˙A，U˙B分別為線路 A、B 兩相電壓；I˙AI和I˙BII分別為線路I的A相和線路II的B相電流。其他類型跨線故障類似。該方法解決了基于單回線信息的阻抗繼電器在發(fā)生跨線不接地故障時失去保護(hù)范圍的問題。

3 縱聯(lián)零序方向保護(hù)

縱聯(lián)零序方向保護(hù)對于線路高阻故障的快速、可靠切除具有重要意義。但受平行雙回線間零序互感的影響，在一回線故障時可能造成另一回非故障線路的縱聯(lián)零序方向保護(hù)不正確動作，這是縱聯(lián)零序保護(hù)最難解決的問題[5-8]。

智能變電站中雙回線保護(hù)新的配置方案下，兩回線路的交流量及開關(guān)量信息都是共享的，很容易實(shí)現(xiàn)單回線故障時對另一回線縱聯(lián)零序保護(hù)的關(guān)聯(lián)閉鎖。主要考慮如下幾種情況：（1）相鄰線保護(hù)有跳閘；（2）相鄰線開關(guān)單相跳開；（3）相鄰線零序電流遠(yuǎn)大于本線零序電流。在滿足上述任何一條的情況下短時閉鎖線路縱聯(lián)零序保護(hù)，可有效防止相鄰線路故障情況下非故障線路縱聯(lián)零序保護(hù)誤動。

4 差動保護(hù)電容電流補(bǔ)償方法

長距離、高壓輸電線路電容電流不能被忽略，對分相電流差動影響很大，尤其是線路單側(cè)合閘容易造成差動保護(hù)誤動，必須采用電容電流補(bǔ)償技術(shù)[9，10]。電容電流補(bǔ)償原理眾多，但均需考慮線路高抗的分流，而高抗電流實(shí)時估算是個迭代算法，初值問題解決不好會引起很大誤差。

智能變電站在采樣值組網(wǎng)傳輸?shù)那闆r下，線路保護(hù)可以在不增加任何接線和設(shè)備的情況下通過站內(nèi)采樣值網(wǎng)絡(luò)引入對應(yīng)的高抗電流值，無需再用繁瑣的迭代算法求取該電流，既簡化了保護(hù)算法還提高了保護(hù)的可靠性。

差動保護(hù)需要線路兩側(cè)交換信息，可以考慮2種方案。其一，各側(cè)均將電感電流和線路電流一并傳給對側(cè)，在對側(cè)完成所有算法，需要多傳3路交流量；其二，各側(cè)都將自身線路電流和電感電流綜合后送給對側(cè)。

5 線路故障性質(zhì)判別

高電壓等級輸電線路重合于永久性故障可能對機(jī)組造成嚴(yán)重?fù)p害，甚至威脅系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。近年來許多專家學(xué)者提出了多種各樣的線路故障性質(zhì)判別方法，但大多是基于斷開相恢復(fù)電壓特征的[11，12]，算法的適應(yīng)性有待提高。文獻(xiàn)[13]提出利用高壓線路并聯(lián)電抗電流幅值判別線路故障性質(zhì)，該方法簡單有效。但傳統(tǒng)變電站中線路保護(hù)無法引入高抗電流，算法需在電抗器保護(hù)中實(shí)現(xiàn)，然后通過接點(diǎn)與線路保護(hù)（或斷路器保護(hù)）的重合閘配合，使得二次接線復(fù)雜。

智能變電站采樣值組網(wǎng)傳輸?shù)姆绞较拢€路保護(hù)可以通過站內(nèi)采樣值網(wǎng)絡(luò)方便的采集對應(yīng)高抗的電流量，利用高抗電流實(shí)現(xiàn)線路故障性質(zhì)的判別。方案簡單易行，無需復(fù)雜的二次回路，為實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)重合閘提供了新的解決思路。

6 結(jié)束語

智能變電站全站信息的數(shù)字化和信息共享標(biāo)準(zhǔn)化，為改善線路保護(hù)性能的新技術(shù)提供了可能性。文中所列幾點(diǎn)僅為拋磚引玉，線路保護(hù)在共享信息的條件下還有許多功能可以優(yōu)化，智能變電站的發(fā)展，必將給保護(hù)的功能和原理帶來新的變革契機(jī)。

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