同桿并架線路阻抗比橫聯差動保護研究

李世龍 陳 衛 鄒 耀 尹項根 陳德樹

(強電磁工程與新技術國家重點實驗室(華中科技大學) 武漢 430074)

?

同桿并架線路阻抗比橫聯差動保護研究

李世龍 陳 衛 鄒 耀 尹項根 陳德樹

(強電磁工程與新技術國家重點實驗室(華中科技大學) 武漢 430074)

傳統同桿并架電流橫聯差動(橫差)保護存在靈敏度低、相繼動作區較大等不足，難以滿足高電壓等級和考慮線路參數不對稱同桿并架線路的要求。該文提出一種利用阻抗比即同相測量阻抗差與同相測量阻抗和之比構成的橫差保護判據，分析該判據較少受系統運行方式影響、相繼動作區小的原因，并對其進行仿真驗證。理論研究和PSCAD/EMTDC仿真結果表明，與電流橫差相比，阻抗比橫差能夠顯著縮小相繼動作區的大小，具有原理簡單、可靠性高、適用于參數不對稱線路的優點。

同桿并架 參數不對稱線路 阻抗比橫差 故障選線 相繼動作區

0 引言

同桿并架線路具有線路走廊窄、輸送容量大、投資少見效快、供電可靠性高等優點，得到越來越廣泛的應用[1，2]。因此同桿并架線路繼電保護及其相關原理一直受到廣大繼電保護工作者的關注[3-9]。分相電流差動保護按相比較線路兩側電流的幅值和相位，具有良好的選相能力，目前廣泛用于同桿并架輸電線路，但其過于依賴通信通道的同步信息傳輸，且對于超高壓長線及線路分布電容也存在一定影響[10，11]。考慮到保護雙重化配置的要求，對于同桿并架線路其他原理的保護，目前仍有不少學者從事該方面的研究并取得了一定的研究成果：將單回線的縱聯距離(方向)保護應用于同桿并架線路，對通信通道要求相對較低，但受零序互感影響較大，保護配置和整定方案復雜[10-12]。對于反映電網接地故障的方向縱聯零序保護，靈敏度較高，但受線路互感影響大，不平衡零序電流增大會嚴重影響保護正確動作，且不具備選相跳閘功能[13-15]。基于六序分量的保護將雙回線路的對稱分量分解為同序量和反序量，由此構成的保護原理，具有受短路點過渡電阻和線間互感影響小，選相靈敏度較高的優點[15]，但其假設前提為同桿并架線路參數對稱，在實際工程中過于理想且計算量較大，其推廣應用還有待更深入的研究[16-20]。比較單側兩回線的電流構成的橫聯保護，可分為橫聯方向差動保護和電流平衡保護兩種形式，具有不依賴保護通信通道的優點[21-25]，但存在較大的相繼動作區，動作特性不太理想。文獻[26]提出一種不依賴通信的基于序電流和電流突變量的橫聯保護原理，用以解決相繼動作過程中保護的正確動作問題。綜上可見，目前已有一些針對同桿并架線路的保護原理，但由于同桿并架輸電線路的特殊性以及實際應用過程中的復雜性，現有各種保護原理仍有待進一步完善。

本文在現有橫聯保護的基礎上，提出一種原理簡單、可靠性高、適用于各種參數不對稱線路、基于阻抗比的橫聯差動保護原理。該保護方案利用相測量阻抗分量，通過測量阻抗和/差比構成保護判據，不需計算精確的線路正序阻抗值，不依賴通信通道且適用于參數不對稱同桿并架線路。與傳統的基于電流量的橫聯差動保護相比，能顯著縮小相繼動作區。另外，還通過建立同桿并架線路相間自互感仿真模型，對所提出的保護原理進行仿真，驗證了該原理的有效性。

1 阻抗比橫聯差動保護原理

基于阻抗比的橫聯差動保護判據由故障相兩回線的測量阻抗模值差與模值和之比構成，以在線路末端發生不同類型故障時測量阻抗比的最大值乘以可靠系數作為整定值。故障發生后，對故障相分別利用阻抗比橫差進行判斷，若故障發生在輸電線路同桿并架段內部，則測量的阻抗比大于整定值，且故障發生點距保護安裝點越近，測量阻抗比橫差值越大；若故障發生在同桿并架段外部，測量阻抗比小于整定值。

兩回線同桿并架線路的短路故障類型共120種。為簡化分析，將雙回線間正序互感可忽略的平行雙回線作為對象，以單回線三相金屬性短路接地故障為例進行建模分析，其示意圖如圖1所示。對其中的φ(A、B、C)相電路進行簡化等效，簡化電路模型如圖2所示，其中，f點為故障發生點；E為M側和N側的電源電壓；ZSM、ZSN分別為M側系統和N側系統等值阻抗；Z1為非故障線路的線路阻抗；Z2、Z3分別為故障點f到M側母線和N側母線的線路阻抗。

圖1 同桿并架線路示意圖Fig.1 The diagram of transmission line on the same tower

圖2 金屬性三相接地故障等效電路模型Fig.2 Equivalent circuit model of bolted fault

1.1 保護判據

(1)

令Kφrela-set為阻抗比橫差判據整定值、Kφrela-end為線路正常運行時同桿并架線路末端發生不同類型短路故障時的最大阻抗比橫差值，則整定值可寫為

Kφrela-set=Krel×Kφrela-end

(2)

式中，Krel為可靠系數，取值范圍為1.1～1.3，與測量裝置及信號傳變的準確度有關，取值越大相繼動作區越大，取值越小相繼動作區越小。實際應用中，為了避免整定值與零進行比較，必要時可增加一個適當的固定門檻，此處不再展開論述。當某相的測量阻抗比Kφrela>Kφrela-set， 則此相故障發生在同桿并架線路區段內。反之則無故障發生或故障發生在同桿并架區段外，同桿并架區段的保護不動作。

1.2 選線方案

當保護判據滿足時故障發生在同桿并架區段內部，此時可進一步根據故障線路的測量阻抗選出故障線路。

M側φ相母線測量電壓為

Uφmec=E-ZSM×(If+Inf)

(3)

式中，Inf為流過φ相非故障回線的電流；If為流過φ相故障回線的電流。

φ相故障回線側量阻抗為

(4)

式中，Zmecf為故障相中故障回線的測量阻抗值。

φ相非故障回線側量阻抗為

(5)

式中，Zmecn為故障相中非故障回線的測量阻抗值。

(6)

式中

Zeq3=ZSM×Z1×Z3+ZSM×Z2×Z3+ZSM×

Z1×ZSN+ZSM×Z3×ZSN+Z1×Z2×Z3+

Z1×Z2×ZSN+Z2×Z3×ZSN+ZSM×ZSM×Z3

基于阻抗比的橫聯差動保護的流程為：故障發生后，首先由選相元件選出發生故障的故障相別，取母線處同名相電流之和，雙回線上的故障等效為綜合單回線的故障，利用傳統選相方法進行選相；然后利用基于阻抗比的橫聯差動保護對故障相進行選線，判斷故障是否發生在同桿并架線路區段內；若發生在同桿并架線路區段內，則進一步判斷故障發生于故障相的哪一回線，之后對故障線路的斷路器發出跳閘命令；若故障點未在同桿并架線路區段內則本保護不動作，故障通過其他保護邏輯切除。

2 原理特性分析

以圖2所示的單回線三相金屬性短路接地故障為例，對阻抗比橫聯差動保護的原理特性進行分析。

列寫電路方程，可求解得到Inf、If的表達式

(7)

(8)

式中，

Zeq1=(ZSM×Z1×Z3+ZSM×Z2×Z3+ZSM×Z1×

ZSN+ ZSM×Z2×ZSN+ZSM×Z3×ZSN+Z1×

Z2×Z3+Z1×Z2×ZSN+Z2×Z3×ZSN)

若利用傳統電流橫差保護，橫差電流為

(9)

測量阻抗的物理意義為線路自感和互感共同作用后整條線路所表現出的總阻抗。

φ相的阻抗比為

(10)

式中

Zeq2=(ZSM×Z1×Z3+ZSM×Z2×ZSN+

Z2×Z2×ZSN+ ZSM×Z1×ZSN+

ZSM×Z3×ZSN+Z1×Z2×Z3+

Z1×Z2×ZSN+Z2×Z3×ZSN)

下面分析阻抗比與M側系統阻抗ZSM和M側母線與故障點之間的線路阻抗Z2之間的關系，即阻抗比與本側系統運行方式和故障發生位置的關系。根據式(5)做出反映三者關系三維曲面圖，如圖3所示。其中d為故障點位置距M側母線距離的標幺值，其基準值為同桿并架線路總長度；ZSM為M側系統阻抗標幺值；Krela為阻抗比橫差值。

圖3 阻抗比與本側系統運行方式和故障位置關系Fig.3 The relationship between ratio of impedance，M side system impedance and fault position

由圖3可知，當本側運行方式固定時，阻抗比隨故障位置遠離M側母線而變小；當故障位置固定時，阻抗比隨本側運行方式變小(即電源阻抗變大)而變大；本側運行方式越小，阻抗比受故障點位置改變的影響越大。同理分析阻抗比與N側內阻ZSN和Z2的關系，即阻抗比與對側系統運行方式和故障發生位置的關系。根據式(5)做出反映三者關系三維曲面圖，如圖4所示。其中ZSN為N側阻抗標幺值。

圖4 阻抗比與對側系統運行方式和故障位置關系Fig.4 The relationship between ratio of impedance， operation mode and fault position

由圖4可知，當對側運行方式固定時，阻抗比值隨故障位置遠離M側而變小；當故障位置固定ZSN標幺值小于0.5時，阻抗比隨對側運行方式變小而變小，當ZSN標幺值大于0.5后，阻抗比值受對側運行方式影響較小。

阻抗比橫差與電流橫差的保護特性對比如圖5所示，根據式(4)、式(5)做出二者受故障發生位置影響的對比曲線圖，如圖5a所示。其中，線路阻抗標幺值設為1，M側系統阻抗為0.2，N側系統阻抗為0.8，橫坐標d表示故障點位置到M側母線距離的標幺值。根據式(4)、式(5)做出二者受本側運行方式影響的對比曲線圖，如5b所示。其中，線路阻抗標幺值設為1，N側系統阻抗為0.8，故障發生點距N側距離為線路全長的0.05。

圖5 阻抗比橫差與電流橫差保護特性對比Fig.5 Comparison of the proposed protection method and current transverse differential method

由圖5的對比結果可知，故障點發生位置和本側系統運行方式對阻抗比的影響明顯小于其對橫差電流的影響。對于圖5a，故障發生于線路末端即靠近N側時，橫差電流曲線趨于平緩，變化微小，因此對于線路末端故障位置識別能力弱，故而造成相繼動作區較大的結果；阻抗比曲線在線路末端故障時的單調性明顯，因此對于靠近線路末端的故障點位置具有更強的識別能力。對于圖5b，本側系統運行方式變化時，橫差電流曲線的變化范圍明顯大于阻抗比曲線的變化范圍，由此說明，阻抗比橫差保護受本側系統運行方式變化的影響小于電流橫差保護，因此有利于縮小阻抗比橫差保護的相繼動作區。對于振蕩情況，本文所提橫聯保護方法不會受到影響。橫聯保護原理的本質是考慮兩個同意義物理量的差值大小。當無故障或故障發生在同桿并架區段外部，系統振蕩時，雖然電壓量和電流量在不斷的變化，但此變化是基本相同的，阻抗比橫差值基本為0，此時保護不會動作。當故障發生在同桿并架區段內部時，阻抗比橫差值不再是一個恒定值，但在足夠長的時間內明顯高于整定值，仍能使保護正確動作，故系統振蕩對本文所提阻抗比橫差保護無影響。對于雙回線一回檢修等非全線運行工況，此時由于構成橫聯差動的條件不再滿足，橫聯保護需退出運行，應由其他類型保護方案進行保護。

綜上所述，與電流橫差相比，阻抗比橫差受本側系統運行方式變化影響較小，且在線路末端故障時有更強的故障識別能力，因此阻抗比橫差的相繼動作區較電流橫差保護更小，有利于在盡可能大的保護范圍內無延時切除故障。當然，由于本保護需用到電壓測量元件，也會面臨出口故障死區的問題，此時還需要利用其他補充判據加以彌補。

3 仿真分析

3.1 仿真驗證

第2節分析了最簡單的工況，本節將通過仿真手段全面考核其他復雜工況下阻抗比橫差保護判據的適用情況。

利用電磁暫態仿真軟件EMTDC/PSCAD建立如圖2所示的仿真系統模型，線路長度150 km，電壓等級500 kV。測量M側三相母線電壓和六回輸電線電流。對各種工況下不同故障類型短路故障進行仿真，同桿并架輸電線路的故障種類共有120種，仿真中以包含A相的故障型為例，進行單相短路故障、單回線兩相短路故障、跨線兩相短路故障、單回線三相短路故障、跨線三相短路故障及跨線四相短路故障的仿真實驗，以線路阻抗作為基準值1。仿真中除考慮一般工況外，還考慮到電源為極弱饋或短線路情況下的阻抗比橫差保護是否可行。故將系統阻抗的變化范圍設定為0.2～3。小運行方式下經過渡電阻故障和大運行方式下金屬性故障為最嚴重和最輕微兩種極端故障情況，仿真中設置過渡電阻阻值為300 Ω，仿真并記錄各種故障類型情況下不同故障發生位置處的仿真結果，得到各種故障情況下從強電源端測得的測量阻抗比值。同桿并架線路為參數不對稱線路，線路導線為逆序排列，6根輸電線路和2根地線的自互感阻抗矩陣z如下

3.2 仿真結果及分析

3.2.1 阻抗比橫差保護特性分析

首先對比理論分析值與仿真結果。將仿真得到的三相金屬性接地故障仿真結果與第2節的建模分析值進行對比，以大運行方式下二回線三相金屬性短路接地為例，得到建模值與仿真值的對照曲線,如圖6所示。其中，橫坐標d為障點距M側母線距離的標幺值，d為0時表示故障發生在M側線路出口處，d為1時表示故障發生在N側母線處。

圖6 仿真值與等效電路模型分析值對照曲線Fig.6 Value curve of simulation and equivalent circuit model

圖6表明，橫坐標值大于0.2時，仿真值與簡化電路模型計算值吻合程度良好，即故障點位置到M側母線距離大于線路全長20%時，簡化電路分析結果與仿真結果相吻合。簡化模型忽略線間互感，因此在故障位置小于20%的范圍內仿真值與理論相差較大。本文研究重點是接近線路末端的短路故障，因此所建立的簡化電路模型能夠反映實際情況。

本保護判據由測量量的幅值構成，過渡電阻主要影響故障電流大小，而對于故障電流分配系數無影響。本保護利用母線處測量阻抗幅值差和比構成保護判據，可極大程度上降低過渡電阻對保護判據的影響。以系統相同運行方式下的IAIIBG故障為例，對比經過渡電阻接地故障和金屬性接地故障情況下的A相阻抗比值變化曲線，如圖7所示。

圖7 過渡電阻對保護判據的影響曲線Fig.7 The relationship between ratio of impedance and fault resistance

圖7的仿真結果表明，經過渡電阻接地的故障相阻抗比值會略小于金屬性接地的阻抗比值，此差異與故障點位置有關，越靠近線路末端此差異越小，但總體來看過渡電阻對本保護判據的影響較小，本保護原理有較強的帶過渡電阻能力。

下面對3.1節中提到的短路故障在不同位置發生時的阻抗比進行仿真計算，并對仿真結果進行分析對比。大量仿真實驗結果表明當設定整定值后，大運行方式下經過渡電阻接地故障的保護范圍最小，小運行方式金屬性故障接地的保護范圍最大。以包含A相的故障為例，做出大運行方式經過渡電阻接地故障情況中的Ⅰ回線A相接地故障(1AG)和小運行方式金屬性接地故障情況中的Ⅰ回線A相跨Ⅱ回線B相C相故障(1A2BCG)兩種情況下阻抗比隨故障點位置變化的曲線，如圖8所示，其他工況下的阻抗比曲線均在這兩條曲線所包圍的范圍內。

圖8 不同故障情況時阻抗比隨故障點距離變化Fig.8 The ratio of impedance transverse differential changed with fault position

圖8中，曲線①和曲線②分別表示大運行方式經過渡電阻接地故障時的1AG和小運行方式經金屬性接地故障時的1A2BCG；直線③表示整定值；直線④代表穩定運行時阻抗比值。由圖8可知，在最不利于保護動作的大運行方式經過渡電阻接地故障情況下保護范圍約為同桿并架線路總長度的85 %，且保護動作整定值遠高于穩定運行時的阻抗比值，可避免保護誤動發生。

對阻抗比橫差保護動作過程的仿真以小運行方式經過渡電阻接地故障的Ⅰ回線A相短路接地為例，仿真保護動作過程中阻抗比變化情況，如圖9所示。

圖9 保護動作中的阻抗比及相關電氣量仿真Fig.9 The simulation diagram of the ration of impedance transvers differential and related electrical quantities when protection acts

圖9所示的4個曲線圖依次為A相左側測量電壓值、Ⅰ回Ⅱ回線A相左側電流測量值、左側三相阻抗比、Ⅰ回線A相斷路器跳閘信號觸發情況及斷路器狀態。其中，被保護線路0.35 s發生故障；故障前各相阻抗比均很小接近于零；0.35 s之后故障相A相阻抗比值明顯增加；考慮到保護算法、邏輯等延時的影響，在故障發生接近0.05 s時動作切除故障線，此時故障相阻抗比接近0.4，遠大于整定值，因此保護可準確選出故障線并予以切除；跳閘后故障相阻抗比近似等于1，非故障相阻抗比仍無明顯變化。由此表明，本文中通過計算故障相阻抗比的保護選線方法可使保護迅速準確選出故障線路。

3.2.2 阻抗比橫差與電流橫差對比分析

仿真驗證了理論分析中關于兩種保護方案分別受系統阻抗和故障點位置影響程度的結論正確性，仿真結果如圖10所示，圖中的變量和仿真結果分別進行標幺化處理，阻抗比和橫差電流的基準值分別為各自仿真結果中所出現的最大值。

圖10a所示的仿真結果表明，當故障位于線路末端時，阻抗比值曲線仍保持單調性而橫差電流曲線趨于平緩，隨故障點位置變化不明顯，即阻抗比橫差對于線路末端故障的判別更有優勢；圖10b所示的仿真結果表明，當本側系統運行方式改變時，阻抗比相比橫差電流發生的變化更小，即阻抗比橫差受系統運行方式影響程度更小。圖10中的仿真結果證實了上文理論分析中阻抗比橫差對于故障點發生位置的判別更為準確，受系統運行方式影響小，有利于縮小相繼動作區的結論。

圖10 阻抗比橫差值與電流橫差保護特性仿真對比Fig.10 Simulation comparison of the proposed protection method and current transverse differential method

進一步通過仿真驗證比較兩種橫差保護在系統工況大范圍變化情況下的相繼動作區大小，仿真設定系統阻抗從0.2～3變化的極端工況，此時阻抗比橫差保護的保護范圍整定方法與3.2.1節相同。與傳統電流橫差保護相繼動作區范圍對比見表1。

表1 不同保護方法相繼動作區大小對照Tab.1 The comparison table of successive action area in different protection method

由表1可知，當考慮系統阻抗大范圍變化的極端情況后，電流橫差保護的相繼動作區大于50%，失去保護作用；阻抗比橫差保護相繼動作區為20%左右，仍能可靠保護線路全長，與電流橫差相比，阻抗比橫差保護方案的優勢明顯，能夠運用在電壓等級高、運行方式變化大的電力系統中。

4 結論

本文利用單端相測量阻抗的和差比，形成橫聯差動判據，并以此為基礎提出了一種橫差動保護方案。理論和仿真分析表明：與傳統電流橫差保護相比能夠顯著縮小相繼動作區，縮短保護動作時限，提高保護性能。該方案有簡單直觀、受系統運行方式影響較小、對線路末端故障發生位置識別能力高、帶過渡電阻能力強、易于實現等特點。

[1] 俞波，楊奇遜，李營，等.同桿并架雙回線保護選相元件研究[J].中國電機工程學報，2003，23(4)：38-42. Yu Bo，Yang Qixun，Li Ying，et al.Research on fault phase selector of protective relay for double circuit lines on the same tower[J].Proceedings of the CSEE，2003，23(4)：38-42.

[2] 索南加樂，王樹剛，張超，等.利用單端電流的同桿雙回線準確故障定位研究[J].中國電機工程學報，2005，25(23)：25-30. Suonan Jiale，Wang Shugang，Zhang Chao，et al.An accurate fault location algorithm for parallel transmission lines using one-terminal current[J].Proceedings of the CSEE，2005，25(23)：25-30.

[3] 朱聲石.高壓電網繼電保護原理與技術[M].3版.北京：中國電力出版社，2005：115-250.

[4] 葛耀中.新型繼電保護與故障測距原理[M].2版.西安：西安交通大學出版社，2007：133-185.

[5] 田興瑞，楊富宇，姚維為，等.基于形態-小波的行波差動保護的研究[J].電氣技術，2013，14(7)：21-25. Tian Xingrui，Yang Fuyu，Yao Weiwei，et al.Research on traveling wave differential protection based on morphology-wavelet[J].Electrical Engineering，2013，14(7)：21-25.

[6] Biswal M，Pati B B，Pradhan A K.Directional relaying for double circuit line with series compensation[J].IET Generation，Transmission & Distribution，2013，7(4)：405-413.

[7] 劉欣，黃少鋒，張鵬.相電流差突變量選相在混壓同塔輸電線跨電壓故障中的適應性分析[J].電工技術學報，2015，30(21)：118-126. Liu Xin，Huang Shaofeng，Zhang Peng.Adaptability analysis of phase-selector based on sudden-change of phase-current-difference in cross-voltage fault occurred in mixed-voltage transmission lines[J].Transactions of China Electrotechnical Society，2015，30(21)：118-126.

[8] 趙艷軍，陳曉科，尹建華，等.一種新型的同塔雙回輸電線路工頻阻抗參數測量方法[J].電工技術學報，2015，30(2)：255-260. Zhao Yanjun，Chen Xiaoke，Yin Jianhua，et al.A new measurement method of the power frequency impedance parameters of double-circuit transmission lines on same tower[J].Transactions of China Electrotechnical Society，2015，30(2)：255-260.

[9] 劉琦，邰能靈，范春菊，等.基于單端電氣量的不對稱參數同塔四回線選相方法[J].電工技術學報，2016，31(4)：178-186. Liu Qi，Tai Nengling，Fan Chunju，et al.Fault phase selection for quadruple-circuit transmission lines with asymmetrical parameter based on single-ended electrical quantities[J].Transactions of China Electrotechnical Society，2016，31(4)：178-186.

[10]王向平，徐磊，張曉秋.同塔并架四回線中線路保護的適應性[J].電力系統自動化，2007，31(24)：80-85. Wang Xiangping，Xu Lei，Zhang Xiaoqiu.Line protection feature study on adaptation to our-circuit transmission line on a same tower[J].Automation of Electric Power Systems，2007，31(24)：80-85.

[11]宋國兵，劉志良，康小寧，等.一種同桿并架雙回線接地距離保護方案[J].電力系統保護與控制，2010，38(12)：102-106. Song Guobing，Liu Zhiliang，Kang Xiaoning，et al.A scheme for ground distance protection of parallel transmission lines[J].Power System Protection and Control，2010，38(12)：102-106.

[12]馮博文.雙回線零序互感對接地距離繼電器測量阻抗的影響[J].電力系統自動化，1990，14(5)：33-39. Feng Bowen.The effect of zero-sequency mutual inductance of double-circuit line on ground distance relay[J].Automation of Electric Power Systems，1990，14(5)：33-39.

[13]周春霞，余越，趙寒，等.特高壓同塔雙回線路零序電流補償系數整定對接地距離保護的影響研究[J].電網技術，2012，36(12)：106-111. Zhou Chunxia，Xu Yue，Zhao Han，et al.Influence of zero-sequence current compensation coefficient setting on earth-fault distance protection for double circuit UHVAC transmission line on the same tower[J].Power System Technology，2012，36(12)：106-111.

[14]曾耿暉，黃明輝，劉之堯，等.同桿線路縱聯零序保護誤動分析及措施[J].電力系統自動化，2006，30(20)：103-107. Zeng Genghui，Huang Minghui，Liu Zhiyao，et al.Analysis and measurement for the zero sequence protection unwanted operation in double circuit lines on the same tower[J].Automation of Electric Power Systems，2006，30(20)：103-107.

[15]田寶江，張太升，陳 軍，等.不平衡零序電流對縱聯零序保護的影響分析及其對策[J].電力系統自動化，2013，37(19)：132-135. Tian Baojiang，Zhang Taisheng，Chen Jun，et al.Analysis of influence of unbalance zero-sequence current on pilot zero-sequence protection and its countermeasures[J].Automation of Electric Power Systems，2013，37(19)：132-135.

[16]索南加樂，葛耀中，陶惠良.同桿雙回線的六序選相原理[J].中國電機工程學報,1991，11(6)：1-9. Suonan Jiale，Ge Yaozhong，Tao Huiliang.The principle of phase six double circuit lines on the same tower[J].Proceedings of the CSEE，1991，11(6)：1-9.

[17]田書，劉芳芳，任曉明.基于暫態能量的同塔雙回線路故障選相研究[J].電力系統保護與控制,2015，43(1)：50-54. Tian Shu，Liu Fangfang，Ren Xiaoming.Research on transient-based faulty phase selection for double-circuit lines on the same tower[J].Power System Protection and Control，2015，43(1)：50-54.

[18]陳亞，李夢詩.基于瞬時能量比的輸電線路故障選相方案[J].電力系統保護與控制,2016，44(1)：56-64. Chen Ya，Li Mengshi.A fault phase selection scheme for transmission lines based on instantaneous energy ratio[J].Power System Protection and Control，2016，44(1)：56-64.

[19]Perera N，Rajapakse A D.Series-compensated double-circuit transmission-line protection using directions of current transients[J].IEEE Transactions on Power Delivery，2013，28(3)：1566-1575.

[20]朱慶剛，劉前進，陳海濤，等.同塔雙回不換位線路電壓不平衡度研究[J].電力系統保護與控制，2014，42(7)：73-79. Zhu Qinggang，Liu Qianjin，Chen Haitao，et al.Study on voltage imbalance of un-transposed double-circuit lines on the same tower[J].Power System Protection and Control，2014，42(7)：73-79.

[21]解建寶，梁振鋒，康小寧，等.平行雙回線電流平衡保護的仿真研究[J].電網技術，2007，31(6)：80-83. Xie Jianbao，Liang Zhenfeng，Kang Xiaoning，et al.Simulation research on current balance protection for double-circuit transmission lines on the same tower[J].Power System Technology，2007，31(6)：80-83.

[22]宋斌，陳玉蘭，徐秋林，等.微機橫聯差動電流方向保護裝置[J].電力系統自動化，2003，27(10)：85-88. Song Bin，Chen Yurong，Xu Qiulin，et al.Design of microprocessor-based transverse differential current directional protective device[J].Automation of Electric Power Systems，2003，27(10)：85-88.

[23]Bo Zhiqian，Dong Xinzhou，Caunce B R J，et al.Adaptive noncommunication protection of double-circuit line systems[J].IEEE Transactions on Power Delivery，2003，18(1)：43-49.

[24]孔偉彬，朱曉彤，張俊洪，等.同桿雙回線上零序功率方向繼電器的誤判問題[J].電力系統自動化，2002，26(22)：45-48. Kong Weibin，Zhu Xiaotong，Zhang Junhong，et al.Wrong judgment of zero sequence directional relay on double-circle line on the same pole[J].Automation of Electric Power Systems，2002，26(22)：45-48.

[25]李幼儀，董新洲，孫元章.基于電流行波的輸電線橫差保護[J].中國電機工程學報，2002，22(11)：6-10. Li Youyi，Dong Xinzhou，Sun Yuanzhang.Current-travelling-wave-based protection of double-circuit transmission line[J].Proceedings of the CSEE，2002，22(11)：6-10.

[26]程文君，鄭玉平，張哲，等.一種新的雙回線單端相繼速動保護的實現[J].電力系統自動化，2008，32(17)：61-65. Cheng Wenjun，Zheng Yuping，Zhang Zhe，et al.Implementation of a new one-ended mutual speed-up protection for double-circuit transmission lines[J].Automation of Electric Power Systems，2008，32(17)：61-65.

Transverse Differential Protection Based on the Ratio of Impedance for Double Circuit Lines on the Same Tower

Li Shilong Chen Wei Zou Yao Yin Xianggen Chen Deshu

(State Key Laboratory of Advanced Electromagnetic Engineering and Technology Huazhong University of Science and Technology Wuhan 430074 China)

Traditional current transverse differential protection has low sensitivity and long successive operating zone.So it has shortages when applied to the high-voltage and electrical parameters asymmetry power systems.A new transverse differential protection based on the ratio of measurement impedance，i.e.the sum of measurement impedance to the difference between the measurement impedance，is proposed.The proposed scheme is unaffected by system impedance to a large extent,and has a short successive operation zone.The paper analyzes the reason for this and completes simulation research.Theoretical analysis and PSCAD/EMTDC simulation show that，compared with traditional current transverse differential protection，the ratio of measurement impedance can decrease the successive operating zone obviously.The proposed integrated protection scheme is simple，rapid，reliable，and easy to realize.

Double circuit lines on the same tower，electrical parameters asymmetry line，the ratio of impedance transverse differential，fault line selection，successive operating zone

國家自然科學基金項目資助(51277085)。

2015-06-07 改稿日期2015-10-14

TM77

李世龍 男，1989年生，博士研究生，研究方向為電力系統繼電保護。

E-mail：shilonglee@foxmail.com(通信作者)

陳 衛 男，1970年生，副教授，研究方向為電力系統繼電保護、故障暫態分析、仿真與建模等。

E-mail：weichen@hust.edu.cn