縱聯(lián)支接阻抗保護(hù)在超（特）高壓線路中的應(yīng)用

李建輝，井 嶸，劉世明，吳聚昆，郭 韜

（1.山東大學(xué)電網(wǎng)智能化調(diào)度與控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，濟(jì)南 250061；2.國(guó)網(wǎng)山東電力公司煙臺(tái)供電公司，煙臺(tái) 264000）

縱聯(lián)支接阻抗保護(hù)在超（特）高壓線路中的應(yīng)用

李建輝1，井 嶸2，劉世明1，吳聚昆1，郭 韜1

（1.山東大學(xué)電網(wǎng)智能化調(diào)度與控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，濟(jì)南 250061；2.國(guó)網(wǎng)山東電力公司煙臺(tái)供電公司，煙臺(tái) 264000）

為了克服重載線路內(nèi)部發(fā)生高阻接地故障時(shí)縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)的靈敏度不足甚至拒動(dòng)的問題，傳統(tǒng)保護(hù)方案中引入零序電流差動(dòng)保護(hù)作為電流差動(dòng)保護(hù)的補(bǔ)充，但是零序電流差動(dòng)保護(hù)不具有選相功能，并且在線路非全相運(yùn)行又發(fā)生高阻接地故障時(shí)零差保護(hù)可能會(huì)拒動(dòng)。針對(duì)此問題，根據(jù)縱聯(lián)支接阻抗保護(hù)的特點(diǎn)，本文提出將縱聯(lián)支接阻抗保護(hù)原理作為全電流差動(dòng)保護(hù)原理的補(bǔ)充，構(gòu)成一種新的保護(hù)方案，克服了零序電流差動(dòng)保護(hù)作為縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)補(bǔ)充時(shí)存在的問題。新保護(hù)方案動(dòng)作速度快，無需額外的選相元件就能分相動(dòng)作，不受線路非全相運(yùn)行方式的影響且無需對(duì)電容電流進(jìn)行補(bǔ)償，線路發(fā)生高阻接地故障時(shí)，新方案能夠靈敏可靠動(dòng)作。仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了新保護(hù)方案的正確性和有效性。

縱聯(lián)支接阻抗；縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)；保護(hù)方案；過渡電阻；非全相

為了提高電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行水平，滿足大容量、遠(yuǎn)距離傳送電能的需要，電網(wǎng)的主干線路越來越多地采用超高壓、特高壓線路。超（特）高壓輸電線路在電網(wǎng)中的地位非常重要，繼電保護(hù)將承擔(dān)更大的責(zé)任，保護(hù)的性能需要進(jìn)一步地提高。

全電流差動(dòng)保護(hù)具有靈敏度高、簡(jiǎn)單可靠、選擇性好等優(yōu)點(diǎn)[1]，隨著數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展和光纖通信成本的下降，全電流差動(dòng)保護(hù)越來越廣泛地應(yīng)用于輸電線路中。然而該保護(hù)原理會(huì)受到電容電流[2-4]、負(fù)荷電流[5]以及過渡電阻等的影響。當(dāng)重載線路內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，負(fù)荷電流對(duì)保護(hù)的影響將不能忽略，全電流差動(dòng)保護(hù)可能拒動(dòng)。為了克服負(fù)荷電流的影響，提出了基于故障分量的電流差動(dòng)保護(hù)原理[6-8]，以及利用故障分量的阻抗保護(hù)原理[9-11]，這些保護(hù)原理不受負(fù)荷電流的影響，但是該原理基于故障后短期內(nèi)負(fù)荷電流不變的假設(shè)，因而該原理只能應(yīng)用在故障發(fā)生后的1～2周波內(nèi)，另外當(dāng)發(fā)生高阻接地故障時(shí)，故障分量很小，保護(hù)的輔助判據(jù)可能不能滿足而導(dǎo)致保護(hù)拒動(dòng)。為了克服高過渡電阻的不利影響，提出了零序電流差動(dòng)保護(hù)原理[12-13]，該保護(hù)原理在各種故障情況下基本都能動(dòng)作。

零序電流差動(dòng)保護(hù)通常作為電流差動(dòng)保護(hù)的補(bǔ)充應(yīng)用于線路的傳統(tǒng)保護(hù)方案中[14-19]，主要用來反映線路的高阻接地故障，但在線路非全相運(yùn)行狀態(tài)下發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)，由于零序負(fù)荷電流的制動(dòng)作用，使得零序電流差動(dòng)保護(hù)的靈敏度下降，某些情況下可能拒動(dòng)。另外零序電流差動(dòng)保護(hù)不具有選相功能，并且為了克服三相不同時(shí)合閘的影響，保護(hù)需要經(jīng)短暫延時(shí)才能動(dòng)作（一般為100 ms），延長(zhǎng)了保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間。

本文根據(jù)縱聯(lián)支接阻抗LTI（longitudinal tapped impedance）保護(hù)原理的特點(diǎn)，將其作為全電流差動(dòng)保護(hù)的補(bǔ)充，構(gòu)成新的保護(hù)方案，新保護(hù)方案具有傳統(tǒng)保護(hù)方案能夠反映重載線路內(nèi)部發(fā)生高阻接地故障的能力，并且克服了零序電流差動(dòng)保護(hù)作為電流差動(dòng)保護(hù)補(bǔ)充時(shí)存在的問題，新保護(hù)方案動(dòng)作速度加快，無需選相元件就能分相動(dòng)作，且當(dāng)非全相運(yùn)行線路發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時(shí)，新保護(hù)方案能靈敏可靠動(dòng)作。仿真結(jié)果證實(shí)了新保護(hù)方案的正確性與有效性。

1 LTI保護(hù)構(gòu)成的電流差動(dòng)保護(hù)新方案

1.1 LTI的定義

圖1所示為任意一個(gè)T型電路，圖中m、n為輸電線路兩端的母線，f為故障點(diǎn)，Zmf和Znf分別為m、n端母線到故障點(diǎn)f之間的線路正序阻抗，f到地之間為T型電路的支路，支路阻抗為Zg。根據(jù)基爾霍夫電壓定律可以得到

式中：U?m、U?n分別為m、n端對(duì)地電壓；I?m、I?n分別為從m、n端流向f點(diǎn)的電流；I?d為流經(jīng)支接支路的電流。

圖1 T型電路Fig.1 Circuit of T type

由式（1）解得T型電路支路阻抗為

定義T型電路的支路阻抗為L(zhǎng)TI，因而對(duì)于圖1所示T型電路，LTI值等于Zg，式（2）即為L(zhǎng)TI值的計(jì)算式。

1.2 輸電線路內(nèi)部故障時(shí)的LTI

圖2給出了三相輸電線路內(nèi)部發(fā)生C相接地故障時(shí)的等效電路。由圖2可見，故障相C相線路構(gòu)成了T型電路，其支路由兩條支路并聯(lián)構(gòu)成，其中ZC為線路的集中容抗值，Rg為過渡電阻，當(dāng)過渡電阻較大時(shí)，線路容抗不可以忽略，線路容抗能以集中參數(shù)的形式表示，并將其并聯(lián)到過渡電阻的兩端，這種簡(jiǎn)化不會(huì)引起太大的誤差；當(dāng)過渡電阻非常小時(shí)，線路容抗可以忽略，然而將線路集中容抗直接并聯(lián)在過渡電阻兩端這種簡(jiǎn)化仍然適用，這是因?yàn)榫€路集中參數(shù)容抗值較大，過渡電阻與線路容抗的并聯(lián)值幾乎就等于Rg，相當(dāng)于忽略了線路容抗，因而當(dāng)線路內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，不管過渡電阻的大小如何，統(tǒng)一將線路容抗以集中參數(shù)的形式與過渡電阻并聯(lián)是可行的。

圖2 線路內(nèi)部故障等效電路Fig.2 Equivalent circuit of line with internal fault

根據(jù)LTI的定義，由圖2可知故障相的LTI值近似等于過渡電阻與線路容抗的并聯(lián)值，即

當(dāng)在輸電線路中考慮相間互感的影響時(shí)，需要對(duì)LTI的計(jì)算公式（2）進(jìn)行修正，得到

式（5）即為在輸電線路中經(jīng)過修正的LTI的計(jì)算公式。

1.3 輸電線路無故障或外部故障時(shí)LTI

圖3為輸電線路無故障或外部發(fā)生故障時(shí)的等效電路（無故障時(shí)沒有Rf支路），為了方便，以單相的形式表示，由圖3可知，線路mn形成了T型電路，其支路為線路的容抗，因而根據(jù)LTI的定義可知在輸電線路外部故障或沒有故障時(shí)LTI值近似等于ZC，即

圖3 輸電線路無故障或外部故障時(shí)的等效電路Fig.3 Equivalent circuit of line without fault or with external fault

1.4 電流差動(dòng)保護(hù)新方案

由式（3）和式（6）可知，當(dāng)線路無故障或外部故障時(shí)，LTI值近似等于線路容抗ZC，位于復(fù)平面的負(fù)虛軸上，其模值很大；當(dāng)線路內(nèi)部故障時(shí)，LTI值近似等于Rg||ZC，位于復(fù)平面的第四象限，隨著Rg的增加，Rg||ZC逐漸偏離實(shí)軸，當(dāng)發(fā)生高阻接地故障時(shí)，Rg與ZC相比仍然較小，Rg||ZC偏離實(shí)軸的角度不大。

根據(jù)線路內(nèi)、外部故障時(shí)LTI值的差別可以構(gòu)成LTI保護(hù)新原理，利用式（5）計(jì)算得到的LTI值來區(qū)分區(qū)內(nèi)、外故障，該保護(hù)原理不受負(fù)荷電流、系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響，無需對(duì)電容電流進(jìn)行補(bǔ)償，具有天然的選相能力，并且能夠靈敏反映重載線路內(nèi)部發(fā)生的高阻接地故障。LTI保護(hù)由于計(jì)算公式包含較多的加減乘除運(yùn)算，因此需要的濾波要求較高，又因?yàn)長(zhǎng)TI保護(hù)主要用來反映重載線路內(nèi)部發(fā)生的高阻接地故障，動(dòng)作速度可以稍慢，因此LTI保護(hù)可在保護(hù)啟動(dòng)20 ms后投入，采用全波傅氏算法計(jì)算電壓電流量，能夠滿足保護(hù)的需要。

全電流差動(dòng)保護(hù)具有靈敏度高、簡(jiǎn)單可靠、選擇性好等優(yōu)點(diǎn)，然而當(dāng)重載線路內(nèi)部發(fā)生高阻接地故障時(shí)，由于負(fù)荷電流的制動(dòng)作用，保護(hù)靈敏度下降甚至拒動(dòng)，由LTI保護(hù)的特性可知，LTI保護(hù)可以作為全電流差動(dòng)保護(hù)的補(bǔ)充，主要用來反映重載線路內(nèi)部發(fā)生的高阻接地故障，以此構(gòu)成差動(dòng)保護(hù)新方案。

全電流差動(dòng)保護(hù)在保護(hù)啟動(dòng)后即可投入，直至整組復(fù)歸；而LTI保護(hù)在保護(hù)啟動(dòng)20 ms后投入，直至整組復(fù)歸。全電流差動(dòng)保護(hù)在保護(hù)啟動(dòng)后的20 ms內(nèi)可以根據(jù)需要采用短數(shù)據(jù)窗及高保護(hù)動(dòng)作定值的保護(hù)原理，保護(hù)判據(jù)可以根據(jù)需要靈活整定，對(duì)于一些嚴(yán)重故障可以做到快速切除；20 ms后采用全周波數(shù)據(jù)窗及低動(dòng)作定值的比率制動(dòng)保護(hù)原理。

對(duì)于LTI保護(hù)，保護(hù)動(dòng)作區(qū)如圖4中灰色區(qū)域所示，其形狀為上邊水平的扇形。保護(hù)判據(jù)為

式中：Zset為圖4復(fù)平面上扇形圓心點(diǎn)所在處的復(fù)數(shù)值；Rset和θset分別為扇形半徑和圓心角的整定值。3個(gè)參數(shù)值需要根據(jù)線路參數(shù)來確定。根據(jù)線路容抗值ZC與系統(tǒng)可能出現(xiàn)的最大過渡電阻Rg_max的并聯(lián)值Rg_max||ZC的模值來確定Rset，根據(jù)Rg_max||ZC的相角來確定θset，即

圖4 保護(hù)動(dòng)作區(qū)的的復(fù)平面Fig.4 Complex plane with protection operation region

本文主要研究LTI保護(hù)投入后LTI與全電流差動(dòng)保護(hù)的配合問題，LTI保護(hù)投入前（保護(hù)啟動(dòng)后20 ms之內(nèi)）投入的全電流差動(dòng)保護(hù)判據(jù)可以根據(jù)需要靈活選用保護(hù)定值及制動(dòng)系數(shù)。保護(hù)啟動(dòng)20 ms后的全電流差動(dòng)保護(hù)判據(jù)，判據(jù)中不對(duì)電容電流進(jìn)行補(bǔ)償，其判據(jù)為

式中：IZD為保護(hù)動(dòng)作電流定值；h為制動(dòng)系數(shù)。

保護(hù)啟動(dòng)后20 ms內(nèi)，全電流差動(dòng)保護(hù)能夠切除部分嚴(yán)重故障，保護(hù)啟動(dòng)20 ms后，全電流差動(dòng)保護(hù)與LTI保護(hù)并行工作，二者只要有一個(gè)滿足動(dòng)作判據(jù)，保護(hù)即出口。在重載線路中發(fā)生高阻接地故障時(shí)，全電流差動(dòng)保護(hù)靈敏度降低，甚至?xí)軇?dòng)，而LTI保護(hù)能夠靈敏可靠動(dòng)作。

2 仿真驗(yàn)證

應(yīng)用PSCAD/EMTDC仿真軟件搭建系統(tǒng)仿真模型，通過仿真產(chǎn)生數(shù)據(jù)，應(yīng)用MATLAB對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，驗(yàn)證基于LTI的保護(hù)原理。

2.1 仿真模型

仿真中，分別在圖5所示的5處位置模擬不同故障類型（即不同過渡電阻和不同相別的故障）。線路兩端的電流正方向均取為從母線到線路，如圖5所示。輸電線路參數(shù)如表1所示。

仿真中所用系統(tǒng)參數(shù)如下所示：

m側(cè)系統(tǒng)正序阻抗Zm1=4.36+j49.81 Ω；

m側(cè)系統(tǒng)零序阻抗Zm0=1.1+j16.6 Ω；

n側(cè)系統(tǒng)正序阻抗Zn1=1.1+j12.45 Ω；

n側(cè)系統(tǒng)零序阻抗Zn0=0.27+j4.15 Ω。

LTI保護(hù)及零序電流差動(dòng)保護(hù)都需要與全電流差動(dòng)保護(hù)相配合，為了說明他們的配合關(guān)系，需要對(duì)3種保護(hù)原理的判據(jù)進(jìn)行整定。

圖5 仿真模型Fig.5 Simulation Model

表1 輸電線路參數(shù)Tab.1 Parameters of transmission line

對(duì)于全電流差動(dòng)保護(hù)，保護(hù)判據(jù)式（9）中的IZD整定為4倍的線路電容電流，制動(dòng)系數(shù)h整定為0.6[14，16]，對(duì)于本文所用仿真模型，估算線路正常運(yùn)行情況下線路電容電流為250 A，因此IZD整定為1 000 A。

對(duì)于LTI保護(hù)，對(duì)于本文所示仿真模型，可將動(dòng)作區(qū)域的Zset整定為-300+j100，Rset整定為1 000，θset整定為35°。

零序電流差動(dòng)保護(hù)[14，16]輔助判據(jù)的啟動(dòng)電流整定為0.6倍的線路電容電流，本文將其整定為150 A，主判據(jù)的制動(dòng)系數(shù)整定為0.8，可得判據(jù)為

本文主要關(guān)注LTI保護(hù)作為全電流差動(dòng)保護(hù)補(bǔ)充的可行性問題，主要對(duì)保護(hù)啟動(dòng)20 ms后LTI保護(hù)或零序電流差動(dòng)保護(hù)與全電流差動(dòng)保護(hù)的配合關(guān)系進(jìn)行研究，對(duì)于20 ms內(nèi)的保護(hù)方案可根據(jù)需要靈活選擇。

2.2 新保護(hù)方案與傳統(tǒng)方案抗過渡電阻能力的比較

將系統(tǒng)兩側(cè)的電源電動(dòng)勢(shì)分別設(shè)為Es1=500∠0°kV，Es2=500∠-45°kV，根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)可以求得正常運(yùn)行情況下的負(fù)荷電流約為1 900 A。

表2所示為輸電線路內(nèi)部不同位置發(fā)生A相接地故障時(shí)的仿真結(jié)果，表2及后文所有表中所列ZLTI均為故障發(fā)生一周波（20 ms）后的數(shù)據(jù)，當(dāng)故障發(fā)生在K4處時(shí)，仿真結(jié)果與故障發(fā)生在K2處類似，表中沒有給出。

由表2可見，對(duì)于故障相A相，隨著過渡電阻的增加，傳統(tǒng)的全電流差動(dòng)保護(hù)不再滿足動(dòng)作條件，而作為全電流差動(dòng)保護(hù)補(bǔ)充的LTI保護(hù)和零序電流差動(dòng)保護(hù)仍然滿足動(dòng)作條件，即使過渡電阻達(dá)到300 Ω時(shí)，仍能靈敏可靠動(dòng)作。

表2 線路內(nèi)部A相接地故障時(shí)A相仿真結(jié)果Tab.2 Simulation results of phase A with internal phase A to ground fault

表3列出了線路內(nèi)部發(fā)生A相接地故障時(shí)，非故障相B相的仿真結(jié)果。由表3可知，全電流差動(dòng)保護(hù)與LTI保護(hù)均不會(huì)誤動(dòng)，C相與B相保護(hù)動(dòng)作結(jié)果類似，不再贅述。

表3 線路內(nèi)部發(fā)生A相接地故障時(shí)B相仿真結(jié)果Tab.3 Simulation results of phase B with internal phase B to ground fault

為了判斷在線路外部發(fā)生故障時(shí)LTI保護(hù)（零序電流差動(dòng)保護(hù)與全電流差動(dòng)經(jīng)合理整定均不會(huì)誤動(dòng)，表中未列出）是否會(huì)誤動(dòng)，在圖5所示模型中對(duì)線路外部K1、K5點(diǎn)發(fā)生A相接地故障的情況進(jìn)行了仿真。表4所列為K1處發(fā)生故障時(shí)的仿真結(jié)果。

表4 線路外部故障仿真結(jié)果Tab.4 Simulation results with external fault

由表4可見，當(dāng)線路外部發(fā)生單相接地故障時(shí)，LTI保護(hù)不會(huì)誤動(dòng)，具有足夠的安全性。當(dāng)發(fā)生金屬性故障時(shí)，LTI計(jì)算結(jié)果與預(yù)期結(jié)果（線路的集中容抗值）有差異，這是因?yàn)長(zhǎng)TI的計(jì)算公式以集中參數(shù)模型推導(dǎo)得到，而輸電線路為分布參數(shù)元件，這就會(huì)引起一定的誤差，這種誤差不會(huì)導(dǎo)致LTI保護(hù)誤動(dòng)，因?yàn)長(zhǎng)TI保護(hù)的裕度很高。

表5列出了線路內(nèi)、外發(fā)生A、B兩相接地故障（ABN）時(shí)的部分仿真結(jié)果。由表5可知，當(dāng)線路內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，LTI保護(hù)具有選相能力，故障相均能靈敏動(dòng)作，非故障相安全可靠不動(dòng)；當(dāng)線路外部發(fā)生故障時(shí)，三相LTI保護(hù)均可靠不動(dòng)，保證了保護(hù)的安全性。其余各種故障情況仿真結(jié)果與上述說明類似，篇幅所限，表中沒有列出。

值得一提的是當(dāng)發(fā)生兩相短路故障時(shí)，由于LTI保護(hù)原理是基于T型電路提出來的，直觀上看LTI保護(hù)不再適用，然而經(jīng)過理論分析可知，LTI保護(hù)仍能適用，筆者另有文章專門研究?jī)上喽搪窌r(shí)的問題。

表5 其他故障類型的仿真結(jié)果Tab.5 Simulation results with other types of fault

2.3 負(fù)荷電流對(duì)新保護(hù)方案與傳統(tǒng)保護(hù)方案的影響

為了研究負(fù)荷電流的影響，需要改變兩端電勢(shì)角，保持Es1=500∠0°kV不變，設(shè)Es2=500∠-5°kV為 情 況 1，Es2=500∠-25°kV 為 情 況 2，Es2=500∠-45°kV為情況3，Es2=500∠-60°kV為情況4，對(duì)線路內(nèi)外部發(fā)生的各種故障情況進(jìn)行了仿真，篇幅所限，表6中只列出過渡電阻為100 Ω的A相接地故障時(shí)的仿真結(jié)果。

由表6可知，當(dāng)線路內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，隨著負(fù)荷電流的增加，全電流差動(dòng)保護(hù)將不能動(dòng)作，而零序電流差動(dòng)保護(hù)始終都能夠動(dòng)作，因而由全電流差動(dòng)保護(hù)與零序電流差動(dòng)保護(hù)構(gòu)成的保護(hù)方案能夠克服負(fù)荷電流的影響，保護(hù)靈敏動(dòng)作，同理LTI保護(hù)也能夠靈敏動(dòng)作，不受負(fù)荷電流的影響。由表6還可知，當(dāng)線路外部發(fā)生故障時(shí)，全電流差動(dòng)、零序電流差動(dòng)以及LTI保護(hù)均能可靠不動(dòng)，不會(huì)受到負(fù)荷電流的影響。

綜合第2.2節(jié)和2.3節(jié)，表2～表6仿真結(jié)果驗(yàn)證了LTI保護(hù)原理的正確性，并且由表2、表6可知，LTI保護(hù)和零序電流差動(dòng)保護(hù)在重載線路發(fā)生高阻接地故障時(shí)均能靈敏動(dòng)作，因此LTI保護(hù)與零序電流差動(dòng)保護(hù)均能用來反映重載線路的高阻接地故障，然而零序電流差動(dòng)保護(hù)不具有選相功能，并且為了克服三相不同時(shí)合閘的影響，零序電流差動(dòng)保護(hù)需要經(jīng)過短暫延時(shí)（通常100 ms）才能動(dòng)作，而LTI保護(hù)具有天然的選相能力，并且無延時(shí)動(dòng)作的要求，從這方面來說，LTI保護(hù)提高了保護(hù)的性能。

表6 不同負(fù)荷情況下線路內(nèi)部A相接地故障時(shí)A相仿真結(jié)果Tab.6 Simulation results of phase A with internal phase A to ground fault under different loads

2.4 線路非全相運(yùn)行時(shí)發(fā)生故障

將系統(tǒng)兩側(cè)的電源電動(dòng)勢(shì)分別設(shè)為Es1=500∠0°kV ，Es2=500∠-45°kV ，對(duì)線路非全相運(yùn)行（A、B相運(yùn)行，C相斷開）時(shí)A相接地短路故障（AN）和AB兩相接地短路故障（ABN）情況進(jìn)行仿真。

表7 線路非全相運(yùn)行時(shí)發(fā)生內(nèi)部故障仿真結(jié)果Tab.7 Simulation results of open-phase operation line with internal fault

表7給出了非全相運(yùn)行線路內(nèi)部K2處發(fā)生故障時(shí)3種保護(hù)的仿真結(jié)果，K3和K4處故障時(shí)仿真結(jié)果與K2處類似，不再列出。

由表7可見，當(dāng)非全相運(yùn)行線路發(fā)生接地故障時(shí)，當(dāng)過渡電阻較小時(shí)，3種保護(hù)原理均能判斷出故障，而隨著過渡電阻的增加，全電流差動(dòng)保護(hù)由于受到負(fù)荷電流的影響而不能判斷出故障，傳統(tǒng)保護(hù)方案中需由零序電流差動(dòng)保護(hù)反映故障，然而零序電流差動(dòng)保護(hù)由于受到零序穿越電流的影響而不能判斷出故障，而LTI保護(hù)不會(huì)受到零序負(fù)荷電流的影響，因此LTI保護(hù)仍能靈敏判斷出故障，從這方面來說，LTI保護(hù)與零序差動(dòng)保護(hù)相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

2.5 故障暫態(tài)過程對(duì)LTI保護(hù)的影響

圖6所示為線路內(nèi)部（K2處）發(fā)生A相接地故障時(shí)，變量ZLTI-Zset的模值與相角隨時(shí)間的變化圖，故障發(fā)生在0.50 s時(shí)刻，灰色區(qū)域?yàn)閯?dòng)作區(qū)，由圖6可知，故障相模值與相角在故障后一周波內(nèi)均進(jìn)入動(dòng)作區(qū)，并逐漸達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，由于采用全窗傅氏算法，在故障后第一周波內(nèi)計(jì)算LTI所用數(shù)據(jù)包含故障后的量與部分故障前的量，因此在故障后第一周波內(nèi)會(huì)有暫態(tài)過程，LTI保護(hù)是在保護(hù)啟動(dòng)一周波后投入的，LTI保護(hù)所用數(shù)據(jù)將均為故障后的數(shù)據(jù)，因此故障相能夠靈敏可靠動(dòng)作，非故障相可靠不動(dòng)。

圖6 線路內(nèi)部A相接地故障時(shí)ZLTI-Zset模值與相角Fig.6 Magnitude and phase angle ofZLTI-Zsetwith internal ground fault of phase A

圖7所示為線路外部（K5處）發(fā)生A相接地故障時(shí)，變量ZLTI-Zset的模值與相角隨時(shí)間的變化圖，同樣故障發(fā)生在0.50 s時(shí)刻，灰色區(qū)域?yàn)閯?dòng)作區(qū)。由圖7可知，三相LTI的模值與相角在故障后一周波內(nèi)會(huì)有波動(dòng)，但將逐漸達(dá)到穩(wěn)定，原因同上，一周波后模值與相角基本會(huì)達(dá)到穩(wěn)定，當(dāng)LTI保護(hù)在保護(hù)啟動(dòng)一周波后投入時(shí)，保護(hù)不會(huì)誤動(dòng)，保證了區(qū)外故障時(shí)保護(hù)的安全性。

圖7 線路外部A相接地故障時(shí)ZLTI-Zset模值與相角Fig.7 Magnitude and phase angle ofZLTI-Zsetwith external ground fault of phase A

3 結(jié) 語(yǔ)

本文根據(jù)LTI保護(hù)的特點(diǎn)，提出將其作為全電流差動(dòng)保護(hù)的補(bǔ)充，構(gòu)成保護(hù)新方案。LTI保護(hù)與零序電流差動(dòng)保護(hù)相比，具有動(dòng)作速度快且能分相動(dòng)作的優(yōu)點(diǎn)，在反映重載線路高阻接地故障的能力方面，LTI保護(hù)并不弱于零序電流差動(dòng)保護(hù)。零序電流差動(dòng)保護(hù)面臨的主要問題是在非全相運(yùn)行狀態(tài)下發(fā)生高阻接地故障時(shí)，保護(hù)因受零序負(fù)荷電流的影響而導(dǎo)致靈敏度下降甚至拒動(dòng)，LTI保護(hù)不受負(fù)荷電流的影響，也不會(huì)受到零序負(fù)荷電流的影響，因而LTI保護(hù)在這種情況下仍能靈敏可靠動(dòng)作。LTI計(jì)算公式中應(yīng)用了線路阻抗，當(dāng)兩端電氣量不同步時(shí)，相當(dāng)于增加或減少了線路阻抗，會(huì)產(chǎn)生一定的誤差，因而該保護(hù)算法對(duì)兩端同步有一定的要求，并且由于LTI保護(hù)應(yīng)用兩端電壓電流量計(jì)算LTI，并且計(jì)算過程包含多次的加減乘除運(yùn)算，導(dǎo)致對(duì)濾波的要求較高，鑒于LTI保護(hù)在新保護(hù)方案中作為全電流差動(dòng)保護(hù)的補(bǔ)充，主要用來反映重載線路的高阻接地故障，在保護(hù)啟動(dòng)一周波（甚至可以更長(zhǎng)）后投入，因而可以利用較長(zhǎng)數(shù)據(jù)窗的算法，新方案的應(yīng)用性能夠得到提高。仿真結(jié)果驗(yàn)證了LTI作為全電流差動(dòng)保護(hù)構(gòu)成的保護(hù)新方案的正確性與有效性。

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Application of Longitudinal Tapped Impedance Protection to EHV/UHV Lines

LI Jianhui1，JING Rong2，LIU Shiming1，WU Jukun1，GUO Tao1
（1.Key Laboratory of Power System Intelligent Dispatch and Control of Ministry of Education，Shandong University，Jinan 250061，China；2.Yantai Power Supply Company，State Grid Shandong Electric Power Company，Yantai 264000，China）

In order to overcome the problem of the decrease in the sensitivity of longitudinal current differential protection or even protection failure when an internal ground fault with high resistance occurs on heavy load lines，zero-sequence current differential protection is introduced as a supplement to the current differential protection in the traditional protection scheme.However，zero-sequence differential protection does not have phase-selection capability，and it may refuse to operate when a ground fault with high resistance occurs on open-phase operation lines.To solve this problem，it is suggested that longitudinal tapped impedance（LTI）protection can be served as a supplement to the full current differential protection to constitute a new protection scheme based on its characteristics，which overcomes the problem induced by zero-sequence current differential protection.The new protection scheme can act quickly and it has natural phase selection capability.Moreover，it is not affected by open-phase operation mode，and does not need to compensate the capacitive current.When a ground fault with high resistance occurs，the new protection scheme can operate reliably and sensitively.Simulation results verify the correctness and validity of the new scheme．

longitudinal tapped impedance（LTI）；longitudinal differential protection；protection scheme；transition resistance；open-phase

TM773

A

1003-8930（2017）10-0065-08

10.3969/j.issn.1003-8930.2017.10.012

2015-09-15；

2017-04-07

李建輝（1989—），男，通信作者，碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)繼電保護(hù)。Email：smilence123@outlook.com

井 嶸（1971—），男，本科，工程師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)自動(dòng)化和智能電網(wǎng)。Email：jinrong-yt@163.com

劉世明（1972—），男，博士，教授，研究方向?yàn)樽冸娬咀詣?dòng)化及繼電保護(hù)。Email：lsm@sdu.edu.cn