智能变电站同杆双回线保护功能优化的探讨

2014-04-12申泉，高云

电力工程技术 2014年3期

申泉，高云

(国电南京自动化股份有限公司，江苏南京210032)

出线走廊的限制使得同杆并架双回线路日益增多。与单回线路相比，同杆双回线路结构具有特殊性,不仅可能发生单回线对地故障或者单回线相间故障，还可能发生两回线线间的跨线故障。跨线故障情况复杂，给基于单回线信息的继电保护原理带来了许多新问题，例如故障选相困难，测距不准等。另外，双回线间的零序互感也给常用的纵联零序方向保护、接地距离保护等带来很大的影响。常规变电站中，为简化二次回路，方便调试和维护，双回线继电保护都是按单回线独立配置的，两回线路的继电保护装置之间没有任何联系，一回线的保护装置也不能获取相邻线任何电气量信息。应该说这种配置方案在传统变电站是发挥了积极作用的，降低了因二次回路问题导致保护不正确动作的几率，但由于保护获得的信息有限，限制了双回线路继电保护性能的改进。如今智能变电站建设正如火如荼的展开，站内信息数字化、网络化的特点为信息共享提供了方便，为进一步提高双回线保护性能提供了条件。文中主要在选相元件、距离保护、纵联零序保护和差动保护方面展开探讨。

1 基于电流平衡原理的选相方法

常规的选相原理均是基于单回线路故障特征所提出的，在同杆双回线路发生跨线故障时其选择性和可靠性难以保证[1，2]。双回线故障选相是双回线路保护的一大难题，文中提出在智能变电站双回线保护中采用基于电流平衡原理的选相方法。

对称双回线区内无故障时两回线对应相电流完全相等，区内故障时两线对应故障相电流不平衡。电流平衡选相原理就基于此特征，判据如下：

若故障后两回线Φ相电流之间满足式（1）所示关系，则选Φ为故障相。

对于单线故障或异名相跨线故障（IA_IIB等）均能可靠选出故障相别，但是对于含同名相的故障，如IA_IIAB这样的故障，A相可能选不出来，还需要进一步甄别。另外，对于选出的相别也需要通过电流方向、幅值等进一步判别故障线。以A相故障为例，初步选相逻辑如图 1 所示。图中I˙AI和I˙AII分别为 I线和 II线的 A相电流。

图1 电流平衡选相逻辑

2 自适应距离保护

2.1 距离I段定值自适应

双回线上接地距离保护受零序互感影响容易造成保护拒动或者误动[3]。最严重的情况在于相邻线路两侧挂地运行，本线路末端母线故障，受零序互感影响，远端距离I段保护可能超越动作。为保证距离保护的选择性和安全性，双回线路距离I段保护范围整定的都比普通线路要小，这样就影响了双回线正常运行时候距离保护的灵敏度。文中在基于智能变电站双回线路信息充分共享的基础上提出了距离I段定值自适应方案。

保护通过GOOSE网络不仅采集线路开关的位置接点，同时采集相应接地刀闸位置接点。通过线路开关及接地刀闸位置可以实时判别两回线路运行状况。相邻线路空挂运行或者正常运行时，对本线路影响很小，本线路距离I段保护定值可以按单回线运行考虑，保证其灵敏度；相邻线路两侧挂地运行时，保护自动缩小距离I段保护范围，以保证其安全性。

2.2 阻抗继电器自适应

常规的基于单回线电气量的阻抗继电器在双回线发生跨线故障时无法准确反应故障点位置和故障回路阻抗[4]。智能变电站双回线路保护由于引入了相邻线路的交流量，可以计算基于线间的故障回路阻抗。

线路发生单回线相间故障则采用常规的相间阻抗继电器；若发生异名相跨线故障，则采用基于线间故障回路的阻抗继电器。以IA_IIB的故障为例，可以根据式（2）计算故障回路阻抗，并判别是否发生区内故障。

式中：U˙A，U˙B分别为线路 A、B 两相电压；I˙AI和I˙BII分别为线路I的A相和线路II的B相电流。其他类型跨线故障类似。该方法解决了基于单回线信息的阻抗继电器在发生跨线不接地故障时失去保护范围的问题。

3 纵联零序方向保护

纵联零序方向保护对于线路高阻故障的快速、可靠切除具有重要意义。但受平行双回线间零序互感的影响，在一回线故障时可能造成另一回非故障线路的纵联零序方向保护不正确动作，这是纵联零序保护最难解决的问题[5-8]。

智能变电站中双回线保护新的配置方案下，两回线路的交流量及开关量信息都是共享的，很容易实现单回线故障时对另一回线纵联零序保护的关联闭锁。主要考虑如下几种情况：（1）相邻线保护有跳闸；（2）相邻线开关单相跳开；（3）相邻线零序电流远大于本线零序电流。在满足上述任何一条的情况下短时闭锁线路纵联零序保护，可有效防止相邻线路故障情况下非故障线路纵联零序保护误动。

4 差动保护电容电流补偿方法

长距离、高压输电线路电容电流不能被忽略，对分相电流差动影响很大，尤其是线路单侧合闸容易造成差动保护误动，必须采用电容电流补偿技术[9，10]。电容电流补偿原理众多，但均需考虑线路高抗的分流，而高抗电流实时估算是个迭代算法，初值问题解决不好会引起很大误差。

智能变电站在采样值组网传输的情况下，线路保护可以在不增加任何接线和设备的情况下通过站内采样值网络引入对应的高抗电流值，无需再用繁琐的迭代算法求取该电流，既简化了保护算法还提高了保护的可靠性。

差动保护需要线路两侧交换信息，可以考虑2种方案。其一，各侧均将电感电流和线路电流一并传给对侧，在对侧完成所有算法，需要多传3路交流量；其二，各侧都将自身线路电流和电感电流综合后送给对侧。

5 线路故障性质判别

高电压等级输电线路重合于永久性故障可能对机组造成严重损害，甚至威胁系统的稳定运行。近年来许多专家学者提出了多种各样的线路故障性质判别方法，但大多是基于断开相恢复电压特征的[11，12]，算法的适应性有待提高。文献[13]提出利用高压线路并联电抗电流幅值判别线路故障性质，该方法简单有效。但传统变电站中线路保护无法引入高抗电流，算法需在电抗器保护中实现，然后通过接点与线路保护（或断路器保护）的重合闸配合，使得二次接线复杂。

智能变电站采样值组网传输的方式下，线路保护可以通过站内采样值网络方便的采集对应高抗的电流量，利用高抗电流实现线路故障性质的判别。方案简单易行，无需复杂的二次回路，为实现自适应重合闸提供了新的解决思路。