同塔线路故障分析及其对继电保护影响

陈丹

（国网福建省电力有限公司检修分公司 福建福州 350003）

同塔线路故障分析及其对继电保护影响

陈丹

（国网福建省电力有限公司检修分公司 福建福州 350003）

本文从零序互感、跨线故障两方面针对同塔线路故障分析及其对继电保护的影响展开了分析，希望可以为同行的研究提供一些参考。

同塔线路；故障分析；继电保护；影响

我国人口众多，城市化进程不断加快，这种情况下如何提升土地利用率已经成为大家关注的问题。同塔输电模式在电力系统中的应用，不仅可以提升土地利用率，同时还能有效降低电力建设成本，进而帮助企业获得巨大的经济效益。这种线路模式和普通线路相比，对继电保护提出了更高的要求，跨线故障与零序互感都会对同塔线路继电保护是否会正确动作造成影响，下面本文以这两方面为中心，从故障分析的角度针对不同动作行为对继电保护造成的影响进行分析和评估。

1 同塔线路故障分析及继电保护的挑战

线路同塔搭设为电力系统故障分析及继电保护带来了巨大的挑战，具体表现在以下几方面：①同塔搭设线路时输电回路间的距离被拉近，在线路发生故障时其强磁耦合特征显现出来，对于以零序量为主要判断依据的接地保护带来了影响，特别是零序电流、接地距离保护超范围动作，以及纵联零序方向元件发生的动作行为。此外，不同电压等级电网中的同塔线路，在强磁弱电影响下也会出现零序功率方向舞动，进而扩大事故范围；②同塔线路间跨线故障对继电保护模式造成了冲击，强磁耦合特征也会对可解耦关系造成破坏，进而对继电保护正确选相及故障距离的正确判断造成影响等等；③因为受到分区供电、线路检修等因素的影响，当前的系统方式逐渐显示出一定的不确定性，同时同塔线路也存在不同的组合方式。对于继电保护来说，可能会难以协调灵敏性和选择性，不仅会造成保护整定的难以取舍，同时还可能会造成故障方向辨别时的不灵敏或者保护运行时保护范围不稳定等等，进而对继电保护造成威胁。同塔线路所处电源大小、电压等级等基本类型故障分析建模，可以有效反应出同塔线路电磁联系强弱，图1供分析。

2 同塔线路特殊性及其对继电保护的影响途径

2.1 同塔线路搭设型式的复杂性

因为电网建设、规划及变电站出现走廊限制等因素的影响，同塔线路搭设在型式上体现出了多样化的特征，具体表现在以下几方面：①起始点不同。由于同塔起点终点、长度等相关地理信息都不同，因此一些线路需要全程同塔并行搭设，还有一些需要分段同塔搭设，小部分线路需要多处局部同塔搭设；②回路数不同。由于输送功率需要的不同以及出于对输电走廊的考虑，同塔搭设线路在杆塔上可能会挂两回线路，甚至可能会挂四回或者六回线路；③横向距离不一。同塔线路之间线、回路横向距离不一，紧凑的布置在同一输电走廊的线路之间存在较大的横向距离差异，具体来说线路之间距离主要包括导线高度与导线之间水平间距和回路之间的距离；④接地情况不同。由于受到雷电波感应区域的限制，加上接地电阻的要求不同，因此输电线路避雷线的接地情况存在差异，一些需要分段接地，一些需要逐点接地。

2.2 同塔线路运行的特殊性

同塔线路运行特殊性需要从以下几方面展开分析：①回路间的强磁耦合。导线间的水平间距和导线高度均会影响线路静电耦合及磁耦合，主要表现为导线电容耦合越强，其水平间距就会越小，导线之间磁耦合越强，其回路之间水平距离就会越小，这时零序磁耦合也会越强；②跨线故障的出现。同塔线路和单回输电线路相比，其中主要问题之一就是跨线故障成为了可能，虽然运行统计跨线故障发生的几率尚不到20%，然而这种故障可能会涉及到两回以上输电线路，如果同时切除双回，将会对系统稳定运行造成严重影响；③线路组运行方式变化。由于受到限制局部短路电流、电网调度等因素的影响，同塔线路组在运行过程中可能会出现同时投运、部分停运及部分接地挂检等组合运行方式，线路运行方式不同，回路间零序互感阻抗在发生故障时就会在故障特征贡献上出现不同表现，因此直接造成了线路在线改变以及继电保护整定之间矛盾的出现。

2.3 同塔线路继电保护面临的问题

①保护选相元件。线路保护选相元件利用突变量选相、稳态量选相之间结合的方式，其中突变量选相主要应用相电流差突变量元件，稳态量选相主要利用序分量分区加阻抗识别的方式。这两种原理在简单故障中适用，在复杂故障中均不能保证选出正确故障相；②零序过流元件。一回输电线路出现短路故障，同塔其他输电线路也会出现感应零序故障分量，零序电流分配会发生改变，进而增加相邻线路零序电流，对零序过流元件的判断造成影响；③零序方向元件。互感线路流过零序电流时，其相邻线路都会感受到零序电压，进而使零序电流电压相角出现和本线路内部接地故障相一致的特征，对零序方向继电器的正确判断造成了阻碍；④接地距离元件。由于不同运行方式下同塔线路组对零序补偿系数的影响是非常大的，线路接地距离保护的零序补偿系数选用固定取值必然会造成测量阻抗的偏差，进而使距离保护超范围或者欠范围动作。因此在整定接地距离保护零序补偿系数时，应该避免由于零序补偿系数整定偏大而造成的接地距离Ⅰ段偏大，在区外故障发生时防止零序补偿系数整定偏小，进而缩短接地距离Ⅱ段的保护范围。接地测量阻抗为：

3 几种同塔线路故障对继电保护的影响

3.1 同塔线路零序互感对继电保护的影响

①同塔线路外部接地故障时的影响。因为同塔线路具有相同的一般极性，因此在线路之间流过的零序电流其方向也是相同的，进而通过零序互感造成“零序助磁”效应，这时零序等值阻抗会增加，直接造成同塔线路中不同回路“零序电流降低”的现象，大大影响了零序过流保护的灵敏性；②同塔线路内部接地故障时的影响。零序电流可能会出现和故障距离不成比例变化的情况，通常可能会出现距离越远零序电流不减反增的情形；③一回线路接地挂检时助增零序电流。

3.2 同塔线路跨线故障对继电保护的影响

跨线故障几乎对所有保护元件都存在不同程度影响，从保护层面上来看，该故障是正反方向、远近地点均会同时发生的故障，同时回路之间还会出现强零序互感，所以会对相关元件构成实质性影响，具体来说涉及到电流突变量，零序负序等选相元件。例如，从2008年一直到2102年，某省的主网共发生了1889次线路故障，其中同塔跨线故障发生的次数为151次。当前一般线路保护配置可以将同名跨线故障正确切除，但是异名跨线故障，尙无法在任何情况下做到100%正确选相，可能会同时切除两条线路。

3.3 某省电网同塔线路特征对继电保护的影响评估

该电网2014年有效零序互感参数共有25对，互感线路共有174组，其中共有多回路同塔线路29组，分段89组，双回甲乙线路161组。

3.3.1 同塔线路继电保护受影响程度

全程同塔线路零序互阻抗可以达到零序自阻抗的50～70%，零序电流、接地距离保护变化量可以达到30～40%；在不完全同塔线路组中，在同塔长度达不到全长的30%的情况下，一旦现场出现同几级塔的情绪，零序互感对接地保护测量的影响还不到10%；对于同输电走廊不同塔线路中，如果线路之间零序互阻抗会达到了某条线路零序自阻抗的20以上，这种情况下就需要考虑该线路的零序电流、零序方向等方面影响。

3.3.2 接地保护的超越

平行线路之间零序电流反向将会提升线路零序电流，这种情况下几乎会涉及到所有同塔线路，共有两种选择，其一为退出零序Ⅰ段保护，其二为零序Ⅰ段整定计算时应综合考虑多种情绪可靠躲过，否则可能会造成非故障线路零序电流Ⅰ段超越，进而缩短保护区。

4 结语

综上所述，为了能够减少线路走廊，促进土地利用效率的提升，当前我国已经普遍使用同塔多回输电线路，并获得了巨大的经济效益。零序互感及跨线故障是同塔线路继电保护动作行为的两个主要影响因素，由于篇幅限制，本文仅以这两方面为核心，针对同塔线路复杂故障及其对继电保护的影响进行了深入细致的研究和分析，希望可以为同塔线路继电保护运行的可靠性及安全性提供理论上的支持。

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TM773

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1004-7344（2016）13-0069-02

2016-4-8