基于跨线故障识别的同杆双回线选相方案研究

喻小婷，明敏，谢晋

（黄石供电公司，湖北黄石435000）

基于跨线故障识别的同杆双回线选相方案研究

喻小婷，明敏，谢晋

（黄石供电公司，湖北黄石435000）

针对相电流差突变量选相元件在同杆双回线跨线故障下存在的问题，提出了一种选相新方法并在跨线故障识别的情况下，提出了基于单回线单侧电压电流量的综合选相元件，该选相元件是在比较相电压的基础上通过比较故障相电流的幅值和相位来实现的。

同杆双回线；故障选相；跨线故障

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.08.052

1 引言

差动保护是同杆并架双回线的首选保护[1]。由于同杆并架双回线的纵联保护基本采用多命令允许式的通道方式，选相元件是多命令方式纵联保护正确动作的基础。目前国内数字式高压线路保护中主要采用相电流差突变量选相和稳态量选相相结合的方式[1～2]。六序分量的选相原理能很好地识别同杆并架双回线所发生的各类单回线故障和跨线故障，具有很好的选相效果[2～4]，但其必须利用两回线的电气量，两回线同侧的保护之间必须交换信息，国内目前不推荐这种做法。

针对相电流差选相元件在双回线首端跨线故障事可能误选相的问题[5～7]，提出仅利用本回线保护的电气量来进行选相，该方法是在已判别跨线故障[8]的基础上进行的。利用电压选相元件选出同杆双回线包含的所有故障相，再通过故障相电流相位差和幅值大小判断出故障相，该选相原理解决了双回线跨线故障时，相电流差选相元件不正确动作的问题。

2 跨线故障误选原因分析

（1）相电流差突变量选相元件在本线相间跨邻线单相或者相间故障时可能误选为单相。以ⅠABⅡA为例，Ⅰ回线相电流差突变量选相元件会误选为B相故障。因为A相电流会被分流，使得Ⅰ回线的保护感受到两相故障相的电流差值较大，甚至某些时候IA会小于IB的一半。（2）如果出现在短线路的小电源出口处的故障，相电流差突变量选相元件也存在将单相故障误选为相间的可能。

3 双回线跨线故障特点分析

3.1 跨线故障分类

同杆并架双回线所有跨线故障可分成以下几类[7-9]：①单相跨同名单相(如ⅠAⅡA、ⅠAⅡAG)；②单相跨非同名单相(如ⅠBⅡC、ⅠBⅡCG)；③单相跨含同名相两相(如ⅠAⅡAB、ⅠAⅡABG)；④单相跨非同名两相(如ⅠAⅡBC、ⅠAⅡBCG)；⑤单相跨三相如(如ⅠAⅡABC、ⅠAⅡABCG)；⑥两相跨同名两相(如ⅠABⅡAB、ⅠABⅡABG)；⑦两相跨含单同名相两相(如ⅠABⅡBC、ⅠABⅡBCG)；⑧两相跨三相(如ⅠABⅡABC、ⅠABⅡABCG)；⑨三相跨三相(如ⅠABCⅡABC、ⅠABCⅡABGC)。

3.2 单相跨非同名相

以IBIICG跨线故障为例，对图1所示仿真模型，相电压选相结果为BC相故障，进一步利用两相电流差进行判别。根据理论分析，I回线M侧故障相电流I˙IBM由M侧电源提供，非故障相I˙ICM由N侧电源提供，电流大小取决于两侧电源及线路情况，一般情况下前者较大，两者相位基本相同。利用保护安装处是否有零序电压来判断故障是否接地。对图1系统进行仿真可得，BC两相电流差随着故障点从M侧到N侧移动而增大。如故障点在M侧时BC两相电流差为θIAB=-43.14°，故障点在MN中点时θIAB= 146.71°，故障点在N侧时θIAB=153.60°。但是论文只讨论了发生近端故障时的选相，在发生远端故障时，需要结合另一侧的选相结果。

当故障发生在近端时，随着接地电阻由无穷大到零减小，两故障相相位差由0°逐渐增加，但一般不会超过90°。根据测到的电流相位差θIAB=-43.1402°＜90°，从而可以判断Ⅰ回线为含单故障相线路。再通过比较三相电流的幅值，可选出电流幅值最大的相，即B相。II回线的情况类似。

图1 同杆双回线仿真模型

3.3 单相跨多相

类型③④⑤均属于单相跨多相故障，其中④⑤属于对称性故障，这些故障类型的故障特征类似，以③ⅠAⅡAB为例。设故障点在M侧近端。电压选相元件会选出AB相为故障相，Ⅰ回线为单相故障线路，根据仿真可得数据θIAB=-49.66°＜90°，从而可以判断Ⅰ回线为单相故障线路。再通过比较三相电流的幅值，可选出电流幅值最大的相，即A相为故障相。II回线是多相故障线路，由于θIAB＞90°，从而可以判断II回线为相间故障相线路。

3.4 两相跨多相

以⑦ⅠABⅡBCG为例，电压选相元件会选出ABC相为故障相，根据仿真得来的数据，θIAB=130.57°＞90°，从而可以判断Ⅰ回线为含相间故障相线路。再通过比较三相电流的幅值，可选出电流幅值较大的相为故障相。

4 双回线跨线故障选相

4.1 问题分析

以IAIIABC为例，电压选相结果为ABC相故障，仿真可得：θIAB=-80.30°，θIBC=136.33°，θICA=-56.03°。

根据文献［8］中的方法，利用M侧两故障相电流相位差判别本线是为单相故障或者相近故障。此时若利用θIAB、θICA进行判断，则为单相故障，若利用θIBC进行判断，则为相间故障，导致无法利用M端数据正确选出故障相。

根据仿真分析可以发现，当电压选相元件选出有三相发生故障时，无法利用两相电流相位差对本线故障类型判别，因此提出了新的选相方法，该选相方法可以解决以上问题。具体方法如下：

取得仿真数据：θIAB=-80.30°，θIBC=136.33°，θICA=-56.03°；IA= 1.03°，IB=0.028°，IC=0.028°；

先对θIAB进行判定：

θIAB＜90°，则A或B相为故障相，又IA＞IB，选定A相；

θIBC＞90°，则BC相为故障相，又IB=IC＜0.5，选相结果为无；

θICA＜90°，则A或C相为故障相，又IA＞IC，选定A相。

综合选相结果可得，A相为本线故障相。

图2 三相故障时选相流程图

当选相元件选出有三相故障时，对θIAB、θIAB、θIAB分别进行判断，判断逻辑如图2所示，由于3个相位差判断逻辑相同，论文只给出θIAB的判别流程图。

4.2 仿真及应用

为验证该方法的正确性和有效性，利用PSCAD对500kV同杆双回线线路进行仿真分析，仿真模型如图1所示。

线路参数如下：Z1=0.00856+j0.2149/km；C1=5.213106/km；Z0= 0.1494+j1.1693/km；C0=2.2804106/km；零序互阻抗为：Z00= 0.14082+j0.83324/km；零序互导纳为：C00=1.0614106/km。

系统阻抗为：ZM1=0.2534+j20.046/km，ZM0=0.1121+j6.723/km；ZN1=0.5068+j40.092/km，ZN0=0.2242+j13.446/km。

论文仿真验证了新的跨线选相方案在长线（300km）和短线（60km）2种系统模型下的选相结果。经仿真验证，论文所提出的方案在各类模型下均有很好的选相效果，能满足同杆双回线跨线故障正确选相的要求。

实验数据证明，论文所提出的只利用单回线单端电气量的选相方案可以正确地选出本线故障相，且该选相方法简单实用。

5 结论

由于相电流选相元件在同杆双回线路中发生跨线故障时可能会存在误选相的问题，影响单端量保护的正确、快速动作，针对文献［7］所介绍方法在出现三相故障时可能误选相的问题，本文做出了改进。经仿真证明，论文所提出方法不仅能够正确地选出故障相，而且该方法不受故障类型、系统运行方式和过渡电阻等方面的影响。而论文所提出的修正算法，不仅原理简单，易于实现，而且可节约成本，具有现场应用价值。

【1】朱声石.高压电网继电保护原理与技术[J].北京：中国电力出版社，2005.

【2】葛耀中.新型继电保护与故障测距原理与技术[M].2版.西安：西安交通大学出版社，2007.

【3】索南加乐，葛耀中，陶惠良，等.同杆双回线的六序选相原理[J].中国电机工程学报，1991，11(6)：129.

【4】索南加乐，王树刚，张超，等.一种反应环流电流的平行双回线保护选相元件[J].电力系统自动化，2004，28(15)：47-52.

【5】陈福锋，钱国明.基于同杆双回线跨线故障识别的选相方案[J].电力系统自动化，2008，32(6)：66-70.

【6】索南加乐.同杆双回线的故障分析及继电保护[D].西安：西安交通大学电气工程学院，1991.

【7】俞波，杨奇逊，李营，等.同杆并架双回线保护选相元件研究[J].中国电机工程学报，2003，23(4)：38-42.

【8】索南加乐，刘东，谢静，等.同杆并架输电线路跨线故障识别元件[J].电力系统自动化，2007，31(1)：47-52.

【9】索南加乐，葛耀中，陶惠良，等.同杆双回线的六序选相原理[J].中国电机工程学报，1991，11(6)：1-9.

Research on Phase Selection Scheme of Double Circuit Lines on the Same Tower Based on Cross Line Fault Identification

YU Xiao-ting,M ING M in,XIE Jin
(Huangshi Power Supply Company,Huangshi 435000,China)

Aiming at the problems of fault component current phase selector in cross line fault for double circuit lines on the same tower,anew phases election scheme is developed.Under the condition of cross line fault identification,comprehensive phase selector based on single loop voltage electrical discharge is proposed,which is achieved by comparing the phase degree and amplitude condition of the fault currents based on comparing thephase voltage.

double circuit lines on the same tower;fault phase selection;cross line fault

TM755

A

1007-9467（2016）08-0096-02

2016-08-11

喻小婷（1988～），女，湖北黄石人，从事电力系统及其自动化研究。