基于六序故障分量的同杆双回线路横差方向保护

2019-12-25王泽洋

通信电源技术 2019年12期

王泽洋

（广东电网有限责任公司佛山南海供电局，广东佛山 528200）

0 引言

横差保护原理就是利用保护安装处两回线同名相电流进行比较，这种保护不依靠通信通道。简单比较两回线电流差值的保护称为电流平衡保护；而在保护中除了比较电流差值以外，还引入功率方向元件的横差保护称为横联差动方向保护。其中，只比较保护安装侧的两回线电流幅值的电流平衡保护，只适用于单侧电源供电的同杆双回线系统的电源侧，而不能安装在非电源侧，如果应用于双电源供电系统，其保护的可靠性和灵敏性都将大大下降。此外，当发生同名相跨线故障时，两个同名故障相中流入的故障电流相等，而横差保护的判据是判断两回线同名相电流差，因此保护会拒动[1]。

横联差动保护按照保护功能的不同，还可以分为相间差动和零序差动两种保护形式。相间横差保护就是利用双回线中两个同名相之间的差电流作为启动判据的保护方式。零序差动保护是指选取两回线的零序电流和或差，利用设定好的整定值作为动作量的判据。

本文提出了基于六序故障分量的横差方向保护方法，并从理论上分析了新方法的可靠性及实用性，为横差方向保护能够应用于高压同杆双回线路打下了基础。同时，分析了保护的相继动作区和死区，并给出了相应的解决方案。

1 同杆双回线的六序分量法

同杆双回线的最大特点是两回线之间既有相间互感影响，又有线间互感影响，可写出矩阵[2]：

同杆双回线的矩阵是满阵，不利于计算，六序分量变换的实质就是消去互感，将式（1）转化成如下对称的六序分量形式：

将式（1）的满阵转化为式（2）的对角阵的六序变换阵为：

式（3）可简写为：

根据分析可知，将六相故障量转化为六序故障分量后，将实现故障量的解耦，六序网络中仅正序同序网为有源网络，当电压、电流为故障点k 的电压和电流时，设流向短路点的各序电流为正方向，各序网k点的入端阻抗为ZKTF，有如下关系式：

简写为：

运用叠加原理可以求出同杆双回线六序故障的附加分量，并且所有的六序故障分量网络均为无源网络。图1 为同杆双回线同、反双回线的正、负、零序阻抗网络图[3]。

图1 六序故障分量序网图

图中，m=0，1，2，分别表示零、正、负三序量，ZMSTm、ZNSTm分别为M 侧和N 侧同序三序系统阻抗，ZMTm、ZNTm分别为M 侧和N 侧同序三序阻抗，ZMFm、ZNFm分别为M 侧和N 侧反序三序阻抗，、UKTm分别为短路点同序电流和电压，分别为短路点反序电流和电压。

六序网与正、负、零网之间存在一定的关系。在双回线以外的系统中同序电流是线路电流的2 倍，因而在各同序网络中，系统各阻抗要增加1 倍。反序电流在双回线中环流，在双回线以外的系统中，反序电流为零，在两侧母线上的反序电压为零。由于两回线之间仅存在零序互感，因此线路中零序同序阻抗等于零序阻抗加上3 倍的互阻抗，而零序反序阻抗等于零序阻抗减去3 倍的互阻抗[4]。

根据图1 的六序网络图可知M 侧保护安装处的同序反序电流分别为：

其中，正序电流分配系数为：

反序电流分配系数为：

由于系统的线路正序和负序阻抗都相等，所以有如下关系：

由于反序电流分配系数只与故障点距离有关，本文假设：

则利用故障点的六序电流量和M 侧的六序电流分配系数，可得到M 侧保护安装处的故障电流与电压之间的相位关系[5]。

2 基于六序故障分量的选线判据

由六序分量法的分析可知，反序电流与两回线差电流具有如下关系式：

在章节1 中给出了传统横差方向保护选线元件的动作分析，根据分析结果可知，传统的横差方向保护受故障点位置与两侧电源相角差的影响较为严重，特别是在发生两相相间短路故障时，保护受的影响尤为严重，甚至可能发生误动。因此可以利用六序故障分量中的同序电压与反序电流分别代替非故障相相间电压与两回线差电流，同序电压与反序电流之间的相位关系只与双回线参数有关，不受故障点位置及两侧电源相角差影响，可以有效提高横差保护的可靠性。

基于六序故障分量的横差保护选线元件的动作判据为：