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同桿并架雙回線(xiàn)繼電保護工程應用實(shí)踐
摘要：同桿并架雙回輸電線(xiàn)路由于其良好的經(jīng)濟性，在220 kV輸電線(xiàn)路上得到了廣泛的推廣，但由于其結構上的特殊性，故障情況十分復雜，現有的繼電保護功不能很好地適應其發(fā)展。在洛陽(yáng)牡一馬同桿并架雙回輸電線(xiàn)路工程實(shí)踐中，通過(guò)對雙回輸電線(xiàn)路進(jìn)行深入研究，采用基于故障分量方向的綜合選相元件、基于六相序阻抗的距離保護原理、自適應重合閘判據及順序重合策略、橫聯(lián)差動(dòng)保護，并能夠實(shí)現五相運行、 “準三相”及其運行情況下各項后備保護功能。
關(guān)鍵詞：同桿并架; 準三相;五相運行;六相序阻抗;應用實(shí)踐
0、引言
經(jīng)濟的發(fā)展對電力的需求日益增加，電網(wǎng)的建設已向著(zhù)超高壓、大容量、長(cháng)距離發(fā)展，但由于征地費用的目益昂貴，輸電線(xiàn)路走廊費用所占的比重越來(lái)越大，為減少投資，節約土地資源，提高單位線(xiàn)路走廊的輸送容量，同時(shí)考慮城市及山區地理環(huán)境的限制，同桿并架雙回線(xiàn)在220 kV及以上電壓等級線(xiàn)路中已得到積極應用。同桿雙回線(xiàn)發(fā)生各種故障時(shí)繼電保護的動(dòng)作正確性及可靠性將極大地影響電力系統的供電可靠和穩定運行。
同桿并架雙回線(xiàn)路的故障非常復雜(據統計共120種)，早期應用較多的無(wú)通道保護(如橫聯(lián)差動(dòng)保護、電流平衡保護等)的性能不能充分滿(mǎn)足高壓輸電系統的要求。利用數字通道傳輸線(xiàn)路兩側電流信息的分相式電流差動(dòng)保護因其結構簡(jiǎn)單，具有天然選相跳閘能力而成為同桿雙回線(xiàn)保護的首選，但同桿雙回線(xiàn)路對保護的要求不同于單回線(xiàn)路，如跨線(xiàn)故障下不能全切雙回線(xiàn)而需考慮將剩下的健全相構成“準三相”運行方式;雙回線(xiàn)之間還存在著(zhù)零序互感的影響，甚至還有可能存在正序間和負序問(wèn)的耦合影響，這樣有可能會(huì )造成接地距離保護的保護范圍縮短或超越;雙回線(xiàn)發(fā)生故障時(shí)非故障相可能流過(guò)鄰近故障相電流;這些都使同桿雙回線(xiàn)的故障特征與單回線(xiàn)故障特征不一樣，因此，需要對同桿并架雙回線(xiàn)路的故障特征及故障下的保護動(dòng)作特性進(jìn)行深入的研究。
1、洛陽(yáng)500 kV牡馬I/II回線(xiàn)工程應用
1.1洛陽(yáng)500 kV牡馬I/1I回線(xiàn)工程簡(jiǎn)介
洛陽(yáng)500 kV牡馬I/II回線(xiàn)連接洛陽(yáng)500 kV馬寺開(kāi)關(guān)站和洛陽(yáng)500 kv牡丹變電站。本次工程是對該同桿并架雙回輸電線(xiàn)路二次繼電保護進(jìn)行改造，提高二次保護的性能，更加適應雙回線(xiàn)特殊接線(xiàn)形式。工程建設中主要開(kāi)展了雙回線(xiàn)發(fā)生跨線(xiàn)故障時(shí)僅切除故障相，實(shí)現按相順序重合及永久故障識別功能，對于跨線(xiàn)永久性故障，跳開(kāi)故障相同時(shí)檢查兩回線(xiàn)剩下的健全相能否構成“準三相”運行，最大化保證輸電線(xiàn)路兩端變電站的電氣聯(lián)系，保證雙回線(xiàn)路的輸送能力，同時(shí)考慮“準三相”運行情況下后備保護、三相不一致等問(wèn)題，提供有效解決方案。工程實(shí)踐過(guò)程中考慮到縱聯(lián)差動(dòng)保護對于縱聯(lián)光纖通道質(zhì)量等因素的過(guò)度依賴(lài)，提出了在主保護異常不能正常工作時(shí)，將鄰線(xiàn)信息通過(guò)光纖通信實(shí)現互通，采用基于六相信息的橫差保護。同時(shí)開(kāi)展雙回線(xiàn)光纖通信技術(shù)、同步手段、功能配置、保護裝置功能調試、工程設計、現場(chǎng)安裝調試、運行維護等方面內容的研究和探討。工程的成功實(shí)施提高了洛陽(yáng)500 kV牡馬I/II回線(xiàn)二次系統整體技術(shù)水平，最大化保證了500 kV牡丹和馬寺變電站之問(wèn)的聯(lián)系，保證了供電的可靠和連續。
1.2同桿并架雙回線(xiàn)的保護功能
同桿并架雙回線(xiàn)保護裝置差動(dòng)元件針對線(xiàn)路保護區內各種故障類(lèi)型配置了分相穩態(tài)量差動(dòng)、分相故障分量差動(dòng)及零序電流差動(dòng)。穩態(tài)量差動(dòng)元件設置快速區元件及靈敏區元件，快速區元件采用短窗相量自適應算法實(shí)現快速動(dòng)作，靈敏區采用全周傅氏向量算法作為快速區的補充;故障分量差動(dòng)不受負荷影響，對于區內高阻故障及振蕩中故障性能優(yōu)越，元件本身采用全周傅氏向量算法并略帶延時(shí)保證其可靠性;零序電流差動(dòng)作為穩態(tài)量差動(dòng)及故障分量差動(dòng)的后備，延時(shí)100 ms動(dòng)作，主要針對緩慢爬升的高阻故障。
配置基于橫聯(lián)通道數據的橫差保護，主要對雙回線(xiàn)的電流量進(jìn)行橫向比較，判斷該相是否為區內故障以及選擇故障線(xiàn)路。該保護主要用于判斷異名相的跨線(xiàn)故障，由于此時(shí)兩回線(xiàn)路的電氣條件已經(jīng)不一致，總有一相在一回線(xiàn)是故障相而在另一回線(xiàn)是非故障相。一般來(lái)說(shuō)，兩同名相中故障相電流大于非故障相電流，若同名相中兩相均為非故障相，則其相電流小于故障相電流。對于同名相跨線(xiàn)故障，由于此時(shí)流過(guò)兩回線(xiàn)的電流相等，橫差保護無(wú)法進(jìn)行故障識別。
同時(shí)配置六相序阻抗保護、具備切換“準三相”運行功能及其運行條件下的整套主、后備保護功能;由三段式相間和接地距離保護及四段零序保護構成的全套后備保護;配置自動(dòng)重合閘、按相自動(dòng)重合閘及三相不一致保護等。
2、同桿并架保護研究的關(guān)鍵技術(shù)
2.1基于故障分量方向的綜合選相元件
分析了同桿并架輸電線(xiàn)路在發(fā)生跨線(xiàn)故障時(shí)相電流、相電壓突變量的方向與區內、外故障相別的關(guān)系，綜合利用電壓選相元件，提出了一種跨線(xiàn)故障選相元件。利用該元件可以可靠地選出跨線(xiàn)故障時(shí)區內和區外的故障相別， 同時(shí)采用電壓量選相元件比電流量選相元件在出口故障和弱饋端故障時(shí)更加可靠、準確，因為弱饋端故障時(shí)，電流量元件靈敏度不足，而電壓元件不受影響，同時(shí)大容量出口短路時(shí)，可能會(huì )導致CT飽和，電流波形發(fā)生畸變，從而影響選相準確度，而在此情況下，電壓選相元件正好最靈敏。
2.2同桿并架雙回線(xiàn)互感對后備保護的影響
同桿并架雙回線(xiàn)間不僅有電氣聯(lián)系，也存在磁聯(lián)系。由于雙回線(xiàn)完全換位難以實(shí)現、導線(xiàn)間幾何電氣距離不可能完全對稱(chēng)，兩回線(xiàn)電壓電流通過(guò)互感作用，使得母線(xiàn)上的殘壓不僅取決于本線(xiàn)的電流，還受另一回線(xiàn)的影響，這些影響會(huì )導致健全線(xiàn)的距離保護超越、零序方向元件誤動(dòng)作等。本工程通過(guò)理論分析和大量的仿真試驗，發(fā)現雙回線(xiàn)異名相跨線(xiàn)接地故障時(shí)縱聯(lián)零序方向保護有可能誤判、拒動(dòng);接地距離保護由于零序互感的影響，可能出現誤動(dòng);在雙回線(xiàn)發(fā)生兩回線(xiàn)跨線(xiàn)不接地故障時(shí)，距離保護幾乎不可用。因此提出了基于六相序阻抗的距離保護，避免雙回線(xiàn)互感對保護性能的影響。
2.3基于六相序阻抗的距離保護
基于六相序阻抗的距離保護就是把同桿并架的兩回線(xiàn)作為一個(gè)整體來(lái)設計距離保護功能，利用雙回線(xiàn)中六個(gè)電流和保護安裝處的電壓來(lái)計算測量阻抗或者是計算距離而構成的保護，從而使保護動(dòng)作性能不受雙回線(xiàn)線(xiàn)間互感的影響�？紤]到五相運行和“準三相”的特殊性，在此期間保護自動(dòng)退出，保留常規距離保護�；诹嘈虻木嚯x保護在故障線(xiàn)路中能正確地反應故障距離，準確地測量跨線(xiàn)不接地故障距離， 同時(shí)也解決了線(xiàn)間互感對距離保護的影響問(wèn)題。
2.4橫差保護在同桿并架雙回線(xiàn)中的應用
利用相鄰線(xiàn)保護裝置間的光纖通信，互傳相鄰線(xiàn)信息，采用正序電壓極化的橫聯(lián)差動(dòng)電流方向保護，從而可以解決因雙回線(xiàn)通道故障失去光纖電流差動(dòng)主保護的問(wèn)題，同時(shí)該保護功能還具有方向角固定，不隨故障點(diǎn)位置和雙側電源功角差變化而變化的特點(diǎn)。
2.5自適應重合閘判據及重合策略
將同桿雙回線(xiàn)綜合成一回線(xiàn)，根據線(xiàn)路故障的性質(zhì)，實(shí)現無(wú)故障或非嚴重故障按相順序重合，從而在故障期間最大限度地保持兩端系統聯(lián)系，具有最多的可以啟動(dòng)重合閘的機會(huì )和恢復雙回線(xiàn)運行的可能性，并利用雙回線(xiàn)斷開(kāi)相端電壓的特征，構造了永久性故障識別判據，從而提高了重合閘的成功率。
2.6 “準三相”及五相運行策略
雙回線(xiàn)的一個(gè)重要特點(diǎn)就是能夠提高輸電線(xiàn)路的輸電能力，但如果發(fā)生跨線(xiàn)故障，尤其是永久性跨線(xiàn)故障，傳統的做法是將雙回線(xiàn)都跳開(kāi)，這樣就不能充分發(fā)揮雙回線(xiàn)的特點(diǎn)。本工程研究“準三相”
及五相運行的條件及可行性，當線(xiàn)路發(fā)生故障時(shí)，雙回線(xiàn)采用“準三相”或五相運行方式，可以繼續保持兩端系統的電氣聯(lián)系，最大限度地保證輸送功率。
3、結束語(yǔ)
同桿雙回輸電線(xiàn)路采用先進(jìn)的同桿并架雙回線(xiàn)六相式保護系統，克服現有雙回線(xiàn)常規保護單獨配置、無(wú)法配合、常規重合閘對系統沖擊大等缺點(diǎn)，能夠適應雙回線(xiàn)路要求快速切除區內故障并能最大化保證兩端系統電氣聯(lián)系，保證供電的連續性。“五相運行”、“準三相運行”、“六相序的橫聯(lián)保護”、“永久故障識別”等多項技術(shù)的應用，使同桿雙回輸電線(xiàn)路二次系統設備功能優(yōu)化、操作簡(jiǎn)捷、維護簡(jiǎn)便，大大提高了二次系統的安全運行水平。改造后的洛陽(yáng)500 kV牡馬I/II回線(xiàn)技術(shù)水平和運行可靠性得到顯著(zhù)提高，創(chuàng )造了巨大的經(jīng)濟效益和安全效益，為我國同桿雙回輸電線(xiàn)路繼電保護建設提供了寶貴的工程應用實(shí)踐經(jīng)驗。
參考文獻
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