同塔線路故障分析及其對(duì)繼電保護(hù)影響

陳丹

（國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司檢修分公司 福建福州 350003）

同塔線路故障分析及其對(duì)繼電保護(hù)影響

陳丹

（國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司檢修分公司 福建福州 350003）

本文從零序互感、跨線故障兩方面針對(duì)同塔線路故障分析及其對(duì)繼電保護(hù)的影響展開(kāi)了分析，希望可以為同行的研究提供一些參考。

同塔線路；故障分析；繼電保護(hù)；影響

我國(guó)人口眾多，城市化進(jìn)程不斷加快，這種情況下如何提升土地利用率已經(jīng)成為大家關(guān)注的問(wèn)題。同塔輸電模式在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，不僅可以提升土地利用率，同時(shí)還能有效降低電力建設(shè)成本，進(jìn)而幫助企業(yè)獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益。這種線路模式和普通線路相比，對(duì)繼電保護(hù)提出了更高的要求，跨線故障與零序互感都會(huì)對(duì)同塔線路繼電保護(hù)是否會(huì)正確動(dòng)作造成影響，下面本文以這兩方面為中心，從故障分析的角度針對(duì)不同動(dòng)作行為對(duì)繼電保護(hù)造成的影響進(jìn)行分析和評(píng)估。

1 同塔線路故障分析及繼電保護(hù)的挑戰(zhàn)

線路同塔搭設(shè)為電力系統(tǒng)故障分析及繼電保護(hù)帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)，具體表現(xiàn)在以下幾方面：①同塔搭設(shè)線路時(shí)輸電回路間的距離被拉近，在線路發(fā)生故障時(shí)其強(qiáng)磁耦合特征顯現(xiàn)出來(lái)，對(duì)于以零序量為主要判斷依據(jù)的接地保護(hù)帶來(lái)了影響，特別是零序電流、接地距離保護(hù)超范圍動(dòng)作，以及縱聯(lián)零序方向元件發(fā)生的動(dòng)作行為。此外，不同電壓等級(jí)電網(wǎng)中的同塔線路，在強(qiáng)磁弱電影響下也會(huì)出現(xiàn)零序功率方向舞動(dòng)，進(jìn)而擴(kuò)大事故范圍；②同塔線路間跨線故障對(duì)繼電保護(hù)模式造成了沖擊，強(qiáng)磁耦合特征也會(huì)對(duì)可解耦關(guān)系造成破壞，進(jìn)而對(duì)繼電保護(hù)正確選相及故障距離的正確判斷造成影響等等；③因?yàn)槭艿椒謪^(qū)供電、線路檢修等因素的影響，當(dāng)前的系統(tǒng)方式逐漸顯示出一定的不確定性，同時(shí)同塔線路也存在不同的組合方式。對(duì)于繼電保護(hù)來(lái)說(shuō)，可能會(huì)難以協(xié)調(diào)靈敏性和選擇性，不僅會(huì)造成保護(hù)整定的難以取舍，同時(shí)還可能會(huì)造成故障方向辨別時(shí)的不靈敏或者保護(hù)運(yùn)行時(shí)保護(hù)范圍不穩(wěn)定等等，進(jìn)而對(duì)繼電保護(hù)造成威脅。同塔線路所處電源大小、電壓等級(jí)等基本類型故障分析建模，可以有效反應(yīng)出同塔線路電磁聯(lián)系強(qiáng)弱，圖1供分析。

2 同塔線路特殊性及其對(duì)繼電保護(hù)的影響途徑

2.1 同塔線路搭設(shè)型式的復(fù)雜性

因?yàn)殡娋W(wǎng)建設(shè)、規(guī)劃及變電站出現(xiàn)走廊限制等因素的影響，同塔線路搭設(shè)在型式上體現(xiàn)出了多樣化的特征，具體表現(xiàn)在以下幾方面：①起始點(diǎn)不同。由于同塔起點(diǎn)終點(diǎn)、長(zhǎng)度等相關(guān)地理信息都不同，因此一些線路需要全程同塔并行搭設(shè)，還有一些需要分段同塔搭設(shè)，小部分線路需要多處局部同塔搭設(shè)；②回路數(shù)不同。由于輸送功率需要的不同以及出于對(duì)輸電走廊的考慮，同塔搭設(shè)線路在桿塔上可能會(huì)掛兩回線路，甚至可能會(huì)掛四回或者六回線路；③橫向距離不一。同塔線路之間線、回路橫向距離不一，緊湊的布置在同一輸電走廊的線路之間存在較大的橫向距離差異，具體來(lái)說(shuō)線路之間距離主要包括導(dǎo)線高度與導(dǎo)線之間水平間距和回路之間的距離；④接地情況不同。由于受到雷電波感應(yīng)區(qū)域的限制，加上接地電阻的要求不同，因此輸電線路避雷線的接地情況存在差異，一些需要分段接地，一些需要逐點(diǎn)接地。

2.2 同塔線路運(yùn)行的特殊性

同塔線路運(yùn)行特殊性需要從以下幾方面展開(kāi)分析：①回路間的強(qiáng)磁耦合。導(dǎo)線間的水平間距和導(dǎo)線高度均會(huì)影響線路靜電耦合及磁耦合，主要表現(xiàn)為導(dǎo)線電容耦合越強(qiáng)，其水平間距就會(huì)越小，導(dǎo)線之間磁耦合越強(qiáng)，其回路之間水平距離就會(huì)越小，這時(shí)零序磁耦合也會(huì)越強(qiáng)；②跨線故障的出現(xiàn)。同塔線路和單回輸電線路相比，其中主要問(wèn)題之一就是跨線故障成為了可能，雖然運(yùn)行統(tǒng)計(jì)跨線故障發(fā)生的幾率尚不到20%，然而這種故障可能會(huì)涉及到兩回以上輸電線路，如果同時(shí)切除雙回，將會(huì)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行造成嚴(yán)重影響；③線路組運(yùn)行方式變化。由于受到限制局部短路電流、電網(wǎng)調(diào)度等因素的影響，同塔線路組在運(yùn)行過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)同時(shí)投運(yùn)、部分停運(yùn)及部分接地掛檢等組合運(yùn)行方式，線路運(yùn)行方式不同，回路間零序互感阻抗在發(fā)生故障時(shí)就會(huì)在故障特征貢獻(xiàn)上出現(xiàn)不同表現(xiàn)，因此直接造成了線路在線改變以及繼電保護(hù)整定之間矛盾的出現(xiàn)。

2.3 同塔線路繼電保護(hù)面臨的問(wèn)題

①保護(hù)選相元件。線路保護(hù)選相元件利用突變量選相、穩(wěn)態(tài)量選相之間結(jié)合的方式，其中突變量選相主要應(yīng)用相電流差突變量元件，穩(wěn)態(tài)量選相主要利用序分量分區(qū)加阻抗識(shí)別的方式。這兩種原理在簡(jiǎn)單故障中適用，在復(fù)雜故障中均不能保證選出正確故障相；②零序過(guò)流元件。一回輸電線路出現(xiàn)短路故障，同塔其他輸電線路也會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)零序故障分量，零序電流分配會(huì)發(fā)生改變，進(jìn)而增加相鄰線路零序電流，對(duì)零序過(guò)流元件的判斷造成影響；③零序方向元件?；ジ芯€路流過(guò)零序電流時(shí)，其相鄰線路都會(huì)感受到零序電壓，進(jìn)而使零序電流電壓相角出現(xiàn)和本線路內(nèi)部接地故障相一致的特征，對(duì)零序方向繼電器的正確判斷造成了阻礙；④接地距離元件。由于不同運(yùn)行方式下同塔線路組對(duì)零序補(bǔ)償系數(shù)的影響是非常大的，線路接地距離保護(hù)的零序補(bǔ)償系數(shù)選用固定取值必然會(huì)造成測(cè)量阻抗的偏差，進(jìn)而使距離保護(hù)超范圍或者欠范圍動(dòng)作。因此在整定接地距離保護(hù)零序補(bǔ)償系數(shù)時(shí)，應(yīng)該避免由于零序補(bǔ)償系數(shù)整定偏大而造成的接地距離Ⅰ段偏大，在區(qū)外故障發(fā)生時(shí)防止零序補(bǔ)償系數(shù)整定偏小，進(jìn)而縮短接地距離Ⅱ段的保護(hù)范圍。接地測(cè)量阻抗為：

3 幾種同塔線路故障對(duì)繼電保護(hù)的影響

3.1 同塔線路零序互感對(duì)繼電保護(hù)的影響

①同塔線路外部接地故障時(shí)的影響。因?yàn)橥€路具有相同的一般極性，因此在線路之間流過(guò)的零序電流其方向也是相同的，進(jìn)而通過(guò)零序互感造成“零序助磁”效應(yīng)，這時(shí)零序等值阻抗會(huì)增加，直接造成同塔線路中不同回路“零序電流降低”的現(xiàn)象，大大影響了零序過(guò)流保護(hù)的靈敏性；②同塔線路內(nèi)部接地故障時(shí)的影響。零序電流可能會(huì)出現(xiàn)和故障距離不成比例變化的情況，通?？赡軙?huì)出現(xiàn)距離越遠(yuǎn)零序電流不減反增的情形；③一回線路接地掛檢時(shí)助增零序電流。

3.2 同塔線路跨線故障對(duì)繼電保護(hù)的影響

跨線故障幾乎對(duì)所有保護(hù)元件都存在不同程度影響，從保護(hù)層面上來(lái)看，該故障是正反方向、遠(yuǎn)近地點(diǎn)均會(huì)同時(shí)發(fā)生的故障，同時(shí)回路之間還會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)零序互感，所以會(huì)對(duì)相關(guān)元件構(gòu)成實(shí)質(zhì)性影響，具體來(lái)說(shuō)涉及到電流突變量，零序負(fù)序等選相元件。例如，從2008年一直到2102年，某省的主網(wǎng)共發(fā)生了1889次線路故障，其中同塔跨線故障發(fā)生的次數(shù)為151次。當(dāng)前一般線路保護(hù)配置可以將同名跨線故障正確切除，但是異名跨線故障，尙無(wú)法在任何情況下做到100%正確選相，可能會(huì)同時(shí)切除兩條線路。

3.3 某省電網(wǎng)同塔線路特征對(duì)繼電保護(hù)的影響評(píng)估

該電網(wǎng)2014年有效零序互感參數(shù)共有25對(duì)，互感線路共有174組，其中共有多回路同塔線路29組，分段89組，雙回甲乙線路161組。

3.3.1 同塔線路繼電保護(hù)受影響程度

全程同塔線路零序互阻抗可以達(dá)到零序自阻抗的50～70%，零序電流、接地距離保護(hù)變化量可以達(dá)到30～40%；在不完全同塔線路組中，在同塔長(zhǎng)度達(dá)不到全長(zhǎng)的30%的情況下，一旦現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)同幾級(jí)塔的情緒，零序互感對(duì)接地保護(hù)測(cè)量的影響還不到10%；對(duì)于同輸電走廊不同塔線路中，如果線路之間零序互阻抗會(huì)達(dá)到了某條線路零序自阻抗的20以上，這種情況下就需要考慮該線路的零序電流、零序方向等方面影響。

3.3.2 接地保護(hù)的超越

平行線路之間零序電流反向?qū)?huì)提升線路零序電流，這種情況下幾乎會(huì)涉及到所有同塔線路，共有兩種選擇，其一為退出零序Ⅰ段保護(hù)，其二為零序Ⅰ段整定計(jì)算時(shí)應(yīng)綜合考慮多種情緒可靠躲過(guò)，否則可能會(huì)造成非故障線路零序電流Ⅰ段超越，進(jìn)而縮短保護(hù)區(qū)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，為了能夠減少線路走廊，促進(jìn)土地利用效率的提升，當(dāng)前我國(guó)已經(jīng)普遍使用同塔多回輸電線路，并獲得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。零序互感及跨線故障是同塔線路繼電保護(hù)動(dòng)作行為的兩個(gè)主要影響因素，由于篇幅限制，本文僅以這兩方面為核心，針對(duì)同塔線路復(fù)雜故障及其對(duì)繼電保護(hù)的影響進(jìn)行了深入細(xì)致的研究和分析，希望可以為同塔線路繼電保護(hù)運(yùn)行的可靠性及安全性提供理論上的支持。

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1004-7344（2016）13-0069-02

2016-4-8