基于跨線故障識別的同桿雙回線選相方案研究

喻小婷，明敏，謝晉

（黃石供電公司，湖北黃石435000）

基于跨線故障識別的同桿雙回線選相方案研究

喻小婷，明敏，謝晉

（黃石供電公司，湖北黃石435000）

針對相電流差突變量選相元件在同桿雙回線跨線故障下存在的問題，提出了一種選相新方法并在跨線故障識別的情況下，提出了基于單回線單側(cè)電壓電流量的綜合選相元件，該選相元件是在比較相電壓的基礎(chǔ)上通過比較故障相電流的幅值和相位來實(shí)現(xiàn)的。

同桿雙回線；故障選相；跨線故障

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

1 引言

差動保護(hù)是同桿并架雙回線的首選保護(hù)[1]。由于同桿并架雙回線的縱聯(lián)保護(hù)基本采用多命令允許式的通道方式，選相元件是多命令方式縱聯(lián)保護(hù)正確動作的基礎(chǔ)。目前國內(nèi)數(shù)字式高壓線路保護(hù)中主要采用相電流差突變量選相和穩(wěn)態(tài)量選相相結(jié)合的方式[1～2]。六序分量的選相原理能很好地識別同桿并架雙回線所發(fā)生的各類單回線故障和跨線故障，具有很好的選相效果[2～4]，但其必須利用兩回線的電氣量，兩回線同側(cè)的保護(hù)之間必須交換信息，國內(nèi)目前不推薦這種做法。

針對相電流差選相元件在雙回線首端跨線故障事可能誤選相的問題[5～7]，提出僅利用本回線保護(hù)的電氣量來進(jìn)行選相，該方法是在已判別跨線故障[8]的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。利用電壓選相元件選出同桿雙回線包含的所有故障相，再通過故障相電流相位差和幅值大小判斷出故障相，該選相原理解決了雙回線跨線故障時(shí)，相電流差選相元件不正確動作的問題。

2 跨線故障誤選原因分析

（1）相電流差突變量選相元件在本線相間跨鄰線單相或者相間故障時(shí)可能誤選為單相。以ⅠABⅡA為例，Ⅰ回線相電流差突變量選相元件會誤選為B相故障。因?yàn)锳相電流會被分流，使得Ⅰ回線的保護(hù)感受到兩相故障相的電流差值較大，甚至某些時(shí)候IA會小于IB的一半。（2）如果出現(xiàn)在短線路的小電源出口處的故障，相電流差突變量選相元件也存在將單相故障誤選為相間的可能。

3 雙回線跨線故障特點(diǎn)分析

3.1 跨線故障分類

同桿并架雙回線所有跨線故障可分成以下幾類[7-9]：①單相跨同名單相(如ⅠAⅡA、ⅠAⅡAG)；②單相跨非同名單相(如ⅠBⅡC、ⅠBⅡCG)；③單相跨含同名相兩相(如ⅠAⅡAB、ⅠAⅡABG)；④單相跨非同名兩相(如ⅠAⅡBC、ⅠAⅡBCG)；⑤單相跨三相如(如ⅠAⅡABC、ⅠAⅡABCG)；⑥兩相跨同名兩相(如ⅠABⅡAB、ⅠABⅡABG)；⑦兩相跨含單同名相兩相(如ⅠABⅡBC、ⅠABⅡBCG)；⑧兩相跨三相(如ⅠABⅡABC、ⅠABⅡABCG)；⑨三相跨三相(如ⅠABCⅡABC、ⅠABCⅡABGC)。

3.2 單相跨非同名相

以IBIICG跨線故障為例，對圖1所示仿真模型，相電壓選相結(jié)果為BC相故障，進(jìn)一步利用兩相電流差進(jìn)行判別。根據(jù)理論分析，I回線M側(cè)故障相電流I˙IBM由M側(cè)電源提供，非故障相I˙ICM由N側(cè)電源提供，電流大小取決于兩側(cè)電源及線路情況，一般情況下前者較大，兩者相位基本相同。利用保護(hù)安裝處是否有零序電壓來判斷故障是否接地。對圖1系統(tǒng)進(jìn)行仿真可得，BC兩相電流差隨著故障點(diǎn)從M側(cè)到N側(cè)移動而增大。如故障點(diǎn)在M側(cè)時(shí)BC兩相電流差為θIAB=-43.14°，故障點(diǎn)在MN中點(diǎn)時(shí)θIAB= 146.71°，故障點(diǎn)在N側(cè)時(shí)θIAB=153.60°。但是論文只討論了發(fā)生近端故障時(shí)的選相，在發(fā)生遠(yuǎn)端故障時(shí)，需要結(jié)合另一側(cè)的選相結(jié)果。

當(dāng)故障發(fā)生在近端時(shí)，隨著接地電阻由無窮大到零減小，兩故障相相位差由0°逐漸增加，但一般不會超過90°。根據(jù)測到的電流相位差θIAB=-43.1402°＜90°，從而可以判斷Ⅰ回線為含單故障相線路。再通過比較三相電流的幅值，可選出電流幅值最大的相，即B相。II回線的情況類似。

圖1 同桿雙回線仿真模型

3.3 單相跨多相

類型③④⑤均屬于單相跨多相故障，其中④⑤屬于對稱性故障，這些故障類型的故障特征類似，以③ⅠAⅡAB為例。設(shè)故障點(diǎn)在M側(cè)近端。電壓選相元件會選出AB相為故障相，Ⅰ回線為單相故障線路，根據(jù)仿真可得數(shù)據(jù)θIAB=-49.66°＜90°，從而可以判斷Ⅰ回線為單相故障線路。再通過比較三相電流的幅值，可選出電流幅值最大的相，即A相為故障相。II回線是多相故障線路，由于θIAB＞90°，從而可以判斷II回線為相間故障相線路。

3.4 兩相跨多相

以⑦ⅠABⅡBCG為例，電壓選相元件會選出ABC相為故障相，根據(jù)仿真得來的數(shù)據(jù)，θIAB=130.57°＞90°，從而可以判斷Ⅰ回線為含相間故障相線路。再通過比較三相電流的幅值，可選出電流幅值較大的相為故障相。

4 雙回線跨線故障選相

4.1 問題分析

以IAIIABC為例，電壓選相結(jié)果為ABC相故障，仿真可得：θIAB=-80.30°，θIBC=136.33°，θICA=-56.03°。

根據(jù)文獻(xiàn)［8］中的方法，利用M側(cè)兩故障相電流相位差判別本線是為單相故障或者相近故障。此時(shí)若利用θIAB、θICA進(jìn)行判斷，則為單相故障，若利用θIBC進(jìn)行判斷，則為相間故障，導(dǎo)致無法利用M端數(shù)據(jù)正確選出故障相。

根據(jù)仿真分析可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電壓選相元件選出有三相發(fā)生故障時(shí)，無法利用兩相電流相位差對本線故障類型判別，因此提出了新的選相方法，該選相方法可以解決以上問題。具體方法如下：

取得仿真數(shù)據(jù)：θIAB=-80.30°，θIBC=136.33°，θICA=-56.03°；IA= 1.03°，IB=0.028°，IC=0.028°；

先對θIAB進(jìn)行判定：

θIAB＜90°，則A或B相為故障相，又IA＞IB，選定A相；

θIBC＞90°，則BC相為故障相，又IB=IC＜0.5，選相結(jié)果為無；

θICA＜90°，則A或C相為故障相，又IA＞IC，選定A相。

綜合選相結(jié)果可得，A相為本線故障相。

圖2 三相故障時(shí)選相流程圖

當(dāng)選相元件選出有三相故障時(shí)，對θIAB、θIAB、θIAB分別進(jìn)行判斷，判斷邏輯如圖2所示，由于3個(gè)相位差判斷邏輯相同，論文只給出θIAB的判別流程圖。

4.2 仿真及應(yīng)用

為驗(yàn)證該方法的正確性和有效性，利用PSCAD對500kV同桿雙回線線路進(jìn)行仿真分析，仿真模型如圖1所示。

線路參數(shù)如下：Z1=0.00856+j0.2149/km；C1=5.213106/km；Z0= 0.1494+j1.1693/km；C0=2.2804106/km；零序互阻抗為：Z00= 0.14082+j0.83324/km；零序互導(dǎo)納為：C00=1.0614106/km。

系統(tǒng)阻抗為：ZM1=0.2534+j20.046/km，ZM0=0.1121+j6.723/km；ZN1=0.5068+j40.092/km，ZN0=0.2242+j13.446/km。

論文仿真驗(yàn)證了新的跨線選相方案在長線（300km）和短線（60km）2種系統(tǒng)模型下的選相結(jié)果。經(jīng)仿真驗(yàn)證，論文所提出的方案在各類模型下均有很好的選相效果，能滿足同桿雙回線跨線故障正確選相的要求。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明，論文所提出的只利用單回線單端電氣量的選相方案可以正確地選出本線故障相，且該選相方法簡單實(shí)用。

5 結(jié)論

由于相電流選相元件在同桿雙回線路中發(fā)生跨線故障時(shí)可能會存在誤選相的問題，影響單端量保護(hù)的正確、快速動作，針對文獻(xiàn)［7］所介紹方法在出現(xiàn)三相故障時(shí)可能誤選相的問題，本文做出了改進(jìn)。經(jīng)仿真證明，論文所提出方法不僅能夠正確地選出故障相，而且該方法不受故障類型、系統(tǒng)運(yùn)行方式和過渡電阻等方面的影響。而論文所提出的修正算法，不僅原理簡單，易于實(shí)現(xiàn)，而且可節(jié)約成本，具有現(xiàn)場應(yīng)用價(jià)值。

【1】朱聲石.高壓電網(wǎng)繼電保護(hù)原理與技術(shù)[J].北京：中國電力出版社，2005.

【2】葛耀中.新型繼電保護(hù)與故障測距原理與技術(shù)[M].2版.西安：西安交通大學(xué)出版社，2007.

【3】索南加樂，葛耀中，陶惠良，等.同桿雙回線的六序選相原理[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，1991，11(6)：129.

【4】索南加樂，王樹剛，張超，等.一種反應(yīng)環(huán)流電流的平行雙回線保護(hù)選相元件[J].電力系統(tǒng)自動化，2004，28(15)：47-52.

【5】陳福鋒，錢國明.基于同桿雙回線跨線故障識別的選相方案[J].電力系統(tǒng)自動化，2008，32(6)：66-70.

【6】索南加樂.同桿雙回線的故障分析及繼電保護(hù)[D].西安：西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院，1991.

【7】俞波，楊奇遜，李營，等.同桿并架雙回線保護(hù)選相元件研究[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2003，23(4)：38-42.

【8】索南加樂，劉東，謝靜，等.同桿并架輸電線路跨線故障識別元件[J].電力系統(tǒng)自動化，2007，31(1)：47-52.

【9】索南加樂，葛耀中，陶惠良，等.同桿雙回線的六序選相原理[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，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，湖北黃石人，從事電力系統(tǒng)及其自動化研究。