直流饋入影響下交流輸電線路的縱聯(lián)保護方案

劉雨姍， 李鳳婷

(新疆大學(xué)電氣工程學(xué)院， 烏魯木齊 830047)

高壓直流輸電以傳輸功率大、線路造價低的優(yōu)勢，在遠距離輸電和區(qū)域互聯(lián)上得到了廣泛的應(yīng)用，中國已建成世界上最大的交直流混聯(lián)電網(wǎng)[1-2]?？v聯(lián)差動保護以快速性強、靈敏度高的優(yōu)勢，作為主保護廣泛應(yīng)用于交流輸電系統(tǒng)中[3]。由于交直流系統(tǒng)間的連鎖故障特性，若交流系統(tǒng)發(fā)生故障導(dǎo)致直流發(fā)生換相失敗引發(fā)交流系統(tǒng)保護誤動會對直流系統(tǒng)造成二次沖擊，從而影響交直流互聯(lián)電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。傳統(tǒng)交流輸電線路縱聯(lián)差動保護能否適用有待商榷。西北地區(qū)擁有“大直流、弱交流”的電網(wǎng)格局，存在交流系統(tǒng)故障引發(fā)直流系統(tǒng)穩(wěn)定的問題[4]。因此，研究準(zhǔn)確判別直流饋入影響下的故障判據(jù)，完善適用于逆變側(cè)交流架空線路的保護方案，對提高交直流互聯(lián)電網(wǎng)的運行穩(wěn)定性具有重要意義。

針對直流饋入對鄰近交流線路保護的影響，中外學(xué)者進行了大量研究。文獻[5]指出交流系統(tǒng)單一故障時具有復(fù)故障特征，若直流系統(tǒng)故障產(chǎn)生的附加電源強于交流系統(tǒng)故障附加電源，會導(dǎo)致傳統(tǒng)繼電保護理論不適用。文獻[6]得出直流系統(tǒng)的存在導(dǎo)致故障分量電流差動保護的動作量減少、制動量增加，從而降低保護動作的靈敏性。為解決這個問題，文獻[7]利用輸電線路兩側(cè)電流相位的差異改進傳統(tǒng)判據(jù)，但所提判據(jù)僅通過仿真分析定性得到，且發(fā)生經(jīng)大過渡電阻接地故障時，相角差異不明顯，判據(jù)存在失效的可能。文獻[8]通過提取單相有功電流制定了一種分頻有功瞬時基波差流保護方案，該方案不需借助電阻參數(shù)且避免了無功補償電流的影響，但需借助鎖相環(huán)提取有功電流，電路復(fù)雜，調(diào)試不便。文獻[9]計及直流控制作用的影響下，引入了一個較低的制動系數(shù)區(qū)間(0, 0.5)，提出了基于電流暫降檢測的故障分量差流保護判據(jù)，提高保護的靈敏性，但判據(jù)中引入的新的比例制動系數(shù)是通過仿真遍歷得到，未給出整定原則。另一方面，也有學(xué)者們提出參數(shù)識別的方法克服暫態(tài)分量的影響。文獻[10]提出基于參數(shù)識別的縱聯(lián)保護，將區(qū)內(nèi)外故障模型簡化為電感模型，通過比較電感的大小來判別故障，該保護方案在原理上避開了并聯(lián)電抗器電流的直接計算提高了保護性能，但沒有解決不帶并聯(lián)電抗器的交直流混聯(lián)系統(tǒng)保護誤動問題。文獻[11]在參數(shù)識別的基礎(chǔ)上提出了基于阻感模型符合度的判別方法，根據(jù)故障相是否符合阻感模型判別故障，該保護方案采用時域全量克服了頻率偏移對保護造成的影響，但判據(jù)采用修正余弦相似度算法進行阻感模型相關(guān)性計算，存在計算煩瑣的缺點。綜上，目前針對直流饋入影響下電流差動保護拒動問題的研究較少，且均存在整定原理復(fù)雜的缺點，本文所提判據(jù)不受直流換相失敗影響，能夠可靠區(qū)分區(qū)內(nèi)、區(qū)外故障，保護線路全長，且整定原理簡單，兩種保護方案互相判定提高可靠性，在交直流互聯(lián)系統(tǒng)里具有一定的優(yōu)越性。

首先分析直流饋入影響下逆變側(cè)交流輸電系統(tǒng)的電氣量特征，在此基礎(chǔ)上研究直流饋入對交流輸電線路電流差動保護動作特性的影響，其次在分析故障模型的基礎(chǔ)上對區(qū)內(nèi)、外故障時縱聯(lián)阻抗表達式進行理論推導(dǎo)，提出基于縱聯(lián)阻抗幅值與相角的保護方案。最后基于PSCAD仿真軟件對所提保護方案進行仿真驗證。

1 電流差動保護在交直流混聯(lián)系統(tǒng)中的適用性分析

傳統(tǒng)電流差動保護是反映從被保護元件各對外端口流入該元件的電流之和的一種保護[3]，根據(jù)采用電氣量的不同可分為故障分量判據(jù)和穩(wěn)態(tài)量判據(jù)，為解決高阻故障下靈敏度不足的問題一般采用故障分量判據(jù)。

1.1 電流差動故障分量判據(jù)

圖1為考慮直流系統(tǒng)的交流輸電線路區(qū)內(nèi)故障等值電路圖。

Zs1為m側(cè)的等效系統(tǒng)阻抗；Zs2為n側(cè)的等效系統(tǒng)阻抗；Zm為故障點m側(cè)的線路阻抗；Zn為故障點n側(cè)的線路阻抗；Rf為故障電阻；為故障點對地電壓；為故障點處形成的故障分量電壓源；ΔIdc，f為直流系統(tǒng)饋入故障點的故障分量電流；為故障點處的故障分量電流；為直流系統(tǒng)饋線路m側(cè)的故障分量電流；為直流系統(tǒng)饋線路n側(cè)的故障分量電流；為交流線路上m端母線處的故障分量電流;為交 流線路上n端母線處的故障分量電流圖1 直流饋入下交流輸電線路區(qū)內(nèi)故障等值電路圖Fig.1 Circuit diagram of fault equivalent circuit in AC transmission line area under DC feed

傳統(tǒng)的電流差動保護故障分量判據(jù)為

(1)

由圖1可知，在不考慮直流系統(tǒng)時，動作量和制動量分別為

(2)

(3)

考慮直流饋入下的動作量和制動量則疊加了直流系統(tǒng)饋入的等值故障分量電流的影響，動作量和制動量分別為

(4)

(5)

1.2 直流饋入對電流差動保護的影響

直流系統(tǒng)對交流系統(tǒng)保護的影響表現(xiàn)在饋入的直流等值電流上，會使故障電流的變化特征不同于純交流系統(tǒng)，即直流系統(tǒng)的等值故障分量電流超前于故障分量電壓呈容性[9]。為說明直流系統(tǒng)注入交流系統(tǒng)等值電流變化的具體情況，現(xiàn)搭建基于國際大電網(wǎng)會議(conference international des grands reseaux electriques，CIGRE)的標(biāo)準(zhǔn)模型的交直流混聯(lián)系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真模型，如圖2所示，其中直流電壓等級為±500 kV，送受端系統(tǒng)均為230 kV，假設(shè)在1 s時區(qū)內(nèi)f點處發(fā)生經(jīng)金屬性過渡電阻接地故障，據(jù)此分析直流系統(tǒng)等值電流的變化情況。

圖2 交直流混聯(lián)系統(tǒng)示意圖Fig.2 Schematic diagram of AC/DC hybrid system

圖3為考慮直流系統(tǒng)饋入等值電流影響下逆變側(cè)故障分量電流的相位Φ變化情況，其以故障分量電壓為參考量。

圖3 直流饋入下逆變側(cè)故障分量電流相位變化情況Fig.3 Current phase change of the inverter side fault component under DC feed

綜上，直流系統(tǒng)等值電流的饋入會導(dǎo)致傳統(tǒng)電流差動保護動作量減少、制動量增加，從而導(dǎo)致基于工頻故障分量的電流差動保護在交直流混聯(lián)系統(tǒng)中存在適用性問題。

2 直流饋入影響下基于故障模型的縱聯(lián)阻抗推導(dǎo)

2.1 考慮直流饋入的縱聯(lián)阻抗

現(xiàn)有研究基于線路兩端電氣量計算的阻抗構(gòu)建輸電線路的縱聯(lián)保護，并將這個阻抗定義為縱聯(lián)阻抗[12-13]。基于圖2的交直流混聯(lián)系統(tǒng)示意圖，縱聯(lián)阻抗Zcd及其相角Φcd可表示為

(6)

(7)

式(6)將圖2交流輸電線路L1兩側(cè)保護安裝處加入直流影響的差動電壓相量與差動電流相量的比值定義為縱聯(lián)阻抗。為了便于定性地分析輸電線路區(qū)內(nèi)、外故障時阻抗相角和幅值的變化特征，下面以單相故障模型為例，推導(dǎo)區(qū)內(nèi)、外故障時縱聯(lián)阻抗的表達式。

2.2 區(qū)外故障時的縱聯(lián)阻抗

區(qū)外故障附加網(wǎng)絡(luò)等值電路如圖4所示，其為考慮直流饋入的交流系統(tǒng)輸電線Lmn外部發(fā)生故障時故障附加狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)圖，將輸電線路等效為π型等效電路，假設(shè)線路在區(qū)外f點發(fā)生故障。

uf為故障點發(fā)生擾動時等效的故障電源；ZL為π型等效電路對應(yīng)的等值阻抗；C為π型等效電路的對地電容； um、im、un、in為流經(jīng)保護安裝處的測得的電壓、電流，其值為故障點引起的電壓、電流 與直流系統(tǒng)換相失敗引起的電壓、電流饋入量之和。圖4 區(qū)外故障附加狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)Fig.4 Out-of-zone fault additional status network

將電流的正方向設(shè)定為從母線流向線路。由圖4可知，當(dāng)發(fā)生區(qū)外故障時，得

(8)

im1與in1大小相等，方向相反，則

im1+in1=0

(9)

將式(8)、式(9)相加，則

(10)

定義差動電流icd，差動電壓ucd為

icd=im+in，ucd=um+un

(11)

當(dāng)輸電線路發(fā)生區(qū)外故障時，差動電流、電壓方程滿足關(guān)系

(12)

由于線路阻抗遠遠小于對地容抗，當(dāng)線路是長線路時，式(12)依舊滿足。由式(12)可推出區(qū)外故障時故障狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)對外呈現(xiàn)電容特征，因此可將其等效為一個純電容電路模型，如圖5所示。

圖5 區(qū)外故障等效電容模型Fig.5 Equivalent capacitance model for out-of-zone faults

由圖5可推出區(qū)外故障時縱聯(lián)阻抗的表達式，差動電壓與差動電流相量比值為

(13)

式(13)中：ω為角頻率，綜上分析可知，當(dāng)線路發(fā)生區(qū)外故障時，Zcd=ZC，線路兩端保護安裝處的電壓相量和與電流相量和的比值為容抗，具有明顯的區(qū)外故障特征。

2.3 區(qū)內(nèi)故障時的縱聯(lián)阻抗

線路發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時，故障附加網(wǎng)絡(luò)等值電路如圖6所示，假設(shè)線路在區(qū)內(nèi)f點發(fā)生故障。

圖6 區(qū)內(nèi)故障附加狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)Fig.6 Internal fault additional state network

圖6中，icm、icn為流過輸電線路的容抗電流，其中，Zm=Rm+jωLm、Zn=Rn+jωLn，假設(shè)故障點故障形式為短路電流經(jīng)過渡電阻Rf接地，則uf=ifRf，if為流經(jīng)過渡電阻的兩端故障電流之和，即if=im1+in1。

由圖6可知，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時，輸電線路m端和n端保護安裝處的電壓分別滿足

(14)

在計算中可近似忽略流過輸電線路的容抗電流icm、icn，即im1≈im，in1≈in，假設(shè)電流分配系數(shù)Km=Zn/(Zm+Zn)、Kn=Zm/(Zm+Zn)。

由式(14)可得

(15)

當(dāng)發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時，輸電線路兩端差動電壓、電流滿足

(16)

式(16)中：R=RmKm+RnKn；L=LmKm+LnKn。令

R1=R+2Rf

(17)

則式(16)可寫為

(18)

由式(18)可知，當(dāng)輸電線路發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時故障狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)對外呈現(xiàn)阻感特征，因此可將其等效為一個電阻、電感串聯(lián)的電路模型，如圖7所示。

圖7 區(qū)內(nèi)故障等效阻感電路Fig.7 Equivalent resistance inductance circuit

由圖7可推出區(qū)內(nèi)故障時縱聯(lián)阻抗的表達式，差動電壓與差動電流相量比值為

(19)

綜上分析可知，當(dāng)線路發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時，Zcd等于ZL，線路兩端保護安裝處的電壓相量和與電流相量和的比值為呈感性的阻抗，具有明顯的區(qū)內(nèi)故障特征。

由上述理論推導(dǎo)得，在受鄰近直流饋入影響的交流輸電線路中，當(dāng)線路發(fā)生區(qū)外故障時，輸電線路等效為一個電容模型，其縱聯(lián)阻抗呈容性，Zcd的幅值在理論上等于|ZC|；當(dāng)線路發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時，輸電線路等效為一個阻感模型，其縱聯(lián)阻抗呈感性，Zcd的幅值在理論上等于|ZL|。該算法為根據(jù)線路兩端的電氣量反推線路參數(shù)的參數(shù)識別算法，因此，該算法僅與線路參數(shù)本身的大小有關(guān)，與交流系統(tǒng)的強弱及潮流水平無關(guān)。根據(jù)線路上的參數(shù)計算可知，區(qū)外故障時，縱聯(lián)阻抗的幅值很大，區(qū)內(nèi)故障時，縱聯(lián)阻抗幅值很小，據(jù)此制定了基于縱聯(lián)阻抗幅值及相位的判據(jù)。

3 基于縱聯(lián)阻抗的縱聯(lián)保護方案

3.1 基于縱聯(lián)阻抗幅值的保護方案

通過縱聯(lián)阻抗幅值在區(qū)內(nèi)外故障時具有差異性來判別故障，基于縱聯(lián)阻抗幅值保護的具體判據(jù)為

|Zcd|

(20)

式(20)中：Zset為整定阻抗值。

當(dāng)滿足式(20)時，說明線路發(fā)生區(qū)內(nèi)故障，否則為區(qū)外故障。Zset整定原則為

Zset，up=Krel，upZC

(21)

Zset，low=Krel，lowRTmax

(22)

(23)

式中：Krel為可靠系數(shù)，對于不同的工程要求，定義區(qū)間為[0.3，1.0]，RTmax為規(guī)程規(guī)定對應(yīng)電壓等級應(yīng)考慮的最大過渡電阻，由式(21)～式(23)計算可得，整定值Zset=532 Ω。由于區(qū)內(nèi)故障縱聯(lián)阻抗的幅值趨近于0，因此該判據(jù)具有足夠的安全性，能夠準(zhǔn)確快速的區(qū)分區(qū)內(nèi)外故障，不會造成保護的誤動或拒動。

3.2 基于縱聯(lián)阻抗相位的保護方案

通過上述關(guān)于交直流故障模型的理論分析可知，縱聯(lián)阻抗的相角在區(qū)內(nèi)外故障時具有明顯差異性，區(qū)外呈容性，區(qū)內(nèi)呈感性。因此，基于縱聯(lián)阻抗相位的判據(jù)可表示為

Φcd>Φset

(24)

當(dāng)滿足式(24)時，說明線路發(fā)生區(qū)內(nèi)故障，否則為區(qū)外故障。Φset為整定相角值，其整定原則為

Φset=KrelΦC

(25)

當(dāng)故障為區(qū)外時，阻抗角非常接近-90°，經(jīng)式(25)計算得，整定值Φset=-45°。無論故障位置發(fā)生在何處，區(qū)外故障時，縱聯(lián)阻抗的相角始終小于0，區(qū)內(nèi)故障時，縱聯(lián)阻抗的相角始終大于0，因此該保護判據(jù)能夠可靠動作。將整定值設(shè)為-45°，對于高過渡電阻的故障具有較高的靈敏度，減小了高過渡電阻故障時擾動引發(fā)的誤動可能性。

所提的保護方案不采用線路兩端電流求和的方式判別故障，從保護判據(jù)上避免了直流系統(tǒng)等值電流的影響，能夠有效解決基于工頻故障分量的電流差動保護在交直流混聯(lián)系統(tǒng)中存在適用性的問題。

4 仿真驗證

運用PSCAD/EMTD仿真軟件搭建了基于CIGRE的標(biāo)準(zhǔn)模型的交直流混聯(lián)系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真模型，如圖2所示；其中±500 kV的高壓直流輸電系統(tǒng)(high voltage direct current,HVDC)經(jīng)單回交流輸電線路饋入受端交流系統(tǒng)為230 kV的交流電網(wǎng)中；交流系統(tǒng)由兩段單回輸電線路組成，線路mn的長度為400 km，線路nt 的長度為40 km；保護裝置的采樣頻率為4 kHz，線路單位正序和零序的電阻、電抗、容抗分別為r1=0.017 8 Ω/km、x1=0.313 Ω/km、xc1=273.545 Ω·m、r0=0.295 Ω/km、x0=1.03 Ω/km、xc0=414.164 Ω·m。為研究直流饋入的影響，設(shè)與直流系統(tǒng)直接相連的輸電線路mn為區(qū)內(nèi)，則線路nt為區(qū)外。以A相仿真結(jié)果為例，對交直流混聯(lián)系統(tǒng)交流側(cè)線路發(fā)生單相接地故障時電流差動保護進行仿真驗證。

4.1 傳統(tǒng)故障分量差動保護仿真分析

為分析傳統(tǒng)故障分量差動保護在交直流互聯(lián)系統(tǒng)里的性能，在線路mn距離m端50 km處分別設(shè)置區(qū)內(nèi)A相接地故障、AB兩相接地故障，故障發(fā)生時刻為1 s，持續(xù)時間為0.1 s，過渡電阻分別取50、100、200 Ω，前兩個過渡電阻值會造成直流系統(tǒng)換相失敗，由于在0～20 ms這一時段采用全周傅氏算法的故障分量差動保護還未啟動，故從1.02 s開始記錄數(shù)據(jù)。根據(jù)ΔId/ΔIf與制動系數(shù)K的大小關(guān)系來分析保護動作情況，仿真結(jié)果如圖8所示。

圖8 傳統(tǒng)故障分量差動保護動作情況仿真結(jié)果Fig.8 Simulation results of traditional fault component differential protection

由圖8可知，在故障時段內(nèi)，在線路發(fā)生A相接地故障下，當(dāng)過渡電阻為50 Ω時，A相差動電流與制動電流的幅值比在制動系數(shù)區(qū)間內(nèi)，始終大于制動系數(shù)下限0.5，傳統(tǒng)故障分量差動保護能夠可靠動作；當(dāng)過渡電阻為100 Ω時，ΔId/ΔIf在制動系數(shù)下限0.5附近，判據(jù)存在拒動的可能；當(dāng)過渡電阻為200 Ω時，ΔId/ΔIf持續(xù)低于0.5，傳統(tǒng)故障分量差動保護判據(jù)失效。對于兩相接地故障，與單相接地故障保護動作情況類似，經(jīng)大過渡電阻接地下保護判據(jù)可能出現(xiàn)拒動。綜上，在交直流互聯(lián)系統(tǒng)中傳統(tǒng)故障分量電流差動保護抗過渡電阻能力差，大過渡電阻時判據(jù)存在拒動的可能。

4.2 直流饋入影響下的交流線路縱聯(lián)保護方案仿真驗證

4.2.1 基于縱聯(lián)阻抗幅值的保護方案仿真驗證

為驗證所提保護方案在發(fā)生逆變側(cè)交流故障時的可靠性，計及不同故障類型和不同故障位置這兩個影響因素，在模型mt線路段分別設(shè)置區(qū)內(nèi)、區(qū)外故障，將故障類型分別設(shè)置為A相接地故障、AB相間故障，發(fā)生故障處為線路出口、中點及末端處，故障發(fā)生時刻為0.9 s，持續(xù)時間為0.3 s，以發(fā)生金屬性接地故障為例，設(shè)置過渡電阻為0的故障，此時將導(dǎo)致直流系統(tǒng)發(fā)生換相失敗，結(jié)合式(20)對基于縱聯(lián)阻抗幅值的縱聯(lián)保護方案進行仿真分析，驗證其是否能正確識別故障，仿真結(jié)果如圖9所示。

圖9 基于縱聯(lián)阻抗幅值的判別結(jié)果Fig.9 Judgment result based on the amplitude of longitudinal impedance

從圖9可以看出，當(dāng)線路在0.9 s發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時，故障相的縱聯(lián)阻抗幅值瞬間下降至數(shù)十歐，趨近于0，故障清除后，阻抗值恢復(fù)正常。當(dāng)發(fā)生區(qū)外故障時，縱聯(lián)阻抗的幅值大于1 000 Ω，與區(qū)內(nèi)故障阻抗值趨近于0的特征差異明顯。發(fā)生故障后，區(qū)內(nèi)縱聯(lián)阻抗幅值遠小于整定阻抗值，區(qū)外縱聯(lián)阻抗幅值遠大于整定阻抗值，即當(dāng)縱聯(lián)阻抗的幅值小于532 Ω時，必為區(qū)內(nèi)故障，線路兩側(cè)保護同時動作，否則處在保護判據(jù)式(20)的動作選擇區(qū)域外，保護可靠不動。仿真結(jié)果與3.1節(jié)分析一致，說明所提判據(jù)不受換相失敗的影響，能夠可靠識別區(qū)內(nèi)、區(qū)外故障。

4.2.2 基于縱聯(lián)阻抗相位的保護方案仿真驗證

工況、參數(shù)條件設(shè)定同4.2.1節(jié)，依舊以金屬性接地故障為例，結(jié)合式(24)對基于縱聯(lián)阻抗相位的保護方案進行仿真分析，驗證當(dāng)直流發(fā)生換相失敗時，以及受不同故障類型和不同故障位置影響時，所提判據(jù)是否能正確識別故障，仿真結(jié)果如圖10所示。

圖10 基于縱聯(lián)阻抗相位的判別結(jié)果Fig.10 Judgment result based on longitudinal impedance phase

從圖10可以看出，當(dāng)線路在0.9 s發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時，故障相縱聯(lián)阻抗的相位明顯的從容性變?yōu)楦行?，?dāng)發(fā)生區(qū)外故障時，縱聯(lián)阻抗呈容性，相角在-90°上下波動，遠小于設(shè)定的整定相位Φset?？梢?，當(dāng)縱聯(lián)阻抗的相角大于-45°時，必為區(qū)內(nèi)故障，線路兩側(cè)保護同時動作，否則處在保護判據(jù)式(24)的動作選擇區(qū)域外，保護可靠不動。仿真結(jié)果與3.2節(jié)分析一致，說明所提判據(jù)不受換相失敗的影響，能夠可靠識別區(qū)內(nèi)、區(qū)外故障。

4.3 過渡電阻對保護方案的影響分析

為進一步驗證所提保護方案在交直流混聯(lián)系統(tǒng)中的性能，本節(jié)在線路首端處設(shè)置單相經(jīng)過渡電阻接地故障，分別對兩個判據(jù)的抗過渡電阻能力進行仿真驗證，并與4.1節(jié)的實驗結(jié)果進行對比證明所提判據(jù)的優(yōu)越性，其中基于縱聯(lián)阻抗幅值的抗過渡電阻能力仿真結(jié)果如圖11所示。

圖11 基于縱聯(lián)阻抗幅值抗過渡電阻能力仿真Fig.11 Simulation of anti-transition resistance ability based on longitudinal impedance amplitude

從圖11可以看出，當(dāng)線路上發(fā)生帶過渡電阻故障時，保護仍能可靠的動作，具有較好的抗過渡電阻能力。但對于故障相A相發(fā)生經(jīng)大過渡電阻區(qū)內(nèi)故障時，縱聯(lián)阻抗的幅值會有較大變化，此時可采用基于縱聯(lián)阻抗相位的保護判據(jù)聯(lián)合判定故障，使保護可靠動作。

將同樣參數(shù)設(shè)置在基于縱聯(lián)阻抗相位判據(jù)的抗過渡電阻能力仿真分析中，具體仿真結(jié)果如圖12所示。

圖12 基于縱聯(lián)阻抗相位抗過渡電阻能力仿真Fig.12 Simulation of anti-transition resistance capability based on longitudinal impedance phase

從圖12可以看出，當(dāng)交流輸電線路區(qū)內(nèi)經(jīng)大電阻接地故障時，交流輸電線路縱聯(lián)阻抗相角跌落較大，但相角門檻值仍留有一定裕度，區(qū)外故障時，無論過渡電阻多大，相角均穩(wěn)定在-90°附近。因此，當(dāng)線路上發(fā)生帶過渡電阻故障時，基于縱聯(lián)阻抗相位的保護判據(jù)仍能可靠的動作。

由4.3節(jié)與4.1節(jié)的過渡電阻對保護方案影響的仿真結(jié)果對比可知，傳統(tǒng)故障分量差動保護在過渡電阻為100 Ω時就已出現(xiàn)拒動的情況，基于縱聯(lián)阻抗幅值及相位的保護在過渡電阻為200 Ω時依然留有一定的裕度，故本文所提基于縱聯(lián)阻抗的保護判據(jù)較傳統(tǒng)故障分量電流差動保護判據(jù)可靠性高，抗過渡電阻能力強，且整定原理簡單，具有優(yōu)越性。

5 結(jié)論

提出了適用于受鄰近直流饋入影響的交流輸電線路縱聯(lián)保護方案。首先通過分析直流饋入影響下交流輸電線路區(qū)內(nèi)外故障時的故障模型，推導(dǎo)建立了區(qū)內(nèi)外縱聯(lián)阻抗的表達式。其次根據(jù)縱聯(lián)阻抗幅值及相角在區(qū)內(nèi)外故障時呈現(xiàn)的差異，提出了基于縱聯(lián)阻抗幅值及相角的保護方案，兩種保護方案互相判定，使基于縱聯(lián)阻抗的保護方案更加嚴(yán)謹(jǐn)。最后利用PSCAD/EMTD仿真軟件搭建了交直流混聯(lián)系統(tǒng)電磁暫態(tài)模型對所提判據(jù)進行仿真驗證，仿真結(jié)果表明了所提判據(jù)能夠快速、有效的區(qū)分內(nèi)部與外部故障，不受電容電流的影響可用于不帶并聯(lián)電抗器的交直流混聯(lián)系統(tǒng)，減小了直流饋入對電流差動保護的影響，且具有良好的抗過渡電阻能力。以上研究內(nèi)容主要在不同故障類型、不同故障位置、不同過渡電阻下對保護判據(jù)進行了仿真分析驗證其可靠性，在后續(xù)研究中將關(guān)注所研究成果在實際應(yīng)用中的發(fā)展。