基于零序補(bǔ)償系數(shù)變化的同塔四回輸電線路接地距離保護(hù)研究

邵昱 拜姝羽 王超 李豐克

摘 要：對(duì)于同塔架設(shè)的包含有不同電壓等級(jí)的四回線路，線路間的電磁聯(lián)系愈加緊密，線路間的零序互感對(duì)保護(hù)的影響也不容忽視。零序電流補(bǔ)償系數(shù)不僅與本線路的正序、零序阻抗有關(guān)，還與線路間的零序互感以及相鄰互感線路的參數(shù)和運(yùn)行方式有關(guān)。本文主要研究同塔架設(shè)包含有不同電壓等級(jí)的四回線路之間的零序互感對(duì)接地距離保護(hù)的影響，對(duì)整定零序電流補(bǔ)償系數(shù)、提高電網(wǎng)的保護(hù)動(dòng)作性能具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：同塔多回線路;零序互感;接地距離保護(hù)

中圖分類號(hào)：TM774文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2019）16-0140-03

Abstract： For the four-circuit line with different voltage levels set up in the same tower， the electromagnetic connection between the lines is more and more tight， and the influence of the zero-sequence mutual inductance between the lines on the protection can not be ignored. The zero-sequence current compensation coefficient is not only positive with the line. The sequence and zero-sequence impedance are related to the zero-sequence mutual inductance between the lines and the parameters and operation modes of the adjacent mutual inductance lines. In this paper， the influence of the zero-sequence mutual inductance between the four towers with different voltage levels on the grounding distance protection was studied. It is of great significance to adjust the zero-sequence current compensation coefficient and improve the protection performance of the power grid.

Keywords： same-circuit multi-circuit line; zero-sequence mutual inductance;grounding distance protection

為了提高土地利用效率和降低電力建設(shè)成本，相鄰線路日益增多，線路走廊日趨緊密，而多條線路的存在，必然導(dǎo)致線路間的電磁聯(lián)系愈加緊密，且線路間的零序互感對(duì)保護(hù)的影響也不容忽視。同一電壓等級(jí)同塔四回輸電線路和不同電壓等級(jí)同塔四回輸電線路的運(yùn)行方式有較大的區(qū)別，零序互感對(duì)接地距離保護(hù)的影響也不盡相同[1]。因此，探討多條線路不同運(yùn)行方式下的零序電流補(bǔ)償系數(shù)尤為重要。

1 跨電壓等級(jí)零序電流補(bǔ)償系數(shù)整定方式

非故障線路上的零序電流通過線間零序互感的作用，在故障線路上產(chǎn)生零序電壓，影響保護(hù)安裝處的電壓。

線路間零序互感對(duì)接地距離保護(hù)的影響主要體現(xiàn)在零序電流補(bǔ)償系數(shù)增量[Δk]上，通過合理地調(diào)整接地距離保護(hù)測(cè)量裝置的零序電流補(bǔ)償系數(shù)k來減小測(cè)量誤差。

因此，有兩種方法對(duì)接地距離保護(hù)進(jìn)行改進(jìn)，以減小接地距離繼電器阻抗測(cè)量的誤差[2]。

1.1 直接消除線間零序互感的影響

由式（1）可以看出，為了準(zhǔn)確距離測(cè)量，接地距離保護(hù)繼電器中除引入故障相電流、線路零序電流外，還同時(shí)引入非故障線路的零序電流，從源頭上消除線間零序互感的影響。

1.2 間接消除線間零序互感的影響

在整定保護(hù)裝置的零序電流補(bǔ)償系數(shù)k時(shí)，計(jì)及線間互感的影響（即零序電流補(bǔ)償系數(shù)增量[Δk]）。零序電流補(bǔ)償系數(shù)增量[Δk]與線路連接方式、運(yùn)行方式、故障點(diǎn)位置以及系統(tǒng)和線路參數(shù)有關(guān)。因此，應(yīng)該正確整定保護(hù)裝置的零序電流補(bǔ)償系數(shù)k，使各種情況下的接地距離保護(hù)都能正確反映故障點(diǎn)至保護(hù)安裝處的阻抗值[3]。

針對(duì)不同運(yùn)行方式采用相對(duì)應(yīng)的零序電流補(bǔ)償系數(shù)，可以極大地改善接地距離保護(hù)的性能。但是，不同電壓等級(jí)同塔四回線的接線方式、運(yùn)行方式較多，在實(shí)際工程中，運(yùn)行方式隨時(shí)可能發(fā)生變化，而故障點(diǎn)位置更是隨機(jī)的，會(huì)使得定值區(qū)切換操作較復(fù)雜。因此，可以分析不同運(yùn)行方式下的零序電流補(bǔ)償系數(shù)增量[Δk]，設(shè)置少數(shù)幾個(gè)定值區(qū)，這既能保證保護(hù)的良好性能，又能簡(jiǎn)化定值區(qū)切換操作。

為防止接地距離I段發(fā)生超越，可以采用最小零序電流補(bǔ)償系數(shù)，即I回線正常運(yùn)行時(shí)，通過II、III、IV回線3回檢修接地時(shí)的零序電流補(bǔ)償系數(shù)來進(jìn)行整定。

然而，從保證接地距離II、III段靈敏度考慮，需要利用所有運(yùn)行方式中對(duì)應(yīng)的最大零序電流補(bǔ)償系數(shù)，即I、II回線正常進(jìn)行III、IV回線開關(guān)斷開且兩側(cè)接地刀閘不接地時(shí)的零序電流補(bǔ)償系數(shù)來進(jìn)行整定[4]。

2 跨電壓等級(jí)零序互感對(duì)接地距離保護(hù)的數(shù)字仿真

2.1 線路模型

采用同塔四回線路桿塔模型和跨電壓等級(jí)四回線路導(dǎo)線排列方式。線路長(zhǎng)度l=200km，最低的導(dǎo)線距地面的高度是30m。同一電壓等級(jí)的兩側(cè)電源阻抗相同。

2.2 仿真參數(shù)

采樣頻率4kHz，運(yùn)行時(shí)間1s;在0.2s時(shí)，220kV電壓等級(jí)的Ⅰ回線A相末端發(fā)生金屬性接地短路故障，0.7s時(shí)故障被清除。

2.2.1 運(yùn)行方式1。圖1中，Ⅲ、Ⅳ回線感應(yīng)的首端零序電流方向一致，顯示為重合。Ⅰ、Ⅱ回線零序電流方向一致，Ⅲ、Ⅳ回線與Ⅰ、Ⅱ回線的方向相反。

2.2.2 運(yùn)行方式2。圖2中，Ⅲ、Ⅳ回線感應(yīng)的首端零序電流一致，在圖中顯示為重合。Ⅰ、Ⅱ回線零序電流方向一致，Ⅲ、Ⅳ回線與Ⅰ、Ⅱ回線方向相反。

2.2.3 運(yùn)行方式3。圖3中，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ回線被感應(yīng)的零序電流一致，在圖中顯示為重合。Ⅰ回線與Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ回線方向相反。此時(shí)，互感的零序電流對(duì)零序電流補(bǔ)償系數(shù)都是負(fù)的，零序電流補(bǔ)償系數(shù)最小。

2.2.4 運(yùn)行方式4。圖4中Ⅲ、Ⅳ回線感應(yīng)的首端零序電流一致，在此圖中顯示為重合，大小值幾乎為0。Ⅰ、Ⅱ回線零序電流方向一致，此時(shí)互感的零序電流對(duì)零序電流補(bǔ)償系數(shù)都是正的，零序電流補(bǔ)償系數(shù)最大。

2.2.5 運(yùn)行方式5。圖5中，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ回線被感應(yīng)的零序電流一致，在圖中顯示為重合，大小值都幾乎為0，此時(shí)對(duì)零序電流補(bǔ)償系數(shù)幾乎沒有影響。

2.3 補(bǔ)償后，分析各種運(yùn)行方式下保護(hù)性能

跨電壓等級(jí)輸電線路對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)行有著重要影響。直接消除線間零序互感的影響的整定方式雖然可以很好地補(bǔ)償線路，準(zhǔn)確測(cè)量故障位置，但由于四回線并非是一個(gè)整體的單元，四回線的運(yùn)行方式多變，常常會(huì)因?yàn)闊o(wú)法取到鄰線的零序電流而失去補(bǔ)償，故不采用，且對(duì)于間接消除線間的設(shè)置多個(gè)定值區(qū)也不適用，因此，可采用設(shè)置少數(shù)幾個(gè)定值區(qū)的方式進(jìn)行補(bǔ)償。不同點(diǎn)故障時(shí)，計(jì)算各運(yùn)行方式下的測(cè)量誤差可知：采用最原始的零序電流補(bǔ)償系數(shù)整定誤差小，且變化范圍小，使得測(cè)量阻抗準(zhǔn)確，能保證繼電器正確動(dòng)作。當(dāng)三種補(bǔ)償方式（過補(bǔ)償、欠補(bǔ)償、全補(bǔ)償）都成下降趨勢(shì)時(shí)，線路的保護(hù)能否具有可靠性，主要考慮線路末端故障時(shí)繼電器是否會(huì)發(fā)生誤動(dòng)或者拒動(dòng)的情況，這時(shí)采用最小的零序電流補(bǔ)償系數(shù)整定，誤差百分?jǐn)?shù)最小，測(cè)量阻抗最準(zhǔn)確，且能保證繼電器正確動(dòng)作;當(dāng)三種補(bǔ)償方式都成上升趨勢(shì)時(shí)，線路的保護(hù)能否具有可靠性，主要考慮線路末端故障時(shí)繼電器是否會(huì)發(fā)生誤動(dòng)或者拒動(dòng)的情況，這時(shí)采用最大的零序電流補(bǔ)償系數(shù)整定，誤差百分?jǐn)?shù)最小，測(cè)量阻抗最準(zhǔn)確，最能保證繼電器的正確動(dòng)作[5]。

3 結(jié)語(yǔ)

同塔四回線路，電壓等級(jí)不同，Ⅰ、Ⅱ回線同一電壓等級(jí)，Ⅲ、Ⅳ回線同一電壓等級(jí)，Ⅰ回線發(fā)生單相接地故障，其他三回線有正常運(yùn)行狀態(tài)、停運(yùn)狀態(tài)和檢修狀態(tài)。當(dāng)狀態(tài)不同時(shí)，受其他幾回線路對(duì)故障線路接地距離保護(hù)的影響也不同。

本文分析了5種典型的運(yùn)行方式，對(duì)于方式1是采用原始補(bǔ)償系數(shù)[k0]，方式4和方式5是極端運(yùn)行方式，分別采用最小補(bǔ)償系數(shù)[kmin]和最大補(bǔ)償系數(shù)[kmax]來整定，都可以保證繼電器的正確動(dòng)作，這樣也可以保證其他運(yùn)行方式在這三種補(bǔ)償方式下繼電器也能正確動(dòng)作。

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